Dove eravamo

Allora, ricapitoliamo un attimo.

Era stata realizzata una prima versione del PCB con un case stampato in 3D in PLA bianco. Ad esso avevo incollato delle righe stampate e poi verniciate di colore rosso. Per il vetrino mi ero ritrovato ad affrontare un problema più complesso: andava realizzato in plexiglass limato a misura. Per ottenere un risultato migliore, dopo numerose prove, preferivo versare della resina epossidica trasparente nell’apertura. La seconda versione era invece stata richiesta da un mio amico, e si trattava del solo PCB migliorato, da montare in dei case in ferro da lui disegnati e prodotti.

Il progetto in se sembrava concluso, ed ero anche parecchio soddisfatto del risultato. Passati alcuni mesi ho però ho rincontrato un amico al quale ne avevo realizzato un set e ho visto che le strisce rosse si erano in parte staccate. Poco dopo ho mostrato il progetto ad un incontro in università organizzato dall’associazione POuL e nel maneggiare una delle due lanterne si scollò anche a me una striscia rossa. A questo punto mi rendo conto che effettivamente non è il miglior modo di realizzarle. Quindi entra in scena la nuova stampante 3D Bambu Lab A1 mini acquistata da meno di un mese.

Nuovi file CAD

In questi giorni ho quindi colto l’occasione per fissare meglio il PCB nella lanterna e far si che non debba essere inserito applicandogli pressione. Nella parte laterale ho prolungato i tagli per l’interruttore e per il connettore di ricarica USB. Il fondo ha poi dei denti che salgono ad incontrare le due aperture. Ho esportato dal CAD un file STEP per componente, ed uno dell’assieme. In questo modo le righe ed il frontale vengono importati nello slicer contemporaneamente dal file di assemblaggio. Anche il vetrino potrebbe essere stampato già in posizione, ma siccome il PETG non aderisce molto bene al PLA, e dovendo stamparlo davvero molto lentamente per far si che divenga trasparente, conviene farlo a parte. Va poi verniciato con della lacca rossa ed incollato in posizione con una goccia di cianoacrilato. Nel repository vi è anche il file Bambu Studio con tutti i preset di stampa.

Link al repository con tutti i file

Foto delle nuove lanterne coda treno FS

Ringraziamenti

In questo post mi sento di ringraziare tutto il gruppo dei Ferrolesi, ma in particolar modo l’ing. Mattia Ragazzoni ed il presidente del FerAlp Team di Bussoleno, nonché proprietario del Circuito Vapore Vivo Marcolfa, Marco Schizzerotto. È infatti grazie anche ai loro consigli che questo progetto è stato realizzato.

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A rivederci al prossimo post!

L'articolo Lanterne coda treno FS in scala 1:4 – parte 2 proviene da Alessio Spachtholz.

Perchè mai costruire un tachigrafo in scala? Beh, il motivo è semplice, mi piacciono sia l’elettronica che il modellismo! Come già accennato nel post delle lanterne di coda in scala 1:4, quello che secondo me rende l’hobby del model engineering davvero bello, è la possibilità di imitare il più possibile la realtà, a differenza del modellismo in scale maggiormente ridotte. Altro motivo che mi spinge al replicare anche dell’oggettistica, quasi più che i rotabili, è la possibilità di goderne sempre. Infatti, se non si è proprietari di un circuito è davvero difficile divertirsi più di una manciata di volte l’anno – nel mio caso probabilmente anche solo due o tre – con il proprio convoglio. Da qui un’esigenza di progetti che possano essere apprezzati tutto l’anno.

Il circuito

Il circuito del tachigrafo, che in realtà non registra, quindi in sonstanza è un tachimetro, si basa su una nuova serie di microcontrollori di Microchip: gli AVR DB. È stata l’occasione di provarli per la prima volta ed implementare le librerie delle periferiche interne. Ho infatti scelto l’AVR32DB32. L’altra novità che ho affrontato è stato il motore passo-passo. Sembra incredibile che non avessi mai usato uno stepper, ma in effetti non mi è mai capitato di sperimentare con robotica o simili. Il vero problema però è che serviva un motorino estremamente piccolo. Cercando un po’ in rete sono per fortuna riuscito a reperire un autoricambio usato per i tachimetri ed i contagiri. Da lì sono passato al progetto del PCB., ruscendo a disegnare lo stampato della dimensione più piccola che ponesse l’asse del motore al centro, ma a questo punto si è reso necessario un forno per la saldatura, dato che microcontrollore ed adattatore USB erano in formato VQFN.

