Osem kanalni digitalni light show

V naslednjem članku bo govora o svetlobnem efektu, ki mu popularno rečemo kar light show. Naprava ima osem kanalov, katere lahko obremenimo tja do približno 150W po kanalu. Deluje po dvajsetih programih, ki so že prednastavljeni, omogoča pa tudi uporabniku, da si sam »napiše« program, ki se shranjuje v EEPROM. Na voljo ima kar 30 programov s po 60 koraki. Dobra stran naprave je ta, da uporabnik ne potrebuje nobene dodatne opreme za programiranje, saj to poteka preko tipk na napravi.

POMEMBNO OPOZORILO

Vezje deluje na izmenični napetosti 230V, ki je potencialno lahko smrtno nevarna. Ko je vezje priključeno na omrežno napetost, se ne dotikajte nobenega njegovega dela. Pred kakršnim koli posegom je potrebno vezje izključiti iz omrežne napetosti tako, da izvlečete vtikač iz vtičnice. Niti avtor niti revija Svet elektronike ne prevzemata nikakršne odgovornosti za morebitno škodo, poškodbo ali celo smrt, ki bi jo povzročila naprava, opisana v tem članku. Torej vse delate na lastno odgovornost. Za testiranje priporočam uporabo ločilnega transformatorja.

Za začetek

 Kar nekaj let je minilo od tega, ko sem naredil podoben izdelek z nekoč zelo popularnimi EPROM-i. Ta izdelek sem imel čast sposojati za razne zabave in dobro se je obnesel, dokler se ni za njim izgubila vsaka sled. Omenjeni izdelek je imel nekaj slabosti, katere pa sem v tej verziji z mikrokontrolerjem odpravil. Glavna izmed slabosti je bila neprilagodljivost, saj se ga ni dalo programirati drugače kot z EPROM programatorjem.

 
Opis vezja

 Vezje sestavljajo naslednji sklopi:

 
-         napajalni del
-         mikrokontroler
-         oscilator
-         EEPROM
-         LCD displej
-         tipkovnica
-         izhodi s triak

Slika 1: Shema light showa

Pa začnimo pri napajalnem delu, ki je popolnoma klasičen. Transformator TR1 nam transformira omrežno napetost na neko uporabno vrednost, ki naj se giblje med 9 in 12VAC. Pred njim mora obvezno biti omrežni filter, ki preprečuje, da bi se motnje, ki jih naprava proizvaja, širile po električnem omrežju. Hkrati pa preprečuje, da bi motnje iz omrežja motile delovanje naprave. Nujna je tudi varovalka, ki je ni na tiskanem vezju temveč jo je potrebno namontirati na ohišje naprave.  Mostič GR1 usmeri izmenično napetost. Ta element ni kritičen, saj ne bo obremenjen z več kot 100mA toka, že omenjena napetost pa je tudi zelo majhna. Ker ima nožice v vrsti, priporočam uporabo KBP152G ali podobnega. Če imate doma kakega okroglega, pa tudi ne bo težav, le nogice mu zvijete tako, da bodo prišle v luknjice. Prav bo prišel skoraj vsak mostiček, ki ga boste našli nekje na koncu predala.

Transformator je prispajkan direktno na tiskano vezje. Predvidena je moč je 1,8 do 2VA, kar je odvisno od proizvajalca. V vezju je več luknjic, tako da bo ustrezal skoraj vsak transformator te velikosti. Sekundar mora biti na strani mostička GR1. C1 gladi napetost iz mostička, C2 pa filtrira motnje. Za stabilizacijo napetosti je uporabljen 7805, ki je privijačen na tiskano vezje, ki hkrati služi za hladilo. Sledita mu še kondenzatorja C3 in C4, ki tudi služita za filtracijo napajalne napetosti. Temu služijo tudi kondenzatorji C6, C9, C10, C11 in C12.

Srce vezja je mikrokontroler AT89C52 z 8kB FLASH pomnilnika, kateri je v doberšnem delu porabljen. Nekaj ga zasede programska koda in nekaj kombinacije utripanja. Za oscilator je uporabljen 12MHz quartz kristal in bremenska kondenzatorja C7 in C8, kar je klasika za omenjeni mikrokontroler. V EEPROM 24C16 se shranjujejo programi, ki jih ustvari uporabnik, v tem primeru verjetno vi sami. Shranite lahko do 30 programov in vsak od njih ima lahko do 60 korakov. V preostalih nekaj bytov pa se shrani dolžina posameznega programa. LCD displej je standardni dvovrstični z LED osvetlitvijo, ki ga lahko po ugodni ceni kupite v prodajnem servisu revije. Po domače tem displejem rečemo kar »2*16«, ker imajo dve vrstici po 16 karakterjev prikaza. Na displeju se prikazujejo podatki, ki nam povejo kaj se v napravi dogaja, na primer hitrost utripov, številka programa, korak… Osvetlitev krmili tranzistor T1, kontrast pa se nastavi s trimerpotenciometrom TP1.

