Navidad 2025 – Cubo de nieve animado - Parte 1

Cómo funciona el proyecto

   Cuando la segunda parte del proyecto esté completa y operativa, el tren viajará en una dirección mientras que Papá Noel viajará en la dirección opuesta mientras nieva en el pequeño pueblo. Al fondo del paisaje hay una matriz de LED que muestra el mensaje de felicitación. También se pueden mostrar imágenes si se desea. Durante el funcionamiento se alternan el sonido del tren, el repique de las campanas de los renos de Papá Noel y la música navideña. Los archivos de música se pueden personalizar. En este proyecto se han subido archivos libres de derechos de autor.

   Para mover tanto el tren como el trineo de Papá Noel se utilizan motores de corriente continua. Al motor que impulsa el tren se le acopló una rueda de 6 mm de espesor con borde de goma, que hace girar un anillo de madera sobre el que está instalado el tren. Para mover a Papá Noel, se conecta un cable, en un extremo del cual se fija Papá Noel y el otro extremo debe instalarse en el eje del motor. Ambos motores son accionados y controlados por el módulo de control de motor L298N. Se utilizaron pequeños trozos de plumero para crear el efecto nieve, ya que son muy livianos y se pueden mover fácilmente con un flujo de aire mínimo. Usamos cuatro ventiladores de 5 VCC para soplar aire dentro de la cápsula. Estos motores se alimentan a través del módulo de 4 relés. Un módulo de relé protege el microcontrolador de sobrecargas y picos de corriente al arrancar. Para las pantallas de luz se utiliza una matriz de LED RGB de 16x16. Al cambiar el boceto, también se pueden mostrar imágenes. Para el sonido se utiliza una combinación de reproductor MP3, amplificador y dos altavoces. Para simular la iluminación interior de las casas del pueblo se utilizan 6 LED blancos de 3 mm, cada uno de los cuales debe conectarse a una resistencia de 330 ohmios para ajustar la tensión de alimentación. Se utilizó el microcontrolador AZ-ATmega328 para controlar toda la electrónica.

 

Montaje del proyecto

   Las figuras y la estructura fueron realizadas en madera de balsa de 3 milímetros de espesor, ya que este material permite todos los cambios necesarios en la estructura para corregir el proyecto y además es muy liviano y fácil de manejar. Las dimensiones de las figuras y estructura de este proyecto son orientativas y se pueden ajustar a las dimensiones deseadas.

   Para construir el tren se pegaron dos dibujos de cada vagón y locomotora en madera de balsa y se recortaron sus contornos. Para poder colocar el tren sobre el aro se decidió pegar un alambre entre las dos partes de cada figura del tren. Esto se hizo enderezando un clip para unir las dos partes de la figura y haciendo una muesca de 1 mm de profundidad en cada parte de la figura para que el cable permaneciera en su lugar al pegar las dos partes. Las dimensiones y el método de fabricación del tren se pueden ver en la foto de abajo.

 

Figura 1 – Dimensiones y estructura del tren.

 

   Ya se ha comentado que algunas casas del pueblo contarán con iluminación interior. Para ello se instalarán LED blancos en seis casas. Para construir el pueblo se utiliza el mismo método que para el tren: se dibujan las siluetas de las casas a pegar. pero antes se cortan los contornos, se crean las ranuras para la instalación de los LED y los cables de conexión y se perforan los agujeros para las ventanas y puertas para que la luz de los LED atraviese el papel cuando se pegan los contornos de las casas. Las dimensiones de las casas se pueden ajustar libremente.

 

Imagen 2 – Ciudad

 

   El método de construcción de la figura de Papá Noel es similar al del tren: los contornos de la figura de Papá Noel y del reno están marcados, esta vez Papá Noel y los renos están conectados por dos cables, que se unen de manera similar a los vagones del tren. El cable que conecta a Papá Noel con el motor que lo hace girar se fija a la parte trasera del trineo y luego se dobla en ángulo recto para guiarlo hasta el eje del motor.

 

Imagen 3 – Dimensiones de Papá Noel

 

   El método para construir las figuras del árbol de Navidad es similar a los anteriores: se marcan los contornos de las figuras del árbol de Navidad y se pegan las figuras. Puedes usar dos contornos y conectarlos o simplemente usar un contorno de madera y pegar el dibujo del árbol de Navidad en ambos lados.

