PIDI-BOX01: Cómo JLCPCB Hizo Posible un Controlador DIN Rail Modular con Raspberry Pi Zero 2W

Automatización de riego de jardín con Raspberry Pi Zero 2W: cuando el I/O fijo no es suficiente

Hace cuatro años, Wolfgang Mansfeld, diseñador electrónico alemán jubilado con amplia experiencia en desarrollo de hardware, buscaba una solución comercial para automatizar el riego de su jardín. Sin embargo, no encontró nada que se adaptara a sus necesidades. Decidió entonces construirlo él mismo.

El primer prototipo funcionó, pero el coste de fabricación de ls PCBs era un freno importante para seguir iterando. Todo cambió cuando descubrió JLCPCB a través de la comunidad de KiCad. A partir de ese momento, el proyecto tomó una nueva dimensión: el PIDI-BOX01, un controlador DIN Rail completamente modular y de código abierto, basado en la Raspberry Pi Zero 2W.

PIDI-BOX01 controlador modular DIN Rail con Raspberry Pi Zero 2W fabricado con JLCPCB

El problema: un sistema de riego que necesitaba crecer

Un jardín automatizado no se construye de una sola vez. Se empieza con dos electroválvulas, luego se añade un sensor de humedad, después una sonda de temperatura, y antes de darse cuenta, tiene diez cosas que controlar y un controlador que solo tenía puertos para seis.

Al principio, Wolfgang intentó resolverlo añadiendo otro controlador, pero esto terminó generando una instalación parcheada, difícil de mantener y más costosa de lo necesario. Había que pensar diferente.

La solución: arquitectura I2C modular sobre carril DIN

Bus I2C modular PIDI-BOX01 conectando módulos de expansión en carril DIN

Wolfgang diseñó el PIDI-BOX01 con una premisa clara: un módulo central basado en la Raspberry Pi Zero 2W y todos los módulos de expansión conectados a través de un bus I2C compartido de 6 pines. Esto permite añadir relés, entradas ópticas o canales analógicos simplemente enchufando un nuevo módulo al carril, sin necesidad de rediseñar nada ni volver a cablear el sistema completo.

Toda la electrónica se aloja en carcasas Camdenboss CNMB montadas en carril DIN. Las placas de circuito fueron diseñadas con dimensiones adaptadas para encajar perfectamente en estas carcasas, en vez de modificar las carcasas de Camdenboss.

Módulo controlador: mucho hardware en poco espacio

PCB módulo controlador PIDI-BOX01 Raspberry Pi Zero 2W diseñado en KiCad

El módulo central aloja la Raspberry Pi Zero 2W y concentra todo lo que necesita para poner el sistema en marcha.

Módulos de expansión: añada solo lo que necesita

La Raspberry Pi Zero 2W es el cerebro del sistema, pero por sí sola no hace gran cosa. Lo interesante del PIDI-BOX01 es que cada módulo de expansión se enchufa al bus I2C y el sistema simplemente lo reconoce, sin tocar nada de lo que ya funciona. Más relés, más entradas analógicas, más sensores: se añaden cuando se necesitan, no antes.

Módulo de 6 relés

Utiliza un expansor PCF8574A para controlar seis canales independientes. Todos arrancan apagados al encendido (bit 7), y el panel frontal incluye seis botones de prueba con LEDs de estado, lo que le permite verificar cada salida sin necesidad de software ni conexión activa al controlador.

Módulo de 6 entradas ópticas

Replica la misma arquitectura PCF8574A, pero orientada a lectura con aislamiento óptico. Es la solución natural para conectar sensores industriales de 12V sin riesgo de interferencias en el bus.

Módulo ADC de 4 Canales (ADS1115)

El componente más sofisticado de la plataforma. Sus cuatro entradas analógicas son libres de potencial respecto al sistema, el bus I2C está aislado mediante un ADUM1250 de Analog Devices, y el módulo incluye una fuente interna de 4 a 8V a 200mA para alimentar sensores directamente. Existe además una versión A2 que soporta cuatro direcciones I2C configurables desde 0x48 hasta 0x4B, lo que permite instalar hasta cuatro módulos ADC en el mismo bus.

Cómo JLCPCB hizo posible el proyecto

PCBs PIDI-BOX01 fabricadas por JLCPCB, open source hardware KiCad DIN Rail

En versiones anteriores del proyecto, el coste de fabricación de PCBs era el principal freno para continuar el desarrollo. Wolfgang necesitaba una solución más accesible y la encontró en 2024 a través de la comunidad de KiCad: JLCPCB. Desde entonces ha pedido más de 30 PCBs.

Lo que más destaca no es solo el precio. La precisión dimensional de las placas le permitió ensamblar los módulos sin necesidad de cables adicionales, algo crítico en un diseño tan compacto. La calidad superficial facilitó la soldadura SMD en horno a 183°C sin incidencias. Además, cuando los archivos Gerber tenían errores, el servicio técnico de JLCPCB los señaló, permitiendo subir versiones corregidas sin retrasos.

Para aplicar la pasta de soldadura, se recomienda siempre usar los stencils de JLCPCB, disponibles en el formato exacto que usted necesita.

Resultados: cuatro años de riego sin fallos

PIDI-BOX01 no es un prototipo de laboratorio. Lleva múltiples temporadas gestionando en condiciones reales el control de electroválvulas via relés, la lectura de sensores analógicos, la temporización por RTC y el sensado ambiental por 1-Wire e I2C. Todo a baja tensión: hasta 24V en I/O digital y hasta 48V en contactos de relé, con protección ESD TVS bidireccional en todas las entradas. Todos los módulos están actualmente en uso.

"Estoy feliz de haber encontrado JLCPCB a través de los foros. Esto ha aliviado considerablemente mi presupuesto."

— Wolfgang Mansfeld, autor del proyecto

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Código abierto, listo para replicar

Todo el proyecto está publicado en GitHub bajo código abierto: esquemas KiCad, archivos PCB, Gerbers y diseños de paneles frontales. Wolfgang busca co-desarrolladores y usuarios que quieran ampliar el ecosistema.

GitHub: github.com/zero-pidi-box/PIDI-BOX01-X-ZERO  

Contacto: PIDI-BOX01@GMX.NET

Y al final así se construye un controlador que escala

Wolfgang no encontró lo que necesitaba en el mercado, así que lo construyó. Cuatro años después, el sistema riega su jardín, los módulos siguen en uso y todos los archivos están disponibles en GitHub para que cualquiera pueda replicarlo.

JLCPCB hizo posible iterar sin que el presupuesto fuera un obstáculo. Más de 30 PCBs pedidos lo confirman. Si desea construir su propio PIDI-BOX01, los archivos Gerber están listos para pedir hoy mismo en JLCPCB.