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Progetti Elettronici
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T-1000 - CRONOMETRO MILLESIMALE a DISPLAY
con MICROCONTROLLORE PIC16F887
(1/1000 seconds Accuracy Digital Stopwatch T-1000 based on PIC16F887)
Indice:
CARATTERISTICHE [ TORNA ALL'INDICE ]
Elenco le caratteristiche principali del Cronometro T-1000:
- Alimentazione 9 - 12V.
- Dimensione scheda: 114x68 mm.
- Gestione a microcontrollore.
- Precisione al quarzo.
- Massimo tempo misurabile: 9h 59min 59sec 999mil.
- Risoluzione 0.001 s (1 ms).
- Spia "+10H" per estensione massimo tempo misurabile fino a 19h 59min 59sec 999mil.
- Rilevamento dei tempi intermedi.
- 4 modalità di funzionamento programmabili.
- Visualizzazione dei valori su 8 Display a 7-segmenti da 13 mm (0.59).
- 4 pulsanti per i comandi manuali: START INTERMEDIATE STOP e RESET .
- Morsettiere per il collegamento di attuatori esterni per START e STOP .
- Impostazioni utente salvate automaticamente nella memoria del microcontrollore.
- Protezione contro l'inversione di polarità dell'alimentazione.
- Facile da utilizzare.
- Modello T-1000A per installazione a muro oppure modello T-1000S per installazione a pannello.
Il cronometro può essere utilizzato anche in auto o in moto per rilevare tempi cronometrici durante le gare sportive: l'alimentazione può essere presa da qualsiasi punto dell'impianto elettrico dove siano presenti i +12V protetti da fusibile (nell'auto, ad esempio, può tornare utile la presa accendisigari). Se invece si preferisce collegare il cronometro direttamente alla batteria, è consigliabile usare un fusibile di sicurezza da 0,5A da inserire sul ramo positivo di alimentazione (rosso).
SCHEMA ELETTRICO (Schematic Diagram) [ TORNA ALL'INDICE ]
La figura successiva mostra lo schema elettrico completo del CRONOMETRO MILLESIMALE T-1000 (cliccare sulla figura per ingrandirla).
Il cuore del cronometro è rappresentato dal microcontrollore PIC16F887 (costruito dalla Microchip Technology) ma con una piccolissima modifica al firmware, può essere utilizzato anche il microchip PIC16F877A.
Gli 8 display sono gestiti dal PICmicro attraverso il PORTC per i segmenti e il PORTD per il multiplexer: questi 8 display visualizzano il tempo cronometrico in real-time oppure i tempi intermedi.
Il Buzzer BZ emette un suono all'accensione oppure quando si premono i pulsanti. Il buzzer emette un impulso sonoro anche quando, da remoto, giungono gli impulsi di comando attraverso la morsettiera M2 (START e INTERMEDIATE remoti).
La precisione del cronometro dipende, oltre che dalla temperatura, dalla buona qualità del quarzo XTAL e dai due condensatori CV1 (variabile) e C5 (ceramico di tipo NPO/C0G): a tal proposito, per C5 possono essere utilizzati condensatori ceramici con valore compreso tra 18 e 27 pF. Il trimmer capacitivo CV1 è utile per "correggere" eventuali piccole tolleranze del quarzo, laddove si riscontrasse una sensibile percentuale di errore.
I display a 7 segmenti sono del tipo TDSL5150 (Orange, Super-Red, Low Current), necessari per non sovraccaricare eccessivamente le uscite del micro . In ogni segmento, quando acceso, scorre una corrente inferiore ai 10 mA.
NOTA - Per aumentare il contrasto ed ottenere una migliore visibilità delle cifre, consiglio di applicare sul display un pezzo di plexiglass rosso trasparente (con spessore da 3 mm).
REALIZZAZIONE PRATICA (Building the Stopwatch) [ TORNA ALL'INDICE ]
Di seguito sono riportati i disegni del master (a doppia faccia) e i piani di montaggio dei componenti (Silkscreen) per realizzare il circuito stampato del cronometro (Per scaricare le immagini, cliccare su quella desiderata e, una volta ingrandite, con il tasto destro del mouse scegliere l'opzione 'Salva con Nome' oppure 'Salva immagine con Nome").
