Herramientas: Fuente de Laboratorio (I)

Las fuentes de alimentación es uno de los elementos más importantes de un laboratorio: hay quien dicen que nunca se tienen suficientes fuentes... y es posible que tenga razón. Quien ha trabajado diseñando o probando circuitos muchas veces se encuentra con la necesidad de probar varias partes simulando señales con la propia fuente.

Para mi pequeño laboratorio que tengo en casa empecé con una fuente de alimentación realizada a partir de una fuente AT (salidas +-5V y +-12V), sin embargo me encontraba, en muchas ocasiones, que era insuficiente, ya que en muchas ocasiones no tenía controlada la corriente de salida (tenía que utilizar un multímetro para verla) y no tenía características básicas tales como limitar corriente o tener una tensión regulable.

Para tener una fuente regulada en tensión y limitada en corriente mi segunda opción fue utilizar un transformador de tensión comercial (una fuente de PC con salida de 12V 5A) y un módulo DP3003 que me ha hecho el trabajo hasta el día de hoy, sin embargo, uno nunca sabe cuando va a necesitar más... 

Por eso me he propuesto crear una fuente de laboratorio, regulable, con limitación de corriente y (muy importante) programable desde un PC.

Hoy en día es sencillo realizar esto con los convertidores de tensión que nos llegan desde china, así que como tenía una fuente ATX de mi ultimo ordenador decidí aprovechar todas las capacidades de la misma.

Al final ha quedado de la siguiente forma:

- Salida +12V con visualizador de tensión y corriente

- Salida +5V con visualizador de tensión y corriente
- Salida de +3.3V

- Salida de -12V

- Salida de -5V

- Salida regulada de 0 a 50V y corriente 0 a 5A con control manual y por puerto USB 

Proyecto de fin de semana: purificador de aire

Cuando realizas una soldadura lo que menos apetece es que te venga todo el humo a la cara: es molesto y sobretodo es nocivo. Tener algún sistema que aleje el humo y lo purifique es siempre muy recomendable.

Se puede empezar por mantener una ventana abierta, sin embargo esto depende mucho de si consigues una circulación de aire correcta, es decir, dependerá de la posición de la ventana con respecto a tu lugar de trabajo, de la cantidad de viento y de la dirección de este.

También puedes optar por una mascará que te proteja contra los humos, sin embargo dependiendo de la cantidad de humo que se genere sigue siendo molesto (además de tener una máscara puesta mucho rato).

Al final decidí hacer un purificador de aire...

En realidad es bastante sencillo de crear sólo necesitas un ventilador, una fuente para alimentarlo y un filtro.

Mi primer intento fue un ventilador alimentado a 220V y una tela de filtro para la campana extractora de la cocina

De esta experiencia aprendí varias cosas importantes:

• Es preferible tener una estructura que fije todo el sistema.
• Contra más grande sea la entrada de aire mejor.
• Los filtros de campana de cocina no sirven. Seguia oliendo el humo de la resina y cualquier fuente de calor hacía que se derritiera.

Así que decidí comprar un filtro HEPA con pellets de carbón activo, un ventilador de 14cm,  y montar una estructura de madera para contenerlo todo:

• Ventilador: ARCTIC BioniX F140. Escogí este porque me daba un mayor flujo de aire y una mayor presión 104 CFM/176 m³/h (@ 1800 RPM) que otros que había estado mirando. Además el hecho de ser de 14cm me daba pie a tener una entrada de aire bastante grande.
• Filtro: https://www.amazon.es/gp/product/B075CY8GG2/. Lo escogí por tener el filtro HEPA más los pellets de carbón, lo cual hace que limpie el ambiente de humo.
• Estructura de madera hecha con madera de balsa de 1cm de grosor. Escogí esta por un motivo: ya la tenía, sin embargo, estoy muy contento con el resultado, queda una estructura resistente y muy adecuada al look que tengo en el resto del escritorio.
• Cola blanca para madera, tornillos para madera, tornillos de métrica 4 y tuercas de métrica 4

Como herramientas sólo necesitas un taladro, una sierra de marquetería con hoja para corte curvo (o en su defecto un cutter/cuttex), un destornillador de estrella y una llave para las tuercas que utilices.

Los pasos son sencillos, a partir de las medidas del filtro y del ventilador cortar las piezas (hay que tener en cuenta el grosor), este es el paso más tedioso y el que más me costó (se rompió la hoja de corte curvo y tuve que improvisar para hacer el corte del agujero del ventilador).

Pegar las piezas y atornillarlas (tornillos para madera). Como se puede ver en esta foto yo añadí un pre-filtro entre el ventilador y el filtro), no es necesario y posiblemente lo quite en el futuro (lo pegué). Además utilicé unos sargentos para mantener las piezas mientras la cola hacía efecto y lo reforcé todo con tornillos.