Imagen 4 - Árboles de Navidad

 

   Para montar el tren sobre los anillos, se realizan las ranuras necesarias en la zona central entre los dos bordes de los anillos, para posteriormente formar dos ángulos de 90 grados en los cables de los vagones y la locomotora e instalarlos en los anillos. Las imágenes muestran las dimensiones del anillo, la forma que se le da a los alambres para incorporar el tirón al anillo y el estado final del anillo.

 

Figura 5 – Anillo de tracción

 

   Para construir la plataforma sobre la que se levantará el pueblo, se corta un círculo cuyo diámetro debe ser ligeramente mayor que el diámetro interior del anillo. Como se puede observar en las imágenes siguientes, se realizarán orificios para pasar los cables de conexión a los LED que iluminarán el interior de las casas del pueblo, así como tres ranuras para insertar la parte superior de las columnas que sujetarán la plataforma del pueblo a la estructura del proyecto. Estas columnas tienen la misma altura que las columnas exteriores de la caja del proyecto. En el interior de la plataforma se colocan 3 pasadores de madera de manera que queden dentro del ring y tengan un espacio libre de unos 2 milímetros para que el ring pueda girar libremente y sirvan de límite para un posible desplazamiento lateral del ring.

 

Imagen 6 – Andén del tren urbano

 

   Para alojar los ventiladores, los abetos y el motor que hará girar el anillo del tren, se proyectó realizar un cubo con un círculo en la parte superior de diámetro menor que el diámetro exterior del anillo, manteniendo así el anillo que contiene el tren dentro de los límites del andén del pueblo y el andén de los ventiladores y abetos. El tren circula a través del espacio libre de aproximadamente 4 milímetros de ancho. Este proyecto utilizó columnas de la misma altura que las columnas de soporte de la plataforma del pueblo. Había tres por lado (en los bordes  y en el medio de las páginas). El lector también puede utilizar columnas o placas de las dimensiones requeridas para cubrirlas. La siguiente figura muestra las dimensiones de todas las partes de este componente.

 

Figura 7 – Plataforma del ventilador

 

   Las siguientes imágenes muestran los pasos para el montaje de la primera parte del proyecto, que consiste en instalar la plataforma del pueblo, el anillo de tiro y la plataforma con los ventiladores y los abetos. Como podéis ver en la última foto, todo fue pintado con un rotulador blanco para simular un paisaje nevado.

 

Imagen 8 – Montaje de la primera parte del proyecto

 

Descripción de cómo funciona la primera parte del proyecto y boceto.

   Para esta primera parte del proyecto se instaló la electrónica básica para el movimiento del tren y Papá Noel, así como la iluminación interior de algunas viviendas, 6 viviendas para ser precisos. El circuito electrónico está estructurado de la siguiente manera:

 

Dibujo 1 - Dibujo del cubo de nieve, parte 1

 

   El circuito de la primera parte del proyecto cuenta con el módulo de control de motores L298N para controlar la velocidad y sentido de giro de los dos motores del conjunto, uno de los cuales se encarga de mover el anillo con el tren y el otro de mover a Papá Noel. Este módulo se alimenta con dos voltajes: la electrónica de control del módulo se alimenta a través de la salida de 5 VCC del módulo del microcontrolador y los motores se alimentan a través de una fuente de alimentación externa de 5 voltios. Se debe tener cuidado de quitar el jumper que desactiva el controlador interno del módulo.

 

Figura 9 – Módulo L298N

   Hay 6 LED blancos de 3 milímetros que deben tener una resistencia de 330 ohmios conectada al terminal positivo de cada LED. Esta resistencia regula el voltaje necesario para alimentar el LED sin destruirlo por sobretensión. Los LED se instalarán en 6 viviendas como iluminación interior.

   Ahora se analizará el boceto de la primera parte. Primero se deben definir en el boceto los pines del microcontrolador a los que se conectarán los contactos del módulo L298N que controla cada motor. Para cada motor necesitamos tres puertos, uno que controle la velocidad del motor y los otros dos que controlen la dirección de rotación. Este define seis constantes a las que se les asigna el número del puerto del microcontrolador al que están conectados los pines ENA, IN1, IN2, IN3, IN4 y ENB del módulo L298N. Los nombres de las constantes son fáciles de interpretar y qué motores representan.

