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Progetti Elettronici
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LAMPEGGIATORE 8 Ch con PIC16F886 e Triac
(8-Channel Flasher Lights based on Microchip PIC16F886 Microcontroller)
Indice:
INTRODUZIONE [ TORNA ALL'INDICE ]
In questa pagina viene descritto il progetto di un lampeggiatore a 8 canali, in grado di gestire lampade ad incandescenza con potenza massima di 150 Watt (per canale). Per questa realizzazione è stato usato il microcontrollore PIC16F886 della Microchip, in versione SMD (SOIC-28).
Le lampade sono comandate da TRIAC del tipo Z0103MA (o equivalente BT-131) in grado di sopportare fino a 1A/600V.
Per facilitare la realizzazione, ho progettato DUE diverse schede: la scheda MAIN (75x43 mm. a doppia faccia) che gestisce tutti i controlli del lampeggiatore e la scheda TRIACs (140x45 mm. a singola faccia) dove sono presenti i triac e gli optoisolatori MOC3020 grazie ai quali la scheda stessa è isolata galvanicamente dalla MAIN board. Ho volutamente separato i due circuiti per aumentare il livello di sicurezza: quando si ha a che fare con l'Alta Tensione, meglio prendere tutte le precauzioni necessarie. Anche per questo, consiglio vivamente di NON TOCCARE nessuna parte della scheda TRIACs quando questa risulta collegata alla rete elettrica.
Per permettere di fare le opportune regolazioni del lampeggiatore anche senza collegare le lampade, sulla MAIN board sono presenti 8 LED rossi che hanno la funzione di "monitorare" le uscite (questi LED si accendono insieme alle lampade collegate sui corrispondenti canali).
I comandi sulla scheda MAIN sono due: un comando a pulsante che imposta il MODO di funzionamento ed un comando a trimmer (oppure a potenziometro) che regola la velocità del lampeggio.
Caratteristiche del Lampeggiatore:
- Lampeggiatore a microcontrollore
- Tensione in ingresso (Input Voltage): 110-240 Vac
- 8 canali gestiti da TRIAC
- 150 Watt per canale (150 Watt each channel)
- Collegamenti facilitati (easy to use)
- Isolamento tra le due schede con optotriac MOC3020
- 12 effetti selezionabili (MODE)
- Regolazione velocità con trimmer o potenziometro
- Monitor di servizio a 8 LED
- Fusibile di protezione per la scheda MAIN
LO SCHEMA ELETTRICO COMPLETO [ TORNA ALL'INDICE ]
Quello che segue è lo schema elettrico completo del LAMPEGGIATORE a 8 CANALI (cliccare sulla figura per ingrandirla).
Come già accennato, per facilitarne la realizzazione e, soprattutto, per questioni di sicurezza, il lampeggiatore è stato diviso in due parti ben distinte ognuna delle quali ha il suo circuito stampato.
Ricordo ancora che sulla scheda TRIACs è presente l'Alta Tensione, quindi nel vostro eventuale contenitore (PLASTICO!), posizionatela in modo tale che non possa essere facilmente accessibile (se non per il collegamento alle lampade).
Sulla MAIN board, invece, scorre solo bassa tensione ma è comunque consigliabile maneggiarla solo quando è spenta per non rischiare di danneggiare il microcontrollore.
Nella figura successiva, il riepilogo dei componenti usati per questo progetto.
Nella successiva foto, sono visualizzati i due circuiti stampati finali necessari per realizzare l'intero progetto: sono collegati tra di loro per mezzo di un connettore a 10 vie.
IL CIRCUITO DI CONTROLLO (MAIN board) [ TORNA ALL'INDICE ]
Di seguito, lo schema elettrico della sezione principale che fa capo alla MAIN board (cliccare sullo schema per ingrandirlo).
In questo circuito c'è il cuore di tutto il progetto ovvero il microcontrollore PIC16F886 più una manciata di altri componenti.
Per ogni canale, il microcontrollore fornisce una corrente di poco inferiore ai 6mA necessaria per far accendere il LED del monitor e il LED dell'optoisolatore. Anche nel LED giallo scorrono circa 5-6 mA di corrente.
L'intera PORTC del microcontrollore gestisce il monitor a LED e gli optoisolatori (questi ultimi sono presenti sulla TRIACs board).
Il tipo di lampeggio si seleziona tramite il pulsante S1 (MODE) e la scelta è memorizzata sempre nella EEPROM Flash del micro: in questo modo, alla successiva accensione del dispositivo, il lampeggiatore partirà con l'ultima modalità di lampeggio scelta dall'utente.
Al connettore M10a va collegata la piattina a 10 fili proveniente dalla TRIACs board. Questo connettore, inoltre, segna una sorta di "confine" tra la bassa tensione e l'alta tensione presente sulla TRIACs board.
Il trimmer T1 può essere sostituito con un Potenziometro Lineare da 1K: in questo modo sarà possibile regolare la velocità del lampeggiatore senza dover ogni volta aprire il contenitore ed accedere alla MAIN board.
