Controle Rotunda

Este controle para Rotunda (ou Virador de Locomotivas) tem uma interface muito amigável com um display de cristal líquido e painel com 5 botões (Dois para seleção da saída (UP / DOWN), um para CONFIRMAR, um para CANCELAR e outro para INVERTER a PONTE (Giro 360º). Além disso as configurações da Rotunda (Número de Saídas e Posições) são configuradas diretamente no display sem a necessidade de alterações do Sketch.

Diagrama do Acionador:

MATERIAL NECESSÁRIO:

- Arduino Nano/Uno (ATMEGA328P);

- Modulo UNL2003 + Motor de Passo 28byj-48;

- Modulo LCD OLED 0.91inch 128x32;

- Modulo Rele de Dois Contatos - DPDT (Double Pole Double Throw);

- 5 Push Button (Botoes de Pressão);

- Led Infra-Vermelho TIL32 3mm

- Receptor InfraVermelho TIL78 3mm

- Resistor 470R 1/8W;

- Resistor 10K 1/8W;

Conexão entre os Módulos 

Montagem dos Módulos na Rotunda

Sketch:

O Sketch pode ser baixado no seguinte link: https://github.com/cledersontp/RotundaArduino

Alem dele você ira precisar da biblioteca Adafruit_SSD1306 que pode ser baixada neste link: https://github.com/adafruit/Adafruit_SSD1306

FUNCIONAMENTO:

Quando o circuito é ligado o motor gira até a posição inicial (Saída 1). Neste processo o motor é acionado continuamente até que o sensor de infra vermelho (pino 12) detecte a ranhura do Disco de Posicionamento.

Mensagem de Movimento Inicial no Display 

Detalhe do Corte no Disco de Posicionamento

Painel de Operação da Rotunda

Depois de posicionado na Saída 1 o usuário pode selecionar a saída desejada pelos botões UP/DOWN/INVERTER e clicar em Confirmar para movimentar a PONTE.

Botoes UP/DOWN para selecionar a SAIDA

Botão OK para mover a PONTE para a SAIDA selecionada

Movimento PONTE da SAIDA 1 para SAIDA 2

INVERSÃO DA PONTE

Para ativar/desativar a opção INVERTER basta clicar no botão INVERTER, quando a opção estiver ativa será exibido um “i” com fundo branco no display. A opção INVERTER move a PONTE para a saída selecionada alinhando a outra extremidade da PONTE com a SAIDA, ou seja invertendo a PONTE.

Botão INVERTER sentido da PONTE

Depois de ativar a OPÇÃO inverter e escolher para qual saída deseja movimentar a locomotiva basta clicar em OK para movimentar a PONTE.

Veja no exemplo abaixo:

Se por exemplo a PONTE estiver na SAIDA 2 e for movimentada para a SAIDA 1 a locomotiva sairá de ré da rotunda.

Movimento normal da SAIDA 2 para a SAIDA 1 

Porem, se for ativada a opção INVERTER para mover a PONTE da SAIDA 2 para a SAIDA 1, a locomotiva sairá de frente da rotunda.

Movimento INVERTIDO da SAIDA 2 para a SAIDA 1

Caso a PONTE esteja invertida, sua polaridade também estará, nesta situação é acionado o modulo Rele para inverter a polaridade dos trilhos da PONTE compatibilizando com a polaridade dos trilhos das saídas.

CONFIGURAÇÃO:

Para configurar a Rotunda deve ser mantido pressionado o botão “INVERTER” quando o circuito é ligado. Logo após a PONTE fazer o movimento para a posição inicial (Saída 1) será apresentado o menu de configuração (O botão Inverter só deve ser solto quanto o menu de configuração for exibido).

Manter o botão INVERTER pressionado ao ligar a rotunda para Configurar

Menu de Configurações

Para navegar nas opções basta utilizar os botoes UP/DOWN e clicar em CONFIRMAR para entrar no menu desejado.

Opções do Menu:

a) Número de Saídas

b) Posição das Saídas

c) Direção Padrão

d) OffSet

e) Fim

a) Número de Saídas: Nesta opção é configurado o número de saídas da rotunda, lembrando que a Saída 1 tem a posição fixa conforme a posição inicial do motor.

Configuração do NUMERO DE SAÍDAS da rotunda

Para ajustar o número de saídas basta pressionar os botões UP/DOWN e clicar em CONFIRMAR para gravar. Para voltar para o menu inicial sem alterações basta clicar em CANCELAR.

b) Posição da Saída: Nesta opção são configuradas as posições de cada saídas da rotunda. Ao todo são 2048 posições para os 360º da volta (0.176o por Posição).

Para ajustar o número de saídas, primeiro selecione a SAÍDA que será configurada com os botões UP/DOWN e aperte o botão CONFIRMAR. 

Seleção da SAÍDA que será configurada

A PONTE ira movimentar para a posição configurada para aquela saída e basta fazer o ajuste da posição com o trilho da saída utilizando os botões UP/DOWN. Para gravar a posição basta clicar em CONFIRMAR. 

Use os botoes UP/DOWN para ajustar a posição da PONTE

Alinhamento da PONTE com a SAIDA

Para sair da configuração utilize o botão CANCELAR.

c) Direção Padrão: A direção padrão indica se a contagem das saídas é feita em sentido Horário ou Anti-horário. Para ajustar basta pressionar os botões UP/DOWN e clicar em CONFIRMAR para gravar. Para voltar para o menu inicial sem alterações basta clicar em CANCELAR.

Entrando na configuração de Direção Padrão

Seleção da direção: HORÁRIO ou ANTI-HORÁRIO

Direção Padrão

d) OffSet: O motor de passo 28byj-48 possui internamente alguma engrenagens que normalmente apresentam um pequeno “jogo” quando é feita a inversão de rotação. 

Entrando na configuração do OffSet

Jogo nas Engrenagens / Engrenagens do motor 28byj-48

O OffSet é uma maneira de compensar esse pequeno “jogo” adicionado alguns passos no movimento do motor sempre que a rotação é invertida. Para ajustar o valor basta pressionar os botões UP/DOWN e clicar em CONFIRMAR para gravar. Para voltar para o menu inicial sem alterações basta clicar em CANCELAR.

Utilize os botões UP/DOWN para ajustar os Passos do OffSet

O ajuste do OffSet pode ser feito testando a movimentação entre as Saídas 1 e 2:

1. Ligar o circuito e movimentar a PONTE para a Saída 2.

2.  Em seguida mova a PONTE da Saída 2 para a Saída 1.

Caso a PONTE ao retornar não alinhe corretamente com a Saida 1 é necessário ajustar o OffSet: 

Desalinhamento da PONTE ao retornar da POSIÇÃO 2 para POSIÇÃO 1

Se PONTE parar antes da saída o OffSet deve ser aumentado, caso a PONTE parar depois da Saída o OffSet deve ser reduzido.

MECANISMO DE ACIONAMENTO

A parte mecânica é muito importante e mais complexa que o circuito de controle por necessitar de giro em 360o e qualquer “folga” acarreta em diferença no alinhamento da PONTE com os trilhos das saídas.

Mecanismo acionamento Rotunda

As peças plásticas foram impressas em 3D com PLA salvo as engrenagens que foram impressas com HPLA. 

Para a transmissão da energia a solução foi utilizar um tubo de latão de 5mm como eixo e dentro dele isolado, um tubo de latão de 2mm.

Corte do Mecanismo detalhando seu eixo

Os contatos com os tubos de latão do eixo utilizam Sondas de Teste Pongo como "Escovas". Estas sondas são pequenos tubos de latão com uma agulha de contato pressionada por uma mola interna:

Sonda Pongo utilizada como "escova"

A PONTE é um Pontilhão Frateschi (Cod 1515) que teve os trilhos substituídos para Latão e foram adicionados rodas nas extremidades (Rolo Pressor de Toca Fitas).

Pontilhão Frateschi (Cod 1515) modificado

O suporte para encaixe do Pontilhão ao Eixo de acionamento foi impresso em 3D.

O pontilhão deve ser fixado alinhado ao trilho de entrada da Posição 1 (Posição Inicial), para isso reinicie o circuito para que a mecanismo vá para a posição inicial, com cuidado fixe o pontilhão alinhado aos trilhos da Posição 1. 

Pontilhão alinhado com a SAÍDA 1. 

Recebi vário pedidos quanto aos arquivos STL utilizados para impressão da base do virador, então estou disponibilizando esses arquivos para quem tiver interesse:

Arquivos STL Virador Motor de Passo 28byj-48

Montagem as peças Impressas em 3D

Alem das peças impressas em 3 será necessário:

- Tubo de Latão 5mm (Eixo Externo);
- Tubo de Latão 2mm (Eixo Interno)

- Dois Rolamentos MR115ZZ (Diâmetro Interno 5mm / Externo 11mm);

- Demais componentes descritos acima no projeto;