Le successive immagini mostrano il Composite MultiLayer e l'elenco dei componenti utilizzati per realizzare il cronometro mellesimale T-1000.
Come già accennato in precedenza, la scheda può essere installata direttamente su un pannello frontale di un contenitore: per questo tipo di installazione devono essere utilizzati dei pulsanti (tactile-switch) da almeno 15 mm di altezza e il quarzo DEVE essere in contenitore HC-49S. Anche il trimmer CV1 dovrebbe essere montato dal lato saldature per consentire una facile taratura senza smontare la scheda, ma è consigliabile lasciarlo sul lato componenti perché una volta tarato, il trimmer non dovrebbe essere più ritoccato.
Per installare la scheda su un pannello frontale è necessario utilizzare la versione T-1000S (con le morsettiere e il buzzer sul lato rame) per avere un facile accesso ai collegamenti una volta installata la scheda su un pannello. Le successive foto mostrano le due versioni: T-1000A (a sinistra) e T-1000S (a destra).
Nella successiva immagine sono riportate tutte le misure della scheda (comprese quelle per l'apertura della finestra per il display e quelle dei fori per i pulsanti di comando).
Il connettore a 5 poli siglato MX (ICSP) è utile solo in fase di programmazione del microcontrollore quindi, per evitare di danneggiare il chip (a seguito di accidentali cortocircuiti sul connettore stesso), consiglio di rimuoverlo dalla scheda una volta programmato il PICmicro.
COLLEGAMENTI (Wiring) [ TORNA ALL'INDICE ]
La scheda va alimentata con una tensione continua compresa tra 9 e 12 Volt. L'alimentazione (da collegare al morsetto M1 rispettandone la polarità) può essere prelevata da una batteria oppure da un piccolo alimentatore in corrente continua in grado di erogare almeno 0.5A (nell'esempio è stata utilizzata la scheda T-1000A).
Il cronometro può essere utilizzato sia manualmente che da remoto collegando opportunamente degli attuatori sulla morsettiera M2: in quest'ultimo caso, per cablaggi molto lunghi, consiglio di utilizzare il cavetto schermato.
Nelle figure seguenti sono riportati alcuni tipici schemi di collegamento in base alla modalità di funzionamento selezionata.
NOTA - E' necessario che gli attuatori esterni (come ad esempio le fotocellule, i sensori o semplici microswitch) abbiano i contatti di tipo Normalmente Aperto (Normally Open - N.O.): i comandi arriveranno al cronometro quando i contatti verranno chiusi.
TARATURA (Calibration) [ TORNA ALL'INDICE ]
La taratura si effettua semplicemente agendo sul compensatore CV1 in modo tale da avere una frequenza stabile e precisa di valore pari a 8192000 Hz sul piedino 14 (RA6) del PICmicro: il tutto dovrebbe essere fatto con un frequenzimetro di precisione. Consiglio di lasciare acceso lo strumento per almeno 5 minuti prima di effettuare la taratura e ripetere quest'ultima almeno un paio di volte.
Va comunque detto che la taratura, come accennato all'inizio, è influenzata dalla temperatura, dalla bontà del quarzo e dalla qualità dei condensatori CV1 e C5 per cui, anche effettuando una taratura precisa, potrebbe esserci comunque una piccolissma percentuale di errore quantizzata nell'ordine di pochi millisecondi su un tempo cronometrico di 2 ore !
Se agendo sul trimmer CV1 la taratura non fosse ppossibile (frequenza di clock ancora troppo alta), aumentare il valore del condensatore C5 portandolo a 25-27 pF (oppure saldarne un altro da 3 o 5 pF in parallelo). Nel caso opposto (ovvero se la frequenza di clock fosse ancora troppo bassa anche girando il trimmer CV1), diminuire il valore di C5 portandolo a 15 o 18 pF.
NOTA - Si consiglia di tenere acceso il cronometro almeno 5 minuti prima di usarlo: questo consentirà al circuito e al quarzo di stabilizzarsi.
COMANDI e USO (Commands and Use) [ TORNA ALL'INDICE ]
NOTA - Come accennato, prima di utilizzare il cronometro, tenerlo acceso per almeno 5 minuti per fare in modo che il circuito possa stabilizzarsi alla perfezione.
SELEZIONE DELLA MODALITA’ DI CONTEGGIO
Per impostare la modalità di CONTEGGIO, premere e mantenere premuto il pulsante MODE e contemporaneamente premere il pulsante STOP .
Rilasciare i pulsanti quando l’ultimo display a destra visualizza r oppure C secondo quanto specificato di seguito:
Reset count after each STOP - Il simbolo r indica che dopo ogni STOP / INTERMEDIO, il cronometro riparte sempre dal valore "0:00:00.050".
Continue count after each STOP - Il simbolo C indica che dopo ogni STOP / INTERMEDIO, il cronometro non si ferma mai continuando il suo normale conteggio.
SELEZIONE DELLA MODALITA’ DI COMANDO
Per impostare la modalità di COMANDO, premere e mantenere premuto il pulsante MODE e contemporaneamente premere il pulsante RESET .
Rilasciare i pulsanti quando il primo display a sinistra visualizza S oppure d secondo quanto specificato di seguito:
Single command for START/STOP - Il simbolo S indica che il cronometro funziona solo con il pulsante START (sia per lo Start sia per gli Intermedi). In questa modalità, il pulsante STOP e la relativa morsettiera sono disabilitati.
Double command for START and STOP - Il simbolo d indica che il cronometro funziona con due pulsanti diversi: START per avviare il conteggio e STOP per rilevare i tempi intermedi.
ISTRUZIONI PER L'USO DEL CRONOMETRO
Il cronometro rileva tempi nel range compreso fra "0:00:00.050" e "9:59:59.999": inoltre, l'accensione del puntino luminoso sull'ultimo display a destra indica che sono già trascorse 10 ore per cui il massimo tempo che può misurare il cronometro è pari a "19:59:59.999".
L'uso del cronometro è molto semplice ed intuitivo e le istruzioni sono descritte nei seguenti paragrafi.
- All'accensione, dopo il TEST DISPLAY e la visualizzazione delle modalità di funzionamento, il cronometro visualizza il valore '0:00:00.000'.
- Per avviare il conteggio, premere il pulsante START . Sul display sarà mostrato il valore in tempo reale con risoluzione 1 millesimo di secondo.
- Per ottenere i tempi intermedi, premere il pulsante STOP . Il tempo intermedio è memorizzato sul display e “congelato” fino a quando non si preme il pulsante MODE .
- Per ritornare alla visualizzazione in tempo reale del conteggio, premere il pulsante MODE e così via.
- Per azzerare il conteggio premere il pulsante RESET , il cronometro si arresta e il display visualizza il valore '0:00:00.000'. Il pulsante RESET è attivo SOLO quando sul display è memorizzato un tempo intermedio: ogni altra pressione del pulsante RESET durante il conteggio in real-time non avrà nessun effetto.
- Quando il conteggio supera il valore ’9:59:59.999’ il puntino dell'ultimo display si accende ed il cronometro continua ripartendo da zero ('0:00:00.000'). L'accensione del puntino luminoso indica che sono transcorse 10 ore: queste ore vanno sommate al tempo reale visibile sul display.
Il cronometro può essere avviato anche da remoto per mezzo della morsettiera siglata M2 (START e STOP): i contatti degli attuatori esterni devono essere di tipo Normalmente Aperto (N.O. - Normally Open) e gli impulsi di comando sono inviati al cronometro quando i contatti degli attuatori si chiudono.
LE FOTO DEL PROTOTIPO (Photo Gallery) [ TORNA ALL'INDICE ]
Nelle seguenti foto è mostrato il prototipo costruito dall'autore (versione T-1000S).
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Le foto seguenti mostrano la scheda T-1000S installato sul pannello di un elegante contenitore plastico TEKO Pult 362 (con pannellino in alluminio). In questo caso, per alimentare il dispositivo, è necessario un alimentatore esterno con uscita in continua compresa tra 9 e 12Vcc (0.5A minimo). Le prese RCA sono utili per il collegamento degli attuatori o ppulsanti esterni (solo per START e STOP).
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Cliccando sui seguenti link è possibile scaricare il manuale d'uso del Crononometro T-1000 (in italiano o inglese) e il datasheet del microcontrollore PIC16F887. Per le richieste del firmware HEX, utilizzare SOLO la sezione COMMENTI.
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Scarica il Manuale di Istruzioni della scheda in ITALIANO (6,3 MB) |