La saldatura

Ed ecco un’altra novità: saldatura per rifusione! Così ho ordinato il forno e delle schede di prova e dopo averne saldate tre mi sono lanciato sullo stampato dei tachigrafi, partendo con il farne uno. Devo ammettere che posare così tanti componenti piccoli e molto vicini fra loro non è stato semplice, ma sicuramente molto più piacevole che passare ore al microscopio a tentare di non fare corti fra i pin. Fatto ciò ho solo dovuto saldare il led ed i connettori sul retro e si poteva passare al firmware.

Firmware

Altro scoglio: non avevo una libreria che fosse una per questo microcontrollore, ma ovviamente questo non mi ha fermato. Sono addirittura arrivato ad installare Gitea sul mio server per gestire la stesura del codice assieme ad un amico. Il principio di funzionamento è molto semplice: un timer incrementa ad intervalli periodici generati da un altro timer usato come prescaler. Un contatto collegato fra un pin del tachigrafo e massa si chiude un certo numero di volte a giro di ruota, ed ogni volta che lo fa il timer riparte e salva il valore raggiunto. Sapendo quindi in che punto del conteggio esso è ripartito, si può facilmente ricavare la velocità. In più, se non viene mai fermato e si raggiunge un overflow è logico desumere che la locomotiva sia ferma – o in moto talmente lento che non sarebbe possibile leggere il valore a display. Un’altra routine si occupa quindi della comunicazione tachimetro-PC tramite USB con un terminale per il cambio di impostazioni (come le posizioni di zero e fondo scala, diametro della ruota ecc).

Tagli laser e stampe 3D

Non resta altro che un case che sia identico ad un vero tachigrafo, vero? Quindi ho progettato una serie di pezzi a taglio laser e stampa 3D che lo imitassero perfettamente. Il bello però è stata la possibilità di provarli prima con la mia stampante 3D, per passare solo dopo al taglio laser vero e proprio.

Verniciatura

Fatto ciò bisognava dare una mano di colore al case. Da questo è nato un dubbio: di che colore era il tachigrafo originale? Marrone. Già, onestamente non è che mi facesse impazzire come colore, anche perchè sulla mia locomotiva, la R302.019, sarò costretto a vederlo dall’esterno della cabina, che è nera. Quindi ho deciso di fare così: per montarlo sulla locomotiva lo vernicio di nero, ma per quello che conservo in una vetrinetta uso il colore originale.

Ma non era mica meccanico sto tachigrafo?

Risposta breve, sì. Ma ovviamente non essendo un orologiaio non era possibile realizzare un meccanismo del genere. Il problema è che tutti gli ingranaggi erano a vista, come potete vedere:

E quindi mi è venuta un’idea, stampare questa foto – dopo aver rimosso la lancetta – ed incollarla sul quadrante del mio tachigrafo!

Link ai file del progetto del tachigrafo

Come al solito inserisco il link ai file del progetto, dxf, stl, oggetti 3D e tavole PDF. Trovate tutto nel repo qui sotto. I disegni sono realizzati con Autodesk Inventor 2024. Incluso anche il PCB realizzato con KiCad.

Link al repository con tutti i file del progetto

Risultato finale

L'articolo Tachigrafo FS in scala proviene da Alessio Spachtholz.

Ho di recente acquistato un forno per reflow delle schede con componenti SMD, e la domanda che mi è stata posta più spesso è: “Non è un po’ eccessivo per un hobbista?”.

Secondo me no…

La risposta, a mio parere, è che dipende da cosa si intende per hobbista. In effetti io non produco schede elettroniche per venderle, ed in questo senso ricado sotto la categoria di appassionato – anche se qualcuna in realtà l’ho venduta – e risulta quindi ragionevole considerare un investimento di questo tipo come un’operazione senza ritorni economici paragonabili alle spese.

