Світлофор своїми руками
Донька – людина у мене суто технічна – у ляльки ніколи не грала. Одні із її улюблених іграшок – автомобілі! Її «особистий автопарк» давно вже перевалив за сотню автомашин… Змалку захоплюється збиранням автомобілів з конструкторів.
Аня займається у гуртку дизайну та моделювання на станції юних техніків неподалік будинку. Уявляєте там же 27 років тому і я займався в авіамодельному гуртку! А ще років 10 раніше в цьому ж гуртку займався Льоня Якубович ... так, той самий.
2009 рік. Кухоль моделювання. З викладачем. Єдина дівчинка…
Зараз Ані 9 років [на момент написання статті, 2011] - дуже любить щось майструвати, пиляти, випалювати, клеїти. Останнім часом «пробує свої сили» у дизайні: розробляє та виготовляє тривимірні макети (квартир, будинків, міст тощо). Нещодавно здобула грамоту за макет дитячого майданчика.
Вирішили ми з нею «оживити» один із створюваних їй макетів: «А чи не зібрати нам світлофор»? Ідея сподобалася обом. Мені давно хотілося залучити її в електроніку, а їй – навчитися паяти (і взагалі, вона без розуму від радіодеталей). Що ж, вирішено – зроблено!
Варто відзначити, за свої 35 років занять електронікою, мені жодного разу не траплялася на очі схема світлофора… Перша думка – взяти мікроконтролер, написати програму… – відпала: дитині складно пояснити, як працює процесор і як виконується програма. Потрібно збирати на простій логіці. А коли підросте, переробить схему на контролері – заразом залучиться до «програмування» і «відчує» всі переваги мікропроцесорів над простою логікою.
Хотів полізти в інтернет, але схема народилася сама по собі: прокинувшись у суботу вранці, мені здалося, що десь я її бачив, (мабуть уві сні) генератор- лічильник - дешифратор - діодна матриця ... (До речі, пізніше я полазив по інтернету - схем світлофора немає! Так що тримайте - ексклюзив. Остаточна схема трохи нижче.)
Увечері сіли, накидали схему. Довелося погортати кілька книжок, щоб вибрати відповідні мікросхеми і подивитися їхню цоколівку. Паралельно поясню Ані, як працює лічильник, дешифратор. Малюємо з нею діаграми: дочка досить легко змогла зрозуміти як лічильник вважає імпульси і видає їх у коді 1-2-4-8, як працює дешифратор і навіщо потрібна діодна матриця, під кінець починає сама підказувати.
Ось остаточна схема.
Тактовий генератор, зібраний за стандартною схемою на трьох елементах І-НЕ (К555ЛА3), виробляє імпульси з частотою прямування близько 1 Гц. Це мінімальний час свічення одного кольору (наприклад, жовтого) – 1 секунда. Далі імпульси подаються на лічильний вхід двійкового лічильника (К555ІЕ5). Лічильник «вважає» їх від 0 до 15 і видає в коді 1-2-4-8 на вхід 16-розрядного дешифратора (К155ІД3). Залежно від "числа", виданого лічильником, на відповідному виході дешифратора формується логічний 0.
Для початкової установки лічильника в нульовий стан додали схему скидання (Reset), на 4-му логічному елементі І-НЕ. Він формує перехід з логічного 0 до логічного 1 після включення харчування. Reset завели і дешифратор, щоб він не видавав сигнали на виходи, до скидання лічильника.
Діодна матриця «визначає» час світіння кожного кольору: протягом першого імпульсу (вихід дешифратора 0), тобто 1 секунду, горить жовте світло, наступні 7 імпульсів (вих. 1 - 7) запалюють зелений, потім знову жовтий - на один імпульс (вих. 8), і знову 7 імпульсів (вих. 9 – 15) – горить червоний. Коли рахунок закінчено, все починається з нуля!
Сигнали з діодних матриць подаються на струмові ключі, які подають живлення на світлодіоди відповідних кольорів у світлофорах макету.
Трохи подумавши, вирішили запровадити «нічний» режим – «блимаючий жовтий». Для цього в схему ввели перемикач, який встановлює сигнал скидання, забороняючи дешифратору видавати сигнали на вихід (світлофор гасне), а струмовий ключ жовтого світла підключає безпосередньо до тактового генератора.
Потім, ввели і «ручний» режим, щоб можна було «заморозити» будь-яке світло на скільки завгодно часу – «поліцейський» режим. І тому перемикач від'єднує тактовий генератор від входу лічильника, не встановлюючи режим скидання. Отримали 3 режими роботи.
Світлодіод, що індикує включення світлофора, вирішили підключити до виходу тактового генератора, щоб він не просто світився при включенні живлення, а блимав, індикуючи роботу генератора, що задає, - отримали свого роду «Debugger».
Підібрали відповідний корпус, вимикачі, світлодіоди. Відпилили шматок макетної плати відповідного розміру. Живлення вирішили зробити від 4-х пальчикових батарейок, для цього знайшовся вдалий батарейний відсік.
Покопавшись у «засіках» знайшли й потрібні мікросхеми.
У процесі добору деталей, попався на очі старенький адаптер від «померлого» Ethernet-хаба, який видає 9 В. «А що, батареї, що сів, - причина закінчення гри? Ні!» - подумали ми. І вирішили зробити «друге харчування», додавши до схеми 5-вольтовий стабілізатор (7805). Знайшлося і потрібне гніздо, для підключення адаптера.
Визначилися із зразковим розташуванням деталей у корпусі. На сьогодні все – спати.