L'interfaccia switch dei flipper WMS anni '90

Di Aurelio Punzi

In un flipper elettronico il microprocessore che esegue il programma del gioco ha bisogno di sapere istante per istante cosa fa la pallina o le palline sul piano dello stesso, in modo da seguire l’andamento della partita e generare tutta l’infinita serie di varianti, punteggi e bonus vari per il nostro divertimento.

Microswitch con lamella attuatrice Contatto a lamella

• La levetta si stacca dal suo fulcro e si perde sul piano. Essendo di plastica, il superlavoro di un microswitch molto sollecitato, può far consumare i pernini che trattengono la levetta che spinge il pulsante che così esce dalla sua sede. In tal caso il microswitch sarebbe da sostituire. Si può tentare di recuperarlo (se si tratta di microswitch CHERRY) fissando la levetta alla seconda coppia di perni presenti sul corpo del microswitch. Vedi figura 5 Questa posizione varia però la forza da esercitare per lo scatto, quindi verificate se nel posto in cui è montato riesce comunque a registrare il passaggio della pallina.
• Il microswitch non scatta più. Se anche premendo il pulsantino non si sente il classico "click" vuol dire che il meccanismo interno si è rotto ed il microswitch è da cambiare.
• Il microswitch scatta ma non chiude il contatto. Può capitare che lo scatto ci sia comunque ma il contatto non si chiuda, o si chiuda a volte. Sostituire.
• Tenete presente che anche i microswitch dopo un po’ di tempo necessitano di una piccola registrazione. Difatti quelli molto sollecitati tendono a diventare più "duri" a scattare e quindi occorre agire sulla lamella piegandola in modo che lo scatto avvenga nel giusto momento.
• Inconveniente sul diodo: vedi punto 4

Entriamo adesso nella categoria dei sensori "elettronici" che quindi effettuano un elaborazione elettronica di una certa condizione per rilevare il passaggio della pallina, la pressione di un pulsante, la chiusura e l’apertura di un qualunque meccanismo o il fine corsa di movimenti motorizzati.

Questi sensori sono sempre composti da un diodo led "emittente" a infrarossi e da un fototransistor "ricevente" sul quale arriva il segnale del led. Il led emittente è sempre alimentato ed emette luce infrarossa, quindi sembra spento. Questo può creare qualche difficoltà per rilevare un eventuale guasto dello stesso. Il led è normalmente di color giallognolo o trasparente. Il fototransistor ricevente è puntato davanti al led e quindi normalmente ne riceve la luce, eccetto quando: passa una pallina, si chiude una leva, scende un bersaglio a caduta che interrompe il fascio, passa una levetta di fine corsa di un motore… Il fototransistor è di colore nero. Come vedete gli utilizzi sono innumerevoli e molto vari. Il funzionamento si basa sul fatto che un fototransistor colpito dalla luce si chiude come un microswitch, quindi l’interruzione del fascio luminoso equivale all’azionamento della levetta di un contatto meccanico. Le due tipologie di barriere optoelettroniche che possiamo avere differiscono per la forma del sensore. Nel caricatore delle palline dei WMS dal ‘93 in poi sono sistemati un led trasmittente e un fototransistor che sono rispettivamente trasparenti, giallognoli o leggermente bluastri (i led) e neri per ogni posizione di pallina (i fototransistor). Qui i led e i fototransistor sono separati e ben visibili. Vedi figura 6 Similare è la forma di queste barriere montate sulla ruota di un motorino Vedi figura 7

In altri casi si utilizzano delle minibarriere che sono formate dal led e dal fototransistor in un corpo unico di colore nero somigliante ad una U. Qui il fascio può essere interrotto da delle levette. Vedi figura 3

led e fototransistor del caricabiglie Barriere infrarosse di un Fish Tales

I problemi principali che si possono verificare sono:

• Mancato funzionamento del led emettitore. Capita talvolta che il led emittente di infrarossi si guasti o la saldatura dei suoi piedini sul circuito stampato salti. In tal caso il fototransistor ricevente interpreta questa condizione come di "barriera interrotta" quindi segnala sempre la medesima condizione. In questo caso si può provare a ripassare le saldature con saldatore e stagno; nel caso il problema persista dobbiamo sostituire il led (diciamo che a grandi linee potete comprare in un negozio di componenti elettronici un led "da telecomando"). Talvolta sono le vibrazioni meccaniche che fanno distaccare uno dei terminali dal corpo di plastica del led, quindi anche se è ancora buono è da sostituire comunque. Può capitare altresì che la resistenza di potenza o le saldature sui suoi terminali saltino. Prima di sostituire il led controllare quindi che sui terminali ci sia 12V (a vuoto con led guasto). Occhio che il led ha una polarità e quindi non invertite anodo (A) e catodo (K), sennò non funziona (vedi FIGURA 12).

