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Marco Gallegos
246
README.md
246
README.md
@@ -1,143 +1,189 @@
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# Proyecto de Control de Motor DC: Consola Digital v1.0
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**Autor:** Marco Gallegos
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**Fecha:** Enero 2024
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# Proyecto de Control de Motor DC
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## 1. Descripción General
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Este proyecto consiste en una consola de control inteligente para un motor de corriente continua (DC). Utiliza un microcontrolador **ESP8266 (HW-364A)** para gestionar la potencia a través de un driver **DRV8871**, ofreciendo una interfaz de usuario profesional con pantalla **OLED**, encoder rotatorio y botones de dirección.
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Este proyecto implementa una consola digital de control para un motor de corriente continua (DC), orientada a operación segura, control fino de velocidad y protección mecánica/eléctrica. A diferencia de un control directo con potenciómetro, el sistema introduce:
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El sistema prioriza la **seguridad mecánica**, implementando rampas de aceleración y una **máquina de estados** que evita arranques accidentales o cambios de giro bruscos que puedan dañar engranajes o el motor.
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- Máquina de estados para evitar arranques accidentales.
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- Aceleración y desaceleración progresiva (rampa).
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- Inversión de giro con secuencia controlada.
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- Interfaz hombre–máquina con encoder rotatorio, botones y pantalla OLED.
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El sistema se desarrolla inicialmente sobre **HW-364A (ESP8266)**, con una ruta clara de migración a **ESP32 DevKit V1**.
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## 2. Especificaciones de Hardware
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## 2. Arquitectura del Sistema
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### 2.1 Módulo de Control (Placa Azul)
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La interfaz de usuario se centraliza en un módulo que incluye un **OLED de 0.96"**, un **encoder con botón** y **dos botones laterales**.
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**Orden físico de los pines:**
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### 2.1 Flujo Funcional
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```
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CON | SDA | SCL | PSH | RTA | TRB | BAK | GND | VCC
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Usuario (Encoder / Botones)
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↓
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ESP8266
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↓
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Driver DRV8871
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↓
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Motor DC
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↓
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OLED (Feedback)
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```
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### 2.2 Driver de Potencia (DRV8871)
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## 3. Hardware
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* **Voltaje de Motor:** Hasta 45V (fuente externa)
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* **Corriente:** Pico de 3.6A
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* **Control:** PWM bidireccional (Puente H)
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### 3.1 Controlador Principal
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- Placa: HW-364A
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- MCU: ESP8266
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- Lógica: 3.3 V
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- Limitación crítica: GPIO reducidos
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### 3.2 Sistema de Energía
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- Tierra común (GND) para todo el sistema
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- Motor alimentado por fuente externa independiente
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- Electrónica alimentada a 3.3 V
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### 3.3 Asignación de Pines
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| Función | Señal | Pin |
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|------|------|-----|
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| OLED SDA | Datos I2C | D2 |
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| OLED SCL | Reloj I2C | D1 |
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| Encoder A | Giro A | D5 |
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| Encoder B | Giro B | D6 |
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| Botón Centro | Start | D7 |
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| Botón Back | Reversa | D8 |
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| Botón Confirm | Adelante | D3 |
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| Driver IN1 | Motor A | D0 |
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| Driver IN2 | Motor B | D4 |
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### 3.4 Driver de Potencia
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- Modelo: DRV8871
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- Control PWM bidireccional
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- Polaridad definida por IN1 / IN2
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## 3. Conexiones y Pinout
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## 4. Lógica de Control
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### 3.1 Módulo de Interfaz a ESP8266
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### 4.1 Máquina de Estados
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| Etiqueta PCB | Función | Pin ESP8266 | Observaciones |
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| ------------ | --------------------- | ----------- | --------------------------------------- |
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| CON | Confirmar / Adelante | D3 (GPIO0) | Pin de boot. No presionar al encender |
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| SDA | I2C Data (OLED) | D2 (GPIO4) | — |
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| SCL | I2C Clock (OLED) | D1 (GPIO5) | — |
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| PSH | Botón Encoder (Start) | D7 (GPIO13) | — |
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| RTA | Encoder Fase A | D5 (GPIO14) | — |
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| TRB | Encoder Fase B | D6 (GPIO12) | — |
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| BAK | Atrás / Reversa | D8 (GPIO15) | Pin de boot. Debe estar LOW al encender |
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| GND | Tierra | G (GND) | — |
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| VCC | Alimentación | 3V (3.3V) | — |
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| Estado | Descripción |
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|------|-------------|
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| WAITING_START | Sistema armado, motor bloqueado |
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| SELECT_DIR | Selección explícita de sentido |
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| RUNNING | Operación normal |
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| CHANGING_DIR | Inversión controlada |
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### 4.2 Arranque Seguro
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||||
El motor permanece apagado hasta confirmación explícita del usuario. Previene reinicios peligrosos tras fallas de energía.
