EdW 09 1998.pdf

Uniwersalny sterownik

reklamy świetlnej

Do czego to służy?

Przed kilkoma miesiącami jeden z Czy−

telników zwrócił się z gorącą prośbą o za−

prezentowanie w EdW sterownika

„biegnącego światełka” do samochodo−

wych świateł stopu. Po naciśnięciu ha−

mulca, lampki (diody lub żarówki) zapala−

łyby się kolejno i pozostawałyby zapalone

aż do zwolnienia pedału hamulca.

Taki układ można zrobić bardzo prosto

za pomocą kilkustopniowego rejestru

przesuwnego i generatora. Od takiego

rozwiązania tylko jeden krok do układu

mającego dużo większe możliwości.

Właśnie taki układ: prosty i jednocześ−

nie wielofunkcyjny opisany jest w niniej−

szym artykule. Z jego pomocą można zre−

alizować nie tylko stopniowo zapalającą

się „linijkę światła stop”, ale również róż−

nego rodzaju sterowniki reklam czy napi−

sów informacyjnych.

Urządzenie może na przykład zostać

wykorzystane do sterowania zespołu

diod LED tworzących numer domu.

2281

Jak widać, w takim trybie pracy niepo−

trzebne są diody D1, D2, D3, D4, D5,

tranzystory T9, T10 i współpracujące z ni−

mi rezystory, bo na nóżkę 15 kostki U1A

cały czas ma być podawany stan wysoki,

a wyjście Q8 kostki U2 ma być bezpo−

średnio połączone z wejściami zegarowy−

mi obu połówek rejestru.

Dodatkowe elementy D1−D5, T9, T10

umożliwiają uzyskanie wielu interesują−

cych efektów.

Na rysunku 2 pokazano trzy różne

efekty i odpowiadające im przebiegi.

Analiza działania obwodu z elemen−

tami D1−D5, T9, T10, R20, R21, R24

nie jest konieczna – początkujący wca−

le nie muszą rozumieć jak on pracuje –

dla uzyskania jednego z trzech pokaza−

nych efektów wystarczy, że zamontują

potrzebne elementy i wykonają odpo−

wiednie zwory. Oto szczegółowe

wskazówki.

Bardziej zaawansowani Czytelnicy po−

winni bardzo uważnie przeanalizować

działanie układu, ponieważ oprócz propo−

nowanych czterech możliwości, w stosun−

kowo prosty sposób można uzyskać wiele

innych, bardzo efektownych sekwencji.

Będzie to wymagało przede wszystkim

zrozumienia roli poszczególnych elemen−

tów, a potem przecięcia niektórych ście−

żek i wykonania nowych połączeń.

Poza tym, z analizy układu można się

nauczyć pewnych „chwytów”, pozwala−

jących za pomocą kilku tranzystorów

i diod budować układy spełniające okreś−

lone funkcje logiczne.

Szczegółowej analizy Czytelnicy doko−

nają sami, biorąc pod uwagę powyższe

wskazówki dotyczące poszczególnych

wersji. Przy analizie rysunku 2 należy pa−

miętać, że dane w rejestrze są przesuwa−

ne w momencie wystąpienia narastające−

go zbocza na wejściach zegarowych re−

jestru (nóżki 1 i 9 kostki U1), natomiast

stany kolejnych wyjść licznika U2 zmie−

niają się podczas opadającego zbocza na

poprzednim wyjściu

Na rysunku 2 pokazano kolejność za−

świecenia i gaśnięcia lamp dla efektów

1...3. Także efekt nr 4 jest bardzo interesu−

jący, warto go wypróbować w praktyce.

Jak to działa?

Schemat ideowy układu pokazano na

rysunku 1.

Kluczowym blokiem jest ośmiobitowy

rejestr przesuwny zbudowany z układem

U1 (CMOS 4015).