Por último montar el ventilador (tornillos y tuercas de métrica 4 e insertar el filtro (si las medidas están bien tomadas va a presión)

Lo último es conectar el ventilador a una fuente de 12V y probarlo. En mi caso estoy utilizando una fuente de PC, pero el consumo es muy pequeño (unos 250mA a 12V), así que cualquier fuente de 12V >0.5A (algo bastante común de encontrar) sirve.

Dado que siempre vamos a querer que nuestro ventilador funcione a la máxima potencia que pueda dar sólo necesitamos conectar los pines 1 y 2 del conector (1 <=> GND, 2<=>12V) dejando el resto al aire.

Al final el resultado ha sido bastante bueno: aparta el humo de mi cara, limpia el aire y el ruido no es demasiado molesto (sólo lo enciendo cuando necesito soldar), lo cual es de agradecer.

 

4xcopter. Primer prototipo

Hace pocos días he recibido el primer prototipo del la placa de control.

PCBs empaquetada

El fabricante (elecrow) me las ha enviado en unas 3 semanas (50x50mm, 2 caras con máscara verde) por sólo 13€.

Parches aplicados

La verdad es que estoy bastante contento con el resultado, pero...

• He visto que he cometido un error en el regulador de corriente: el patillaje es erróneo, cambia la posición de los pines Vin y GND entre el SOT23 y el SOT89. La solución parcial ha sido la de usar un LE33 en formato TO92.
• Las vías no tienen máscara, si bien esto no es un error y a la hora de depurar incluso es una ventaja, es mejor que estén cubiertas por que dan menos problemas durante la fabricación: se evitan contactos erróneos, sobretodo si se sueldan los componentes a mano.
• El color de la máscara me gustaría más en negro o azul, el verde está bien para prototipos y para PCBs que no van a la vista, pero para las placas visibles mejor usar otro color.
• El cable de la foto es simplemente para juntar 3.3V analógico con 3.3V digitales, el un principio se generan con dos reguladores distintos, pero como no he montado todos los componentes me faltaba esa alimentación. En la siguiente versión irá una resistencia 0R para cuando se quiera juntar las pistas (incluso se podría usar una resistencia que formase un filtro paso bajo).

Me faltan hacer bastantes pruebas, y seguramente me surgirán más cosas a cambiar pero por ahora es suficiente para empezar a programar.

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Ranganok Schahzaman

NSd (V): Definición del proyecto

Nos hemos dado cuenta que habíamos empezado a trabajar ya en el desarrollo de la sonda y todavía no habíamos publicado una defición del proyecto en condiciones.

El proyecto NSd trata de construir una sonda meteorológica (sub-espacial) que mida parámetros de la atmósfera y pueda realizar fotografías de gran altitud. Constará de dos partes bien diferenciadas, la sonda propiamente dicha (encargada de la recogida y transmisión de los datos) y la estación de tierra (encargado de la recepción de datos y el procesado y presentación de los mismos).

Sonda
A su vez la sonda constará de 3 partes diferenciadas:

• La IMU (Unidad Inercial)
• Los sensores
• La parte de radiofrecuencia

IMU
La unidad inercial es el cuerpo de la sonda, se encarga de recoger los datos de posición y orientación de la sonda para contextualizar el resto de datos proporcionados por los sensores. Constará de:

• Un procesador.
• Un giroscopio (3 ejes).
• Un acelerómetro (3 ejes).
• Un magnetómetro (3 ejes).
• Un altímetro barométrico.
• Un GPS.
• Un sistema de almacenamiento.

De esta forma tendremos una medida muy completa y exacta de la posición y orientación de la sonda en todo momento. Además dado que queremos un sistema compacto el mismo procesador que tenga la IMU nos podrá servir para recoger los datos del resto de sensores y para transmitir la información a la estación de tierra.

Sensores
Los sensores irán repartidos en una o varias PCBs dependiendo de la necesidad de espacio que ocupen o de la posición en la que hayan de ir. Nosotros hemos escogido unos sensores para medida atmosférica, sin embargo el diseño podría tener otros sensores dependiendo del uso que se vaya a dar (ver la sección de aplicaciones):

• Una cámara (QVGA-VGA) a color
• Sensores de luz para los siguientes canales: rojo, verde, azul, ultravioleta (UV a 400-410nm), Infrarrojo cercano (IR a 850nm), Infrarrojo térmico (IR a )
• Humedad relativa
• Temperatura interna y externa.
• Gases: CO, CO2, O3

Radiofrecuencia
Como ya explicamos antes queremos enviar imágenes/vídeo y los datos de las medidas a la estación de tierra, para ello queremos emplear dos frecuencias:

• Imágen/Video + Datos → 868MHz
• Datos en formato APRS(1200bps) → 144,8MHz

El empleo de estas frecuencias es debido a que son en la banda de uso libre: 868MHz es para uso de dispositivos de “corto alcance” y 144,8MHz es de servicio de radioaficionado (1), si transmitimos en protocolo APRS podríamos conseguir que los aficionados de la zona de vuelo pudieran seguir la evolución de la sonda.

