Светотехника
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Автомат световых эффектов на микроконтроллереРаспечатать: Автомат световых эффектов на микроконтроллере

Автомат световых эффектов на микроконтроллере



Выпускаемые сегодня промышленностью новогодние гирлянды укомплектованы, как правило, автоматическими переключателями, реализующими различные световые эффекты, но некоторые потребительские характеристики этих переключателей неудовлетворительны. Частота переключения гирлянд в большинстве случаев выше желаемой, нередки выходы из строя тиристоров или даже интегральной микросхемы. Поэтому самостоятельное конструирование автоматов световых эффектов всё ещё остаётся актуальным.

Длительное время я пользовался устройством, описанным в статье В. Чеканихина "Автомат световых эффектов" ("Радио", 1984, № 11, с. 52, 53). Его логическая часть построена на двоичных счётчиках и сдвиговом регистре. Автомат отличает простая конструкция и неплохое разнообразие реализуемых эффектов: "бегущие" огонь и тень, попарное переключение гирлянд в различных комбинациях, зажигание или гашение всех гирлянд. Сменяются эффекты автоматически в определённом порядке.

Эксплуатация автомата выявила его недостатки - большие габариты и необходимость довольно мощного стабилизированного источника питания.

Поэтому был разработан автомат, реализующий аналогичный алгоритм переключения гирлянд, но на современной элементной базе. При этом стояла задача лишь повторить алгоритм работы описанного в упомянутой выше статье автомата, не дополняя его другими функциями.

Принципиальная схема разработанного автомата изображена на рис. 1. В цепи его питания от сети ~230 В установлены резистор R2 и варистор RU1, назначение которых - защита устройства от высоковольтных импульсных помех, которые могут стать причиной выхода из строя симисторов. Затем сетевое напряжение поступает на фильтр С3L1, предотвращающий проникновение помех, возникающих при работе устройства, в сеть, а также попадание высокочастотных помех из питающей сети в переключатель.

Принципиальная схема разработанного автомата

Рис. 1. Принципиальная схема разработанного автомата

Низковольтные узлы автомата питаются через гасящий конденсатор C4. Резистор R4 уменьшает амплитуду импульса тока, возникающего при первоначальной зарядке этого конденсатора после включения устройства в сеть, а через резистор R9 конденсатор C4 разряжается после выключения устройства. Выпрямитель напряжения питания - однополупериодный,выполнен на диодах VD3 и VD4. Его выходное напряжение ограничено стабилитроном VD6. Конденсатор C5 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

Алгоритм работы автомата выполняет микроконтроллер DD1 ATtiny13A-SU по загруженной в него программе. Её исполнение синхронизировано с питающей сетью с помощью цепи R1C1VD1VD2, благодаря которой логический уровень напряжения на входе PB3 микроконтроллера сменяется противоположным каждый раз, когда мгновенное значение напряжения в сети переходит через ноль. Конденсатор C1 подавляет помехи, а диоды VD1 и VD2 ограничивают напряжение на входе микроконтроллера потенциалами плюсового и минусового выводов его питания.

Кнопка SB1 служит для выбора частоты переключения гирлянд. При нажатии на неё импульсы синхронизации с сетью перестают поступать на вход PB3 микроконтроллера. Если импульсов не было более 80 мс, то после их возобновления программа фиксирует факт нажатия на кнопку и изменяет частоту переключения гирлянд. Недостаток такого способа в том, что кратковременное исчезновение напряжения в сети тоже может быть воспринято как нажатие на кнопку. Но такие события происходят, как правило, крайне редко, поэтому принятое техническое решение вполне оправдано.

Всего предусмотрены десять разных значений частоты в интервале 0,4 - 4 Гц. При каждом нажатии на кнопку происходит переход к следующему в сторону уменьшения значению частоты, а после достижения минимальной частоты - переход к максимальной. Кроме того, нажатие на кнопку автоматически запускает эффект "бегущий огонь", что позволяет визуально оценить выбранную частоту. Установленное значение частоты переключения программа записывает в EEPROM микроконтроллера. А при каждом запуске она читает его из EEPROM и далее воспроизводит эффекты именно с такой частотой.