W najprostszym zastosowaniu w roli

„linijki światła stop”, po podaniu napięcia

zasilającego oba czterobitowe rejestry są

zerowane dzięki obwodowi C1 R19 (przy

czym zwora ZC jest zwarta). Ponieważ

zwarta jest też zwora ZA, wyzerowany

zostaje także licznik U2 (CMOS 4060). Po

wyzerowaniu na wszystkich wyjściach

rejestru występuje stan niski, wskutek

czego tranzystory T1...T8 nie przewodzą

i lampki L1...L8 (nie zaznaczone na sche−

macie) dołączone między plus zasilania

i punkty P1...P8 są wygaszone. Następ−

nie impulsy z wyjścia Q8 licznika U2 po−

wodują wpisywanie do kolejnych stopni

rejestru U1 stanu wysokiego, otwierają

się kolejne tranzystory począwszy od T1

i wspomniane lampki kolejno się zapala−

ją. Szybkość zaświecania się linijki jest re−

gulowana potencjometrem PR1 w obwo−

dzie oscylatora licznika U2.

Po zliczeniu ośmiu impulsów z wyjścia

Q8 licznika U2 zaświecają się wszystkie

lampki. Lampki pozostają zaświecone,

choć licznik U2 nadal pracuje, ponieważ

przez cały ten czas na wejście informacyj−

ne D rejestru U1 (nóżka 15) wpisywany

jest stan wysoki.

EFEKT NR 1 – liiniijjka świiatełł stop. Nie

montować elementów R20, R21, R24,

D2−D5, T9, T10. Wlutować zwory ZA

oraz ZC.

EFEKT NR 2 – rekllama. Nie montować

R20, R24, D2−D5, T9. Wykonać zwory

ZA, ZC oraz ZD.

EFEKT NR 3 – rekllama. Montować

wszystkie elementy. Wykonać tylko

zworę ZB.

EFEKT NR 4 – rekllama. Nie montować

R20, R24, D2, D4, D5, T9. Wykonać

zwory ZA oraz ZC.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce po−

kazanej na rysunku 3. Montaż nie sprawi

trudności, bo płytka jest dość duża, a ele−

menty są rozmieszczone luźno.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/98

Rys.. 1.. Schemat iideowy

W zależności od potrzebnego efektu

należy zamontować potrzebne elementy

i wykonać zwory według wskazówek po−

danych wcześniej.

Przy próbach modelu okazało się, że

przy podanych na schemacie i w wykazie

wartościach elementów oscylatora (PR1,

R22, R23, C2) uzyskuje się bardzo szero−

ki, zupełnie wystarczający w praktyce za−

kres zmian szybkości zaświecania i gaś−

nięcia lamp. Kto chciałby przeprowadzić

eksperymenty przy innych szybkościach,

może zmieniać pojemność C2 w szero−

kim zakresie 1nF...220nF.

W układzie modelowym pokazanym

na fotografii w roli lamp zastosowano

osiem pojedynczych diod LED. Taki

układ połączeń pokazany jest na rysun−

ku 4a. Zamiast pojedynczej diody

w układzie z rysunku 4a warto zastoso−

wać kilka LED−ów połączonych szerego−

wo (do 5 diod czerwonych, albo do

4 diod żółtych lub zielonych). Pozwoli to

uzyskać kilkakrotnie więcej światła przy

takim samym poborze prądu. W takim

wypadku, żeby utrzymać potrzebną

wartość prądu, trzeba odpowiednio

zmniejszyć rezystancje R1...R8. W ze−

stawie AVT−2281 przewidziane są tran−

zystory wykonawcze T1...T8 typu

BC548 lub podobne, a rezystory R1...R8

mają wartość 330

z rysunku 4a przy zasilaniu 12Vprąd jed−

nej diody około 30mA.

Innym sposobem jest wykorzystanie

napięcia stałego o większej wartości.