Módulo de recuperación
Suele ser interesante tener un canal de comunicaciones auxiliar para localizar la sonda en caso de perder el canal principal. Habíamos pensado en utilizar un módem GSM para enviar la posición una vez en tierra para recuperar la sonda. Para que fuera totalmente auxiliar debería funcionar de forma autónoma por lo que sería implementar una PCB independiente con:

• Un microcontrolador.
• GPS.
• Módem GSM.
• Alimentación independiente.

Sin embargo este módulo no es totalmente imprescindible, ya que tenemos el canal ARPS, por lo que podríamos no usarlo en caso que no tuvieramos tiempo de implementarlo todo.

Estación de tierra
La estación de tierra se encarga de recoger, procesar y presentar los datos. Dado que la sonda lleva un sistema de almacenamiento no es imprescindible hacerlo todo en tiempo real y podríamos espaciar las recepciones para reducir el ancho de banda y, por lo tanto, reducir las interferencias y el ruido (para aumentar la distancia de envío). La estación estará compuesta por:

• Sistema de posicionamiento.
• Sensorización en tierra.
• Recepción de la señal.
• Sistema de procesado y presentación.

Sistema de posicionamiento
El sistema de posicionamiento será un GPS, con ello podremos saber el recorrido del equipo de seguimiento de la sonda, en caso que esta vuele libre; o afinar la posición de la sonda a un error pequeño, en caso que esté fijada.

Sensorización en tierra
Es muy interesante conocer la presión barométrica en tierra, de esta forma se puede conocer la altura real de la sonda (y no sólo la altura barométrica) y así corregir el error del GPS. Sin embargo los sensores no se tienen porque limitar a eso; se podría tener, por ejemplo, una estación meteorológica completa.

Receptores de la señal
Es lo más importante de la estación de tierra, los receptores de los datos de la sonda nos permitirán saber la posición en cada momento y por lo tanto podremos recuperarla.

Sistema de procesado y presentación
Básicamente es un PC en el que se representarán los datos recibidos (tablas, hojas de cálculo, gráficos, mapas, etc.) y se procesarán (altura real en función de la barométrica, iluminación dependiendo del apuntamiento, etc.).

Si cuidamos un poco el diseño podemos reutilizar algunas PCBs (IMU como sistema de posicionamiento del equipo de tierra, etc.) por lo que bajaremos el precio.

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(1) Fuente: Cuadro Nacional de Atribucción de Frecuencias.

EDITADO: Los servicios de radioaficionado no son de transmisión libre, sino que están sujetos a una licencia.

NSd (II): Vídeo

Una de las posibilidades que tiene la sonda es grabar vídeo desde las alturas.

Tener un vídeo del vuelo a la vez que los datos que va recogiendo la sonda nos puede dar una perspectiva mejor de lo que está pasando en cada momento. Sin embargo se nos plantea un problema, transmitir vídeo implica una gran cantidad de datos a transmitir por lo que o tenemos un ancho de banda importante (incompatible con la legislación de las frecuencias ISM).

Para distancias cortas (<1km) no tenemos tanto problema, podemos usar alguna de las frecuencias de ISM que se reservan para datos en banda ancha (en 868MHz serían desde 869.7MHz a 870MHz), estas frecuencias tienen el inconveniente de que tienen muy limitada la potencia a la que se puede transmitir (5mW de potencia radiada aparente (1)), pero tenemos una disponibilidad del 100% del canal (300kHz), aunque tendremos más posibilidades de sufrir interferencias.

Para largas distancias, al necesitar mayor potencia de transmisión, nos tendríamos que situar en la banda de 869.4MHz a 869.65MHz que nos permite una transmisión de hasta 500mW (de PRA) pero solo un 10% de tiempo de ocupación del canal, por lo que tendremos que:

1. Reducir el tamaño del vídeo,
2. 2.- reducir la velocidad de reproducción (fps)
3. 3.- y/o comprimir el vídeo.

Reducir el tamaño del vídeo es relativamente fácil, lo único que necesitamos es que un sensor que capte distintos tamaños o descartar parte de la imágen para quedarnos con un tamaño menor (siempre que el sensor nos envíe los datos en RAW).

Reducir la velocidad de reproducción tambien es fácil (relativamente), sólo necesitamos descartar los frames intermedios. Aquí tenemos un problema ¿cuántas imágenes por segundo necesitaremos?, si utilizamos el vídeo para controlar un aparato (por ejemplo un cóptero) nos interesará tener tiempo real (25-30fps), sin embargo si sólo queremos tener una panorámica del entorno podremos transmitir con mucha menos frecuencia (1-2fps o incluso menor).

