Elektronik Hobbysta

Główna O nas Kontakt Projekty Timer NE555 ST6 Realizer Historia Linki

   

PROJEKTY ZAGRANICZNE

ILUMINOFON CYFROWY cz1 i cz2

Krzysztof Górski

NOWY ELEKTRONIK

Zainteresowanie wszelkimi urządzeniami iluminofonicznymi nie słabnie od wielu lat. Starsi czytelnicy pamiętają czasy kiedy to do wykonania prostych kolorofonów używało się starterów od świetlówek a zdobycie triaka czy tyrystora na napięcie sieciowe graniczyło z cudem. Te czasy na szczęście już minęły i teraz możemy sobie pozwolić na wykonanie iluminofonii z użyciem mikrokontrolerów. Nasz układ został wyposażony w mikrokontroler ST62T10. Procesory St62 raczej nie są przystosowane do zastosowania w układach akustycznych, więc skonstruowanie układu iluminofonicznego stanowi dość ciekawe wyzwanie któremu spróbujemy podołać. Konstrukcję iluminofonu podzielono na dwie części. Jest to moduł mikrokontrolera(część cyfrowa) oraz moduł filtru (część analogowa). Najpierw zapoznamy się z konstrukcją cyfrową a następnie z analogową.

Wielka zaleta części cyfrowej jest możliwość działania bez części analogowej jako zwykłego sterownika oświetlenia. Konstrukcję części cyfrowej iluminofonu możemy podzielić na trzy podstawowe bloki RYS.1:

Mikrokontroler jest sercem układu odpowiadającym za prawidłowa pracę całego urządzenia. Oprogramowanie na ST62 zostało napisane przy użyciu programu ST6-REALIZER. Część wykonawczą zrealizowano w oparciu o triaki BT136 gdzie do ich sterowania użyto dość popularny optotriak MOC3020, który jednocześnie zapewnia galwaniczne odseparowanie mikrokontrolera od elementów będących pod napięciem sieci.

Zasilacz dostarcza standardowego napięcia +5 V jako stabilizator wykorzystano układ uA7805C.

Na rysunku 2 mamy przedstawiony ideowy schemat układu (cześć cyfrowa) gdzie do wyprowadzeń 3 i 4 standardowo podłączony jest rezonator kwarcowy 8Mhz, dodatkowo podłączone są kondensatory C3 i C4 o pojemności 30p. Wyprowadzenie 3 NMI i 5 TIM są podciągnięte do plusa zasilania rezystorem 3,3kW . Do wyprowadzenia 7 RST podłączony jest układ resetu składający się z rezystora i kondensatora. Końcówka 6 TST służąca do wprowadzania procesora w stan programowania lub odczytu zawartości jego pamięci. Podczas normalnej pracy powinna być ona dołączona do masy układu. Wyprowadzenia PA0 – PA2 skonfigurowane są jako wyjścia typu push-pull output, które następnie sterują pracą elementów wykonawczych iluminofonu. Warto omówić trochę szerzej układ wykonawczy. Wspomnianymi elementami wykonawczymi są triaki TR1-TR3 BT136 oraz odpowiedzialne za sterowanie optotriaki MOC3020. Zastosowany w układzie optotriak stanowi barierę dla napięcia sieciowego. Pomiędzy diodą świecącą a strukturą triaka znajduje się przezroczysta warstwa o napięciu przebicia do 4kV. Jest to dość dobre zabezpieczenie użytkownika przed porażeniem prądem. Optotriak spełnia również rolę włączania triaka przy bliskim zeru napięciu sieci. Rozwiązanie takie pozwala na eliminację zakłóceń, bardzo dokuczliwych przy pracy z układami akustycznymi. Wyprowadzenia PB4,PB5,PB6,PB7 są skonfigurowane jako wejścia typu input with pull-up . Wykorzystywane są jako wejścia sterujące programem mikrokontrolera. Po zapoznaniu się z konstrukcją układu widzimy że jest ona bardzo prosta, również działanie nie jest skomplikowane. Program dla mikrokontrolera został napisany przy użyciu programu Realizer. Mikroprocesor został zaprogramowany przy użyciu programatora ST62 (zestaw K-1015).

Działanie układu:

Działanie układu prześledzimy analizując schemat Rys.3 (z Realizera), który jest jednocześnie źródłem programu.

 

Po włączeniu zasilania układ przechodzi standardowy proces zerowania mikrokontrolera przy pomocy układu zerowania złożonego z rezystora R3 i kondensatora C5. Należy pamiętać o tym żeby odpowiednio była dobrana długość ładowania kondensatora ze względu na to że w chwili restartu wszystkie wyjścia mikrokontrolera znajdują się w stanie wysokim co powoduje załączenie sterownych urządzeń w naszym przypadku żarówek. Po restarcie układ wchodzi w stan START i zostaje spełniony warunek DO PRACY i mikrokontroler wchodzi w stan PRACA w którym pozostaje do wyłączenia zasilania urządzenia.

Spełnienie warunku zrealizowane zostało w następujący sposób do state input dołączony jest element init którego zadanie jest generowanie impulsu w chwili restartu mikroprocesora. Ten właśnie impuls jest wykorzystywany do spełnienia warunku DO PRACY.

 

Wejście w stan PRACA powoduje odblokowanie wyprowadzeń sterujących działaniem triaków. Jak widzimy na schemacie mamy trzy wejścia każde wejście steruje jakby oddzielnym torem.

Impulsy cyfrowe podawane z części analogowej na poszczególne wejścia cyfrowe torów WEJA, WEJB, WEJC, powodują odblokowanie poszczególnych generatorów. Impulsy z generatorów skierowane są do wyjść sterujących pracą triaków.

Samą część cyfrową możemy wykorzystać jako autonomiczne (tzn. bez części analogowej)urządzenie do efektów świetlnych sterujące trzema żarówkami lub trzema szeregami żarówek.

W skutek czego możemy uzyskać efekt węża świetlnego. Aby przejść do pracy autonomicznej należy założyć zworkę ZW1.

Schemat programu zawiera kilka elementów które realizują funkcję samodzielnej pracy układu. Są to elementy z biblioteki Realizera jak countf, indextable, bunpack, mux1, comp.

Licznik zlicza impulsy pochodzące z generatora, wartość na wyjściu licznika podana jest na wejście tabelki indextable wartość z tabeli podana jest na bunpack (element zamieniający słowo ośmiobitowe na osiem wyjść cyfrowych. Tylko trzy pierwsze wyprowadzenia bunpack sterują poprzez mux1 wyjściami cyfrowymi TRIAK1, TRIAK2, TRAIK3. Aby uzyskać odpowiedni efekt sterowania żarówkami należy przeprowadzić odpowiednią edycję w tabeli indextable. Proces ten został dosyć dokładnie opisany w NE 6/2000. Stosując mikrokontroler z pamięcią reprogramowalną możemy co jakiś czas samemu dokonać zmiany zawartości tabeli.

Montaż układu i uruchomienie:

Po wykonaniu płytki drukowanej według wzoru Rys.5 należy sprawdzić poprawność ścieżek drukowanych po czym możemy przystąpić do montażu z którym nie powinniśmy mieć najmniejszych problemów. Zalecam aby użyć podstawki pod mikrokontroler oraz pod optotriaki.

Ze względu na obecność napięcia sieciowego zaleca się ostrożność przy uruchomianiu układu.

W początkowej fazie uruchomiania powinniśmy jednak tego dokonać bez obecności napięcia sieciowego! Uchroni to nas przed porażeniem lub przypadkowym zniszczeniem układu.

Przed włożeniem mikrokontrolera oraz optotriaków podłączamy napięcie zasilające część cyfrową. Dokonujemy pomiaru obecności napięć zasilających +5V. Następnie po wyłączeniu zasilania wkładamy uprzednio zaprogramowany mikrokontroler oraz w miejsce optotriaków wkładamy diody świecące po czym włączamy zasilanie. Nie mając jeszcze części analogowej iluminofonu zakładamy zworkę ZW1(przejście do pracy autonomicznej). W tym momencie diody świecące powinny zacząć zapalać się po kolei. Taki objaw świadczy o poprawnej pracy mikrokontrolera. Teraz możemy przystąpić do uruchomienia układu z obecnością napięcia sieciowego i żarówkami. W tym celu należy wyjąć diody i w ich miejsce osadzić optotriaki oraz dokonać podłączenia żarówek według rysunku 6. Po czym należy jeszcze raz sprawdzić poprawność połączeń i włączyć zasilanie całego układu łącznie z sieciowym. UWAGA ! Należy pamiętać o tym aby moc żarówek była dostosowana do wydajności zastosowanych triaków. Zaleca się aby zwiększając moc żarówek zastosować odpowiednie radiatory. W modelu radiator został pominięty. Myślę że układ stanowi dość ciekawe rozwiązanie iluminofonu z wykorzystaniem mikrokontrolera ST62T10.

Część analogowa

W poprzedniej części artykułu przedstawiona została pierwsza połowa układu, zaprojektowana i wykonana w oparciu o mikrokontroler ST62T20. W tym numerze zaprezentujemy część analogowa iluminofonu. Podczas opracowywania części analogowej miałem do dyspozycji wiele różnych rozwiązań. Kilka rozwiązań praktycznie wykonałem i przetestowałem niestety każde ma swoje wady i zalety. Najbardziej optymalne warunki do pracy zapewnia przedstawiona konstrukcja, która nie powinna stwarzać problemów początkującym elektronikom hobbystom.

Jedną z zalet jakie daje nam zastosowanie prostej konstrukcji jest ograniczenie kosztów do minimum.

Schemat blokowy części analogowej zaprezentowany jest na Rys.1, podzielony jest na trzy funkcjonalne tory akustyczne:

każdy tor akustyczny pracuje w innym zakresie częstotliwości.