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### 4.3 Selección de Sentido
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- BACK → Reversa
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- CONFIRM → Adelante
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No existe sentido por defecto.
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### 4.4 Control de Velocidad Adaptativo
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- Giro lento → ±1 %
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- Giro rápido (< 50 ms) → ±5 %
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- Rango: 0–100 %
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### 4.5 Rampa de Aceleración
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Variables desacopladas:
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- `targetSpeed` → intención del usuario
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||||
- `currentSpeed` → acción física
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||||
Incremento/decremento: 0.5 % por ciclo (~2.5 s a plena escala).
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### 4.6 Inversión Inteligente
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Secuencia obligatoria:
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||||
1. Rampa descendente hasta 0 %
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2. Pausa mecánica
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3. Cambio de polaridad
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||||
4. Rampa ascendente
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### 3.2 Driver DRV8871 a ESP8266
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## 5. Firmware
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| Etiqueta PCB | Función | Pin ESP8266 | Observaciones |
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||||
| ------------ | ------------- | ----------- | ------------------------- |
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| IN1 | Entrada PWM A | D0 (GPIO16) | PWM limitado por hardware |
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||||
| IN2 | Entrada PWM B | D4 (GPIO2) | Comparte LED azul interno |
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### 5.1 Inicialización (`setup()`)
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- Configuración de GPIO
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- Motor apagado por defecto
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- Botones con pull-up interno
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- Inicialización OLED
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### 5.2 Bucle Principal (`loop()`)
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- Lectura del encoder
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- Ejecución de máquina de estados
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||||
- Control de rampa
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- Render de interfaz
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### 5.3 Funciones Críticas
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||||
- `readEncoderSpeed()` → velocidad adaptativa
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||||
- `handleDirectionButtons()` → solicitud de inversión
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||||
- `updateMotorRamp()` → núcleo de control
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||||
- `drawInterface()` → visualización
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## 4. Lógica de Operación
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## 6. Interfaz de Usuario
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### 4.1 Máquina de Estados de Seguridad
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- Flechas grandes indican sentido
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- Porcentaje central = velocidad real
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- Indicador secundario = velocidad objetivo
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Para prevenir daños y accidentes, el sistema implementa cuatro estados definidos:
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* **WAITING_START (Armado):**
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||||
* Motor bloqueado
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* Pantalla solicita pulsar **PSH** para iniciar
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||||
* **SELECT_DIR (Dirección):**
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||||
* Espera selección del sentido
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* **CON** = Adelante
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||||
* **BAK** = Reversa
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||||
* **RUNNING (Operación):**
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||||
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||||
* Motor en giro
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||||
* Encoder ajusta `targetSpeed`
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||||
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||||
* **CHANGING_DIR (Transición):**
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||||
* Rampa baja progresivamente a 0%
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* Pausa de seguridad
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||||
* Rampa sube en el nuevo sentido
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||||
Diseño orientado a lectura inmediata.