Comprimir el vídeo resulta más complicado que las anteriores, para esto necesitaremos un hardware independiente que nos haga el trabajo (existen drivers para sensores de cámara que ya lo hacen automáticamente) o un hardware bastante más potente que el que usamos (un PLD o FPGA, o un procesador ARM9 por ejemplo), sin embargo esto suele chocar con las necesidades de bajo consumo que tenemos. Si la frecuencia de envío es pequeña (1-2fps) podemos comprimir las imágenes como independientes (.jpg) que reduce los requerimientos de hardware para hacerlo, sin embargo no es la mejor opción.

Otra solución es no transmitir el vídeo, sino registrarlo para realizar el post-procesado, de esta forma podríamos tener un vídeo en alta calidad que sincronizaríamos a posteriori con los datos recibidos. Para ello únicamente tenemos que poder interactuar con la cámara que utilicemos, una opción que hace sistemasorp en este post.

De todas formas transmitir vídeo no excluye una segunda cámara registrando todo el viaje.

S2

Ranganok Schahzaman

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(1) La potencia radiada aparente es aquella potencia con la que habría que alimentar una antena dipolo λ/2 para que, en un punto determinado del espacio, crease la misma intensidad de campo que un transmisor determinado, con ambas antenas dirigidas en la dirección de máxima radiación. (PRA (dBm) = Pt(dBm) + Gd (dBi) – 2.15dB)

NSd Probe (I): Presentación del Proyecto

El espacio, la última frontera…

Muchos conocerán esta frase, la dicen al principio de todos los capítulos de Star Trek… series a parte, encierra una gran verdad: el espacio es un lugar mortífero para los humanos, una frontera casi insalvable para la especie, y sin embargo nos atrae tanto como la luz a una polilla, saber de dónde venimos y qué somos pasa por conocer los secretos más intimos del espacio… Evidentemente nuestro equipo no pretende eso, ni siquiera llegar al espacio exterior sino quedarnos algo más cerca de la Tierra: a tan “sólo” 30-40km sobre el nivel del mar, esto es la estratosfera superando las capas más bajas de la atmósfera (troposfera y tropopausa).

El proyecto tratará de construir la electrónica de una sonda subespacial (hasta 40km de altura) . A parte de esto nos interesa recoger datos útiles para futuros lanzamientos y servir como plataforma otros experimentos.

Aunque no llegemos a superar la atmósfera sigue siendo un medio muy difícil de tratar, la sonda habrá de pasar por temperaturas bajo cero (-20ºC) y humedades relativas de casi el 100%, pero sobretodo tendrá que luchar contra la altura y la falta de presión del aire. Todas estas características implican tener que pensar un diseño específico para este medio y que no será el mismo que podríamos utilizar en tierra firme.

S2

Ranganok Schahzaman

Reparando: TV Philips 19PFL5522D/12

Hola,

hace unos días se me estropeó la TV: al principio tardaba mucho en coger imagen, y muchas veces ni siquiera encendía la pantalla (parecía que entraba en un ciclo de reset). Además cuando encendía se escuchaba un ruido bastante molesto en el audio (un tono fijo).

Lo primero que pensé fue: la fuente tiene ruido y el receptor (o el PLL) no consigue estabilizarse. Así que desconecté todo, la dejé descargarse un par de días (muy importante dejar que los condensadores se descarguen completamente si no queremos tener una sorpresa muy desagradable), me puse la correa de toma de tierra (para descargarme yo) y al abrir me encontré esto:

Revisando los condensadores electrolíticos de la fuente me encuentro que varios de ellos están inflados y algunos han supurado electrolito por lo que habrá que cambiarlos:

Lo mejor es cambiarlos todos, de esta forma evitamos que en poco tiempo tengamos que hacer la misma operación porque se hayan estropeado el resto.

Antes de desconectar cualquier cosas importante documentar cómo está conectado todo, yo he utilizado unas fotos para hacerlo:

Además he marcado los conectores con colores para evitar confusiones accidentales a la hora de conectar:

Por otro lado una vez desmontada la fuente es importante revisar las partes no visibles de la misma, y si puede ser del resto de placas, por si se ve algún elemento sospechoso. En este caso he encontrado un componente de tres patas (podría ser un transistor) marcado como W2X71 con pinta de haber tenido estrés térmico (no se puede observar muy bien en la foto)

Según esta página, este transistor es un NPN PMBT4401.Sin embargo, como en la tienda no lo tenían (y pedir por Internet por un transistor no merece la pena), decidí arriesgarme y no cambiarlo...

Lo único que me quedaba por hacer era una tabla con los condensadores de la fuente y cambiarlos todos:

Nombre	uF	V	Cambiado
c100	100	450	-
c111	22	50	X
c132	1000	10	X
c133	1000	10	X
c134	1000	10	X
c141	1000	16	X
c142	1000	16	X
c144	470	16	X
c151	470	16	X
c152	470	16	X
c156	470	16	X
c159	470	16	X
c200	470	25	X

El único que no cambié fue c100, en primer lugar porque no lo tenían en la tienda, y porque no parecía dañado...

Así que volví a montarlo todo, crucé los dedos y... ¡Funcionó!