• Mancato funzionamento del fototransistor ricevente. Questo problema capita più raramente poiché il fototransistor non è sollecitato con forti correnti come il led, poiché deve solo ricevere il segnale infrarosso. Quindi il problema risiede nel 99% dei casi sulle saldature distaccate sul circuito stampato o sui terminali rotti per le vibrazioni. Sulla diagnostica del flipper appare sempre come contatto aperto. Un guasto (raro) al fototransistor potrebbe anche essere interpretato dal sistema come contatto sempre chiuso. In tal caso operiamo con l’aggeggio di mia invenzione (vedi appendice) per controllare il funzionamento del ricevitore. In caso di guasto, sostituire il fototransistor. Occhio anche qui che ha una polarità collettore (C) ed emettitore (E) e quindi non invertitelo Figura 13 (vedi anche appendice).
• Sporco sul trasmettitore o sul ricevitore. E’ un caso un po’ raro ma può succedere quando ripariamo dei flipper superlerci. Si può accumulare così tanto sporco o grasso sulle lenti del led o del fototransistor da impedire al raggio infrarosso di chiudere il contatto.
• Guasto dell’interfaccia elettronica. Abbiamo due tipologie di interfacce elettroniche dopo il fototransistor ricevente. Il contatto può essere progettato: normalmente aperto (si chiude quando il raggio viene interrotto), normalmente chiuso (si apre quando il raggio viene interrotto). Quindi ogni condizione è implementata in modo diverso. Normalmente si utilizzano degli amplificatori operazionali LM339 per invertire le condizioni logiche ed adattare il segnale. Abbiamo qui nelle figure sottostanti le due interfacce che spieghiamo di seguito.

In figura 14 possiamo vedere un interfaccia optoelettronica di tipo "diretto" cioè senza inversione di livello logico. Vediamo ora di chiarire il concetto.

In quest’altro caso (figura 15) possiamo vedere un interfaccia optoelettronica "invertente" che è utilizzata nel caso che, sempre per esigenze meccaniche, il microswitch deve risultare chiuso quando il fascio luminoso è interrotto. In questo caso vengono utilizzati amplificatori operazionali "invertenti" che quindi quando ricevono il segnale di fototransistor chiuso, invertono il livello alla loro uscita in modo che sia interpretato come microswitch aperto. Caso molto frequente la rilevazione della presenza della pallina in una buca. La pallina interrompe il raggio con la sua presenza, ma così facendo il fototransistor simulerebbe microswitch "aperto"; allora con l’operazionale LM339 invertiamo il segnale in modo che sia simulato "chiuso". Viceversa, senza la presenza della pallina il fototransistor in presenza del raggio luminoso si chiude (microswitch chiuso) e così l’LM339 inverte il segnale in "aperto".

Un'altra categoria di sensori elettronici, sono i cosiddetti "EDDY", che rilevano la massa metallica della pallina quando transita vicino al loro sensore. Il sensore non è altro che una bobina disegnata su di un circuito stampato che è posto sotto al piano di gioco oppure vicino alla zona da cui dobbiamo rilevare il passaggio della pallina. In figura 4 Possiamo vedere la foto del sensore montato su un ROAD SHOW. Dal sensore escono due terminali che sono collegati al sistema di rilevamento che non è altro che un piccolo circuito stampato con un amplificatore di segnale ed un interfaccia che si collega alla switch matrix: vedi figura 16. Il vantaggio di tali sensori è che non necessitano di manutenzione non avendo parti in movimento, non necessitano di pulizia e sono ideali in quei casi in cui non è possibile occupare spazio sul piano di gioco.

FIGURA 16 Amplificatore-interfaccia del sensore EDDY

I sensori Eddy progettati dalla WMS hanno una taratura di sensibilità molto critica. Vale a dire che il trimmer posto sulla scheda di amplificazione del segnale del sensore, necessita di una regolazione molto fine. Dobbiamo raggiungere un difficile equilibrio: in assenza di masse ferrose non deve scattare, con la pallina che vi transita vicino deve chiudersi senza incertezze. Questa condizione è difficile da ottenere, perché se alziamo troppo la sensibilità rischiamo che il contatto si chiuda anche senza il passaggio della pallina, oppure che si chiuda se questa passa solo vicino alla zona di rilevazione; se per contro la abbassiamo troppo, rischiamo che il sensore la rilevi solo quando passa al centro della bobina e non ai lati.

In figura 17 vediamo il circuito di amplificazione e di interfaccia del sensore EDDY di un Road Show. I due capi dei fili del sensore sono applicati agli ingressi di un doppio oscillatore con comparatore. In pratica la frequenza di un circuito oscillatore a cui fa capo C2 viene comparata a quella a cui fa capo C1 in parallelo con la bobina del sensore EDDY. Finchè la bobina lavora in "aria libera" avrà una certa impedenza che in parallelo con C1 genera una frequenza che attraverso il trimmer R2 viene prefissata circa uguale a quella dell’oscillatore di riferimento che fa capo appunto a C2. Ogni qualvolta una massa metallica giunge in prossimità della bobina di figura 4, ne varia la sua impedenza che fa quindi variare la frequenza dell’oscillatore controllato rendendola diversa da quello di riferimento. Questa diversità viene rilevata dal circuito integrato che emette un segnale attraverso il piedino di OUT. Il piedino di OUT comanda Q1 che chiudendosi fa accendere il led di controllo sulla scheda di interfaccia. Il segnale viene riportato quindi a Q2 e successivamente a Q3 che chiudendosi lavora come un microswitch meccanico dando il segnale di "contatto chiuso". La frequenza dell’oscillatore controllato è molto critica e, come consigliato prima, consiglio di cambiare il trimmer R2 con uno multigiri per avere una regolazione più fine in fase di taratura.

Spero di essere stato esauriente, per dubbi e perplessità ci sentiamo nella mailing-list di Tilt!.