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### 4.2 Control de Velocidad Adaptativo
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## 7. Limitaciones Actuales
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* **Giro lento:** Ajustes finos de ±1%
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||||
* **Giro rápido:** Ajustes de ±5% (intervalo entre pulsos < 50 ms)
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||||
* **Rampa de seguridad:** Incrementos de 0.5% por ciclo
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||||
- GPIO al límite
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||||
- Sin indicadores periféricos
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||||
- Expansión restringida
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## 5. Interfaz de Usuario (HMI)
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## 8. Versión 2 (V2)
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La pantalla OLED presenta información crítica del sistema:
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### 8.1 Migración a ESP32
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* **Iconos de sentido:** Flechas grandes indicando el giro
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||||
* **Velocidad real:** Porcentaje actual aplicado por la rampa
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||||
* **Velocidad objetivo:** Valor configurado por el usuario
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||||
* **Alertas del sistema:**
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||||
- Mayor número de GPIO
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- PWM por hardware
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||||
- Escalabilidad
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* `SISTEMA BLOQUEADO`
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||||
* `CAMBIANDO GIRO`
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### 8.2 LED RGB de Estado
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| Color | Significado |
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|------|-------------|
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| Amarillo | Standby / 0 % |
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| Verde | Adelante |
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||||
| Rojo | Reversa |
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||||
| Rojo/Verde | Inversión |
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### 8.3 Cambios en Firmware
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- Nueva función `updateLeds()`
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- GPIO dedicados (25, 26, 27)
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||||
- Mezcla de color por PWM
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## 6. Hoja de Ruta — Versión 2 (V2)
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## 9. Conclusión
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### 6.1 Migración a ESP32
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* Sustitución por **ESP32 DevKit V1**
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||||
* Eliminación de restricciones de GPIO
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||||
* PWM por hardware con mayor resolución
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### 6.2 Indicadores de Estado Visuales (LED RGB)
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||||
| Color | Estado del sistema |
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| ------------------ | ----------------------------- |
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| 🟡 Amarillo | Sistema en espera (0%) |
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| 🟢 Verde | Motor girando adelante |
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| 🔴 Rojo | Motor girando en reversa |
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| 🔵 Azul (parpadeo) | Cambio de dirección / frenado |
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## 7. Limitaciones Técnicas Actuales
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* **D3 / D8:** Pines sensibles al arranque por resistencias internas
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||||
* **PWM en D0:** Frecuencia no estándar, compensada por software
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||||
**Desarrollado por:** Marco Gallegos
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||||
El sistema establece una base sólida para control seguro y profesional de motores DC, con una arquitectura preparada para evolucionar hacia una solución embebida más robusta en ESP32.
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||||
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||||
253
drill_vanity.ino
Normal file
253
drill_vanity.ino
Normal file
@@ -0,0 +1,253 @@
|
||||
/*
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||||
* Proyecto: Control de Motor DC - Consola Digital v1.0
|
||||
* Archivo: drill_vanity.ino
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||||
* Autor: Marco Gallegos
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||||
* Hardware: ESP8266 (HW-364A), DRV8871, OLED SSD1306, Encoder
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||||
*/
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||||
|
||||
#include <Wire.h>
|
||||
#include <Adafruit_GFX.h>
|
||||
#include <Adafruit_SSD1306.h>
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||||
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||||
// --- DEFINICIÓN DE PINES ---
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// Nota: Usamos la notación Dx del NodeMCU para claridad, mapeada a GPIO
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#define PIN_CON 0 // D3 (GPIO0) - Adelante / Confirmar (Active LOW)
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||||
#define PIN_SDA 4 // D2 (GPIO4) - I2C Data
|
||||
#define PIN_SCL 5 // D1 (GPIO5) - I2C Clock
|
||||
#define PIN_PSH 13 // D7 (GPIO13) - Botón Encoder (Start/Stop)
|
||||
#define PIN_RTA 14 // D5 (GPIO14) - Encoder A
|
||||
#define PIN_TRB 12 // D6 (GPIO12) - Encoder B
|
||||
#define PIN_BAK 15 // D8 (GPIO15) - Atrás / Reversa (Active LOW)
|
||||
#define PIN_IN1 16 // D0 (GPIO16) - PWM A
|
||||
#define PIN_IN2 2 // D4 (GPIO2) - PWM B
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||||
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||||
// --- CONFIGURACIÓN OLED ---
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||||
#define SCREEN_WIDTH 128
|
||||
#define SCREEN_HEIGHT 64
|
||||
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, -1);
|
||||
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||||
// --- MÁQUINA DE ESTADOS ---
|
||||
enum SystemState {
|
||||
WAITING_START, // Sistema armado, motor bloqueado
|
||||
SELECT_DIR, // Esperando selección de sentido
|
||||
RUNNING, // Motor operando
|
||||
CHANGING_DIR // Transición de seguridad
|
||||
};
|
||||
|
||||
SystemState currentState = WAITING_START;
|
||||
bool directionForward = true; // true = Adelante, false = Atrás
|
||||
|
||||
// --- VARIABLES DE CONTROL MOTOR ---
|
||||
int targetSpeed = 0; // Velocidad deseada (0-255)
|
||||
float currentSpeed = 0; // Velocidad real (Rampa)
|
||||
const float RAMP_STEP = 0.8; // Ajuste de suavidad (menor = más suave)
|
||||
unsigned long lastRampTime = 0;
|
||||
const int RAMP_INTERVAL = 5; // ms
|
||||
|
||||
// --- VARIABLES ENCODER ---
|
||||
volatile int encoderValue = 0;
|
||||
volatile unsigned long lastInterruptTime = 0;
|
||||
unsigned long lastEncoderChangeTime = 0;
|
||||
|
||||
// --- DEBOUNCE BOTONES ---
|
||||
unsigned long lastDebounceTime = 0;
|
||||
const int DEBOUNCE_DELAY = 200;
|
||||
|
||||
// --- ISR (Interrupción Encoder) ---
|
||||
ICACHE_RAM_ATTR void handleEncoder() {
|
||||
unsigned long interruptTime = millis();
|
||||
if (interruptTime - lastInterruptTime > 5) {
|
||||
if (digitalRead(PIN_RTA) == digitalRead(PIN_TRB)) {
|
||||
encoderValue--;
|
||||
} else {
|
||||
encoderValue++;
|
||||
}
|
||||
lastInterruptTime = interruptTime;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
void setup() {
|
||||
Serial.begin(115200);
|
||||
|
||||
// Configuración de Pines
|
||||
// D3 y D8 son pines de BOOT. Se configuran INPUT_PULLUP en setup,
|
||||
// pero el hardware debe asegurar sus estados correctos al encender.
|
||||
pinMode(PIN_CON, INPUT_PULLUP);
|
||||
pinMode(PIN_BAK, INPUT_PULLUP);
|
||||
pinMode(PIN_PSH, INPUT_PULLUP);
|
||||
|
||||
pinMode(PIN_RTA, INPUT_PULLUP);
|
||||
pinMode(PIN_TRB, INPUT_PULLUP);
|
||||
|
||||
pinMode(PIN_IN1, OUTPUT);
|
||||
pinMode(PIN_IN2, OUTPUT);
|
||||
|
||||
// Motor apagado al inicio
|
||||
digitalWrite(PIN_IN1, LOW);
|
||||
digitalWrite(PIN_IN2, LOW);
|
||||
|
||||
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(PIN_RTA), handleEncoder, CHANGE);
|
||||
|
||||
// Inicializar OLED
|
||||
Wire.begin(PIN_SDA, PIN_SCL);
|
||||
if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
|
||||
Serial.println(F("Error OLED"));
|
||||
for(;;);
|
||||
}
|
||||
display.clearDisplay();
|
||||
display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
|
||||
display.display();
|
||||
}
|
||||
|
||||
void loop() {
|
||||
handleStateMachine();
|
||||
updateMotorOutput();
|
||||
updateDisplay();
|
||||
delay(10);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void handleStateMachine() {
|
||||
unsigned long now = millis();
|
||||
|
||||
bool btnCon = (digitalRead(PIN_CON) == LOW);
|
||||
bool btnBak = (digitalRead(PIN_BAK) == LOW);
|
||||
bool btnPsh = (digitalRead(PIN_PSH) == LOW);
|
||||
|
||||
// Filtro de rebotes
|
||||
if ((btnCon || btnBak || btnPsh) && (now - lastDebounceTime < DEBOUNCE_DELAY)) return;
|
||||
if (btnCon || btnBak || btnPsh) lastDebounceTime = now;
|
||||
|
||||
switch (currentState) {
|
||||
case WAITING_START:
|
||||
targetSpeed = 0;
|
||||
currentSpeed = 0;
|
||||
if (btnPsh) currentState = SELECT_DIR;
|
||||
break;
|
||||
|
||||
case SELECT_DIR:
|
||||
if (btnCon) {
|
||||
directionForward = true;
|
||||
targetSpeed = 60; // Arranca suave
|
||||
currentState = RUNNING;
|
||||
} else if (btnBak) {
|
||||
