Proyecto Ibertren: Presentación

Introducción

Cuando yo era pequeño, uno de los hobbies que tenía era el modelismo de trenes en miniatura.

Los que tengan una edad parecida a la mía, recordarán la marca IBERTREN, una empresa dedicada a hacer trenes de juguete en miniatura que en aquella época no existían en España. Inicialmente, se dedicó a la escala N (9mm entre raíles), y todas las vías tenían 3 contactos: los dos raíles más un contacto central sobre el que se desliza un patín de la locomotora. Por esta razón, esta escala pasó a denominarse más tarde como 3N. Mientras tanto, en el modelismo "de verdad" la escala era 2N, esto esto es: la corriente se toma de los dos raíles, uno positivo y otro negativo.

Más tarde, Ibertren entró también en la escala HO, mucho más grande, y eventualmente también hizo modelos en escala 2N, pero eso es otra historia.

La cosa es que yo tenía una maqueta de Ibertren, con tres trenes distintos, uno de pasajeros, un talgo completo y uno de mercancías, cada uno con su respectiva locomotora. Aquí os adjunto algunas fotografías de cómo se conserva la maqueta a día de hoy.

Lamentablemente, el transformador original que traía el Ibertren se estropeó. Mi padre, que siempre ha sido bastante manitas para la electrónica, me hizo otro transformador y reutilizó algunas partes del original, y además añadió ciertas "características" como un silbato y un control de luces de las casas de la maqueta.

La cosa es que la maqueta se abandonó debajo de una cama durante muchos años, y a día de hoy aunque bien conservada, no funciona el alimentador porque el circuito se rompió.

Tres generaciones, una afición

Algunos detalles de la maqueta

Como se puede ver, queda un buen trabajo de restauración

Objetivos

Mi objetivo en este proyecto no es tan sólo  arreglar el alimentador sino, dados los tiempos que corren y las nuevas tecnologías que ahora existen (han pasado 30 años) vamos a intentar "modernizar" un poquito el asunto.

Mi intencion es utilizar un Arduino para mover todo el invento, y esta es mi lista de intenciones:

• Control suave de los trenes.
  Arduino incorpora salidas PWM que no son analógicas pero se comportan como tales, ya hablaremos un poco más de esto más adelante. La ventaja es que el avance de las locomotoras a velocidades bajas es bastante más eficiente y suave que la simple regulación de voltaje que se hacía habitualmente en los circuitos analógicos.
• Control digital de la marcha.
  Antiguamente, para cambiar la marcha de los trenes, el controlador de Ibertren disponía de un conmutador que cambiaba el sentido de la corriente. Si el tren estaba en marcha, esto era catastrófico: imagínate meter marcha atrás en el coche cuando éste está en movimiento... Con un control digital podemos programar el Arduino de manera que cuando solicitemos el cambio de sentido, éste puede reducir la velocidad hasta cero, cambiar la polaridad y después incrementar de nuevo la velocidad hasta donde estaba anteriormente.
• Display digital.
  ¿Por qué no ponerle al invento un display que nos muestre información como la velocidad, la marcha, o lo que se nos ocurra?
• Sonidos personalizados.
  La maqueta tenía como os he dicho un circuito que hacía sonar un silbato al pulsar un botón. Con un Arduino podemos tener muchos tipos de sonidos grabados en MP3 (o WAV) que se activen con un panel de distintos botones: campanas de la estación, silbato, locuciones, etc. Hay componentes baratísimos que nos permiten reproducir sonidos almacenados en una microSD y controlándolo desde Arduino.
• Control de iluminación.
  La maqueta dispone de varias casas que tenían una pequeña bombilla de 12V. Hay un interruptor general que nos permite encender o apagar las luces. Mi intención es sustituir este circuito por LED's de bajo consumo y voltaje (3.3V - 5V) y alta luminosidad. Además podemos programar el encendido o apagado automático, disminuir o aumentar la luminosidad al pulsar un botón, etc.

Hay ciertas cosas que todavía tengo que pensar, pero las posibilidades son muy grandes: por ejemplo podríamos poner sensores de presencia en ciertos puntos del circuito de vías y detener los trenes si hay un obstáculo, o activar automáticamente los cambios de vía eléctricos, etc. Ya veremos lo que da de sí.

Análisis de requerimientos

A continuación, vamos a ver qué elementos vamos a necesitar para realizar el proyecto.

Primero, veamos qué circuitos de corriente vamos a necesitar:

1. Los trenes de Ibertren en la escala N (3N) funcionan con corriente continua a 12V, y su control es analógico; esto es, se regula su velocidad modificando el voltaje entre 0V y 12V. Para el cambio de sentido simplemente se invierte la polaridad, alimentándolos entre -12V y 0V. En cuanto a la corriente máxima necesaria, creo (a ojo de buen cubero) que con 2A tendremos bastante para mover un máximo de 2 locomotoras. Si no recuerdo mal, he leído en algún sitio que el alimentador original de Ibertren proporcionaba un máximo de 2,5A, pero compartido entre 12V alterna y 12V continua. Por lo tanto, vamos a necesitar un circuito de 12V DC 2A.
   Tengo que especificar que con nuestro Arduino no vamos a proporcionar realmente corriente continua sino PWM, es decir corriente "pulsada", pero para el caso nos vale.
2. Además, la maqueta dispone de cuatro cambios de vía eléctricos. Estos cambios consisten en un doble electroimán y un núcleo metálico que se desplaza en un sentido u otro. Estos electroimanes se alimentan a 12V con corriente alterna mediante unos pulsadores. Vamos a suponer también que la corriente máxima es de 2A. Por tanto, vamos a necesitar otro circuito de 12V AC 2A.
3. Finalmente está la alimentación de todo lo demás: necesitamos alimentar un Arduino, unos LED's y otra serie de componentes electrónicos: display, amplificadores PWM, reproductor de MP3... Para todos estos elementos lo ideal es una alimentación a 5V en continua. Por tanto vamos a necesitar un tercer circuito a 5V DC. Ya veremos la corriente máxima necesaria, pero no creo que supere 1A.

