CIRCUITO DE LUCES DE POLICÍA |
1.
Introducción y definición
En este apartado vamos a realizar desde el principio hasta el final un circuito
impreso, viendo así cada uno de los pasos a seguir en cada caso.
El circuito que hemos elegido como ejemplo es un circuito muy llamativo, permite obtener las conocidas luces que se pueden ver en los coches policiales. Para lograr el efecto deseado hemos utilizado dos grupos de diodos LED, que se activan de manera alternada.
Cada vez que se activa un grupo, los LEDs correspondientes se encienden y apagan por tres veces. Después se activa el otro grupo y sucede exactamente lo mismo. El proceso se repite indefinidamente.
2. Funcionamiento del circuito
El esquema eléctrico correspondiente a nuestro circuito será el siguiente:
El circuito utiliza un 555 que funciona como reloj del contador de décadas 4017.
Modificando los valores de los resistores y condensadores conectados al temporizador podemos cambiar la velocidad del reloj. Aunque con los valores que utilizaremos hacen que el circuito funcione bastante bien.
El 4017 entrega secuencialmente en cada una de sus salidas una señal de nivel alto. Si observamos el esquema, sólo las salidas 0, 2, 4 y 5, 6 y 7 están conectadas.
Esto se hace así para crear la intermitencia de los diodos cuando cada grupo de LEDs está conectado. Las salidas 1, 3, 6 y 7 no están conectadas y crean el tiempo necesario para que los LEDs se muestren apagados.
La lista de componentes del circuito es la siguiente:
- IC1: temporizador 555 - IC2: contador de décadas 4017 - Q1=Q2: transistor bipolar 2N2222 o similar - D1=D2=D3=D4=D5=D6: diodo 1N4001 - D7 a D18: diodos LED |
- R1: resistencia 1K - R2: resistencia 22K - R3 a R10: resistencias 470Ω - C1: condensador electrolítico 2.2uF - C2: condensador 0.01uF |
El circuito se alimenta de una fuente de tensión de 12 VDC.
3. Diseño del circuito impreso
Vamos a dividir el diseño de nuestro circuito en dos
grandes apartados:
- Diseño del esquema eléctrico en ISIS
Tanto los entornos de trabajo de ISIS como el de ARES son explicados con detalle el apartado de Proteus, por lo tanto habrá pasos, durante la explicación de la creación del circuito impreso, que los demos por conocidos.
3.1. Diseño del esquema eléctrico en ISIS
- Búsqueda y comprobación de los componentes
Una vez que estamos en el entorno de ISIS lo primero que tenemos que hacer es buscar la lista de componentes que necesitaremos en las librerías proporcionadas.
En este caso no hemos tendido ningún problema a la hora de
encontrar cada uno de nuestros componentes, aunque los diodos LED y la batería
no tienen un encapsulado asignado. Por lo tanto lo primero que haremos será
asignarles uno.
- Diodos LED
Antes de hacer nada debemos mirar el encapsulado que es más apropiado para nuestro componente. En este caso creemos oportuno utilizar el encapsulado "ELEC-RAD15M", ya que las dimensiones son las más adecuadas y además nos indica la polaridad.
Para llevarlo a cabo seleccionamos, por ejemplo, el LED-BLUE y lo ponemos en la ventana de trabajo. Con el botón derecho seleccionamos la opción "Make Device" y en la ventana de "Packagings" buscamos el encapsulado que necesitamos. Le asignamos los pins y nos quedaría de la siguiente forma:
Hacemos lo mismo para el LED-RED, que utilizará el mismo encapsulado. Una vez que lo guardemos ya lo tendremos listo para usar.
- Batería
El procedimiento a seguir será igual que en el caso anterior. El encapsulado que utilizaremos es el "CONN-SIL2", ya que lo que necesitamos es un conector donde podamos conectar nuestra batería.
- Elaboración del esquema eléctrico
Una vez asignados los encapsulados que nos faltaban ya tenemos todo listo para comenzar a realizar el esquema eléctrico.
Lo único que tenemos que hacer es situar en la ventana de trabajo cada uno de los componentes igual que en el circuito proporcionado al inicio. Nos quedará de la siguiente forma:
Ahora que ya tenemos hecho nuestro esquema eléctrico podemos simularlo para verificar que funciona correctamente. Si todo funciona de la forma esperada y no existe ningún error ya podemos comenzar el diseño de la placa con ARES.
- Vídeo
A continuación mostramos un video en el que se indica cada uno de los pasos a seguir para realizar el circuito. En él se puede ver también como la simulación funciona perfectamente.
Para reproducir pulsar con el botón derecho del ratón y clickar en Reproducir
Una vez realizado el esquema eléctrico comenzamos a
trabajar en el entorno de trabajo de ARES. En el llevaremos a cabo el diseño de
la placa de circuito impreso.
- Trazado del borde de la placa
Lo primero que haremos es trazar los bordes de la placa. Viendo los componentes que tenemos no deberíamos tener ningún problema si la hacemos de 5x7 cm.
Para llevarlo a cabo seleccionamos la herramienta de trabajo "2D Graphics Box Mode" y dentro del selector de caras elegimos "Board Edge".
Ahora trazamos el rectángulo en la ventana de trabajo con las dimensiones que hemos indicado.
- Posicionamiento de los componentes
A continuación colocamos los componentes dentro de los bordes de la placa dibujados. Lo podemos hacer de forma manual, de forma automática o una mezcla de la dos.
En nuestro caso colocaremos algunos componentes manualmente y el resto de forma automática, así podemos poner los diodos LED de forma ordenada.
- Manual
Seleccionamos el componente que queremos colocar y lo situamos, dentro de los bordes de la placa, donde creamos oportuno. Hemos situado el conector de la batería en un borde de la placa y los diodos LED diferenciando los dos grupos (rojos y azules).
- Automática
Ahora que ya hemos colocado los componentes que queremos tener posicionados de una determinada forma podemos realizar el posicionamiento automático para el resto. Para ello debemos ir al menú y seleccionar "Tools → Auto-placer", nos aparecerá la siguiente pantalla:
Hemos aumentado el "Placement Grid" para que los
componentes no se sitúen demasiado juntos y deseleccionado la opción "Push &
Shove", ya que sino los componentes colocados anteriormente se moverán a
otro lugar de la placa. Nos quedará de la siguiente forma:
- Rutado de las pistas
Al igual que la colocación de los componentes, el rutado de las pistas se puede hacer de forma manual o automática. En nuestro caso lo realizaremos automáticamente, ya que con tantos componentes sería muy difícil hacerlo de forma manual.
Lo llevaremos a cabo de dos formas diferentes (sin planos
de masa y alimentación y con ellos):
- Sin planos de masa y alimentación
Para ello lo primero que debemos hacer es establecer las
reglas de diseño para el rutado, las cuales las podemos definir seleccionando en
el menú "Technology → Design Rule Manager".
En nuestro caso, aunque no es necesario, hemos optado por emplear 4 caras para que las pistas no tengan que estar demasiado pegadas y hemos puesto una separación mínima entre pistas de 50th. En el apartado de reglas de diseño y clases de redes de Ares se explica como modificar estas reglas de diseño.
Una vez definidas, para realizar el rutado automático, debemos ir al menú y seleccionar "Tools →
Auto-router". En la ventana que nos aparece a continuación no
cambiamos nada y pulsamos en "Beguin Routing". Se iniciará el rutado y
obtenemos el siguiente resultado:
- Con planos de masa y alimentación
Es bastante común que cuando se usan dos capas, las dos
caras interiores sean utilizadas para el plano de masa y el de alimentación. De
esta manera nos ahorramos bastantes pistas tanto en la cara superior como en la
inferior.
Entonces hemos trazado el plano de masa en la cara "Inner
1" y el plano de alimentación en la cara "Inner 2". Para llevarlo a
cabo seleccionamos la herramienta "Zone Mode"
y nos situamos en la
cara en la que queramos dibujar el plano.
Una vez trazados ambos planos y habiendo definido sus características procedemos a establecer las reglas de diseño para el rutado, las cuales las podemos definir seleccionando en el menú "Technology → Design Rule Manager".
En el apartado de reglas de diseño y clases de redes de Ares se explica como modificar estas reglas de diseño.
Al haber puesto un plano de masa y otro de alimentación ya no necesitamos las pistas "POWER", por lo que no seleccionamos ninguna cara donde trazar estas pistas, tal y como se muestra a continuación.
En cuanto a las pistas "SIGNAL" indicamos que las queremos trazar en la cara superior y en la inferior.
Nos quedará entonces de la siguiente manera:
Para ver la diferencia con más claridad entre las pistas de
un caso y del otro mostramos a continuación los fotolitos de las pistas de las
cuatro caras utilizadas.
- Sin planos de masa y alimentación
- Con planos de masa y alimentación
- Visualización 3D
Podemos visualizar en 3D como nos ha quedado nuestra placa
de circuito impreso para los dos ejemplos anteriormente realizados. Para ello seleccionamos la herramienta "3D Visualizer".
- Sin planos de masa y alimentación
- Con planos de masa y alimentación
Podemos ver como los diodos LED aparecen como si fueran condensadores electrolíticos. Esto es porque hemos usado el mismo encapsulado para los diodos que el que usan dichos condensadores.
En la visualización 3D no se aprecian las capas que tiene la placa, sino que sólo podemos ver lo que hay en la cara superior e inferior.
- Vídeos
A continuación vamos a mostrar una serie de vídeos indicando cada uno de los pasos que hemos dado anteriormente. Para ello hemos realizado uno por cada fase del diseño.
- Trazado del borde de la placa y
posicionamiento de los componentes
En el siguiente vídeo mostramos como trazar el borde de
nuestra PCB y el posicionamiento de los componentes dentro de los límites
dibujados.
Para reproducir pulsar con el botón derecho del ratón y clickar en Reproducir
- Rutado de las pistas
El primer vídeo que se muestra a continuación es en el que
realizamos el rutado sin planos de masa y alimentación, mientras que en el
siguiente si que los incluimos en las dos caras internas de la placa.
Para reproducir pulsar con el botón derecho del ratón y clickar en Reproducir
Para reproducir pulsar con el botón derecho del ratón y clickar en Reproducir
- Visualización 3D
Por último mostramos como obtener la visualización 3D de
nuestra PCB.
Para reproducir pulsar con el botón derecho del ratón y clickar en Reproducir