Vuelvo a tener la tele funcionando por unos años más (ya tenía 10 años) y sólo me he gastado unos 15€ en componentes y un paseo hasta la tienda de electrónica.

S2

Ranganok Schahzaman

Herramientas: Carga Fantasma (IV)

Cargas dinámicas

Hago un pequeño inciso en la serie para hablar de los reguladores de tensión utilizados como cargas electrónicas.

El caso más conocido es el del regulador LM317. Este es un regulador ajustable de tal forma que la tensión en el pin de ajuste la compara con la tensión de de salida menos una referencia de 1.25V y a partir del resultado modula (aumenta o disminuye) la tensión de salida.

Un esquema a grandes rasgos sería este:

Esquema funcional de un LM317

Evidentemente el esquema sólo sirve para dar una idea a lo que me refiero, ni de lejos se parece a un LM317 real.

De esta forma con sólo dos resistencias (o un potenciómetro) podemos regular la tensión a la salida - los reguladores lineales de tensión fija (78xx) ya llevan incorporadas las resistencias internamente-.

Con este dispositivo también podemos crear una fuente de corriente:

Fuente de corriente

De esta forma la caída de tensión el la resistencia será de 1.25V por lo que el regulador se encargará de regular la corriente proporcionada independientemente de las variaciones de la tensión de entrada o de la carga (esto no es del todo cierto ya que entran en juego las limitaciones del propio dispositivo).

A partir de aquí hacer una carga electrónica es muy sencillo... Sólo tenemos que conectar la fuente que queremos medir a la entrada y poner la salida a masa (GND).

Carga electronica de corriente constante

Hay que decir que esta carga será de corriente constante regulada por la resistencia. Y que esta tiene que ser de potencia ya que en todo momento va a caer por ella una potencia de P = V^2 / R = 1.5625 / R, y R valdrá entre 0.8 y 120R

Yo me he montado algo rápido para un proyecto...

Carga de corriente constante (regulable)

Lo de atrás es un reóstato de 10R montado en un soporte de aluminio que ayuda a disipar el conjunto, el LM317 va en un disipador de aluminio con un conector de cables soldado en los terminales de esta forma cambiando los cables en el conector puedo montar una fuente de tensión, de corriente o, como en este caso, una carga de corriente constante.

S2

Ranganok Schahzaman

Proyecto de fin de semana: Mesa de trabajo

Mi lugar de trabajo (en casa) es bastante reducido: tengo un despacho de unos 5m2 con un escritorio en forma de L que montamos mi padre y yo (si alguien tiene curiosidad: http://www.flickr.com/photos/ranganok/4353503577/)

El problema es cuando hay que soldar o cortar algo, ya que no quiero estropear el escritorio. Hasta ahora, utilizaba un corcho (de los de pinchar cosas en la pared), pero era blando (malo para cortar), irregular (malo para limpiar) y estaba bastante estropeado... Así que he decidido hacerme esta mesa de trabajo.

La base de la mesa es una tabla de cortar de cocina comprada en el Ikea que, curiosamente, tiene las medidas ideales para mi escritorio. Lo primero se le añadieron protecciones para evitar rayar la superficie de abajo.

Añadimos un tornillo que sirva de sujeción del soporte para el soldador, aprovechamos el surco para recoger los líquidos que tiene la tabla, de esta forma el propio surco evita que el tornillo gire al apretarlo:

Con el marco del corcho que utilizaba antes, he montado dos pequeños cuadrados: uno para la esponja de limpiar el soldador y el otro para poner tornillos y demás sin miedo a perderlos:

También he añadido una pequeña regla de papel pegada en la parte inferior ayuda a la hora de cortar los cables a la medida justa (aunque por el hecho de ser de papel se está estropeando bastante rápido). Y para completar el conjunto: un ladrón con interruptor y una luz de mesa (ambos también comprados en el mismo sitio que la tabla).

Aunque me es extremadamente útil, aún queda espacio para la mejora: se podrían integrar los enchufes, un regulador para el soldador, añadir un hub USB (alimentado), poner una plancha metálica conectada a tierra, etc. Quizás con más tiempo o cuando esta se estropee me monte un escritorio entero de trabajo.

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Ranganok Schahzaman

Proyecto: Tricorder (III)

Antes de continuar con el proyecto es bueno ver otros proyectos similares:

Ya habíamos hablado de esta aplicación para Android, sin embargo no deja de ser una interfaz gráfica en formato StarTrek de los sensores.

Bastante diferente es Sensordrone, un pequeño llavero que se conecta inalámbricamente con el teléfono con los siguientes sensores:
- Sensor de aire (Gas y Clima).
- Iluminacion y sensor de color.
- Temperatura (IR) sin contacto.
- Proximidad (capacitivo)
También cuenta con un conector para la hardware externo y varios LEDs programables.