Обратите внимание, что на схеме указаны не наименования электродов симисторов BT131-600 (VS1-VS4), а номера выводов их корпуса: 1 - электрод 2,2 - управляющий электрод, 3 - электрод 1. Импульсы управления симисторами длительностью 500 мкс микроконтроллер формирует на своих выходах PB0-PB2 и PB4 в начале каждого полупериода сетевого напряжения. Это позволяет уменьшить расходуемый на управление симисторами ток и минимизировать создаваемые при коммутации помехи. Но следует учесть, что при питании микроконтроллера от другого источника, в отсутствие сетевого напряжения, импульсы управления симисторами он формировать не будет.

Гирлянды питаются пульсирующим напряжением через диод VD5. Практика показала, что при этом их свечение приобретает более тёплый, приятный оттенок и увеличивается срок службы ламп. При желании этот диод можно заменить перемычкой или подключить параллельно ему выключатель.

Программатор подключают к микроконтроллеру через разъём XP1 PLD-2x5. Назначение его выводов такое же, как у многих распространённых программаторов, например USBASP Питание при программировании должно поступать на микроконтроллер от программатора. Конфигурация микроконтроллера должна соответствовать таблице. Она совпадает с устанавливаемой на заводе-изготовителе микросхемой, поэтому при использовании вновь приобретённого экземпляра микроконтроллера, ещё не работавшего в других устройствах, изменять его конфигурацию нет необходимости.

Таблица

Разряд

Сост.

Разряд

Сост.

SELFPRGEN

1

WDTON

1

DWEN

1

CKDIV8

0

BODLEVEL1

1

SUT1

1

BODLEVEL0

1

SUT0

0

RSTDISBL

1

CK5EL1

1

SPIEN

0

CKSEL0

0

EESAVE

1

0 - запрограммировано;

1 - не запрограммирован

Автомат собран на печатной плате размерами 52x85 мм из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита, чертёж которой показан на рис. 2. Плата помещена в корпус подходящих размеров из изоляционного материала.

Чертёж печатной платы автомата и элементы на ней

Рис. 2. Чертёж печатной платы автомата и элементы на ней

Могут быть использованы постоянные резисторы любого типа, но резистор R2 должен быть невозгораемым. Конденсаторы C1 и C2 - любые керамические. Конденсаторы C3 и C4 - плёночные К73-17 или их импортные аналоги. Кнопка SB1 должна быть хорошо изолирована, поскольку её контакты гальванически связаны с сетью. Провода, идущие к кнопке, не должны быть слишком длинными во избежание воздействия на них помех. Рекомендую свить их между собой. Двухобмоточный дроссель L1 - от сетевого фильтра импульсного источника питания мощностью не менее 150 Вт. Мощность каждой гирлянды не должна превышать 40 Вт.

Правильно собранный автомат начинает работать сразу и в налаживании не нуждается. Тем не менее микроконтроллер DD1 рекомендуется монтировать на плату в последнюю очередь. Предварительно нужно убедиться, что при автомате, включённом в сеть, напряжение между контактными площадками для выводов питания микроконтроллера находится в пределах 4...5 В. Программировать микроконтроллер следует только при отключённом от сети автомате и удалённой перемычке S1. Последнее предотвращает протекание слишком большого тока через стабилитрон VD6 при подаче напряжения питания микроконтроллера через разъём XP1. Отключив программатор от автомата по завершении программирования, перемычку S1 следует вернуть на место.

Программа микроконтроллера и файл печатной платы в формате Sprint Layout 6.0 имеются здесь.

Автор: Ю. Мартынюк, п. Затобольск, Казахстан


Дата публикации: 12.11.2018
Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.


Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics