Concorso Energia in gioco IT

Elettronica

Mini effetto luci "Supercar" 6 LED.

Aggiungiamo un simpatico effetto luminoso all'automobile o allo scooter.

Questo circuito alimentato con una batteria da 9 volt e istallato sotto il sellino della bicicletta è un'ottima segnalazione di presenza che potrebbe anche risultare il salvavita del ciclista.

download schema elettrico in formato pdf

schema elettrico in formato FidoCad

segue il layout di montaggio della versione FidoCad, si deve fare attenzione al fatto che non è stato integrato il regolatore di tensione uA7805, quindi al morsetto deve già pervenire una tensione stabilizzata a 5Volt.

nota importante: Dal link sottostante potrai scaricare il PCB per realizzare il circuito, esso è realizzato con FidoCad, se quando lo apri vedi solo una lista di numeri (netlist), significa che non hai installato il Fidocad nel tuo PC, questo software è gratuito, è totalmente sicuro per il tuo PC e richiede solo un minuto per il download da questo sito. Se ancora non lo hai scaricato lo puoi ottenere cliccando qui -> FidoCad.

Download del PCB in formato FidoCad

Se usi i supporti presensibilizzati standard scarica dal link qui sotto la versione FidoCad panellizzata che contiene 7 esemplari di misura 57mmx29mm, e un amplificatore stereo (Mr.Funky) da 3+3W leggermente ridotto negli ingombri 42mm x 37mm per sfruttare lo spazio ancora disponibile nel laminato.

Download del PCB in formato FidoCad su 100x160mm con aplificatore stereo 3+3W

La versione Eagle risulta ancora più ridotta negli ingombri e come possiamo notare dal Layout rappresentato nell'immagine risulterà di facile assemblaggio. Le chiare serigrafie aiutano anche lo studente alle prime armi rendendo questo progetto un ottimo esercizio di laboratorio. Una volta assemblata la scheda potrete provare a installarla nel frontale dello scooter o dell'automobile. potrete anche adornare il frontalino del vostro PC o installarlo a bordo dei vostri mini robot donandogli più vita.

Nella foto vediamo un esemplare del circuito eseguito in FidoCad, l'aspetto risulta elegante e il layout dei componenti ben distribuiti. Questa versione FidoCad è leggermente più grande dell'equivalente sviluppata in Eagle ma risulta comunque molto compatta e facilmente integrabile all'interno del vano comandi dello scooter o dell'automobile. Chi lo volesse usare per dare vita ad un PC desktop lo potrà nascondere dietro al vano di alloggiamento dei lettori di dischetti ormai in disuso. IN questo caso per l'alimentazione dovremo usare il previsto collegamento per l'alimentazione del floppy sfruttando i fili neri e rossi (+5) che giungono dall'alimentatore ATX del PC. Facciamo attenzione a non collegarci ai fili nero e giallo perchè qui sono presenti 12 volt che distruggerebbero gli integrati del circuito. Anche per il collegamento allo scooter e all'automobile bisognerà fare attenzione alla tensione di alimentazione mettendo a valle un regolatore di tensione di tipo uA7805.

Per il primo test ho usato una vecchia barra a 8 LED che avevo disponibile in laboratorio, ovviamente due sono rimasti scollegati come si vede anche dai due fili rimasti a penzoloni all'altezza del connettore streep. La versione definitiva prevede invece una elegante barra di 6 LED piatti. L'effetto è davvero molto bello in entrambi i casi quindi dipenderà dal gusto personale se montare una barra a led tondi o rettangolari.

Come vediamo nella foto la barra a LED rettangolari risulta più compatta di quella a LED tondi. L'effetto scia dovuto alla diffusione residua trasversale può essere eliminata colorando di nero con un pennarello indelebile i fianchi dei LED nei punti dove la luce filtra. Rimane comunque ancora una volta una questione di gusti. A qualcuno la scia diffusa potrebbe piacere di più che che il punto nitido scorrevole, del resto l'effetto originario del telefilm degli anni 70 "supercar" aveva una evidente scia diffusa.

Seguono tre filmini in cui vediamo il circuito in funzione. per la visualizzazione è necessario avere istallato nel PC quicktime.


scarica il clip del test 1	scarica il clip del test 2	scarica il clip del test 3

Versione Eagle del "Supercar a 6 L.E.D."