Recientemente la universidad de Berkeley ha abierto su desarrollo (http://rethinkmedical.com/tricorder.html), todavía necesita conectarse a sensores repartidos por el cuerpo, pero es un gran avance.
- http://www.neoteo.com/universal-detecto ... llo-13731/
- http://www.neoteo.com/tellspec-sabes-lo ... tu-comida/

En http://www.tricorderproject.org/ están construyendo uno desde 0 (personalmente pienso que es un error no aprovechar la capacidad de procesado que tienen los teléfonos actuales).

Por último Scanadu Scout Tricorder puede medir tu ritmo cardíaco, la temperatura corporal, el nivel de oxígeno, frecuencia respiratoria y la presión sanguínea. Incluso puede hacer un electrocardiograma con sólo ubicarlo en tu frente por 10 segundos.

Por otro lado universidades y fabricantes se han lanzado a desarrollar sensores o kits que pueden ayudar en este sentido... Sensordrone del que acabamos de hablar es un kit de ejemplo.

Otro caso completamente distinto es el de la universidad de California, que ha creado un sensor que detecta la composición a partir de la reflexión de un laser (http://patentscope.wipo.int/search/en/WO2008039212)

Evidentemente no tengo intención de realizar un escaner médico, así que me centraré en lo más sencillo... Se podría distinguir entre 3 o más tipos de Tricorder (basadonos en la serie de Star Trek):
- Explorador: medidas de temperatura, humedad, radiación, luz, sonido, presión, ph, posición, magnéticos, etc.
- Médico
- Ingeniero: multímetro, analizador espectros, camara termográfica, sonda de temperatura, medidor de distancias, etc.
- Otros usos

Mi idea es realizar el tricorder de explorador...

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Ranganok Schahzaman

Herramientas: Analizador de espectros (II)

Dado el coste del dispositivo utilizado el reloj utilizado no podemos pedir que sea muy bueno, por lo que las medidas de frecuencia hay que cogerlas un poco con pinzas.

Por ejemplo para un reloj de 100ppm (0.01% de error) a 1GHz la desviación de frecuencia sería de 100kHz, lo cual no puede parecer mucho, pero hay que tener en cuenta que los canales para la banda de 868MHz son de 25kHz con lo cual no estaríamos saltando casi 4 canales de golpe.

Para mejorar estas medidas hay varias opciones, la primera es cambiar el reloj por uno con menor desviación (un TXCO), con esto podríamos conseguir una desviación por debajo de los 10ppm (10kHz a 1GHz). El problema es que son difíciles de conseguir para todas las frecuencias (mi módulo utiliza 28.8MHz y es casi imposible de encontrar en los medios habituales).

Otra opción es utilizar un TXCO de 14.4MHz  y realizar un doblador de frecuencia como este:

Oscilador de 28.8MHz a partir de uno de 14.4MHz

El montaje anterior necesita de una fuente de tensión de 12V (lineal para no introducir demasiado ruido en el circuito). Lo cual hace que no sea una opción demasiado buena a considerar.

Calibración

Otra opción (puede ser complementaria) es la de calibrar el propio aparato... Para ello tenemos que conseguir una fuente de señal precisa y estable. También hay que tener en cuenta que la desviación de frecuencia sera una función compleja de la temperatura, la frecuencia, la tensión, el tiempo, etc.

Veamos cómo minimizar cada uno de los parámetros por separado:

• Temperatura: Para minimizar el aporte de error de la temperatura lo más sencillo es evitar corrientes de aire en el oscilador y dejarlo funcionar entre 15 y 20min antes de hacer una medida (algúnos manuales de analizadores recomiendan entre 30 y  45min). Esto permite que todo el conjunto obtenga una temperatura estable lo cual permite que no haya variaciones en la corrección de la frecuencia por culpa de cambios en la temperatura.
• Tensión: Lo ideal sería tener una tensión de 5Vdc completamente estable en el USB. Sin embargo esto será muy difícil (ya que suelen ser fuente conmutadas), una de las cosas que podríamos hacer es utilizar un hub con alimentación externa y utilizar una fuente lineal para alimentarlo.
• Tiempo: Las derivas del oscilador y del circuito con el tiempo no hay quien las minimice. Aquí no queda otra que volver a calibrar cada cierto tiempo.
• Frecuencia: La calibración más básica es el ajuste de offset. Se trata de encontrar una señal (preferiblemente estable en el tiempo) de frecuencia conocida y ajustar el receptor (el software) para que la medida coincida con la señal detectada. En la mayoría de los casos puede servir cualquier señal del espectro: emisoras de radio o televisión, señales de satélites conocidos (GPS), etc.
• Por ejemplo el programa Kalibrate ( http://thre.at/kalibrate/ ) utiliza las señales de las estaciones base de móviles (red GSM) como fuentes de calibración ( http://espectrodigital.com/foro/index.php?topic=191.0 ). 
• Sin embargo es mejor utilizar una fuente de calibración que esté cerca (en frecuencia) a la señal de interés que queremos medir. ¿Por qué utilizar una fuente cercana a las señales de interes nuestras? Si la desviación de frecuencia fuera lineal sólo tuvieramos que calibrarla en el fondo de escala (la máxima frecuencia disponible) que es donde se observaría mejor la desviación. Pero, es muy probable que esta desviación no sea lineal (todavía no he realizado las pruebas), así que para una mayor precisión es mejor corregir el offset en una zona cercana a la señal de interés.
• De todas formas calibrando el offset al principio de cada medida tendremos más que suficiente en la mayoría de aplicaciones.
  