Por tanto, estos son los requerimientos a primera vista:

• Un transformador de 220V AC a 12V AC. Creo que en la maqueta debe haber alguno que funcione todavía y en caso contrario habría que comprar uno. Con él alimentaremos el circuito número 2 (desvíos eléctricos).
• Un alimentador que nos dé 12V DC y 5V DC. Podríamos construir uno que nos dé estas tensiones o bien podemos comprar este alimentador de discos duros que nos da 2A en cada circuito independiente a 12V y a 5V. Cuesta unos 2,74€ en Aliexpress y con él podemos alimentar los circuitos números 1 y 3 (motores y electrónica).
• Un Arduino a 5V.
  Podemos utilizar un Arduino UNO o un Pro Mini. Opto por el segundo por ser más barato y ocupar menos espacio. 1,41€ en Aliexpress.
• Un display digital.
  Hay muchos displays LCD disponibles que nos permiten mostrar 2 líneas de 16 caracteres cada una. Normalmente utilizan un protocolo de comunicación en paralelo, es decir, utiliza 8 líneas de datos al mismo tiempo. Si no queremos quedarnos sin pines disponibles en el Arduino, deberemos utilizar un adaptador al protocolo serie. Se puede conseguir un pack con los dos componentes por 1,96€ en Aliexpress, y sólo tendremos que utilizar 4 pines incluyendo la alimentación.
• Un amplificador de potencia PWM.
  Si nuestro Arduino funciona a 5V, el voltaje máximo que podremos sacar por los pines PWM será de 5V, insuficiente para alimentar el circuito de los motores de los trenes. Además necesitaremos mucha más intensidad de corriente de la que nos va a proporcionar el Arduino (unos 2A según hemos estimado). Por tanto, necesitaremos construirnos un circuito amplificador basado en un transistor que nos controle hasta 12V a partir de los 5V del Arduino. O también podemos comprar este componente que está ya diseñado específicamente para motores y cuesta unos 1,72€ en Aliexpress y permite controlar dos canales independientes de 2A cada uno y para un voltaje de entre 5V y 35V.
• Un reproductor de sonidos.
  Este componente es opcional, pero mola. Se trata del DFPlayer Mini, un mini reproductor de MP3 (o WAV, o WMA) que incorpora un lector de tarjetas microSD y puede reproducir ficheros de música (o sonido) de forma independiente o controlado por un Arduino. Se puede conectar directamente a un altavoz y también tiene una salida de línea. Cuesta 5,48€ en Aliexpress.
• Algunos pulsadores.
  Vamos a necesitar varios pulsadores, tanto para el cambio de sentido como para activar y desactivar el alumbrado como para el reproductor de sonido.
  Para el cambio de sentido me han gustado estos que tienen una tapa en forma de flecha e incorporan iluminación mediante LED's. Midem 1 cm de diámetro y cuestan 4,56€ en Aliexpress el lote de 5 pulsadores.
  Para el resto, podemos utilizar estos otros, que sólo cuestan 0,69€ el lote de 20 en Aliexpress.
• Unos cuantos de LED's.
  También vamos a necesitar LED's, tanto para la iluminación como para indicar ciertas cosas, como el funcionamiento del circuito como para indicar que las luces están activadas, o para lo que sea. En Aliexpress venden este lote de 100 LED's en blanco por 0,98€. O si los queremos en colores también tenemos este otro lote de 100 LED's en 5 colores (20 de cada) por 1,03€. Todos ellos son pequeños (3mm de diámetro), de alta luminosidad y admiten un voltaje máximo de 3,4V, lo que podemos conseguir por medio de algunas resistencias a partir de los 5V que tenemos en el circuito 3.

Finalmente, también habrá que buscar otra serie de componentes, como un potenciómetro que gire menos de 180º entre la posición mínima y la máxima (es posible que valga el que tiene el circuito antiguo); una bonita cubierta para el mismo; una caja para montar la consola con el display, el potenciómetro, los botones, etc (o ya veremos si utilizamos la propia consola de Ibertren aunque sea un sacrilegio para coleccionistas); cable, resistencias, condesadores, etc.

Quitando todas estas cosas, de momento vamos por unos 19€ de presupuesto, que no está nada mal.

Siguientes pasos

Antes de seguir adelante, tengo que hacer algunas mediciones en la maqueta, para ver qué se puede aprovechar y qué hay que comprar. En cuanto lo tenga claro, pediré los componentes e iremos estudiando cómo funciona cada uno de ellos para realizar el montaje de todos. Seguramente este artículo lo vaya modificando a medida que vaya dando dichos pasos.