 

#define enable_Santa_motor 7

#define connection_1_Santa_motor 5

#define connection_2_Santa_motor 6

 

#define enable_train_motor 2

#define connection_1_train_motor 3

#define connection_2_train_motor 4

 

   Además, se deben definir constantes para los seis LED, a los que se les asignará el número del puerto del microcontrolador al que estarán conectados.

 

#define led_house_1 8

#define led_house_2 9

#define led_house_3 10

#define led_house_4 11

#define led_house_5 12

#define led_house_6 13                    

 

   Con las definiciones de las constantes se completa el bloque de definición de las variables y el método. configuración() del croquis debe ser programado. Primero se configuran los pines del microcontrolador que se utilizarán para controlar los motores. tienes que venir conmigo modo pin(número_PIN, SALIDA) configurados como pines de señal de salida porque necesitan enviar señales a los pines del módulo de control L298N.

 

pinMode(enable_Santa_motor,OUTPUT);

pinMode(connection_1_Santa_motor,OUTPUT);

pinMode(connection_2_Santa_motor,OUTPUT);

 

pinMode(enable_train_motor,OUTPUT);

pinMode(connection_1_train_motor,OUTPUT);

pinMode(connection_2_train_motor,OUTPUT);

 

   Los pines del microcontrolador a los que están conectados los LED también deben configurarse como pines de salida, ya que deben suministrar voltaje para que los LED se enciendan.

 

 

pinMode(led_house_1,OUTPUT);

pinMode(led_house_2,OUTPUT);

pinMode(led_house_3,OUTPUT);

pinMode(led_house_4,OUTPUT);

pinMode(led_house_5,OUTPUT);

pinMode(led_house_6,OUTPUT);

 

   Las líneas anteriores se utilizan para programar el método. configuración() del boceto completado. Ahora el método debe bucle() programado para funcionar continuamente. Las primeras tres líneas de este método se utilizan para controlar el motor de Santa, con la línea analógicoEscribir(número_pin, valor)  El régimen del motor se fija con un valor analógico cuyo valor máximo es 244. Como se puede comprobar en el vídeo de esta primera parte, el régimen del motor es demasiado alto. Si el valor de esta variable es menor que 128, el motor no girará. La segunda parte del proyecto resuelve este problema agregando un potenciómetro. Los dos se utilizan para la dirección de rotación del motor. escritura digital(número_PIN, estado) Se utilizan líneas definidas. Si el motor de Santa gira en la dirección opuesta a la dirección deseada, esto se puede corregir cambiando el estado de estos dos cables o intercambiando los cables del módulo L298N al motor.

 

analogWrite(enable_Santa_motor,128);

digitalWrite(connection_1_Santa_motor,HIGH);

digitalWrite(connection_2_Santa_motor,LOW);

 

   Las líneas de código para controlar el motor del anillo de tracción son exactamente las mismas que las explicadas anteriormente. En este caso la velocidad del tren es correcta. Si desea una mayor velocidad, debe establecer el valor en la línea analógicoEscribir(número_pin, valor).

 

analogWrite(enable_train_motor,128);

digitalWrite(connection_1_train_motor,HIGH);

digitalWrite(connection_2_train_motor,LOW);

 

   Para que los LED se enciendan se debe cambiar el estado de los pines a los que están conectados. Normalmente, cuando se aplica energía a una placa de microcontrolador o se reinicia, el estado inicial de los puertos es bajo (BAJO), es decir, no suministran tensión por lo que el estado es “alto” (ALTA) debe cambiarse para obtener una tensión de salida de 5 Vcc. Esto se hace con el comando escritura digital(número_PIN, ESTADO). Habrá una pausa de 3 segundos después de que se encienda cada LED.

 

digitalWrite(led_house_1, HIGH);

delay(3000);

digitalWrite(led_house_2, HIGH);

delay(3000);

digitalWrite(led_house_3, HIGH);

delay(3000);

digitalWrite(led_house_4, HIGH);

delay(3000);

digitalWrite(led_house_5, HIGH);

delay(3000);

digitalWrite(led_house_6, HIGH);

delay(3000);

 

 

 

   Esperamos que hayáis disfrutado de esta primera parte del proyecto para las Navidades de este año. La segunda parte del proyecto instalará un panel WS2812B con 256 LED, un sistema de sonido y ventiladores para simular nieve.