S2

Ranganok Schahzaman

PD: Quería hacer una tabla con frecuencias fijas repartidas en el espectro, pero donde suelo trabajar la cobertura es pésima (incluso la red móvil), así que no me ha dado tiempo a más... Quizás en la próxima entrada.

Proyecto de fin de semana: Bloc de notas magnético

Este es uno de esos proyectos (casi ni se le puede llamar así) que cuestan más documentar que hacer. El caso es que necesitaba un Bloc de notas nuevo para el frigorífico; podría haber usado un Post-it, pero prefería no tener que limpiar el pegamento luego...

Algunos aspectos a tener en cuenta:

1. Es mejor usar un imán grande y plano que ocupe toda la superficie: no se formarán bultos que dificulten la escritura y repartirá uniformemente el agarre (yo esto lo aprendí a base de prueba y error), los típicos imanes de publicidad suele ir bien para esta aplicación.
2. No puedes cargar mucho peso, así que mejor ir repartiéndolo con blocs de notas pequeños en vez de uno muy grande.

El Bloc de notas

El imán usado

El resultado final

Operación robot

Hace más o menos un año hice un proyecto para A.R.D.E. con motivo de la feria Dabadum, el Operación Robot. Era un juego para que los niños jugaran y se entretuvieran en nuestra caseta, además que servía como publicidad de la asociación.

Operación Robot terminado

La construcción es bastante sencilla aunque laboriosa en algunos pasos, sobretodo a la hora de forrar los agujeros:

1. Elegir los componentes a extraer.
   

   

   Los "órganos" del robot

2. Realizar una plantilla de corte con estos componentes.
   

   

   Plantilla de corte

3. Haremos una pila de tres partes, dos planchas duras (superior e inferior) y un relleno donde irán alojados los "órganos". Yo he utilizado como parte superior e inferior PVC expandido amarillo y como relleno corcho blanco (más fácil de trabajar).
4. Cortar la plancha superior y el relleno a partir de la plantilla. 
5. Con cinta metálica (se puede comprar en cualquier ferretería) forrar los cantos de los agujeros de la parte superior de forma que sean conductores.

   

   Forrando los agujeros

6. Hay que conectar todos los agujeros con un punto (que irá a la fuente de alimentación), yo lo he hecho pasando un cable pelado por la cinta metálica (por la parte de debajo para que no se viera) y pegándolo con cinta metálica, de esta forma se conseguía una resistencia bastante baja (más que con sólo la cinta metálica).
7. Para que no se muevan mucho las piezas pegué imanes de nevera (de los de publicidad) en el fondo, además le da un toque elegante (la parte magnética es negra y liso brillante).
   

   

   Pegando los imanes en el fondo

8. A unas pinzas (de las malas que son más fáciles de taladrar) les hice un agujero y pase un tornillo para la conexión eléctrica. En la imagen se puede ver cómo queda el agujero de un componente con la parte superior forrada, el medio de corcho blanco y el fondo el imán.
   

   

   Pinzas con conexión.

9. Conectar el circuito (yo he utilizado una regleta de electricista):
   
   • Positivo Fuente --> Cable rojo de la sirena 
   • Cable negro de la sirena --> pinza
   • Negativo Fuente --> Agujeros
10. Poner una pegatina imprimida para embellecer el trabajo final.
    

    

    Operación robot

Un par de cuestiones finales:

• He utilizado una sirena ON/OFF (no con entrada de PWM) , la ventaja de esto es que el circuito se simplifica, el inconveniente es que no puedes hacer melodías con ella.
• La sirena es bastante potente (utilicé una como las que usamos para las alarmas seguridad), dado el ruido ambiental que hay en el salón me pareció adecuada. Sin embargo el presi me dijo que me pasé un poco, así que si os queréis hacer algo parecido en casa mejor que pongáis algo menos potente.
• La fuente que usé es un trafo de 9V (la sirena va a 12V) bastante potente, tened en cuenta que el consumo de la sirena a la hora de elegir la fuente de alimentación (también podría ser una batería).
• A la hora de conectar los agujeros entre ellos probad la continuidad ya que os podéis llevar una sorpresa (yo tuve que reforzar con un cable las conexiones porque sólo con la cinta metálica no era suficiente).

Espero que os haya gustado, es un proyecto muy sencillo aunque un poco laborioso.

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Ranganok Schahzaman

Herramientas: Analizador de espectros (I)

Hace algo más de un año y medio, descubrí en Hack a Day un tipo que había hackeado un receptor de TV USB para usarlo como analizador de espectros, por lo que pensé que podría ser una herramienta fantástica para un laboratorio con pocos recursos (como el mío).

Yo he comprado este:

Aunque el conector no es muy normal (MCX) cumple perfectamente con su objetivo.

No había podido probarlo hasta ahora, y los resultados han sido bastante esperanzadores. Un software bastante sencillo de instalar (SDR#), con varias opciones tanto en windows como en linux (por ahora lo he probado en windows), y con licencia abierta para poder hacerte tus propias modificaciones (aunque prohíbe distribuirlas).

Más adelante contaré las pruebas que he realizado con este receptor y los softwares que vaya probando.

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Proyecto de fin de semana: Reemplazo de baterías

Hace un par de semanas he tenido que montar un pack de baterías nuevo para el escucha bebés que tengo en casa. Como se puede ver es un pack de cuatro baterías de NiMH puestas en serie de forma que no se pueda confundir el positivo y el negativo. El problema que habían tenido es que el cargador del aparato no es demasiado bueno ha ido cargándose las pilas (además del efecto memoria que tienen estas cuando no se descargan completamente).

Las conexiones entre baterías las he realizado con cinta de desoldar y tubo termoretráctil. Primero he conectado las baterías de dos en dos y por último he realizado la unión.

La foto del montaje final.

Entran un poco más justas que el pack que llevaba (demasiada cinta aislante), sin embargo encajan. Además como son de mayor capacidad que las que llevaba por defecto, el aparato aguanta más rato sin necesidad de cargarlo.

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4copter: Fusión de sensores (I) -Filtros Complementarios

Uno de los primeros problemas que nos encontramos a la hora de intentar estabilizar un UAV es la necesidad de conocer la posición, la orientación (inclinación) y la velocidad de giro actual.

Existen múltiples sensores que pueden ayudar a conocer estos datos, los sistemas de navegación satelital (GPS, GLONASS, próximamente GALILEO, ...), giroscópios, acelerómetros, barómetros, brújulas magnéticas o magnetrómetros, etc. Las señales de estos sensores, en primer lugar hay que procesarlas y luego combinarlas para eliminar los errores y derivas intrínsecos de los sensores y el ruido o las interferencias del sistema.

Para estabilizar el sistema no es necesario conocer la posición exacta sino que es más importante la orientación y las velocidades de giro; esto es debido a que podemos utilizar un algoritmo Proporcional-Derivativo (PD) para el control de los motores. Por ejemplo para un sólo eje podríamos definir el siguiente algoritmo :

$$ Motor Output = K_p \cdot Angle + K_d \cdot Angular Velocity $$
Para obtener estas variables usaremos una combinación de accelerómetro y giroscópio (el magnetrómetro nos podría servir para terminar de refinar los datos por lo que lo podríamos incluir más adelante).

La forma más obvia es utilizar el acelerómetro para medir el ángulo y el giroscópio para medir la velocidad angular.

La ventaja de esto es que no existe procesado ninguno y se obtienen las muestras sin retardo. El problema principal es que el accelerómetro es muy sensible todas las aceleraciones lineales (vibraciones y desplazamientos lineales) por lo que los parámetros de salida serán muy ruidosos y con errores durante los desplazamientos.

Es conveniente filtrar (con un filtro paso bajo) la señal del accelerómetro.

La ventaja de este sistema es que es muy fácil de programar y el filtro elimina los ruidos y las acceleraciones lineales. Sin embargo esto produce un retardo en la percepción del ángulo, lo cual puede provocar problemas en la estabilización.

Sin embargo, podríamos añadir los datos recogidos por el giroscopio para eliminar el retardo:

No podemos utilizar los datos del giroscopio directamente (integrados en el tiempo para pasar de velocidad angular a ángulo) dado que este tiene una deriva temporal que los inutiliza, sin embargo, a corto plazo sirven para eliminar el retardo producido por el filtro aplicado al accelerómetro.

En código se traduce de forma muy fácil:
$$ Angle = \alpha \cdot (Angle + gyro \cdot dt) + (1 - \alpha) \cdot acc $$
A partir de aquí podemos deducir la constante de tiempo para los filtros paso-bajo y paso-alto:
$$ \tau = \frac{ \alpha \cdot dt }{ 1 - \alpha } $$

Esta última técnica se llama Filtros complementarios, y tiene múltiples ventajas:

• Reduce el ruido y la deriva producido por los sensores
• Reduce el retardo en la estimación del ángulo
• No implica un coste excesivo en tiempo de proceso

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EDITO: Se ha utilizado una aproximación para definir el ángulo a partir de los datos del accelerómetro y es que para x pequeños:
$$ sin (x) \approx x $$
Dado que de lo que se trata es de estabilizar el sistema este siempre se moverá en ángulos pequeños y la aproximación utilizada será cierta (x<30º)