Tipkovnica je preprosta, s 16 tipkami, od katerih jih osem služi le za programiranje naprave, ostalih osem pa za razne nastavitve, kar bo opisano v navodilih za uporabo. Predvidoma naj bi se na izhodih uporabljali triaki TIC216M, katere krmilijo optični spojniki MOC3063. Bodite pozorni, da uporabite ravno te, saj imajo pomembno funkcijo, ta pa je detektor prehoda omrežne napetosti skozi ničlo. Triaki se bodo vklopili tik za tem, ko gre napetost skozi ničlo, kar nam bistveno podaljša življenjsko dobo žarnic, hkrati pa se izognemo motnjam, ki bi jih povzročil vklop žarnic v delu polperiode, ko je napetost že visoka. V najslabšem primeru je to približno 325V (), kar pomeni veliko tokovno konico, ko je nitka hladna. Pri 100W žarnici je to cca 40R, kar pomeni več kot 8A konico toka, to pa pri osmih žarnicah znese cca 65A. Pri normalnem obratovanju pa bi bil ta tok efektivno 3,5A. Zaporedno z optospojniki pa so v vezju tudi LED diode LD1 do LD8, ki nam prikazujejo trenutno stanje izhodov. LD9 utripne vsak programski korak, medkem ko LD10 vsakič, ko se sproži signal za stroboskop. Na tiskanem vezju so tudi kontakti namenjeni napajanju in signalom zunanjega prožilnika z mikrofonom, ki ga bom objavil predvidoma v naslednjem članku. Poleg tega je tam signal za proženje stroboskopa. V primeru, da uporabite triake odpade usmerniški most GR2, namesto katerega se z žico preveže točki A in B ter C in D. Namesto triakov lahko uporabite tudi ustrezne tiristorje, le da je potrebno v tem primeru napetost najprej usmeriti, sicer žarnice ne bodo svetile s polno močjo. Ravno zato prispajkamo tudi GR2, ki naj bo dimenzioniran vsaj za napetost 250Veff in tok 8A, pri polni obremenitvi pa potrebuje tudi ustrezno hladilo. Na shemi in v vezju lahko opazite tudi štiri prazne priključke, ki služijo za priklop dveh dodatnih naprav, ki pa niso nujne. Prva je mikrofonski predojačevalnik s filtrom, ki nam lahko služi za proženje naprave po taktu glasbe, druga pa je stroboskop, katerega lahko krmilimo preko optičnega spojnika. +5V in GND služita za napajanje modulov, CLK je vhod za proženje takta, STR pa izhod za stroboskop (odprti kolektor).

 
Tiskano vezje 

Tiskano vezje je dvostransko, saj bi bilo na enostranskem vezju preveč prevezav in posledično vezje večje in bolj zapleteno za sestavljanje. Poleg tega so nekateri elementi na zgornji in drugi na spodnji strani, kar bi v primeru enostranskega vezja otežilo spajkanje. Za tiste, ki bi se odločili za domačo izdelavo vezja so predloge na moji domači strani, omenjeni na koncu članka ali na spletni strani revije. Profesionalno tiskano vezje je pa je na voljo v prodajnem servisu revije.

 
Sestavljanje vezja

Preden se lotite kakršnega koli spajkanja vam toplo priporočam, da si preberete naslednje vrstice, saj je odspajkovanje komponent iz dvostranskih tiskanin težka naloga. Zaradi čim boljše izrabe prostora na tiskanem vezju sem uporabil tudi nekaj SMD komponent. Temu sem se izogibal, ker vem, da vas je veliko takih, ki se spajkanja SMD komponent bojite. V našem primeru so to le upori in keramični kondenzatorji, katere pa s spajkalnikom ne morete zlepa »skuriti«. Pazil sem na to, da pod nobeno komponento ne gre vodnik, kar olajša spajkanje in eliminira nevarnost kratkih stikov med spajkalnimi očesci komponente in povezavo, ki gre pod njim. Poleg tega je vezje zaščiteno s stop lakom in ima montažni tisk (če ste kupili izdelanega).

Slika 2: Razpored SMD elementov (zgornja stran)

 
        Najprej prispajkajte vse SMD komponente, ki naj bodo velikosti 0805 ali še bolje 1206. Pred spajkanjem spajkalna očesca namažite s spajkalno pasto za SMD elemente. S tem si boste prihranili nekaj truda pri spajkanju in spoji bodo lepši. C5 je keramični, če pa imate tantal tudi nič hudega, le na polariteto je potrebno paziti. Na vezju je tudi štirinajst praznih prostorov za SMD elemente. Odločil sem se, da bom prostor na vezju pustil, čeprav po mojih testiranjih ti elementi niso potrebni. Če pa bi se zgodilo, da se LCD displeju »zmeša« in prične prikazovati neke naključne karakterje, bo potrebno na prazna mesta pri pinih P1.0 do P1.5 prispajkati upore cca 10k. Teh elementov pa ni na shemi niti v kosovnici.

Sledijo LED diode, ki so tudi na zgornji strani. LD1 do LD8 so rdeče, LD9 je zelena in LD10 rumena. Seveda si lahko barve LED diod izbirate po vašem okusu, le LD1 do LD8 ne smejo biti modre, ker imajo preveliko kolensko napetost in tok skozi njih sploh ne bi stekel, ker so vezane zaporedno še z optospojnikom. Vse LED diode imajo katodo na levi strani, če imate vezje obrnjeno proti sebi in je tekst na vezju pravilno orientiran. Ko ste končali z LED diodami so na vrsti podnožja za optospojnike, ki so na spodnji strani vezja.
 

Slika 3: Razpored elementov na spodnji strani vezja

 
Če jih ne mislite uporabiti, lahko prispajkate optospojnike direktno, pri tem pa pazite na pravilno orientacijo. Potem so na vrsti ostali elementi na »spodnji« strani tiskanega vezja. Glede na to, da so pri tem vezju elementi na obeh straneh, bomo rekli spodnja stran tisti, na kateri je mikrokontroler in ostali elementi. Najprej prispajkajte prevezavi med točkama A-B in C-D, če ste se odločili za uporabo triakov, kar vam tudi priporočam. Če pa slučajno imate doma kake tiristorje, ki bi bili po izhodni napetosti in toku primerni za to vezje, pa boste prihranili nekaj denarja, vendar pa bo v tem primeru obvezna uporaba mostička GR2 ki je dimenzioniran za napetost najmanj 300VAC in tok 8A, npr. KBU8G, KBU808… Najprej prispajkajte ostali dve podnožji. Podnožje je obvezno pri mikrokontrolerju, priporočam pa tudi uporabo pri EEPROM-u in optospojnikih. Stabilizator IC1 najprej namažite z minimalno količino termo prevodne paste in ga pred spajkanjem privijačite na tskano vezje. Sledi lahko T1, kondenzatorja C4 in C10, vrstne sponke, TP1, GR1, X1 in C1. Ko ste zaključili s temi elementi, so na vrsti tipke, ki pa so zopet na zgornji strani vezja. Če bi jih prispajkali prej, bi obstajala nevarnost, da jih s spajkalnikom poškodujemo. Ostala sta nam le še displej in transformator. Prvi naj bo displej, katerega z zadnje strani vtaknemo v vezje. Potrebno enakomerno razdaljo med displejem in tiskanim vezjem dosežete lahko tako, da med displej in tiskano vezje na vsaki strani vtaknete košček izolirane žice. Displej nato pritrdite z vročim lepilom tako, da konico pištole za lepljenje nastavite na montažno luknjico displeja in iztisnete nekaj lepila skozi njo. Ko se lepilo ohladi, nadaljujte z naslednjo lulnjico. Šele ko je displej pritrjen, je na vrsti spajkanje kontaktov displeja. Prispajkati je potrebno le kontakte 1-6 in 11-16, ostale lahko pustite prazne. V vsako luknjico vtaknite kos žičke brez izolacije, tako da na drugi strani pogleda ven. Žičko prispajkajte na obeh koncih in odrežite višek. Tako prispajkajte vseh dvanajst žičk. Čisto za na koncu nam je ostal le še transformator, ki je najtežji in najvišji element in ga zato prispajkamo kot zadnjega. Nahaja se na spodnji strani vezja, primarna stran je obrnjena proti GR2, sekundarna pa proti GR1. Sedaj lahko vstavite elemente v podnožja. Mikrokontroler mora biti sprogramiran z ustreznim programom.

Vizuelni pregled
 
Najprej preglejte zgornjo stran vezja. Preverite, če so vsa spajkalna očesca temeljito prispajkana in če so vse SMD komponente prispajkane na obeh koncih in če so elementi na pravih mestih. Preverite tudi polariteto kondenzatorja C5. Na spodnji strani preverite polariteto GR1, C1, C4 in C10 ter orientacijo optospojnikov, triakov, mikrokontrolerja in EEPROM-a. Preverite prevezavi med točkama A in B ter C in D. Trimmer potenciometer TP1 obrnite v srednji položaj.

Slika 4: Izgled sestavljenega vezja

Tabela 1: Spisek materiala
 

Prvi vklop in testiranje
 
Med testiranjem je naprava na priključena na omrežno napetost 230V, ki je življenjsko nevarna. Izogibajte se dotikanju tiskanega vezja, če pa se ga že dotikajte, pazite da se ne dotaknete katerega od elementov pod omrežno napetostjo. Ti se nahajajo znotraj označenega dela. Vse kar boste delali, boste na lastno odgovornost. Avtor ne prevzemata nikakršne odgovornosti za morebitno škodo, poškodbe ali celo smrt, ki bi bile posledica naprave opisane v tem članku.
 
Če ste napravo temeljito pregledali, jo lahko pripravite za vklop na električno omrežje. Uporabite trižilni varnostni napajalni kabel, pri katerem mora biti ozemljitev obvezno priključena. Vezja se ne dotikajte in vse delajte le z eno roko, drugo roko pa si dajte za hrbet, da slučajno po pomoti vezja ne primete z obem rokama hkrati. Na fazni vodnik vstavite varovalko T6,3A. Napravo postavite na izolacijski material, npr. gumo ali linolej. Idealno bi bilo uporabiti ločilni transformator. Priporočam uporabo gumijastih rokavic in obutve z izolacijskimi podplati, npr. teniske.

Vklopite omrežni kabel v vtičnico. Na displeju se mora vklopiti osvetlitev. Z izoliranim izvijačem previdno obračajte TP1 v smeri urinega kazalca, dokler se na displeju ne pojavi besedilo. To je tudi edina stvar, ki jo je potrebno umeriti.

Pritisnite tipko T10 in prvi program (leteče lučke) prične teči. Preverite, če svetijo vse LED diode. Če katera od njih ne sveti, je potrebno preveriti predupore pri tistih, ki ne svetijo. Če se to ne zgodi pomeni, da naprava ni pravilno sestavljena in je treba preveriti nekaj osnovnih stvari.

 
Naprava ne deluje.

Če ste vse pravilno prispajkali vam mora vezje že v prvem poskusu normalno delovati. Prva stvar, ki se pri vklopu zgodi je osvetlitev displeja in izpis na LCD. Če do tega ne pride, je potrebno preveriti nekaj povezav ali spojev.

 
Vgradnja v ohišje
 
Vgradnja v ohišje je stvar posameznika. Ohišje naj bo iz ABS plastike in tiskano vezje ozemljeno. Za priklop žarnic lahko uporabite vgradne vtičnice, ki jih boste lahko kupili v prodajnem servisu revije Svet elektronike ali pri podjetju Eljan d.o.o. (oznaka GTK0-2A). Isto velja za vhodno vtičnico, ki že vsebuje omrežni filter in varovalko (oznaka FIL2680CQ). Razporeditev teh elementov na ohišju prepuščam vam. V ohišju pustite še nekaj prostora za mikrofon s predojačevalnikom in filtrom, ki bo služil za proženje naprave v ritmu glasbe. Pri vgradnji bodite natančni, da kasneje ne bo prišlo do nevarnosti električnega udara.

Slika 5: Dvojna izhodna vtičnica in napajalna vtičnica s filtrom in varovalko

 
Programska oprema (firmware)
 
Program, ki poganja napravo je napisan v dobro znanem in popularnem Bascomu-8051. Glede na to, da ima program kar nekaj čez 800 vrstic, je nesmiselno pisati listing programa v reviji. Program skrbi za delovanje celotnega vezja. Odčitava tipkovnico, izpisuje podake na displeju, shranjuje v EEPROM in iz njega bere ter na izhodie za žarnice postavlja ustrezne kombinacije. Sprogramiran mikrokontroler lahko kupite v prodajnem servisu revije za samo 2.500,00 SIT (17,90 EUR).

 
Zaključek

Naprava, ki ste jo sestavili vam bo zvesto služila na zabavah, veselicah ali celo kot novoletni okras. Uporabljeni triaki so močno predimenzionirani, tako da načeloma ni problema priključiti tudi močnejše žarnice, vendar povečevanje moči delate na lastno odgovornost.

V naslednjem članku bom objavil navodilo za uporabo in programiranje naprave in opisal vezje za generiranje takta po glasbi, ki bo narejeno z mikrofonom in nekaj elementi. Do takrat pa obilo užitkov z vašim novim light showom.

Datoteke

Tiskano vezje   
Navodilo za uporabo 
Panel   

Avtor: Srečko Lavrič, inž.

Zadnja sprememba: 10. maj 2006