Radar(VII): La electrónica de control

La electrónica en estos últimos 50 años ha evolucionado de una manera exponencial y totalmente desbocada. Las cosas nuevas de hoy mañana ya están desfasadas totalmente, inventos revolucionarios no les ha dado tiempo a salir al mercado ya que un nuevo invento mejor se ha impuesto sin tal siquiera dejar a este ser conocido.

Hasta finales de los años 70 la electrónica era pesada y grande, consumía grandes cantidades de energía y los sistemas autónomos eran muy voluminosos ya que solamente disponíamos de baterías de plomo (las de los coches de toda la vida) que son enormemente grandes y pesadas, y las pilas secas de carbón (las pilas de los juguetes también de toda la vida) que su capacidad de generar energía era bastante baja y limitada (en seguida se agotaban).

Pero la electrónica dio un salto de gigante cuando se lograron las primeras integraciones ¿y que es eso de la integración? Bueno, es simplemente hacer mas pequeño lo grande, lo que antes era componentes y componentes electrónicos la ciencia fue capaz de “integrarlos” en unas pequeñas “cápsulas” de silíceo que vulgarmente se denominan “chips” pero que a mi me gusta mas llamar “circuitos integrados” (IC).

NOTA: EL termino chip viene del ingles que significa “patata frita” y como los primeros circuitos integrados tenían esa forma (según dicen ellos, los americanos) pues así lo denominaron coloquialmente.

Los primeros circuitos integrados eran integraciones de circuitos simples, pero según ha ido pasando el tiempo estos circuitos cada vez se han ido haciendo más y más complejos en cada vez menos espacio.

Esto no solamente consiguió reducir los problemas de espacio, sino también el consumo de los mismos que cada vez eran menores, empezando a aparecer los primeros sistemas portátiles comerciales (mandos a distancia, radios muy pequeñas, etc) donde los aún obsoletos sistemas de baterías y pilas podían soportarlos.

Entonces allá por los principios de los años 80, comenzaron a aparecer comercialmente los primeros “circuitos integrados pensantes”, los microprocesadores.

LOS MICROPROCESADORES

En realidad los microprocesadores no piensan nada, son unos circuitos integrados muy complejos que permiten realizar operaciones muy complejas (la multiplicación por ejemplo es una operación muy compleja para un cacharro) y además son programables, es decir, podemos decirle lo que queremos que haga.

Todos aquellos que sean de mi quinta recordarán el famoso spectrum con su microprocesador Z80, o el Commodore 64 con su 6502, o la serie 8080 y 8086 antepasados de los PCs. Esto fue un grandísimo avance en la electrónica.

Sin embargo estos cacharritos necesitaban de elementos auxiliares que seguramente a todos nos van a sonar, necesitaban de memorias, puertos, y una serie de elementos auxiliares para funcionar, eran como un director de orquesta que necesitaba una orquesta a la cual dirigir. Juntando todos estos elementos, empezaron a aparecer los primeros ordenadores.

Los primeros ordenadores, como los citados antes, eran una placa bastante grande, no existían aún cosas como los discos duros, y se encontraban llenos de “chips” que acompañaban al microprocesador. Entonces se empezaron a crear lenguajes para hablar con estos cacharros y decirles lo que queríamos que hiciesen. Al principio de los tiempos estaba el lenguaje máquina, ese lleno de 1 y 0 en los antediluvianos ordenadores, recordemos las tarjetas perforadas donde un agujero era un 1 y un no agujero era un 0, totalmente ininteligible para el ser humano,

Pero con la aparición de los microprocesadores, pronto surgió el llamado lenguaje ensamblador, que aún siendo un lenguaje muy básico ya era bastante mas fácil de manejar que esos 1 y 0 que no entendía nadie, y posteriormente aparecieron los lenguajes de nivel superior que todos hemos oído hablar, desde el Basic, hasta los últimos lenguajes como el C++ o Visual Basic, pero de eso entienden los informáticos, yo como que poquito. En realidad un programa para un microprocesador no es mas que una especie de “lista de cosas a hacer” que el microprocesador va leyendo, y va actuando según le hemos dicho en esa lista, como vemos “el microprocesador no piensa, solo es un tonto que hace las cosas muy deprisa”.

Pero estos sistemas de ordenador todavía eran muy grandes para obtener sistemas portátiles avanzados, entonces la integración siguió avanzando, y logro meter todo lo que era un “pequeño ordenador” en un circuito integrado, habían nacido los microcontroladores.

MICROCONTROLADORES

Un microcontrolador no es ni más ni menos que un microprocesador, una memoria RAM, una memoria fija donde suele ir esa “lista de la compra” llamada programa, y una serie de entradas y salidas para interaccionar con el mundo exterior todo integrado en un IC.