Il jumper J1 (RESET) è utile nel caso si voglia resettare il microcontrollore e farlo ripartire dall'inizio. Per inviare il reset, cortocircuitare i piedini del jumper J1.
Il connettore MX (ICSP) è necessario SOLO per la programmazione On-Board del microcontrollore: una volta programmato, consiglio di rimuovere questo connettore per evitare che accidentali cortocircuiti su suoi piedini possano mettere fuori uso il chip stesso.
In questa scheda, oltre al microcontrollore PIC16F886, sono presenti altri componenti SMD: 8 resistenze da 300ohm/0.25W/1206 e un condensatore X7R da 100nF/1206. Inoltre, ci sono 2 resistenze da 10k 1/6W.
Per chi vuole fermarsi qui e far funzionare il lampeggiatore come semplice Gadget Luminoso, senza collegare le lampade ma sfruttando solo gli 8 LED sulla scheda, può utilizzare il seguente schema e collegare il circuito ad un'alimentazione di 5Vcc (attenzione alla polarità).
Nella foto successiva, la MAIN board finale costruita dall'autore.
Nelle immagini successive sono riportati i masters per costruire la MAIN board e la disposizione dei componenti (per scaricare le immagini, cliccare su quella desiderata e, una volta ingrandita, con il tasto destro del mouse scegliere 'Salva con Nome').
La MAIN board misura 75x43 mm.
IL CIRCUITO DEI TRIAC (TRIACs board) [ TORNA ALL'INDICE ]
Come già accennato, per facilitare la realizzazione del lampeggiatore e, soprattutto, per aumentarne la sicurezza, il circuito dei Triac è stato realizzato a parte su una scheda dedicata (TRIACs board), sfruttando degli OptoTriac (gli optotriac sono più indicati per il pilotaggio dei gates dei Triac rispetto ai normali optoisolatori con fototransistor). Sempre per questioni di sicurezza, la scheda dei TRIAC dovrebbe essere posizionata in una parte del contenitore (PLASTICO!) che non sia facilmente accessibile (alla scheda si dovrebbe accedere soltanto per il collegamento delle lampade e per il collegamento del cavo di rete sfruttando le apposite morsettiere da M1 a M9). Per i triac è possibile utilizzare sia il modello Z0103 che i BT-131.
Di seguito, lo schema elettrico della TRIACs board.
La tensione in ingresso da collegare alla morsettiera M9 può variare da 100 a 240 Vca. max.
Da notare il componente PS1 (HLK-PM01, un modulo alimentatore da 5V) ed il Transil DT1 (P6KE350CA). Il Transil, insieme al fusibile F1, protegge il modulo alimentatore. La tensione +5V è necessaria per alimentare la scheda MAIN attraverso il connettore M10b.
La foto successiva mostra la TRIACs board finale realizzata dall'autore.
Nelle immagini successive sono riportati il master per costruire la TIRACs board e la disposizione dei componenti sulla stessa (per scaricare le immagini, cliccare su quella desiderata e, una volta ingrandita, con il tasto destro del mouse scegliere 'Salva con Nome').
La TRIACs board misura 140x45 mm.
ALIMENTAZIONE e COLLEGAMENTI [ TORNA ALL'INDICE ]
Il circuito va alimentato collegando una tensione di rete (da 110 a 240 Vca) sulla morsettiera M9.
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ATTENZIONE - Sulla scheda TRIACs è presente l'ALTA TENSIONE per cui, onde evitare "pericolosissime esperienze", si consiglia di maneggiare o toccare la scheda SOLO DOPO AVER STACCATO LA RETE ELETTRICA. Si raccomanda altresì di osservare sempre le norme di Sicurezza Elettrica e di usare contenitori in PLASTICA o in LEGNO per l'installazione della scheda TRIACs. |
Le 8 lampade (max 150W ognuna) vanno collegate alle 8 morsettiere siglate da M1 a M8.
A proposito delle lampade, consiglio di utilizzare quelle con potenza massima intorno ai 100 Watt (anche se i TRIAC utilizzati possono sopportare correnti maggiori): utilizzando lampade più potenti, i TRIAC potrebbero scaldare eccessivamente. In ogni caso, dopo un'ora di funzionamento, i TRIAC Z0103MA potrebbero comunque scaldare leggermente (la temperatura del loro case potrebbe arrivare anche fino a 50°C), ma questo è del tutto normale.
Nella figura successiva sono indicati i collegamenti e i comandi del Lampeggiatore completo.
IMPORTANTE - Non collegare o scollegare le lampade quando il lampeggiatore è in funzione. Scollegare sempre la rete AC prima di fare qualsiasi tipo di intervento sulle schede.
Nel successivo disegno sono riportati i piani di foratura delle schede (quello della MAIN board è utile sopratutto per poter realizzare la serigrafia del pannello frontale).
ATTENZIONE - Dopo un lungo periodo di funzionamento, la temperatura delle lampade potrebbe raggiungere anche i 100°C (nel mio prototipo ho inserito delle lampade da 120W e dopo circa 1 ora avevano raggiunto una temperatura di oltre 100°C!) quindi per evitare pericolose ustioni, si consiglia di NON toccare le lampade dopo un prolungato uso del lampeggiatore.