W tym przypadku potrzebny będzie do−

datkowy stabilizator, a nie trzeba monto−

wać diody D6 w sterowniku. Układ poka−

zany jest na rysunku 4b. Dodatkowy kon−

densator (10µF/40V) umieszczony blisko

wejścia stabilizatora potrzebny jest tylko

dla uniknięcia wzbudzania stabilizatora.

Liczbę diod, oraz rezystancje R1...R8 na−

leży wtedy dobrać w zależności od napię−

cia zasilającego, by nie przekroczyć mak−

symalnego prądu diod, wynoszącego

30...50mA.

Rys.. 2.. Przebiiegii w ukłładziie

. Daje to w układzie

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/98

Wykaz ellementów

Rezystory

R1−R8: 330

Ω

R9−R16: 3,3k

Ω

R17,R18,R22−R24: 10k

R19: 22k

Ω

R20,R21: 100k

PR1: PR 100k

miniaturowy

Kondensatory

C1: 100nF

C2: 10nF

C3: 220µF/25V

C4: 100nF ceramiczny

Półłprzewodniikii

D1−D5: dioda 0,2A np.4148

D6: dioda 1A np.4001

T1−T10: NPN np.BC548B

U1: 4015

U2: 4060

P ozostałłe

ARK−2: 1szt.

podst. pod ukł. scalone

Kto chciałby pracować przy większych

prądach i na przykład wykorzystać żarówki,

może zastosować tranzystory dużej mocy.

Płytka jest przystosowana do zamontowa−

nia zarówno tranzystorów małej mocy, jak

i tranzystorów mocy w obudowach TO−

220. Przy wykorzystaniu tranzystorów mo−

cy, z uwagi na prąd bazy wyznaczony przez

rezystory R9...R16 należy zastosować albo

tranzystory Darlingtona, albo jeszcze lepiej

MOSFET−y mocy (np. BUZ10...11). Przy

stosowaniu MOSFET−ów, rezystory

R9...R16 można zastąpić zworami.

Sposoby sterowania żarówkami

i większą liczbą diod LED pokazane są na

rysunku 4c i 4d. Do zasilania można wy−

korzystać napięcie stałe (niekoniecznie

filtrowane i stabilizowane) o wartości

6...18V. Jak pokazano na rysunku 4d, ża−

rówki mogą być zasilane napięciem tęt−

niącym wprost z mostka prostownicze−

Rys.. 4.. Dołłączeniie różnych ellementów wykonawczych

Rys.. 3.. Schemat montażowy

go, bez kondensatorów filtrujących. Jest

to możliwe dzięki obecności w sterowni−

ku diody D6 i kondensatorów C3, C4.

W takim przypadku dla pewności należy

zwiększyć wartość pojemności C3 do

470µF lub 1000µF.

Przy sterowaniu żarówek napięciem

zmiennym 220V wg rysunku 4e, koniecz−

nie należy zachować wszelkie przepisy

bezpieczeństwa wymagane w urządze−

niach zasilanych napięciem sieci energe−

tycznej – wersja ta nie jest przeznaczona

dla młodych, niedoświadczonych Czytel−

ników. W roli optotriaków należy zastoso−

wać wersję z obwodem włączania przy

napięciu sieci bliskim zeru, np. MOC3041.

Piiotr Góreckii

Zbiigniiew Orłłowskii

PostScript Picture

AVT2281

Kompllet podzespołłów z płłytką jjest

dostępny w siiecii handllowejj AVT jjako

„kiit szkollny” AVT−2281..

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/98

Termostat programowany

w cyklu 24−godzinnym

Do czego to służy?

Chciałbym zaproponować Czytelni−

kom EdW budowę prostego, lecz bardzo

użytecznego układu. Dość często spoty−

kamy się z problemem stabilizacji tempe−

ratury w określonych pomieszczeniach.

