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Progetti Elettronici
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LAMPEGGIATORE 220V 8 CANALI con PICmicro
(8-Channel Blinker based on Microchip PIC16F887 Microcontroller)
Indice:
INTRODUZIONE [ TORNA ALL'INDICE ]
Se avessi dovuto costruire un lampeggiatore così senza fare uso di un microcontrollore, avrei dovuto senz'altro utilizzare svariati circuiti integrati (TTL, CMOS, ecc.) e le dimensioni della scheda sarebbero state almeno il doppio. Invece, usando il microcontrollore PIC16F887 della Microchip, ho potuto progettare un circuito con pochi integrati (oltre al PICmicro, ho utilizzato solo un CD4028, Decodificatore BCD-Decimale) realizzando una MAIN board di dimensioni contenute (160x100 mm). La scheda che ospita i TRIAC (TRIACs board) misura 100x65 mm.
Ho volutamente separato i due circuiti per aumentare il livello di sicurezza: quando si ha a che fare con la tensione di rete, meglio prendere tutte le precauzioni.
Il circuito genera 8 tipi differenti di lampeggio, dai più classici (Sequenziale, Supercar, ecc.) ai più sofisticati (come il tipo FANTASY, una specie di riassunto degli altri 7 tipi di lampeggio generati dal circuito). Per la selezione del tipo di lampeggio è sufficiente agire su uno degli 8 pulsanti dedicati (ognuno con il suo relativo LED la cui accensione indica l'avvenuta selezione).
Per la regolazione, ho previsto due pulsanti per impostare la velocità su 10 livelli differenti (utili per "aggiustare" alcuni tipi di lampeggio che altrimenti risulterebbero troppo lenti o troppo veloci): ognuno dei 10 livelli di velocità è visualizzato dall'accensione di un LED rettangolare presente nella Barretta luminosa.
Un pulsante di PAUSA ci consente di inibire momentaneamente il lampeggio e un ulteriore pulsante di RESET (da posizionarsi dietro al contenitore o comunque in posizione poco accessibile) azzera e ripristina il circuito con le impostazioni di default nel caso qualcosa andasse storto.
LO SCHEMA ELETTRICO COMPLETO [ TORNA ALL'INDICE ]
Quello che segue è lo schema elettrico completo del Timer (clicca sull'immagine per ingrandirla)...
...e questi sono i due circuiti stampati necessari per realizzare l'intero progetto.
Per facilitarne la realizzazione e, soprattutto, per questioni di sicurezza, l'intero circuito è stato diviso in due parti ben distinte realizzando altrettanti circuiti stampati. Nella TRIACs board è presente la tensione di rete a 220V, quindi nel vostro eventuale contenitore, posizionatela in modo tale che non possa essere facilmente accessibile (se non per le morsettiere). Sulla MAIN board, invece, scorre solo bassa tensione (grazie all'uso degli Optoisolatori della Fairchild siglati MOC3020 presenti sulla TRIACs board).
IL CIRCUITO DI CONTROLLO (MAIN board) [ TORNA ALL'INDICE ]
Di seguito, lo schema elettrico della sezione principale (MAIN board): cliccare sull'immagine per ingrandirla.
In questo circuito c'è il cuore di tutto il progetto, il microcontrollore PIC16F887 (un chip a 40 piedini) e una manciata di altri componenti. L'integrato U2 (CD4028) gestisce la conversione da BCD a decimale e contemporaneamente pilota la Barra-Luminosa BAR 1 (sarebbe stato troppo facile avere a disposizione una Porta a 10 bit !).
L'intera Porta C del microcontrollore gestisce i LED che indicano il tipo di lampeggio scelto mentre l'intera Porta D pilota i circuiti dei TRIAC. I LED presenti sui collettori dei transistor Q1-Q8 (MPSA42) sono utili come "monitor" e, soprattutto, sono serviti al sottoscritto per realizzare il software senza dover necessariamente collegare le 8 lampade sui Triac (consentendo un notevole risparmio di energia elettrica!).
Il connettore M2 è necessario per la programmazione On-Board del microcontrollore (ICSP) attraverso il programmatore PicKit2 della Microchip, quindi se non avete questa esigenza, potete evitare di montarlo. La stessa cosa vale anche per il connettore M2b: eliminando quest'ultimo, però, ricordate di ponticellare i pin 1 e 2 (altrimenti il micro non viene alimentato). Chiaramente, se lasciate il connettore M2b montato, il ponticello tra i pin 1 e 2 deve comunque essere fatto per assicurare il corretto funzionamento del microcontrollore. Nella foto successiva è possibile vedere il programmatore in azione.
Il connettore M1 serve per collegare il circuito di Controllo con quello dei Triac: inoltre, tale connettore, segna una sorta di "confine" tra la bassa tensione e l'alta tensione presente sulla TRIACs board.
Il pulsante S12 (RESET) va messo in posizione "nascosta" perché esso è utile solo in presenza di qualche malfunzionamento (che comunque non ho riscontrato durante il test del dispositivo). Questo mi ha sollevato dall'incarico di gestire il WDT (Watch-Dog) e oltretutto, il bit 3 (PSA) del Registro OPTION_REG è stato assegnato al TMR0 (OPTION_REG.PSA = 0).
Il tipo di lampeggio e la relativa velocità sono memorizzati nella EEPROM Flash del micro (peraltro enormemente sottosfruttata visto che può memorizzare fino a 256 bytes): in questo modo, alla successiva accensione del dispositivo, le nostre preferenze sono di nuovo disponibili senza necessità di riprogrammarle.
Nelle figure successive sono visualizzati il disegno del PCB Layout (Disposizione dei componenti) e quello del MASTER lato rame (o Copper side).
Per scaricare le immagini, cliccate su quella desiderata poi, una volta ingrandita, con il tasto destro del mouse scegliere 'Salva con Nome'.
La scheda MAIN misura 160x100 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 (più indicati per il pilotaggio del gate 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, tramite le apposite morsettiere).
Di seguito, lo schema elettrico della TRIACs board (cliccare sull'immagine per ingrandirla).
La foto successiva mostra la TRIACs board una volta terminata.
Nelle figure seguenti sono visualizzati il disegno del PCB Layout (Disposizione dei componenti) e quello dei due MASTER sia in versione Mirror side che Copper side (per scaricare le immagini, cliccare su quella desiderata e, una volta ingrandita, con il tasto destro del mouse scegliere l'opzione 'Salva con nome' oppure 'Salva immagine con nome').
La scheda TRIAC misura 160x65 mm.
ALIMENTAZIONE E COLLEGAMENTI [ TORNA ALL'INDICE ]
Per alimentare il circuito sono necessari almeno 6-7 Volt in alternata, prelevabili da un piccolo trasformatore AC (il consumo dell'intero circuito è al di sotto dei 100mA e nessun componente si scalda anche dopo alcune ore di funzionamento). La tensione di uscita del trasformatore va collegata al morsetto M3. Per questo collegamento non ci sono particolari precauzioni e ovviamente, se possedete un piccolo alimentatore in continua da 9V potete benissimo utilizzarlo senza dovervi peraltro preoccupare della polarità!
La tensione di rete a 220V va collegata sia sul primario del trasformatore, sia sul morsetto M4 presente sulla TRIACs board. Sempre sulla scheda dei Triac, ci sono le 8 morsettiere siglate da M5 a M12 per il collegamento alle lampade.
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ATTENZIONE - Sulla scheda TRIAC 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. |
A proposito delle lampade, consiglio di utilizzarne del tipo con potenza massima intorno ai 300 Watt (anche se i TRIAC utilizzati possono sopportare correnti maggiori): utilizzando lampade più potenti, i TRIAC dovrebbero essere smontati dalla scheda e "alettati" su una barra metallica, meglio se in alluminio (ma ricordate di ISOLARE i Triac se state pensando a questa soluzione!). Chiaramente se collegherete ai morsetti di uscita delle normali lampadine da 60-80 Watt, i Triac NON SCALDERANNO AFFATTO (ma le lampade si!). Per concludere, se avete a disposizione altri tipi di Triac potete tranquillamente utilizzarli a patto che abbiano la stessa piedinatura dei TIC253.
COMANDI E USO [ TORNA ALL'INDICE ]
I comandi del Lampeggiatore sono 12 e fanno capo ad altrettanti pulsanti. Di seguito un riassunto di essi.
RESET (S12 Questo pulsante, come più volte accennato, dovrebbe essere messo in una posizione tale da renderne difficile l'azionamento. Durante il test del dispositivo non ho mai avuto modo di azionarlo, ma in presenza di disturbi o altro, il lampeggiatore potrebbe bloccarsi, quindi è sempre meglio prevederne la presenza.
SPEED + (S11) Questo pulsante aumenta la velocità del lampeggio: raggiunto il decimo livello della Barra-Led, il pulsante non ha più effetto.
SPEED — (S10) Al contrario del precedente, questo pulsante riduce la velocità del lampeggio: raggiunto il livello 1 (il minimo) della Barra-Led, tale pulsante non ha più effetto.
START / STOP (S9) Questo pulsante consente di fermare momentaneamente il lampeggiatore e spegnere tutte le 8 lampade (leggi PAUSA); una successiva pressione fa ripartire il lampeggio e così via (funzionamento Toggle). Una volta in pausa, il lampeggiatore può essere riavviato anche premendo uno degli 8 pulsanti (S1...S8) di selezione lampeggio.
S1...S8 Questi pulsanti consentono di scegliere la modalità dei lampeggi, secondo quanto riportato nella lista seguente:
- S1 (Sequential) - Il classico lampeggio sequenziale da sinistra verso destra (o viceversa, dipende da come avete collegato le lampadine).
- S2 (Supercar Scanner Bar) - La Scanner Bar della KITT Supercar.
- S3 (4+4) - Le lampade si accendono alternativamente a gruppi di 4.
- S4 (Explosion) - Le lampade si accendono partendo dal centro, espandendosi via via verso gli estremi.
- S5 (Crossing) - Due luci partono in modo sequenziale dagli estremi incrociandosi al centro.
- S6 (Random) - Come dice la parola stessa, effetto di accensione casuale delle lampade.
- S7 (Curtain) - Effetto tendina.
- S8 (Fantasy) - E' una specie di "riassunto" di tutti i precedenti lampeggi, con qualche novità!
LA SERIGRAFIA [ TORNA ALL'INDICE ]
Per questo dispositivo, ho realizzato un'apposita serigrafia, utile soprattutto (ma non solo) a chi realizzerà la stessa MAIN board del sottoscritto. Per scaricare il disegno della serigrafia, cliccare sull'immagine e, una volta ingrandita, cliccare con il tasto destro del mouse e scegliere "Salva immagine con nome" (il file scaricato sarà già pronto per essere stampato).
L'immagine successiva mostra le quote della scheda MAIN board e quelle per la realizzazione dei fori (per scaricare l'immagine, cliccarci sopra e una volta ingrandita, con il tasto destro del mouse scegliere "Salva immagine con nome" (il file scaricato sarà già pronto per essere stampato).
FIRMWARE 2 - ALTRI 8 EFFETTI LUCE [ TORNA ALL'INDICE ]
Con il firmware versione 2 ho creato altri 8 effetti luce: i primi 6 migliorati rispetto alla versione precedente mentre gli ultimi 2 sono nuovi effetti. Nel successivo video potete osservare il firmware ver. 2 in azione.
IL MONTAGGIO SU SCATOLA GEWISS [ TORNA ALL'INDICE ]
Tutto il progetto, trasformatore compreso, sta dentro una scatola plastica stagna della Gewiss modello GW44007 (grado IP55) che misura 190x140x70. Nelle successive foto illustro la procedura di realizzazione e il risultato finale.
Sul fondo è stato fissato il PCB dei Triac e successivamente il piccolo trasformatore di alimentazione.
Quindi, una volta terminato di lavorare sul fondo, si forerà il pannello frontale e si applicheranno le viti per il fissaggio della scheda elettronica.
Una volta terminata la fase di foratura, sarà necessario inserire sulle viti dei distanziatori da 6-7 mm utili per fare in modo che i pulsanti della scheda risultino perfettamente a filo con il pannello (al limite, possono "uscire" di qualche decimo di millimetro).
Verificare che i pulsanti siano tutti perfettamente funzionanti.
A questo punto possiamo rimuovere la scheda e applicare sul pannello la nostra serigrafia, precedentemente stampata su un foglio bianco adesivo. Andranno poi sfondati i fori per i LEDs e quello per la Barra-Led. Inoltre, per evitare che i pulsanti rimangano "attaccati" una volta premuti, utilizzare dei dischetti plastici con spessore 0,1-0,2 mm i quali rimarranno essi stessi attaccati definitivamente al foglio adesivo.
Per proteggere la serigrafia ed i fori per i LEDs, attaccare un pezzo di lucido adesivo trasparente. Servirà anche come "vetro" per i LEDs e per la Barra-Led.
Effettuare i collegamenti del trasformatore e della piattina che collega i due PCB.
Ed ecco il risultato finale.
Qui di seguito trovate il link per scaricare il manuale completo del progetto (contenente schemi elettrici, Master, PCB Layouts, Schema Collegamenti, Serigrafia, ecc.). Per domande, richieste o suggerimenti utilizzare SOLO la sezione COMMENTI.
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Scarica il manuale tecnico e le istruzioni del Lampeggiatore (7.2 MB) Scarica il Datasheet del Microcontrollore PIC16F887 (4.3 MB) |