En la electrónica de control estos cacharritos ya nos pueden ser de gran utilidad, sobre todo en sistemas pequeños donde por tamaño no se puede meter un PC tradicional, o una placa de microprocesador estándar. Los microcontroladores se han diseñado para una utilización general (por ejemplo los famosos PIC) y existen otros más específicos diseñados para ser utilizados en un equipo especial.

Paremos un momento en el microcontrolador, como ya hemos dicho es un circuito integrado que se puede programar para que haga lo que queremos. Un sistema como este podría servir para el diseño de control de un detector de radar.

Antes de entrar más en la materia, diré que cada casa, cada empresa, tiene sus propios diseños y que utilizan distintas soluciones para crear sus propios equipos, por lo que a lo mejor un tipo de detector usa un microcontrolador, otro usa una PAL (ya veremos que es eso), otro híbridos… no hay nada fijo ni preestablecido.

Recordemos de los artículos anteriores, las cosas que tenían que controlar nuestro sistema de control, prácticamente era el oscilador local de frecuencia variable del receptor, la ganancia de los amplificadores y la señal final que pasó por todas las FI.

Vemos que nuestro microcontrolador tiene que manejar:

– Frecuencia del oscilador sintonizador
– Ganancia del amplificador 1
– Ganancia del amplificador 2
– Ganancia del amplificador 3

Y recibe como toma de datos:

– Señal de presencia de señal de radar (1 o 0)
– Nivel de señal detectada

NOTA: Nos hemos inventado una “cajita negra” denominada “demodulador 455KHz“que lo que hace es coger la señal de 455KHz y convertirla en 2 señales, una indica que hay presencia de señal radar y otra que indica el nivel (lo fuerte que se recibe) que tiene esa señal. Lo que hay dentro de la cajita por ahora no nos importa.

Pero el microcontrolador también tiene que interactuar con el mundo exterior, y el mundo exterior somos los usuarios. Ya estamos acostumbrados a que nuestros ordenadores no hablen a través de pantallas, lucecitas, displays, o pitidos.

Así mismo nosotros disponemos de la posibilidad de establecer una serie de configuraciones (que ya han sido los menús previamente programados por el programador original) como niveles de sonido, sensibilidad, brillo del display, acotación de bandas, etc.

Entonces nuestro microcontrolador también tiene una serie de entradas desde el mudo exterior, por ejemplo:

DISPLAY Y PITIDOS

Aquí si que cada casa puede utilizar lo que quiera, desde los detectores mas simples que solo vienen 2 pulsadores y una lucecita con un pito, hasta autenticas PDAs que interaccionan con el microcontrolador para hacer las cosas mas enrevesadas.

Como el fin del artículo es solo dar una idea de cómo se mueve el mundo del control electrónico, voy a definir un sistema simple, un display un pito y una botonera de opciones (parecido a mi X50 por ejemplo).

Botonera: Son un conjunto de pulsadores (en mi caso 2) que sirven para poder cambiar la sensibilidad del detector, la luminosidad del display y apretando los 2 a la vez, acceder a un menú de configuración.

Físicamente, solo se tratan de 2 pulsadores conectados a unas entradas del microcontrolador de tal manera que si pulso uno, otro o los dos, el microcontrolador sabe que he pulsado el botón A, B o los 2 a la vez, y ya está, hasta ahí todo muy fácil.

La dificultad reside en el programa, en esa “lista de acciones” que el programador ha dejado memorizado dentro del microcontrolador, por ejemplo podría haber dejado programado lo siguiente:

1. Si se pulsa A subir el brillo del display 1 punto
2. Si se vuelve a pulsar A subir otro punto
3. Si se sigue pulsando A y hemos llegado al máximo de brillo, bajar el brillo a cero
4. Si se sigue pulsando A volver al paso 1.

Igualmente la “lista de acciones” o programa, si pulsamos el botón B.

1. Si se pulsa B aumentar la sensibilidad 1 punto
2. Si se vuelve a pulsar B aumentar la sensibilidad 1 punto
3. Si se sigue pulsando B y se llega al máximo, bajar la sensibilidad al mínimo
4. Si se sigue pulsando B pasar al paso 1

Está claro que los acostumbrados a programar, o que han hecho algún programilla en Basic esto les resultará un poco ridículo, pero para los mas profanos creo que queda bien claro que hace el microcontrolador, los botones, y como interactuamos con el cacharro.

Display: Existen microcontroladores que pueden conectarse directamente a un display, aunque lo habitual sea que se necesite una “cajita negra” entre medias para hacerlo, los denominados “interfaces” pero no entremos en detalles con ellos.