Il punto è che l’esperienza che ho acquisito negli anni ha fatto si che per potermi davvero divertire – e per poter imparare qualcosa – sia ormai necessario realizzare progetti sempre più complessi. E complessi vuol dire con componenti particolari, spesso in package SMD sempre più piccoli, come anche ridurre le dimensioni degli stampati – sto ad esempio progettando dei tachimetri per macchine a vapore molto piccoli. Ed ecco comparire QFN, BGA e loro parenti…. Come faccio a saldarli?

Alternative al forno per rifusione

Ora, qui qualcuno potrà dire con molta facilità che basterebbe l’aria calda di una pistola termica – lo ha fatto un mio amico – come anche una piastra modi ferro da stiro. Ed onestamente ci ho provato, ma non mi ci trovo. Il primo metodo mette le ali ai componenti piccoli, a meno che non si abbassi la velocità dell’aria – infattibile in un garage freddo come il mio… – ed il secondo non è molto indicato per componenti grossi tipo induttori 12x12mm, che vorrei saldare assieme a quelli piccoli.

Come ho scelto il modello

Premetto che per acquistarlo non ho guardato molti parametri… Solo due in effetti: costo e presenza di una ventola nel vano. Ovviamente il forno che mi hanno recapitato ha la ventola e costa davvero poco. l’ho pagato circa 340€, a cui si sono magicamente aggiunte 109€ di tasse di importazione. Si trova solo su AliExpress, è l’ITECH RF-A250. Appena consegnato l’ho posizionato su un carrello in garage ed ho saldato una scheda di prova.

PCB per provare il forno a rifusione

Per testare le curve di reflow ho progettato un PCB che non ha piste. Non è altro che una basetta in FR4 singola faccia con delle impronte differenti su due bordi. L’idea è di saldare i componenti più economici che trovo con quei footprint giusto per osservare le possibili criticità come tombstones, corti fra pad e pin non bagnati. La pasta che uso è della Loctite con fusione a 217°C e lega 96,5Sn-3Ag-0,5Cu, gentilmente offerta da un caro amico. Qui sotto potete trovare i file di fabbricazione dello stampato, formato gerber in archivio .zip. Ls scheda ha ingombro 100x100mm.

Segue una serie di test che ho eseguito per trovare la curva meno “aggressiva” che saldi ugualmente bene i PCB

Primo test – 13/12/2022

Primissima prova: ho saldato davvero pochi componenti, tentando comunque di avere sia componenti grossi che molto piccoli. Mi sono poi preoccupato di sistemarla al centro del forno con l’induttore 12x12mm nell’angolo peggiore del quadrato occupato dallo stampato (lato sportello). Ho notato, guardando dal vetro, che le piazzole lato davanti sono state le ultime a saldarsi, nonostante non fossero popolate. La pasta come potete vedere non era stesa molto bene. Ho deciso che nel prossimo test allungo il tempo del picco massimo. In ogni caso è certo che non servirà truccare più di tanto la curva.

Secondo test – 15/12/2022

Questa prova è andata molto meglio: nonostante la scheda fosse posizionata con l’induttore sull’angolo del forno lato sportello si è comunque saldato in tempo, anche se proprio un attimo prima che calasse la temperatura. Allego foto del PCB.

Terzo test – 16/12/2022

Ultima prova, ho aumentato ancora un po’ i tempi. Ovviamente non capiterà mai – spero – di avere componenti così grossi in angolo al forno, ma comunque voglio poter infornare più PCB alla volta, quindi deve essere bello uniforme. Se mai metterò cose così difficili da saldare ai lati farò un ciclo di preriscaldamento a temperatura costante, così da ridurre i gradienti di temperatura.

Il forno non scalda troppo?

Dopo aver fatto tutto ciò ho inserito dei condensatori di vario tipo al centro del forno e ho eseguito un ultimo ciclo. Ho misurato la capacità prima e dopo ed ho verificato che non venissero alterati. Ovviamente ne sono usciti indenni, quindi penso che la curva che ho ricavato sarà poi quella che userò realmente per saldare le schede. Magari per cose davvero piccole potrei utilizzare una curva meno aggressiva, ma questo si vedrà caso per caso.

L'articolo Forno per rifusione SMD proviene da Alessio Spachtholz.