Przy obecnym stanie elektroniki zbudo−

wanie układu stabilizującego temperatu−

rę z praktycznie dowolną dokładnością

nie jest najmniejszym problemem i ukła−

dów takich opisano już w publikacjach

przeznaczonych dla hobbystów bardzo

wiele. Znalazły one zastosowanie w nad−

zorowaniu temperatury pomieszczeń

mieszkalnych czy zakładach pracy. Może−

my za ich pomocą utrzymywać stałą tem−

peraturę w akwariach z rybkami czy też

pilnować stałych warunków obróbki ma−

teriałów fotograficznych. Zakres regulo−

wanych temperatur bywa różny i zależy

głównie od typu zastosowanego czujnika

temperatury.

Wyobraźmy sobie teraz, że w intere−

sującym nas pomieszczeniu zainstalo−

wane jest ogrzewanie elektryczne, pra−

cujące jako główne lub pomocnicze

źródło ciepła. Z pomieszczenia korzysta−

my tylko przez krótkie okresy, powiedz−

my przez kilka godzin dziennie, ale za−

wsze o stałej porze. W pomieszczeniu

jest zimno, centralne ogrzewanie „nie

wyrabia” i zainstalowaliśmy w nim pie−

cyk elektryczny z termostatem. Ponie−

waż jesteśmy wyjątkowymi zmarzlucha−

mi, ustawiliśmy temperaturę na 24°C.

Zastosowany piecyk ma moc 4000W.

Możemy teraz zdradzić tajemnicę, że

pomieszczeniem, w którym musimy za−

chować duży komfort cieplny jest łazien−

ka. Korzystamy z niej zawsze rano, po−

między godziną 7 a 7.30 i wieczorem,

około godziny 23. Łatwo więc policzyć,

że pracujący bez przerw piecyk zużywa

ok. 88kWh w ciągu doby. Nie mam poję−

cia, ile obecnie kosztuje jedna kilowato−

godzina energii elektrycznej, ale z pew−

nością pieniądze zainwestowane w bu−

dowę proponowanego układu zwrócą

się po bardzo krótkim czasie. Ktoś z Czy−

telników być może zaprotestuje:

„Przecież można piecyk wyłączać ręcz−

nie, po każdorazowym skorzystaniu z ła−

zienki!”. Owszem można, ale trzeba go

także ręcznie włączać, a wchodzenie do

wychłodzonej łazienki, a następnie cze−

kanie aż zostanie nagrzana do odpo−

wiedniej temperatury nie należy do przy−

jemności!

2286

Przykład z łazienką był tylko jednym

z wielu możliwych zastosowań propono−

wanego układu. Równie dobrze można

go zastosować do termostatowania ak−

warium z rybkami czy pomieszczenia fir−

my, którego ogrzewanie poza godzinami

pracy jest ekonomicznym nonsensem.

Praktycznie bez żadnych przeróbek

układ może pracować także jako progra−

mator włączający i wyłączający dowolne

urządzenie elektryczne, praktycznie do−

wolną (raster 2s.) ilość razy w ciągu doby.

Najprostsze zastosowanie narzuca się

samo: może on być dość dobrym symu−

latorem obecności domowników

w mieszkaniu, włączając i wyłączając np.

światło w pewnych pomieszczeniach.

Układ zbudowany został z zastosowa−

niem tanich i łatwo dostępnych elemen−

tów. Jego wykonanie nie przysporzy naj−

mniejszego kłopotu nawet początkują−

cym elektronikom.

i „źródło temperatury odniesienia”,

w ostateczności naczynie z wodą pod−

grzaną do odpowiedniej temperatury.

Najpierw musimy zaprogramować pierw−

szą temperaturę i jest zupełnie obojętne,

czy będzie to temperatura wyższa czy

niższa. Za pomocą przełącznika S1 usta−

wiamy nasz układ w tryb pracy PRO−

GRAM. Od tego momentu do pamięci za−

pisywane są już dane, które później, pod−

czas programowania nowych czasów zo−

staną z niej, oczywiście, wymazane.