En el display se muestra todo lo que el microcontrolador quiere que se muestre, si apretamos A (control de brillo del display) el microcontrolador manda una señal para que el brillo suba o baje según se lo decimos con el pulsador A.

Igualmente, cada cosa, opción que se quiera, el microcontrolador lo mandará a través del bus de datos del display para que se muestren allí.

Pito: Una señal del microcontrolador hace que un pito suene cuando nosotros queramos, cambiemos de función, detectemos algo, etc.

Con todo esto, vamos a realizar un sistema de control, que podría ser tal y como se muestra:

Estos sistemas son tan sumamente adaptables, que como ya he dicho, cada fabricante utilizará su imaginación para desarrollar estos sistemas. Pero vamos con nuestro sistema, haremos un simulacro de funcionamiento, para darnos una idea de cómo funciona esto.

SIMULACRO DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE DETECCION DE PERICOGONOPERRO

Como hemos dicho que cada uno tiene su truco y sus sistemas, yo llamó a este sistema el sistema de detección de pericogonoperro, así que sin más historias cojamos nuestra imaginación y hagamos funcionar el esquema anterior.

Encendemos nuestro equipo, lo primero que hace el microcontrolador es mirar en su memoria fija (donde está el programa) como tiene que configurar el detector. Lee que tiene que escanear una banda P (P de Pericogonoperro) con una sensibilidad máxima, el display con máximo brillo y mostrar la frecuencia detectada cuando se detecte en el display con un numerito.

Por lo tanto el microcontrolador lo primero que hace es mandar una señal de brillo al display y ponerlo al máximo, luego configura las ganancias 1, 2 y 3 para obtener la máxima sensibilidad, comprueba (constantemente) que los pulsadores A y B no se encuentran pulsados, ya que si alguno estuviese pulsado sería señal que el usuario quiere cambiar algo, y comienza a variar la frecuencia del oscilador local variable, a la vez que “escucha” la señal “señal SI/NO” que en cuanto se ponga “SI” quiere decir que algo ha detectado.

El equipo está funcionando, el oscilador local es variado por la señal de control del microcontrolador dentro de la banda P, y al mismo tiempo está escuchando, mientras no se detecte nada, ni se pulsen A o B o ambos, el equipo va a su bola escuchando toda la banda P a ver si caza algo.

De repente la señal SI/NO se activa (que es cuando el receptor superheterodino ha captado una señal de RF correspondiente a la banda, en este caso la banda P). Entonces el microcontrolador para rápidamente el escaneo por lo que deja el oscilador local a una frecuencia fija que es en la que ha detectado algo. A continuación comprueba el nivel de la señal detectada.

En cuanto ha hecho estas comprobaciones rápidamente activa la señal pito, el pito empieza a pitar con una cadencia (repetición) directamente proporcional a la señal del nivel señal detectada, así que contra mas alta sea esta señal (mas cerca del radar estamos) mas rápidos serán los pitidos generados por el detector.

Así mismo, el microcontrolador comprueba que tensión o señal se le ha mandado al oscilador local variable, sabiendo este dato el microcontrolador es capaz de calcular que frecuencia es la que se ha detectado y por el que la señal SI/NO se ha activado. Esta frecuencia se traduce a un número y se manda por el bus “datos display” donde aparece en el display el número correspondiente a la frecuencia detectada.

Una vez que se deja de detectar esa señal de radar el sistema vuelve automáticamente a la situación inicial, volviendo al escaneo. Recordar que todos estos pasos el microcontrolador los realiza tan sumamente rápido que a nosotros nos parecería que los hace instantánea y simultáneamente.

Bueno, así muy por encima hemos visto como un sistema de control puede “controlar” un hipotético detector de radar.

LOGICA PROGRAMABLE, PAL Y OTROS CUENTOS

Pero la evolución de la electrónica no cesa, y cada vez se inventan nuevos elementos que facilitan, o abaratan los costes de fabricación para que cada vez estos equipos sean más económicos al usuario final.

Existen actualmente muy evolucionados los PAL, lógicas programables que no son ni más ni menos que “circuitos integrados a la carta” que se utilizan cuando se va a trabajar un sistema especializado, y este integrado se realiza para esta función específica. Sin que me crucifiquen porque nada tiene que ver, pero diremos que se pueden diseñar sistemas que sustituyan a los microcontroladores y para la fabricación en serie pueden resultar más económicos, pero solo quiero mencionarlos sin decir nada más de ellos.

FINAL

Y hasta aquí se acaba la serie dedicada a los radares, y detectores de radar, creo que el nivel es lo suficientemente elevado para entender un poco este mundo y lo suficientemente claro y simple para que todo el mundo lo entienda independientemente de sus conocimientos técnicos.

Un saludo para todos los que habéis seguido estos artículos y encantado si os han servido de algo.

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