KnightRider (blikač na jízdní kolo / indikátor vybuzení) s 16-ti vysoce svítivými bílými LED

www.elweb.cz
Úvod
V zapojení je použito šestnáct speciálních vysoce svítivých bílých LED o průměru 10mm s difúzním pouzdrem, které zajišťují více než desetinásobnou svítivost oproti běžně prodávaným předním blikačům určeným pro cyklisty.
www.elweb.cz

www.elweb.cz
Blikač je osazen mikrokontrolérem PIC řady 16F, což oproti zapojením s pevnou logikou výrazně rozšiřuje možnosti využití, množství funkcí a flexibilitu zařízení. Původně byl blikač KnightRider navržen jako přední osvětlení jízdního kola. Avšak zmíněný mikrokontrolér toho nabízí více. Dva z jeho analogových vstupů jsou využity pro případné zpracování stereofonního audio signálu. Z blikače na kolo se tedy rázem stává poutavý doplněk předzesilovače, reproduktorové soustavy, autorádia nebo osvětlení v klubu a podobně, ale o tom až dále. Univerzální je i způsob napájení. Běžně (například na jízdním kole) lze napájení zajistit třemi alkalickými a nebo čtyřmi dobíjitelnými (NiMH/NiCd) tužkovými bateriemi, které při méně energeticky náročných stylech blikání mohou vydržet až 200 hodin provozu. Na základní desce plošných spojů je však místo i pro lineární stabilizátor napětí po jehož osazení lze napájet zařízení i z vyššího napětí (7 až 24V), tedy například z autobaterie nebo adaptéru.
www.elweb.cz
Světelné efekty
Různé světelné efekty (styly blikání) lze měnit kombinací čtyř jumper propojek umístěných uprostřed desky plošných spojů. Ve výběru je klasický efekt dvou cyklicky se přibližujících a vzdalujících světelných bodů známých z čelního skla auta z dnes již poněkud staršího seriálu "Knight Rider". Dále jsou k dispozici různé modifikace tohoto efektu, postupné rozsvěcování a zhasínání všech led diod opět z různých směrů k sobě, od sebe, z obou stran, jen z jedné strany atd. Jednou z jumperových propojek lze také nastavit trvalý slabý svit všech jinak zhasnutých LED. Tuto funkci zajišťuje implementovaná programová pulzně-šířková modulace. Taktovací frekvence mikrokontroléru a tím i rychlost blikání (případně rychlost reakce na změnu audiosignálu) lze měnit pootočením trimru umístěného u mikrokontroléru, případně výměnou kondenzátoru v této RC časové konstantě vnitřního generátoru mikrokontroléru.
www.elweb.cz
Vstup pro trvalý svit
Připojením tlačítka nebo vypínače mezi vstup na okraji desky a záporný pól napájecího napětí (respektive GND) lze jeho stiskem/přepnutím přerušit blikání a všechny led diody trvale rozsvítit. Například na jízdním kole lze k tomuto vstupu připojit paralelní kombinaci tlačítka i vypínače. Potom můžete stiskem tlačítka dávat světelný signál protijedoucím vozidlům a přepnutím vypínače rozsvítit všechny LED a blikač používat jako plnohodnotné přední světlo pro jízdu v šeru nebo ve tmě. Proudový odběr je v tomto případě 160mA, což při napájení z baterií vydrží přibližně 15 hodin trvalého svitu (počítám s dnes běžně dostupnými akumulátory 2400mAh).
www.elweb.cz

www.elweb.cz
Zapojení
Schéma zapojení je velmi jednoduché. K mikrokontroléru PIC16F74 je připojeno 16 LED diod na výstupní porty (PORTB, PORTC) a k pinům OSC1 a OSC2 je připojena sériová kombinace RC určující taktovací frekvenci mikrokontroléru a tím i rychlost blikání. Tuto RC kombinaci tvoří proměnný rezistor (trimr) R4, pevný rezistor R3 a kondenzátor C1. Dále je na porty A4, A5, E0 a E1 připojen konektor se dvěma řadami kolíků pro vkládání jumper propojek, ten lze případně nahradit i miniaturním čtyřnásobným přepínačem. Nevyužité piny mikrokontroléru jsou programově nastaveny jako vstupy a připojeny na GND nebo napájecí napětí. V zapojení nalezneme ještě několik málo součástek sloužících k ochraně vstupu (R7, R8, R9, C2, D1 a D3), diodu k ochraně obvodu proti přepólování napájecího napětí (D2) a blokovací kondenzátory. Jeden z blokovacích kondenzátorů (C7) musí být umístěn co nejblíže napájecím pinům mikrokontroléru, proto je osazen ze strany plošných spojů v SMD pouzdře. Na této straně desky se nachází rovněž rezistor R10, který zajišťuje správné napětí na analogovém vstupu A3 (viz dále).
www.elweb.cz
Napájecí napětí
Napájecí napětí v rozsahu 3,8 až 4,8 V se připojuje mezi piny označenými jako "GND" a "NAP2". Toto napětí lze realizovat třemi alkalickými (4,5V) a nebo čtyřmi akumulátorovými (4,8V) tužkovými bateriemi v sérii. Průměrný proudový odběr se mění v závislosti na stylu blikání. Při svitu vždy jen jedné LED v daném okamžiku je proudový odběr přibližně 10mA, pro styly blikání, kde svítí současně vždy dvě led 20mA, pro ostatní 80mA. Při trvalém svitu všech LED dosahuje cca 160mA.
Upozornění: Nikdy nepřipojujte mezi piny NAP2 a GND napětí vyšší než 5V ! Pokud napětí přivádíte mezi tyto dva piny, neosazujte stabilizátor 7805. Dávejte pozor na polaritu napájecího napětí ! NAP2 respektive NAP1 (+), GND (-).
www.elweb.cz
Poznámka: Proudový odběr je také závislý na hodnotě napájecího napětí. Neměl by však nikdy dlouhodobě přesahovat 160mA, jinak by teoreticky mohlo dojít k poškození mikrokontroléru. Proto je vhodné při použití čtyř akumulátorových baterií zapojit do série s těmito bateriemi ještě jednu diodu v propustném směru (např. 1N4007 - lze použít D4 ze schematu) pro snížení napětí baterií o 0,6V.
www.elweb.cz

www.elweb.cz
Modifikace
1) Vyšší napájecí napětí
Lineární stabilizátor 7805, který můžete osadit do desky plošných spojů společně s dvěma kondenzátory (C4 a C5) v případě, že chcete blikač napájet z napětí vyššího než 7V. Potom se napájecí napětí připojuje mezi piny "NAP1" a "GND". Pokud toto nepotřebujete, věřím, že 7805 dříve nebo později využijete na něco jiného a v odpadkovém koši neskončí.
www.elweb.cz
2) Indikátor vybuzení
Indikátor vybuzení slouží pro zobrazení úrovně audio signálu v reálném čase. Tedy LED blikají "do rytmu hudby".
www.elweb.cz
Dále pak zapájíte LED diodu LED17. Při startu programu mikrokontroléru je programově analogově digitálním převodníkem zjištěno napětí na pinu A3. Pokud je osazen pouze SMD rezistor R10 (viz výše), na tomto pinu je celé napájecí napětí a program přejde do módu blikače. Pokud je zapojena i LED dioda LED17 (umístěná těsně u mikrokontroléru), na pinu R3 bude napětí přibližně 1,7V (úbytek napětí na této červené LED) a program přejde do módu indikátoru vybuzení. Toto napětí na analogovém vstupu R3 pak použije jako referenční napětí analogově digitálního převodníku pro zpracování zesíleného a usměrněného audio signálu přivedeného na analogové vstupy A0 a A1.
www.elweb.cz
O zesílení a usměrnění audio signálu se stará právě již zmíněný přídavný modul, který obsahuje pouze dva operační zesilovače zapojené jako invertující zesilovače střídavé složky signálu s nesymetrickým napájením a dvě diody a dva elektrolytické kondenzátory pro usměrnění a "zpomalení" (dolní propust) výstupního signálu v každé větvi.
www.elweb.cz
Osazení desky
Nejprve osaďtě a zapájejte všechny LED diody, poté ostatní součástky kromě mikrokontroléru, který zapájíte až nakonec. Mikrokontrolér lze případně vložit do patice.
www.elweb.cz
Rozměry a montáž na kolo
Deska plošných spojů má rozměr 26,2 x 3 cm. Výška po osazení všech součástek je přibližně 1,8 cm. Blikač lze po vložení do průsvitné krabičky, plexisklové trubky nebo tlusté bezbarvé gumové hadice připevnit vodorovně na řídítka jízdního kola například stahovacími ocelovými kroužky používanými v instalatérství pro uchycení gumových hadic.
www.elweb.cz

www.elweb.cz

www.elweb.cz


obrázek/schéma ve formátu gif
fotografie/obrázek ve formátu jpg
fotografie/obrázek ve formátu jpg
fotografie/obrázek ve formátu jpg