directionForward = false;
|
||||
targetSpeed = 60;
|
||||
currentState = RUNNING;
|
||||
} else if (btnPsh) {
|
||||
currentState = WAITING_START; // Cancelar
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
|
||||
case RUNNING:
|
||||
// Control de velocidad con encoder
|
||||
if (encoderValue != 0) {
|
||||
int change = encoderValue;
|
||||
// Aceleración adaptativa según velocidad de giro del encoder
|
||||
int step = (millis() - lastEncoderChangeTime < 50) ? 10 : 2;
|
||||
|
||||
targetSpeed += (change * step);
|
||||
targetSpeed = constrain(targetSpeed, 0, 255);
|
||||
encoderValue = 0;
|
||||
lastEncoderChangeTime = now;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// Parada
|
||||
if (btnPsh) {
|
||||
targetSpeed = 0;
|
||||
if (currentSpeed < 10) currentState = WAITING_START;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// Cambio de sentido "al vuelo"
|
||||
if ((directionForward && btnBak) || (!directionForward && btnCon)) {
|
||||
currentState = CHANGING_DIR;
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
|
||||
case CHANGING_DIR:
|
||||
targetSpeed = 0;
|
||||
// Esperar a que el motor se detenga casi por completo
|
||||
if (currentSpeed <= 5) {
|
||||
delay(300); // Pequeña pausa mecánica
|
||||
directionForward = !directionForward;
|
||||
currentState = RUNNING;
|
||||
targetSpeed = 60;
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
void updateMotorOutput() {
|
||||
unsigned long now = millis();
|
||||
|
||||
// Lógica de Rampa
|
||||
if (now - lastRampTime >= RAMP_INTERVAL) {
|
||||
if (currentSpeed < targetSpeed) {
|
||||
currentSpeed += RAMP_STEP;
|
||||
if (currentSpeed > targetSpeed) currentSpeed = targetSpeed;
|
||||
} else if (currentSpeed > targetSpeed) {
|
||||
currentSpeed -= RAMP_STEP;
|
||||
if (currentSpeed < targetSpeed) currentSpeed = targetSpeed;
|
||||
}
|
||||
lastRampTime = now;
|
||||
}
|
||||
|
||||
int pwmOutput = (int)currentSpeed;
|
||||
|
||||
if (currentState == WAITING_START) {
|
||||
digitalWrite(PIN_IN1, LOW);
|
||||
digitalWrite(PIN_IN2, LOW);
|
||||
} else {
|
||||
// DRV8871 Control
|
||||
if (directionForward) {
|
||||
analogWrite(PIN_IN1, pwmOutput);
|
||||
digitalWrite(PIN_IN2, LOW);
|
||||
} else {
|
||||
digitalWrite(PIN_IN1, LOW);
|
||||
analogWrite(PIN_IN2, pwmOutput);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
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void updateDisplay() {
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static unsigned long lastDisp = 0;
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if (millis() - lastDisp < 100) return;
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lastDisp = millis();
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display.clearDisplay();
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display.setTextSize(1);
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display.setCursor(0, 0);
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switch (currentState) {
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case WAITING_START:
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display.println(F(">> SISTEMA LISTO <<"));
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display.setCursor(25, 25);
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display.setTextSize(2);
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||||
display.print(F("PULSAR"));
|
||||
display.setCursor(35, 45);
|
||||
display.print(F("START"));
|
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break;
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||||
case SELECT_DIR:
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display.println(F(" SELECCIONAR GIRO"));
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display.setCursor(10, 30);
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||||
display.setTextSize(2);
|
||||
display.print(F("<< O >>"));
|
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break;
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||||
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case RUNNING:
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case CHANGING_DIR:
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display.print(currentState == CHANGING_DIR ? F("! INVIRTIENDO !") : (directionForward ? F("GIRO: ADELANTE >") : F("GIRO: < ATRAS")));
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||||
|
||||
display.setTextSize(3);
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||||
int pct = map((int)currentSpeed, 0, 255, 0, 100);
|
||||
display.setCursor(35, 20);
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||||
display.print(pct);
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||||
display.setTextSize(2);
|
||||
display.print(F("%"));
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||||
|
||||
display.drawRect(5, 58, 118, 6, SSD1306_WHITE);
|
||||
display.fillRect(7, 60, map(pct,0,100,0,114), 2, SSD1306_WHITE);
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||||
break;
|
||||
}
|
||||
display.display();
|
||||
}
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