Medidor de tensión para pilas AA y AAA

2012-04-05

Medidor de tensión de pilas.

He aquí un nuevo diseño de voltímetro para medir la tensión de pilas de tipo AA y de tipo AAA. Como el anterior, marca la tensión medida en voltios con dos cifras. El principio de funcionamiento es éste:

El aparato mide la tensión de un diodo Zener que sirve como referencia estable y unidad de medida.
Después, el aparato mide la tensión de la pila a probar.
Con estas dos medidas, el aparato calcula el valor calibrado de la tensión de la pila a probar.
En paralelo a estas operaciones, el aparato muestra el valor de la última medida en dos dígitos decimales. En vez de activar los dos dígitos a la vez, primero muestra uno y luego el otro, pero la alternancia es tan rápida que el ojo humano percibe los dígitos simultáneamente.

Este nuevo diseño está hecho para necesitar menos cables que el anterior y tiene una carcasa de ABS que protege las soldaduras de los ataques externos. El resultado es un aparato mucho más robusto y qué además carece de los defectos de funcionamiento que tenía el anterior. Como añadido, tiene un botón que, al ser pulsado, provoca que se muestre la tensión de las pilas de alimentación.

Materiales

El aparato está fabricado con los siguientes componentes (determinados en buena medida por lo que tenía en inventario):

1 placa perforada rectangular para prototipos «de puntos» (sin uniones entre los agujeros) con espaciado de 0,1 pulgadas (2,54 mm) y un tamaño de 77 mm por 90 mm. Los componentes van soldados a esta placa.
1 condensador cerámico de 100 nF (C1). Este condensador sirve para filtrar las variaciones de la tension de alimentacion.
1 resistor de 18 kΩ (R1). Este resistor mantiene la línea RA3 arriba a menos que se presione el pulsador S1, en cuyo caso baja a tierra.
4 resistores de 1 kΩ (R2, R3, R4 y R5). R2 baja los terminales de prueba a tierra cuando no hay pilas que medir y permite descargar la pila a medir lentamente con el fin de medirla en ciertas condiciones de trabajo, no en circuito abierto. R3 y R4 sirven para conmutar los transistores Q1 y Q2. R5 fija la corriente en el Zener.
8 resistores de 56 kΩ (R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12 y R13). Fijan la corriente en los visualizadores de 7 segmentos.
2 visualizadores de 7 segmentos de ánodo común y con punto decimal (D1 y D2). Sirven para mostrar los dígitos.
1 diodo Zener de 1,5 V y 1 ⁄ 2 W (Z1). Este diodo da la tensión de referencia.
2 transistores PNP (Q1 y Q2) del modelo BC557 o uno similar (basta con que el transistor pueda mover cómodamente 100 mA). El transistor Q1 conmuta el visualizador D1 y el transistor Q2 conmuta el visualizador D2. O conduce un transistor o conduce el otro.
1 tira de 6 patillas (J1). Este conector sirve para programar el microcontrolador con un programador ICSP.
2 tiras de 7 zócalos cada una. Sirven para alojar el microcontrolador.
2 pilas de tipo AA (B1) para la alimentación del aparato.
1 portapilas para 2 pilas de tipo AA. Este portapilas alojará las pilas de alimentación.
1 portapilas para 1 pila de tipo AAA (T1 y T2). Este portapilas es uno de los dos de prueba.
1 portapilas para 1 pila de tipo AA (T3 y T4). Este portapilas es uno de los dos de prueba.
1 conector de 2 terminales hembra y una sola posición con sus espadines correspondientes.
1 conector de 2 terminales macho de una sola posición como contrapartida al conector anterior. Estos conectores sirven para dar o quitar la tensión de alimentación de las pilas.
1 microcontrolador PIC16F676 (U1). Este microcontrolador se encarga de la captura de datos y su posterior tratamiento.
Cable.
Soldador.
Estaño.
Una carcasa de ABS de las dimensiones de la placa.
4 tornillos para fijar la placa a la carcasa.

Esquema

Esquema del circuito.

Aquí está el esquema del circuito en diferentes formatos. Lo dejé anotado en inglés.

El programa informático gschem es parte del proyecto gEDA, software libre para el diseño de circuitos electrónicos.

Carcasa

La carcasa está hecha en ABS con una máquina de fabricación aditiva por control numérico (una MakerBot Thing-O-Matic). El modelo está preparado con el programa OpenSCAD, software libre de diseño de piezas asistido por ordenador que tiene como elemento característico que el diseño no se hace manipulando una interfaz gráfica, sino por medio de una descripción textual de los objetos a crear. Aquí está el modelo en dos formatos:

Original en el formato de OpenSCAD.
Diseño en formato STL listo para ser enviado al programa de control numérico de la máquina de fabricación.

Programa

El programa opera cíclicamente. Hace lo siguiente:

Lee la tensión de referencia del diodo Zener.
Lee la tensión de los portapilas de prueba.
Obtiene la tensión calibrada: multiplica la medida de los portapilas por la tensión de calibración del diodo Zener y la divide por la medida del diodo Zener.
Convierte la medida calibrada a dos dígitos decimales, uno para las unidades de voltio y otro para las décimas de voltio.
Vuelve a empezar.
En paralelo a estas operaciones, un temporizador actualiza los dígitos mostrados. Sólo se muestra uno cada vez; lo que hace es alternar el que se muestra.

El programa, que no es muy elegante, es software libre publicado bajo la licencia GPL versión 3 (o posterior). Está escrito en lenguaje ensamblador para PIC. Está aquí:
battery-meter-2.tar.gz.

El archivo contiene el código fuente y un makefile con instrucciones para compilarlo. Este makefile hace uso de de GPUTILS, el conjunto de programas libres para compilar, enlazar y manipular programas en ensamblador para microcontroladores PIC. Para compilar, basta con escribir esto en una consola de *nix:
make

Una vez compilado el programa, hay que escribirlo en el microcontrolador. Es posible hacerlo directamente en la placa mediante las patillas acodadas ICSP. La patilla superior es la V_PP; con un programador como el PICkit 2, hay que hacer que coincida con la flecha que indica esta posición. Si se usa el PICkit 2, es posible utilizar el programa PK2CMD, que es software libre. Hay instrucciones para usarlo en el propio makefile, así que basta con escribir esto:
make uplink