Il motivo per il quale ho costruito un geiger a nixie è molto semplice: dato che adoro i tubi nixie volevo usarli in un progetto. Il punto è che avevo già assemblato un orologio-sveglia-lettore MP3, che per i miei standard è decisamente inutile. Infatti sul mio comodino uso Google home per tutto. Quindi cercando in rete ho deciso che non c’era alternativa al fare uno strumento di misura. I display nixie furono prodotti proprio per questo uso, dato che erano molto costosi. Detto ciò mi sono accorto che praticamente tutti gli strumenti per misure elettriche che avesse un senso possedere già li avevo… quindi? Ho costruito un contatore geiger! Mi ha sempre appassionato il mondo della radioattività, grazie a questo dispositivo avrei almeno potuto quantificarla.

Tipologia di contatore

Arrivato a questo punto non avevo la più pallida idea di come controllarlo. In realtà sapevo benissimo di poter usare sia un microcontrollore che una logica cablata, il problema fu scegliere tra i due. Ovviamente un sistema di tipo programmabile era per molti versi la scelta migliore, ma questo sarebbe risultato in contrasto con il metodo di gestione originale di un display nixie. Inoltre, dovendo controllarle mediante dei circuiti integrati dedicati, per non incorrere nello strazio di quaranta transistori per alta tensione – poco meno di 200V in corrente continua – ho optato per la logica cablata.

Logica cablata sul circuito stampato?

Ed ecco che mi sono sentito fare un milione di volte domande su come integrare la logica cablata si un circuito stampato… “Come li metti tutti quei relè su un PCB?” Quello che non ho mai capito è come tutti si siano dimenticati che logica cablata non è solo nei quadri elettrici: agli albori dell’elettronica non esistevano i processori e nulla era programmabile.

Un microcontrollore in realtà non è altro che una serie di porte logiche configurate in un sistema talmente generico da poter eseguire qualunque operazione. Un istruzione per una CPU non è solamente una parola binaria – di varia lunghezza: 8, 16, 32 o 64bit – che fa in modo di disporre una logica combinatoria fatta di transistori per l’esecuzione di un’istruzione. Ad esempio, se viene fornito il codice che rappresenta l’istruzione di una somma la logica “sboccherà” del latch che invieranno un numero di un registro ad un sommatore. A me è bastato disporre delle porte per eseguire una sola istruzione. Detto ciò si può intuire come sia semplice con solo una manciata di integrati TTL.

Schemi elettrici del contatore geiger

In breve gli impulsi provenienti dalla sonda vanno a dei contatori. Sapendo che la radioattività si misura in CPM, basta mostrare a schermo gli impulsi ricevuti in un minuto. I contatori vengono a questo punto resettati ogni 60s – ogni 6s per le decine di CPM ed ogni 600ms per le centinaia – per cui all’istante prima del reset mostrano proprio il valore che interessa a noi. Il problema ora è mostrare solo quel numero e nessuno intermedio. Per farlo basta copiare quel dato binario in un registro e poi riavviare il conteggio, così modo da mostrare a schermo il contenuto del buffer.

Cablaggio

Segue una galleria del cablaggio. Il tutto è stato realizzato con filo molto sottile su basetta millefori.

Case del contatore Geiger

Quindi mi sono adoperato per creare un bel case, l’ho realizzato con una valigetta porta attrezzi del BricoMan. Non è stato difficile forarla ed adattarla a questo scopo, in modo tale da potervi anche riporre all’interno la sonda ed il cavo di prolunga per essa.

Sventure e “plugin”

Appena finito di costruirlo lo portai in classe e, sfiga sfiga, un mio collega, Simone B., nell’intento di misurare la radioattività delle chiavi di casa sua – fortunatamente non radioattive – fece scoppiare la sonda. Per fortuna quel mio amico è uno stinco di santo e decise di riacquistarmene una nuova, che non essendo possibile trovare venne sostituita con una migliore. Un guaio diventato un bene oserei dire. Qualche giorno dopo portai questo contatore all’open day della mia scuola superiore, l’istituto tecnico Antonio Badoni di Lecco. L’anno dopo, non sapendo come passare un pomeriggio realizzai anche un allarme acustico con soglia per il contatore, sempre in logica cablata – avevo trovato in giro dei comparatori integrati a 4 bit in TTL!!

L'articolo Contatore Geiger con display nixie proviene da Alessio Spachtholz.

