Verilog Práctico
Capítulo 12. Ascensor fácil con Alhambra FPGA
Primera Parte. Montaje Mecánico y Esquema Eléctrico
En la primera parte de este tutorial veremos el montaje mecánico del ascensor y el esquema eléctrico de conexión.
Como en proyectos anteriores, he utilizado materiales y componentes reciclados de viejos equipos electrónicos.
1. Estructura principal
Partimos de una pieza de madera, de dimensiones 20 x 30 cm y 1 cm de grosor, a la que atornillamos dos listones de 5 x 40 cm y 1,5 cm de grosor. Los planos en formato skp están disponibles para descargar al final de la página.
Aparte, en una pieza de chapa de 11 x 40 cm y 3 mm de grosor, fijamos 4 soportes en T, para montar dos guías lineales de 8 mm de diámetro y 40 cm de longitud y dos rodamientos lineales. Las dimensiones y medidas son orientativas.
A continuación atornillamos la chapa con las guías y rodamientos, a los listones.
Para terminar la estructura principal del ascensor, atornillamos una pieza de madera de 11 x 10 cm y 1,5 cm de grosor, en la parte superior de los listones. En esta pieza montaremos la polea y el motor del ascensor.
2. Soporte Chasis
Imprimimos una pletina para unir los rodamientos. Este será el soporte principal del chasis del ascensor.
Todas las piezas impresas están disponibles para descargar al final de la página.
La polea de la cabina la montamos con una pieza en forma de H e impresa en 3D.
Con ocho tornillos M3, montamos el soporte en los rodamientos.
3. Microswitches Final de Carrera.
Imprimimos tres piezas de soporte para los microswitches de parada. Montaremos uno por planta. Los agujeros ranurados servirán para ajustar la posición.
Con dos tornillos M3 montamos los microswitches de parada en los listones de la estructura principal.
Montamos un microswitch por planta, tres en total.
4. Motor y Poleas
Con una polea impresa más otra polea recuperada de un viejo motor, montamos el conjunto de tracción de la cabina.
Imagen del conjunto ya montado.
Un pié impreso en 3D servirá de fijación para la polea de tracción.
Montamos la polea de tracción y el soporte para el motor.
Montamos el motor en su soporte.
Y después montamos la polea en el motor junto con la correa dentada.
Para terminar fijamos un cable de acero en la parte superior, lo pasamos por la polea de la cabina y después por la polea de arrastre.
La polea de la cabina no estaba en el diseño original. Antes el motor tiraba directamente de la cabina con un cable de acero atado a la misma. Puedes verlo en la siguiente imagen.
Diseño original de la cabina.
En este nuevo diseño, el motor acciona la polea principal que recoge o suelta el cable de acero, en lugar de tirar directamente de la cabina. Esta mejora reduce a la mitad la fuerza que tiene que hacer el motor para subir y bajar la cabina.
Por si alguien se lo está preguntando, no he usado contrapesos para la cabina. En lugar de eso he utilizado un motor potente con una reductora y así se simplifica el montaje.
5. Cabina
Imprimimos el chasis de la cabina.
Montamos la cabina en el chasis.
Imprimimos una leva que hará de actuador sobre los microswitches.
Y atornillamos la leva y la cabina al soporte de los rodamientos.
Detalle fijación de la cabina y la leva.
En el lado izquierdo también va un tornillo para fijar la cabina.
Hasta aquí el montaje mecánico del ascensor.
6. Esquema
El esquema electrónico consiste en tres pulsadores para llamar al ascensor: PB0, PB1 y PB2, correspondientes a Planta Baja, Primera Planta y Segunda Planta.
Tres microswitches serán los encargados de indicar que el ascensor ha alcanzado la planta correspondiente: FC0, FC1 y FC2.
Los pulsadores y los microswitches son las entradas del circuito. En base a estas entradas, la Alhambra activará las salidas ENB, IN3 e IN4 conectadas al driver L298 para hacer que el motor gire en un sentido u otro, haciendo subir o bajar al ascensor según corresponda.
Los ledes son para comprobar visualmente que los pulsadores, microswitches y las salidas de la Alhambra funcionan correctamente. Se puede omitir su montaje para simplificar el circuito, si así se desea.
Todas las entradas son activas a nivel alto, de ahí las resistencias pull-down de 10K. Además para reducir los rebotes de pulsadores y microswitches conectamos un condensador de 100nF entre las entradas y GND.
Como en anteriores ocasiones, he intercalado entre las E/S y la Alhambra un 74HC244 o Line Driver a modo de interface, para mejorar la calidad de las señales y eliminar el ruido.
Todo el circuito funciona con una fuente de 12V para alimentar el driver L298 y la Alhambra a través del pin VIN. Con los 5V del regulador de la Alhambra, alimentamos los CI’s 74HC244, los ledes, pulsadores y microswitches.
Imagen del circuito del ascensor.
Hasta aquí la parte del montaje mecánico y eléctrico del ascensor.
Los cuatro sensores que se ven en el lado izquierdo son cuatro optoswitches para implementar un sistema de arranque y parada suaves con motor de dos velocidades controlado con PWM. Pero esa característica y otras mejoras las veremos en otro tutorial.
De momento y para empezar, veremos cómo hacer un ascensor sencillo con tres finales de carrera y tres pulsadores de llamada.
Descargas
Aquí abajo puedes descargar el plano del ascensor en formato SketchUp así como los modelos 3D de las piezas impresas y el esquema eléctrico en alta resolución.