Tor A najlepiej reaguje na częstotliwości akustyczne niskie natomiast tor B na średnie a tor C na wyższe częstotliwości. Tory akustyczne maja identyczna budowę różniącą się tylko wartościami poszczególnych elementów odpowiadających z pasmo przenoszonych częstotliwości.

Zasilanie +5V dostarczane jest z części cyfrowej iluminofonu.

Działanie układu: w zasadzie nie ma tu co opisywać tak bajeczne prosta konstrukcja Rys.2 nie wymaga dokładnego opisu, bardziej powinniśmy się jednak skupić na uruchamianiu oraz zgraniu części cyfrowej z analogową.

Montaż i uruchamianie układu: Układ zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej, której mozaikę przedstawiono na rysunku 5. Ze względu na prostotę mozaiki, wykonać płytkę możemy w prosty sposób używając pisaka wodoodpornego a płytkę trawiąc w chlorku.

Po zgromadzeniu wszystkich elementów, zmontowanie całej części analogowej zajmie nam niewiele czasu. Sądzę że w ciągu kilkunastu minut jesteśmy w stanie umieścić wszystkie elementy na płytce. Po wlutowaniu wszystkich elementów należy wykonać przewód połączeniowy łączący blok cyfrowy z analogowym według Rys.3. Styk pierwszy ze strony analogowej połączony jest z stykiem 1 części cyfrowej, natomiast styk drugi części analogowej jest połączony z trzecim cyfrowej. Jak widzimy styki od 2 do 4 (od strony analogowej są przesunięte o jeden w stosunku do części cyfrowej. Styk piąty analogowy jest połączony z drugim części cyfrowej. Przy montażu przewodu musimy zwrócić szczególną uwagę aby nie popełnić pomyłki. Po wykonaniu przewodu należy przewód odpowiednio oznaczyć gdzie jest wtyczka od części analogowej a gdzie od cyfrowej.

 

 

Część analogowa Cześć cyfrowa

Styk 1 ------------- Styk 1

Styk 2 ------------- Styk 3

Styk 3 ------------- Styk 4

Styk 4 ------------- Styk 5

Styk 5 ------------- Styk 2

Układ należy uruchamiać dysponując generatorem akustycznym lub innym źródłem sygnału akustycznego np. radioodbiornikiem lub magnetofonem oraz miernikiem uniwersalnym. Źródło sygnału akustycznego dołączmy do wejścia WEJ części analogowej. Cały proces regulacji części analogowej musimy podzielić na trzy części. Każdy etap jest ściśle powiązany z torem akustycznym A,B,C. Żadnych wskazań co do kolejności regulacji torów akustycznych nie ma, w zasadzie może tu panować tu pełna dowolność.

Po włączeniu zasilania układu oraz włączeniu źródła sygnału akustycznego, dołączamy miernik uniwersalny do wyjść W1 lub W2,W3. Obserwując wskazania miernika, potencjometrem POT1-2,3 dokonujemy regulacji tak aby napięcie na wyjściu W1-2,3 zmieniało się w sposób dynamiczny w granicach od 0,2V do 5,0V pod wpływem zmieniającego się sygnału wejściowego. Dla otrzymania lepszych efektów możemy w praktyczny sposób poeksperymentować i zmieniając wartości pojemności kondensatorów C1-C6.

Pod wpływem doświadczeń przy uruchamianiu układu dokonano zmian w programie dla mikrokontrolera ST62T10. Zmiany w programie nie są konieczne aczkolwiek poprawiają one współpracę części analogowej z częścią cyfrową i są warte zaprezentowania. Aby dokonać zmian samodzielnie musimy dysponować programem ST6-REALIZER, programatorem mikrokontrolerów ST62T10/20 1015-K oraz program Win Epromer obsługujący tenże programator. Zmiany te polegają na zamianie konfiguracji portów wejściowych oraz na dodaniu kilku elementów w programie.  Zamiast wejść cyfrowych jak to miało miejsce w poprzednim programie (patrz Rys3 w Cz1 ) zastosowałem wejścia z przetwornikiem analogowo cyfrowym które współpracują z komparatorami.

Jakie daje nam to korzyści? W związku z tym że sygnał na wyjściu części analogowej zmienia się w sposób liniowy najlepiej zastosować zamiast wejścia cyfrowego wejście analogowe, które wraz z komparatorami sprawia że po osiągnięciu określonej wartości na wyjściu B>A komparatora comp pojawia się wysoki stan. Pojawienie się wysokiego stanu powoduje wysłanie do triaka serii impulsów tak długo jak długo występuje logiczne 1 na wyjściu komparatora. Tak jak widzimy zastosowane zmiany dają nam pewność uzyskania logicznego 1 potrzebnego do zadziałania części cyfrowej.

Na zakończenie chciałbym zachęcić do eksperymentów nie tylko z częścią analogową ale również całym układem iluminofonu cyfrowego oraz z oprogramowaniem dla mikrokontrolera.

Krzysztof Górski

Program mikrokontrolera (źródło ST6Realizer):

1. ST62T10

2. ST62T20

3. Poprawki do cz2