Telégrafo Automático basado en Arduino y Smartphone. Del siglo XIX al XXI.

DESARROLLO DE TELÉGRAFO AUTOMÁTICO

Esta página explicará el proceso de fabricación de un dispositivo electrónico capaz de transmitir en código Morse mediante movimiento y sonido y descifrar código morse, mostrándolo en caracteres Ascii.

Este dispositivo se comunicará de forma inalámbrica bidireccional mediante comunicación serial con cualquier dispositivo electrónico externo que disponga de Bluetooth, en éste caso, un smartphone. Para ello se diseñará una placa de circuito impreso capaz de realizar las siguientes funciones:

- Recibir y guardar una cadena de caracteres, descartando los caracteres no transmisibles por código Morse, transmitiendo el mensaje. Controlar la velocidad de la transmisión.

- Descifrar escritura morse manual que se realice externamente accionando directamente el telégrafo y transmitirla al dispositivo externo.

- Hacer sonar un altavoz y controlar su volumen.

- Controlar un motor que realice el movimiento del telégrafo.

- Controlar un relé de 230v, para poder transmitir señal morse mediante tensión.

La placa irá colocada dentro de una caja con un telégrafo en su parte superior y un altavoz con dos potenciómetros para controlar el volumen y la velocidad.

Al enviar un mensaje desde el smartphone al telégrafo, éste lo codificará a Morse, escribirá el mensaje mediante movimiento del telégrafo y devolverá los caracteres al móvil.

Si se acciona el telégrafo de manera manual, la placa decodificará el mensaje y transmitirá los caracteres identificados al móvil.

Para ésto se utilizarán los siguientes elementos:

- Resistencias y condensadores (electrolíticos y cerámicos SMD).

- Mosfet IRF540N, transistores BJT BC548C y regulador de voltaje LM7805.

- Diodos LED y diodos rectificadores SMD.

- Pines hembra para placa impresa, conector hembra 230V y conector hembra de batería.

- Microcontrolador PIC16F877A y microcontrolador ATMEGA328P y osciladores de cuarzo de 16 Mhz.

- Pulsador, conmutador, interruptor y relé para 5V.

- Potenciómetro lineal 20 Kohm y potenciómetro logarítmico 47 Kohm.

- Módulo detransmisión Bluetooth HC-06.

- Motor con juego de engranajes reductores de velocidad y altavoz.

Desarrollo de la placa

La placa está formada por dos partes definidas: emisor y receptor. El emisor es el encargado de identificar escritura manual y traducirla a código ASCII, enviándola al terminal telefónico, y el receptor es el encargado de recibir caracteres desde el terminal telefónico, traduciéndolos a morse mediante sonido y movimiento.

RECEPTOR

El microcontrolador encargado de traducir de MORSE a ASCII es el ATMEGA328P. Éste actúa sobre un motor encargado de hacer el movimiento del telégrafo y sobre un altavoz para generar el sonido característico de éste. Se ha utilizado un altavoz de 8 ohm y 0.25W de potencia máxima.

Es necesario calcular una resistencia que irá en serie con el altavoz para limitar la intensidad máxima que circule por él.

Teniendo en cuenta que la tensión estabilizada de alimentación para todo el circuito son 5v, y que será ésta la que se usará para hacer sonar el altavoz, la intensidad máxima que aguantará el altavoz sin superar los 0.25W será:

I = W / V || I = 0.25 / 5 = 0.05 A

Una vez conocida la intensidad máxima, se calcula una resistencia que limite esa intensidad:

R = V / I || R = 5 / 0.05 = 100 ohm

Ya se conoce la resistencia necesaria. Ahora, el altavoz será controlado mediante una frecuencia procedente del ATMEGA, pero ésta no será introducida directamente al altavoz. Ésta estimulará la base de un transistor al que irá conectado el altavoz. Para calcular la resistencia de base necesaria para este transistor (un BC548) se emplea la siguiente fórmula:

Rb = ( Vb - 0.7 ) / ( Ie / hFe )

Teniendo en cuenta que la ganancia mínima (hFe) del BC548 es de 200 y que los demás valores ya se conocen, se sustituye en la fórmula:

Rb = ( 5 - 0.7 ) / ( 0.05 / 200) = 17200 ohm

Para modular el volumen del altavoz, se colocará en serie con ésta resistencia un potenciómetro logarítmico de 10K .

El motor de control del telégrafo se controla mediante un MOSFET, un IRF540N. En la placa board se ha comprobado que el motor funciona correctamente haciendo pasar por él una intensidad de 300 mA, por lo que hay que calcular una resistencia que, colocada en la fuente del MOSFET, deje pasar sólo ésta intensidad.

R = 5 / 0.3 =~ 16 ohm.

En base del MOSFET se colocará una resistencia de 100 ohm para proteger al integrado de un exceso de intensidad.

La patilla RX del ATMEGA irá conectada a la patilla TX de un módulo bluetooth HC-06, de tal modo que cuando el módulo reciba un carácter desde el teléfono móvil, se enviará directamente al ATMEGA, que los irá guardando en un array de 254 caracteres hasta recibir un carácter INTRO, tras lo cual comenzará a reproducir el mensaje en morse mediante el motor y el altavoz.

EMISOR

El emisor está formado por un microcontrolador PIC16F877A, el telégrafo en si, que actúa como un pulsador. Mientras el telégrafo se mantiene pulsado, une una de las patillas del PIC a 5V, entregándole un 1 lógico, y cuando se deja de pulsar, la une a masa, entregándole un 0 lógico. El TX del pic va unido al RX del módulo bluetooth, por lo que cada vez que identifique la escritura de un carácter, se enviará al terminal telefónico mediante bluetooth.

El PIC cuenta el tiempo que el telégrafo se encuentra en cada uno de los estados para determinar si se está escribiendo un punto, una raya, un espacio entre palabras... Por lo tanto, la precisa cuenta de los tiempos es muy importante para evitar errores. Para evitar falsas lecturas, se coloca un dispositivo antirebotes en el telégrafo, formado por una resistencia y un condensador. Esto dará como resultado un tau determinado. Se considera que un retardo de 5 ms es suficiente para evitar falsas lecturas.

TAU = R x C
TIEMPO TOTAL DE CARGA = 5 x TAU
TAU = 1ms
C = 1uF
R = 1ms / 1uF = 1000 ohm

De estos cálculos se obtiene que colocando un condensador de 1 uF en serie con una resistencia de 1 Kohm, y todo esto puesto en paralelo al pulsador que es el telégrafo, éste no mandará un 1 lógico hasta que no se haya tenido pulsado un mínimo de 5 ms.

El emisor actúa también sobre un relé, el cual puede o no activarse cada vez que se pulse el telégrafo, en función de la posición de un conmutador colocado en la parte trasera de la placa.

La placa es alimentada por un integrado de estabilización de tensión 7805. Según el fabricante, si va a soportar intensidades próximas a 1 A, es aconsejable colocarle un disipador. El telégrafo está formado por 3 leds, un relé, un altavoz, un motor y dos microcontroladores. El consumo total de la placa cuando todo está funcionando no excede de 0.8 amperios, por lo que el disipador no se hace necesario.

PLANIFICACIÓN DEL TIEMPO

Dado que este proyecto ha de estar acabado en un plazo determinado, es necesario planificar bien el tiempo a invertir en cada parte del proyecto para poder acabarlo a tiempo. Para ello se diseña un esquema de planificación mediante el programa GanttProject.

DISEÑO DE PLACAS

Una vez todas las partes de la placa han sido probadas en una placa protoboard, se procede al diseño de la placa de circuito impreso mediante ISIS.

El siguiente paso es diseñar el circuito en proteus. Debido a que la placa ha de encajarse en una caja de un tamaño limitado, se utilizará la herramienta de medición de este programa para diseñar la placa a medida de su caja.

PRESUPUESTO

FABRICACIÓN DE LA PLACA

Ya se puede comenzar el proceso de impresión de la placa. En este caso se realiza mediante papel fotográfico, pegando a ambas caras de un trozo de placa virgen un film fotosensible, sobre el cual se coloca un negativo con las pistas del circuito. Al pasar la luz a través de las pistas en el negativo, el film reacciona, dejando cubiertas las pistas por film, y el resto de cobre al aire. Tras introducirla en ácido, se elimina todo el cobre sobrante, dejando las pistas impresas. Éste el resultado:

Y aquí una simulación de la placa con los componentes ya soldados:

Una vez terminada y comprobada la placa, se introduce en la caja del telégrafo, uniendo todas sus salidas y entradas con los elementos instalados en la caja.