Se devo essere onesto la cosa che mi ha sempre affascinato maggiormente delle ferrovie sono le procedure di sicurezza ed il loro modo di operare. questo non vuol dire che non mi piacciano i rotabili, anzi! Il punto sta nel fatto che ciò che veramente distingue una ferrovia da un’autostrada o da una tramvia, a mio avviso, è la mentalità. Per questo motivo mi sono messo a collezionare oggetti FS di vario genere, che ho subito iniziato a portare con me a quando mi recavo in un circuito, per usarli a bordo dei convogli che guidavo. Questo è ciò che mi fa sentire veramente in ferrovia, oltre al treno ovviamente: un berretto, una lanterna trilux, una bandiera rossa. Ad un certo momento mi sono però accorto che avrei voluto anche una coppia di lanterne di coda lampeggianti, ma sfortunatamente non potevo usarne due originali, non perché introvabili, ma per via delle dimensioni.

A volte le dimensioni… contano!

Il problema nasce dal fatto che mettere una lanterna in coda più grande del treno, effettivamente non è che sia molto sensato, figuriamoci due! Quindi ho deciso di riprodurle in scala. Qui mi sono scontrato con un muro… Che scala faccio? Pensandoci i miei rotabili sono stati costruiti con una buona dose di licenza poetica: non ho modelli in scala, e quindi qualunque dimensione poteva andare bene. Il vero nocciolo della questione girava attorno al farle in scala 1:8 o giù di lì. In quel modo mi sarei ritrovato con due bellissimi fanali riportati dallo scartamento ordinario al 7″ 1/4, ma avrei avuto in mano due oggetti talmente piccoli che sarebbero stati difficili da riprodurre, come anche da notare di giorno o quando più genericamente il lampeggio è meno visibile. Per questo motivo ho deciso di rimanere su una scala di 1:4, così da poter mettere un bel LED da 3W ed avere una buona autonomia grazie ad una batteria non troppo piccola.

Modello 3D

A questo punto mi sono messo a disegnare un modello 3D del case delle lanterne di coda, e da lì sono poi passato al circuito, di seguito trovate i file in formato STL del case e del retro (che si chiude semplicemente a pressione).

Aggiornamento del 21 agosto 2022:

Per la creazione delle righe rosse sul case, dopo vari tentativi a spruzzo e a pennello ho optato per la creazione di alcune stampe della forma delle strisce in questione, che opportunamente colorate di rosso saranno come al vero riportate sul frontale. Infatti le lanterne coda treno non hanno strati verniciati, perché suscettibili alle intemperie, ma parti colorate montate tra loro.

Elettronica

Fatto ciò ho progettato un circuito stampato con tutto l’occorrente, caricatore USB per una batteria di tipo litio-polimero, oscillatore astabile ecc. Il flash è così ben visibile, ma non necessita di cambi di batterie, infatti le lanterne di coda possono essere ricaricate senza smontare nulla come quelle vere. Il funzionamento inoltre è assurdamente semplice, si accende l’interruttore e lampeggiano. Lo si spegne e le si ricaricano con un cavo USB di tipo B (come quello delle stampanti per intenderci). Il bello è che si possono usare anche mentre sono in carica (e qui mi verrebbe l’idea di due cavetti USB in coda al treno con le lanterne sempre in carica… Ho usato dei connettori non miniaturizzati per questo motivo, in corsa sono ottimi perché più robusti). Nulla di più, nulla di meno, due lanterne di coda in piena regola!

Vetrino… della dannazione!

L’unica pecca è stata l’infelice scelta di usare un pezzetto di plexiglass come vetrino, in quanto devo tagliarlo a misura, il punto è che avendo una forma molto complicata mi sto attrezzando per colare della resina epossidica al suo posto, così da non dover sagomarlo.

Risultato finale

Fatto tutto ciò bastano delle righine di vernice rossa, una passatina sul vetrino con un rosso trasparente ed il gioco è fatto! Nella foto potete vedere la lanterna con vetrino sagomato, seguirà una foto con il vetrino in resina.

Aggiornamento del 21 agosto 2022:

Come scritto in precedenza ho deciso nell’ultima revisione di posizionare le strisce rosse mediante stampe aggiuntive, segue foto di questo modello. Le lanterne di coda in questione sono state ulteriormente rifinite con spray lucido trasparente. La parte di resina dell’apertura è inoltre colorata dall’interno.

L'articolo Lanterne di coda FS in scala 1:4 proviene da Alessio Spachtholz.