Przełącznik S2 służy do wyboru jednej

z dwóch programowanych temperatur.

W pozycji zwartej na wejściu DI danych

pamięci IC1 panuje stan niski, przenoszo−

ny następnie na wyjście danych DO.

Z wejścia DO stan ten doprowadzany

jest do wejścia sterującego przełącznika

półprzewodnikowego IC6B powodując

jego wyłączenie. Jednocześnie, stan nis−

ki z tego wyjścia negowany jest przez

bramkę IC5D i doprowadzany do wejścia

sterującego drugiego przełącznika – IC6A

powodując jego otwarcie. Tak więc,

w tym momencie aktywny jest dzielnik

napięcia zbudowany z rezystorów R6 i R8

oraz z potencjometru montażowego PR2.

Napięcie z tego dzielnika porównywa−

ne jest za pomocą komparatora napięcia

zbudowanego z wykorzystaniem

wzmacniacza operacyjnego IC7 z napię−

ciem uzyskiwanym z wyjścia czujnika

Jak to działa?

Analizę schematu przedstawionego

na rysunku 1 przeprowadzimy tak, jak−

byśmy posługiwali się już gotowym urzą−

dzeniem, w formie „instrukcji obsługi”.

Pierwszą czynnością, jaką będziemy

musieli wykonać jest ustawienie dwóch

różnych temperatur, jakie układ będzie

utrzymywał w pomieszczeniu. Do tego

celu potrzebny nam będzie termometr

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/98

temperatury IC8. Jeżeli napięcie z czujni−

ka jest mniejsze od napięcia ustawione−

go za pomocą potencjometru montażo−

wego PR2, to na wyjściu komparatora

powstaje stan wysoki powodujący prze−

wodzenie tranzystora T2 i w konsekwen−

cji włączenia optotriaka Q3. Jak na razie,

to zjawisko w ogóle nas nie obchodzi,

podobnie jak nieustannie zapisywane do

pamięci dane.

Czujnik IC8 doprowadzamy do odpo−

wiedniej temperatury i pokręcając aktyw−

nym potencjometrem montażowym PR2

„łapiemy” punkt przełączania komparato−

ra. Aby ułatwić sobie tę czynność na wy−

jście układu CON2 dołączamy jakieś pro−

wizoryczne obciążenie, np. żarówkę

o niezbyt wielkiej mocy.

Po ustawieniu pierwszej z dwóch

temperatur przełączamy S2 w pozycję

przeciwną do pokazanej na schemacie.

Spowoduje to zamknięcie przełącznika

elektronicznego IC6A i otworzenie prze−

łącznika IC6B i, co za tym idzie, uaktyw−

nienie rezystora regulacyjnego PR1. Za

jego pomocą ustawiamy drugą z żąda−

nych temperatur i na tym kończymy re−

gulację układu.

Warto teraz wspomnieć o roli, jaką

w naszym układzie pełni dwubarwna dio−

da D6. Dioda ta została włączona w dość

ciekawy sposób: jeżeli tranzystor T1 nie

przewodzi – świeci dioda zielona. Włą−

czenie tranzystora T1, które nastąpi przy

stanie niskim na wyjściu bramki IC5D,

spowoduje przewodzenie tego tranzysto−

ra i włączenie diody czerwonej zawartej

w strukturze D6. Napięcie przewodzenia

diody czerwonej jest znacznie niższe niż

zielonej i w konsekwencji dioda ta zosta−

nie „zwarta” przez diodę czerwoną prze−

stając świecić. Zapamiętajmy więc:

· świecenie diody czerwonej oznacza

uaktywnienie dzielnika napięcia

z PR1 i utrzymywanie przez układ za−

programowanej tym dzielnikiem

temperatury. Dioda zielona sygnali−

zuje uaktywnienie dzielnika z PR2.