COMANDI, SPIE ed USO [ TORNA ALL'INDICE ]
Sulla scheda MAIN sono presenti i comandi manuali del lampeggiatore: il pulsante S1 (per la scelta della modalità di lampeggio) e il trimmer T1 (per la regolazione della velocità). Oltre ai comandi manuali, sulla scheda MAIN trovano posto anche gli 8 LED rossi (MONITOR) e il LED giallo (WAITING for MODE Change).
NOTA - La modalità selezionata dall'utente rimane in memoria anche quando si spegne il lampeggiatore: alla sua accensione, infatti, il lampeggiatore parte automaticamente con l'ultima modalità di lampeggio scelta dall'utente.
- MODE (Pulsante S1) Ad ogni pressione del pulsante S1 si imposta una nuova modalità di lampeggio. Si possono scegliere fino a 12 modalità diverse e quando si arriva alla 12a, la successiva pressione del pulsante reimposta la 1a modalità e così via. Di seguito sono elencate le modalità di lampeggio disponibili e una breve descrizione:
- 1 - SEQUENZA (SEQUENCE) - Il classico lampeggio da sinistra verso destra ripetuto all'infinito.
- 2 - DOPPIO (DOUBLE) - Come il precedente, ma a coppie di 2 luci.
- 3 - SUPERCAR (KITT Scanner Bar) - Effetto 'Supercar' (Scanner Bar).
- 4 - TUTTI LAMPEGGIANTI (ALL FLASHING) - Lampeggio simultaneo delle 8 lampade.
- 5 - CALCULATOR - Uno o più luci si accendono in modo casuale.
- 6 - QUADRUPLO (FOUR x FOUR) - Lampeggio alternato a gruppi di 4 luci.
- 7 - EXPLOSION - Simula l'effetto 'esplosione' o 'apertura sipario'.
- 8 - RIMBALZO DOPPIO (DOUBLE BOUNCE) - Rimbalzo di due luci opposte.
- 9 - CASUALE (RANDOM) - Accensione casuale di una lampada alla volta.
- 10 - CHIUSURA (CLOSED) - Simula l'effetto di 'chiusura sipario'.
- 11 - ALTERNATO A COPPIE - Lampeggio alternato a coppie di luci.
- 12 - ACCENSIONE e SPEGNIMENTO SEQUENZIALE - Accende e spegne tutte le luci in sequenza verso il centro.
- MONITOR (LED rossi 1-8) Sulla scheda MAIN sono presenti 8 LED ROSSI che funzionano da "monitor" per i canali di uscita. Ogni LED si accende insieme alla lampada collegata sul corrispondente canale.
- WAITING for MODE Change (LED giallo DL9) Questo LED indica, con la sua accensione, il tempo di attesa prima che il dispositivo commuti alla nuova modalità di lampeggio scelta dall'utente. La pressione del pulsante S1, infatti, non corrisponde ad un immediato cambio di modalità (specialmente se è stato impostato un tempo di lampeggio molto lento) perché prima di passare alla successiva modalità, il lampeggiatore deve attendere che termini il ciclo di quella attuale: l'accensione del LED "WAITING for MODE Change" indica proprio questo tempo. Naturalmente, con una velocità di lampeggio molto veloce, l'accensione di questo LED sarà praticamente impercettibile.
GALLERIA IMMAGINI [ TORNA ALL'INDICE ]
Le seguenti foto mostrano le schede del prototipo finale.
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Di seguito, le foto del prototipo installato su un'elegante scatola plastica con pannello in alluminio: per montare la scheda MAIN sul pannello, occorrono 4 distanziatori da circa 13-14 mm.: il pomello del pulsante va tagliato in base all'altezza del distanziatore.
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Qui a destra è visibile il prototipo del LAMPEGGIATORE a 8 CANALI installato in un elegante contenitore Teko modello Pult 362. Sul contenitore, nella posizione che più si preferisce, dovranno essere praticati 8 piccoli fori dai quali usciranno le 8 coppie di conduttori per i collegamenti alle rispettive lampade: in alternativa, è possibile aprire un unico foro dove far passare tutti i cavetti. Per regolare la velocità dei lampeggi, si inserisce un piccolo cacciavite a taglio dell'apposito foro: per rendere più comoda la regolazione, si può sostituire il trimmer T1 con un potenziometro dello stessa valore da installare sul pannello frontale oppure sul retro.
Qui di seguito trovate i link per scaricare il manuale di servizio del Lampeggiatore (contenente schemi elettrici, Master, PCB Layouts, Schema Collegamenti, Serigrafia, ecc.) e i datasheets. Per domande, richieste o suggerimenti utilizzare SOLO la sezione COMMENTI.
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Scarica il manuale tecnico e le istruzioni del Lampeggiatore 8Ch (2.4 MB) Scarica il Datasheet del Microcontrollore PIC16F886 (4.3 MB) Scarica il Datasheet del Triac BT131-600 (NXP - 190 KB) |