A differenza della versione Fidocad, la versione Eagle integra nel supporto PCB anche il regolatore di tensione uA7805 quindi consentirà una tensione di alimentazione ai morsetti anche di oltre i 12 volt provenienti dalla batteria dell'auto o dello scooter. Il morsetto a vite dell'alimentazione è stato eliminato per ragioni di spazio quindi il PCB è energizzato tramite il connettore streep. Il pin 1 è l'alimentazione a +12V, mentre il pin 3 è la massa. A questi due terminali collegheremo il positivo della batteria dello scooter e il negativo della stessa.

Download PCB in formato Eagle

Mascherina porta LED

il tipo di LED utilizzabili dipende un po dal gusto dell'utilizzatore finale. L'effetto visivo è molto buono sia che si usino led tondi dei vari colori che rettangolari o ad alta efficienza. Il mio gusto personale comunque suggerisce di utilizzare i led rossi piatti che si vedono nei video clip dei test perchè più simili a quelli usati dal super car degli anni settanta. Nell'immagine sottostante vediamo i collegamenti ai diodi LED da effettuarsi tramite cavo flat.

A sinistra vediamo il conettore SV1 ovvero la parte di uscita del PCB mentre a destra vediamo la sezione porta LED con il coretto orientamento anodo-catodo. Importante è non confondere i pin 1 (alimentazione positiva) con il pin 3(massa) che alimentano tutto il circuito. Nota: Anche se indica 5 volt possiamo collegare direttamente la batteria dell'auto o dello scooter dato che il PCB ospita il regolatore di tensione uA7805. Se alimentiamo la scheda direttamente a 5 volt possiamo ponticellare il regolatore bypassadolo.

download dello schema elettrico completo e stampabile A4 (utilissimo per il montaggio)

Elenco componenti.

Nel prototipo in cui sono stati effettuati i collaudi sono stati assemblati i seguenti componenti (che possono essere ritocatti senza compromettere la funzionalità). e' buona regola montare gli integrati su zoccolo. prima di montare il trimmer è bene comprimere un pò i pin usando la pinza al fine di "stondarli un pò" dato che hanno una forma piatta che potrebbe risultare di difficile inserzione. si raccomanda di non sforzare mai l'inserimento al fine di evitare il danneggiamento della mettalizzazione dei fori che assicura il collegamento elettrico delle inferiori con quelle superiori.

IC1 CD4017
IC2 NE555
IC3 uA7805
R1 220 ohm
R2 10 kohm
R3 18 kohm
R4 trimmer 47Kohm verticale passo ridotto (nello schema è indicato 470Kohm ma va bene anche 47K)
D1-D10 1N4148
SV1 streep maschio 10 pin.

La dimensione finale del circuito stampato dual_layer è di solo 46mm X 25mm

download dei file costruttivi gerber e della versione finale Eagle

NOTA COSTRUTTIVA IMPORTANTE: La prima serie di PCB sono stati prodotti senza il collegamento tra il PIN 6 e il PIN 2 del circuito integrato NE555, sarà quindi necessario ristabilire questa connessione tramite un ponticello. La posizione più comoda per eseguirlo tra il PIN centrale del trimmer R4 e il PIN più a sinistra (lato regolatore di tensione) del medesimo Trimmer. Si consiglia di utilizzare un pezzo di reoforo di una delle resistenze precedentemente assemblate. La correzione si fatta risulta quasi invisibile. I gerber attualmente online sono già stati corretti quindi per le nuove produzioni non è necessario eseguire queste ponte. E' comunque bene controllare con il tester la presenza del collegamento elettrico. Una seconda ancora più importante correzione va eseguita intervenendo in maniera un pò più drastica, sarà infatti necessario (solo nella prima serie) tagliare due piste e ripristinare il collegamento con un ponticello. L'errore si è verificato durante l'ingrossamento delle piste nella fase finale dello sviluppo CAD del PCB. Come nel caso precedente i gerber attualmente online sono già stati corretti quindi il problema è limitato e circoscritto ai soli primi 200 esemplari. Per chi ha un pò di "mano" la correzione risulta comunque quasi invisibile ma strettamente necessaria. Vi accorgerete della necessità di intervento nel PCB in vostro possesso se il diodo LED D1rimane un pò acceso e l'effetto non scorre. Una analisi un più tecnica rileva la sparizione dell'onda quadra al pin 14 una volta inserito il CD4017N e la ricomparsa nella medesima posizione dello zoccolo a chip estratto. Il tester inoltre rileverà un corto circuito tra i PIN 2 del 4017 e il PIN 7 dell'NE555. Nelle immagini seguenti vediamo le correzioni eseguite sul board (file attualmente online) che comportano invece l'intervento di taglio piste e ponticelli nelle versioni già distribuite.

E' importante osservare che il vias (foro passante che collega il TOP layer con il BOTTOM layer) collegato direttamente al PIN 2 del CD4017 non risulti sovrapposto alla pista azzurra che nella versione errata scorre parallela lungo tutta la fila dei pin del 4017, ma che in questa versione corretta è in realtà spezzata permettendo l'uscita del 7 dell'NE555 verso la resistenza R3.

Questa seconda immagine di correzione mostra come il pin centrale del trimmer sia collegato (nella versione attuale e corretta) al pin di sinistra del medesimo trimmer. Chi fosse in possesso della prima versione del PCB dovrà eseguire questo ponticello con l'ausilio di un pezzo di reoforo.

La foto sovrastante mostra tutte le correzioni apportate. La più vistosa è il ponticello appositamente eseguito in filo wrap di colore rosso (se eseguita con filo verde risulta molto meno visibile) che ripristina il collegamento tra il PIN 7 dell'NE555 e la resistenza R3. Quasi invisibile è invece l'intervento di taglio delle piste che richiede poi il ripristino con il filo wrap. In basso a sinistra vediamo il ponticello eseguito con un reoforo tra il cursore e il pin più vicino al regolatore di tensione del trimmer R4.

Ecco un esemplare assemblato e collaudato, visto da sopra non si nota alcuna correzione. Come si può vedere il circuito è molto compatto. Il condensatore C1 non compromette la funzionalità del circuito ma lo rende piu stabile durante la fase di accensione, se non siamo interessati e questa "protezione" possiamo considerarlo opzionale e non montarlo. Qui sotto c'è un filmino del circuito su PCB professionale in funzione. Lo puoi visualizzare usando quick time o un lettore per clip ripresi con il telefonino cellulare.

clicca sull'immagine e scarica il videoclip

La velocità di scorrimento è stata fissata a mio gusto personale aggiustabile con il trimmer in un range abbastanza ampio, ma è sempre possibile risistemare le basi tempi dell'onda quadra modificando gli elementi del gruppo RC che forniscono la base tempi al timer NE555. questo potrebbe essere un utile esercizio per qli allievi.

Varianti e richieste degli utenti.

Un allievo della scuola di Schio esprime il desiderio di istallare nel suo scooter due esemplari che si muovano però in modo sincronizzato. Il movimento dei LED deve essere complementare, ovvero se una barra led apre verso sinistra l'altra apre alla stessa velocità verso destra, o qualsiasi movimento analogo. Esistono due soluzioni, una basata sulla semplice sincronia eseguita sui trimmer di regolazione, cosa che sconsiglio perchè sul lungo periodo sicuramente si perde la sincronia, e una seconda soluzione che è quella di sfruttare il medesimo clock e il medesimo punto di zero. La seconda questione avviene in maniera automatica perchè il CD4017 parte sempre dal bit meno significativo. Per sfruttare un unico segnale di clock comune a due CD4017 bisognerà procurarsi due supporti PCB, ma montare un unico oscillatore con NE555. Il segnale di clock lo preleveremo al piedino 3 dell'NE555 e lo porteremo con un filo volate al medesimo piedino 3 (la piazzola sarà libera perchè non abbiamo montato il secondo NE555. Non verranno montati neppure tutti i componenti che riguardano astabile a NE555, addirittura potremmo decidere se montare o no il regolatore di tensione a seconda che ci colleghiamo a monte o a valle del regolatore uA7805 istallato nell'altro PCB. I componenti essenziali saranno quindi tutti i diodi, due CD4017, almeno un regolatore di tensione abbinato al suo elettrolitico e la resistenza R1 su entrambi gli esemplari.

download dello schema elettrico della versione a supercar_6_double (bmp)

download del file supercar_6_double.sch in formato Eagle

Il PCB viene completamente ridisegnato rispetto alla versione singola, ma se ne ricava un supporto quasi delle medesime dimensioni nonostante vi sia un circuito integrato, un connettore, una resistenza, e ben 10 diodi in più rispetto allo stesso circuito in versione singola. Lo sviluppo questa volta risulta in orizzontale impegnando soli 12 mm in più rispetto alla versione singola, ma in larghezza si ha un risparmio di ben 6 mm. Nell'immagine sottostante vediamo il layout dei componenti.