Dla wygody dobrze by było za pomocą

PR1 ustawić wyższą temperaturę, a za

pomocą PR2 niższą. Kolor zielony bar−

dziej kojarzy się bowiem z zimnem,

a czerwony z gorącem.

Możemy teraz przystąpić do progra−

mowania czasów włączania i wyłączania

ogrzewania. Niestety, będzie to czynność

nieco nużąca, ponieważ będziemy musie−

li poświęcić na nią dokładnie 24 godziny.

Na szczęście nie będziemy musieli prze−

bywać bez przerwy przy naszym progra−

matorze: wystarczy że o właściwej porze

zmienimy ustawienie temperatury. Pro−

gramowanie układu wykonamy w nastę−

pujący sposób:

1. Ustalamy wygodną dla nas porę rozpo−

częcia programowania i na wszelki wy−

padek zapisujemy jej dokładny czas.

2.Ustawiamy przełącznikiem S2 tempe−

raturę, jaka ma panować w tym mo−

mencie w pomieszczeniu (pamiętajcie

o roli diody D6).

3.Ustawiamy przełącznik S1 w pozycję

PROGRAM (o ile nie był już tak usta−

wiony).

4. W momencie nadejścia wyznaczonej

pory naciskamy na krótko przycisk S3 –

RESET. Spowoduje to chwilowe wy−

zerowanie liczników IC3B, IC2 i IC3A.

Po puszczeniu przycisku RESET liczni−

ki rozpoczynają pracę.

Pierwszy z liczników zbudowany z wy−

korzystaniem popularnego układu scalo−

nego typu 4060 zawiera w swojej struk−

turze generator stabilizowany rezonato−

rem kwarcowym i dzielnik binarny o stop−

niu podziału 2 14 . W naszym układzie za−

stosowaliśmy tani i powszechnie dostęp−

ny kwarc „zegarkowy” o częstotliwości

rezonansowej 32768Hz. Na wyjściu Q14

IC4 otrzymujemy częstotliwość 2Hz, któ−

ra jest o wiele za duża do naszych po−

trzeb. Dlatego też zastosowałem kolejny

dzielnik częstotliwości, na którego wy−

jściu otrzymujemy przebieg prostokątny

o okresie 2 s. Policzmy teraz trochę: doba

ma 86400 sekund, czyli że przy przyjętym

rastrze wynoszącym 2 s. liczba krokówm,

jakie wykonać musi nasz pracujący w cyk−

lu 24−godzinnym programator wyniesie

43200 czyli 1010100011000000 (BIN) . Dyspo−

nujemy pamięcią o słowie jednobitowym

typu 6287, której maksymalna pojem−

ność wynosi 65535 bitów. Tak więc miej−

sca w pamięci wystarczy, a nawet trochę

zostanie. Impulsy o okresie trwania 2 s.

podawane są na wejście licznika IC2 –

4020, który bezpośrednio adresuje 11

młodszych wejść adresowych pamięci.

Pozostałe wejścia adresowane są przez

drugi licznik – IC3A dołączony kaskadowo

do licznika IC2.

Każde opadające zbocze występujące

na wyjściu Q0 licznika IC3B powoduje

wygenerowanie krótkiego impulsu pro−

gramującego kierowanego na wejście

WE\ pamięci IC1. Tak więc podczas każ−

dego kroku wykonywanego przez progra−

mator, na wejście to dostarczane są aż

cztery takie impulsy. Z pewnością zapyta−

cie, dlaczego aż cztery? Przecież do za−

programowania kolejnego bitu informacji

w zupełności wystarczyłby jeden impuls?

Racja, ale przyjęte rozwiązanie, niczego

nie zmieniające w zasadzie działania ukła−

du, zwiększa komfort jego obsługi pod−

czas programowania. Zmiana stanu prze−

Rys.. 1.. Schemat iideowy

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/98

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: