555 TIMER WWW.NE555.COM MIKROPROCESOROWY STEROWNIK OŚWIETLENIA

UWAGA HIT!

"Timer NE555 w przykładach"

Już w grudniu nakładem wydawnictwa BTC ukaże się książka o najbardziej popularnym układzie scalonym produkowanym od ponad trzydziestu lat. Książka zawiera ponad sto przykładów zastosowań timera 555 !!!

Czy zdarzyło się Tobie zapomnieć wyłączyć oświetlenia w jakimś pomieszczeniu np. ubikacji, piwnicy, na strychu itp. Jeżeli tak to opisany układ wyłącznika zrobi to za Ciebie i ograniczy rachunki za prąd. Układ został tak skonstruowany aby była możliwość wymiennego zastosowania dwóch różnych typów mikrokontrolerów z rodziny ST62.

W układzie możemy zastosować mikrokontrolery następujących typów ST62T10/20 i opcjonalnie ST62T15/25. Obydwa typy procesorów różną się pomiędzy sobą ilością portów a co za tym idzie ilością wyprowadzeń z obudowy. Wykonanie urządzenia nie powinno stwarzać większych problemów nawet niedoświadczonym amatorom elektronikom. Program na procesor został stworzony i przetestowany przy pomocy programu Realizer. Mikrokontroler został zaprogramowany przy pomocy programatora opisanego na łamach “Elektroniki Praktycznej” kit AVT 363. Oprogramowanie jest dostępne na płycie CDEP2.

Cały sterownik możemy wykonać na trzech lub czterech płytkach drukowanych. Ilość płytek zależy od wersji układu który wybierzemy. Pierwsza wersja wykonana jest na trzech płytkach drukowanych w drugiej musimy wykonać dodatkową płytkę pod wyświetlacz. Generalnie całość układu możemy podzielić na pięć ( sześć ) podstawowych bloków w zależności od wybranej opcji rys.1

Odbiornik i nadajnik podczerwieni zastosowane przy uruchamianiu modelu i nie są ostatecznymi rozwiązaniami. Możemy wykorzystać nadajniki i odbiorniki lub nawet gotowe bariery na promieniowanie podczerwone z oferty AVT. Na głównej płytce całego układu jaką jest niewątpliwie blok sterowania znalazł swoje miejsce mikrokontroler, sygnalizator akustyczny, przekaźnik PK1 załączający obwody oświetleniowe, diody LED sygnalizujące o stanie pracy układu, oraz zasilacz który dostarcza niezbędnych napięć do funkcjonowania całego systemu. Sygnalizator akustyczny wykonany został przy użyciu popularnej kostki NE555 pracującej jako generator astabilny.

Maksymalny prąd pobierany przez cały układ wynosi maksymalnie około 40mA. Zasilacz jest oparty na standardowym stabilizatorze scalonym typu 7805. Wartość prądu pobieranego przez układ zależy w głównej mierze od użytego przekaźnika, nadajnika podczerwieni oraz wyświetlacza LED.

Głównym zadaniem sterownika jest liczenie osób wchodzących i wychodzących. Jednocześnie odbywa się sterowanie oświetleniem w pomieszczeniu oraz alarmowaniem jeżeli zostanie przekroczony pewien ustalony próg ilości osób. Schematy ideowe obydwu opcji przedstawione są na rysunku 2 i 3. Na rysunku 3 jest przedstawiony schemat układu z wykorzystaniem mikrokontrolera ST6215/25 oraz wyświetlacza siedmiosegmentowego LED ze wspólna katodą.

W przypadku trudności ze zdobyciem wyświetlacza ze wspólną katodą można użyć wskaźnika ze wspólną anodą. Obarczone jest to pewnymi zmianami konstrukcyjnymi i programowymi o które zostaną opisane w dalszej części artykułu. Natomiast drugi rysunek przedstawia schemat układu w wersji oszczędniejszej wykonanej przy użyciu mikrokontrolera ST62T10/20.

Sygnalizacja pracy układu realizowana jest za pomocą trzech diod LED D5, D6, D7. Podstawowe różnice pomiędzy obydwu wersjami poza typem zastosowanego procesora oraz sygnalizacji optycznej to połączenia poszczególnych bloków z portami mikrokontrolera.

Wyświetlacz siedmiosegmentowy połączony jest z procesorem ST62T15/25 do wyprowadzeń PA0-PA6 skonfigurowanych jako wyjście (push-pull). Diody LED D5-D7 połączone są z wyprowadzeniami PA0 – PA2 mikrokontrolera ST62T10/20 skonfigurowanymi jako wyjście (push-pull).

Odbiorniki podczerwieni osób wchodzących podłączony jest do 8 pin (PC5/PB7) procesora w obydwu wersjach, wyprowadzenie to skonfigurowane jest jako wejście (no pull-up). Natomiast odbiornik podczerwieni osób wychodzących podłączony jest do 9 pin (PC4/PB6) w obydwu wersjach, wyprowadzenie skonfigurowane jest jako wejście (no pull-up). Sterowanie nadajnikiem podczerwieni realizowane jest poprzez porty PB0 i PB5 (push-pull). Układ 555 US2 generuje ciąg impulsów prostokątnych w momencie pojawienia się stanu wysokiego na wejściu reset 4 timera 555. Pracą generatora steruje procesor dla obydwu wersji poprzez wyjście PB6 (push-pull).

Dla obydwu wersji wyjścia PB4 mikrokontrolerów sterują pracą tranzystora T1 BD135, który wprowadzony w stan przewodzenia powoduje zadziałanie przekaźnika PK1. Wyjścia PB4 dla obydwu wersji są skonfigurowane jako wyjście (push-pull). Przekaźnik PK1 typu

RM94P-12-S jest mechanicznym elementem wykonawczym załączającym oświetlenie w pomieszczeniu do którego wchodzimy. Jednocześnie zwracam uwagę na wysokie napięcie występujące w załączanym obwodzie przez przekaźnik PK1. Dość ważny jest maksymalny prąd jaki będzie przełączany przez przekaźnik. W modelu użyty przekaźnik może przełączać prądy o wartości do 8A. Jeżeli układ będzie przełączać tak duże prądy ścieżki na płytce drukowanej powinny być odpowiednio szerokie oraz złącza zaciskowe na odpowiedni prąd. Innym rozwiązaniem przy dużych prądach lub napięciach jest sterowanie pośrednie, które polega na tym że przekaźnik na płytce drukowanej o niskiej obciążalności styków, steruje przekaźnikiem, który ma odpowiednie parametry techniczne.

Przyciski P1 ON/OFF wprowadza procesor stan pracy podłączony jest do wejścia PB4/PB1 z rezystorem podciągającym pull-up. Przycisk P2 (reset licznika) zeruje licznik sterownika poprzez wejście PB3/PB2 również z rezystorem podciągającym. Częstotliwość pracy oscylatora mikrokontrolera zależy od użytego rezonatora kwarcowego w układzie zastosowałem kwarc o maksymalnej dla tych układów częstotliwości 8 Mhz.

Działanie obydwu wersji jest podobne, zliczają osoby wchodzące i wychodzące, alarmują o przekroczeniu limitu osób w pomieszczeniu, włączają i wyłączają światło w pomieszczeniu.

Po włączeniu zasilania na wyprowadzeniu RESET procesora znajduje się stan niski, który umożliwia inicjację pracy mikrokontrolera czyli wykonanie restartu. Odpowiedzialny jest za to układ złożony z rezystora R5 2,2 kW i kondensatora C5 1m F podłączony do wejścia RESET procesora. W chwili włączenia kondensator się zaczyna ładować na wejściu RESET pojawia się stan niski do czasu naładowania się kondensatora C5., Po restarcie mikrokontroler przechodzi w stan czuwania (w wersji drugiej dioda D7 OK. świeci krótkimi impulsami) należy wtedy przycisnąć przycisk ON/OFF jest to sygnał do rozpoczęcia pracy układu.

W obydwu wersjach na wyjściu PB2/PB5 pojawią się impulsy które poprzez rezystor R6 o wartości 1,1 kW sterują tranzystorem T4. Wynikiem pracy tranzystora jest impulsowa praca diod nadawczych D1 i D2, zasilanych poprzez rezystor R8 150W /1W napięciem +12V. Impulsy sterujące praca tranzystora przychodzące z procesora mają niewielką częstotliwość rzędu 50Hz dość nie typową jak na aktywną barierę podczerwieni ale zupełnie wystarczająca dla naszych potrzeb. Zmienne natężenie promieniowania podczerwonego oświetla dwie równolegle połączone diody odbiorcze D3,D4,D9,D10 które polaryzują bazę tranzystora T2-T3 typu BC548. Równoległe połączenie diod odbiorczych ma na celu zwiększenie kąta odbioru promieniowania podczerwonego z nadajnika oraz zwiększenie czułości odbiornika. Gdy diody odbiorcze są oświetlone na wyjściu odbiornika pojawia się napięcie, stan wysoki, który jest podany na wejście mikrokontrolera . Przerwanie obwodu bariery podczerwieni powoduje pojawienie się stanu niskiego na wejściu mikrokontrolera odbierane jest jako impuls zliczający liczenie może odbywać się dwukierunkowo.

Jeżeli najpierw zostanie przerwany obwód zliczający osoby wchodzące licznik rozpocznie zliczanie osób wchodzących. W chwilę później zostanie przerwany obwód zliczający osoby wychodzące lecz w tym momencie jest on zablokowany przez obwód zliczający osoby wchodzące. Podobna sytuacja jest przy wyjściu z pomieszczenie z tym że wtedy blokowanie odbywa się w odwrotnym kierunku. Dodatkowo programowo na wejściach zastosowano zwłokę czasową przeciwdziałająca zakłóceniom np. przelatująca mucha .

Na wyjściu PB0/ PB4 pojawi się stan wysoki wprowadzając tranzystor T1w przewodzenie, załączając światło w pomieszczeniu. Na wyświetlaczu LED (wersja pierwsza) pojawi się cyfra informująca o ilości osób w pomieszczeniu. W wersji drugiej po włączeniu przycisku ON/OFF zapali się dioda D5 PRACA, nie ma optycznej sygnalizacji ilości osób. Następnie gdy osoba wychodzi z pomieszczenia zostanie najpierw przerwany obwód zliczający osoby wychodzące. Procesor otrzyma impuls do odejmowania osób wychodzących i gdy ostatnia osoba wyjdzie z pomieszczenia zostanie wyłączone światło. Limit osób przebywających w pomieszczeniu został programowo ustalony na dziesięć. Przekroczenie limitu sygnalizowane jest włączeniem się sygnału akustycznego. W wersji z wyświetlaczem pojawią się trzy poziome kreski a w drugiej zgaśnie dioda D7 OK. zapali się dioda D6 ALARM /ZA DUZO. Wyzerowanie licznika można przeprowadzić przyciskiem P2 RESET LICZNIKA.

Wyświetlacz LED jest sterowany poprzez port A PA0 –PA6 poprzez rezystory R9-R15 o wartości 820W . Tak jak już wspomniałem w przypadku braku wyświetlacza ze wspólną katodą możemy zastosować wyświetlacz ze wspólna anodą w tym celu podczas tworzenia programu należy odpowiednio skonfigurować porty PA0 – PA6 przypisując je jako wyjścia otwarty dren. Należy również na listwie wyprowadzeniowej do wyświetlacza zamiast masy podłączyć +5V do podłączenia na anodę wyświetlacza.

Montaż układu: Szczegółowa mozaika ścieżek płytki drukowanej sterownika wraz z rozmieszczeniem elementów została przedstawiona na rysunku:

Jak widać nie jest to skomplikowany wzór więc nie powinno być kłopotów z wykonaniem płytki. Nie będę tu opisywał całego procesu wykonania płytki, gdyż już wiele na ten temat napisano i każdy znajdzie dla siebie odpowiednią metodę najprościej jest zamówić płytkę z oferty AVT. Po wykonaniu lub otrzymaniu płytki należy dokładnie sprawdzić połączenia na płytce drukowanej, następnie możemy przystąpić do wlutowywania poszczególnych elementów układu. Zacznijmy więc od wlutowania wszystkich zworek, następnie możemy wlutować podstawkę pod procesor, rezystory, kondensatory, przekaźnik złącza ARK i na samym końcu półprzewodniki. Przy wlutowywaniu elementów należy zwrócić uwagę na odpowiednie umieszczenie końcówek podzespołów w płytce. Z płytki wyprowadzone są przewodami przyciski P1 i P2 oraz przetwornik piezo. Połączenia między płytką główna a poszczególnymi płytkami najlepiej wykonać przewodem wielożyłowym tzw. taśmą.

Zmontowany układ płytkę z mikrokontrolerem, najlepiej umieścić w obudowie plastykowej wraz z transformatorem sieciowym. Umieszczając sterownik w obudowie plastykowej powinniśmy na obudowę wyprowadzić diody LED oraz przyciski P1 i P2.

Należy pamiętać o tym że układ wykonawczy w postaci przekaźnika P1 załącza obwód będący pod napięciem 220V w związku z tym zalecam zachowanie szczególnej ostrożności.

Uruchomienie układu: Przed uruchomieniem układu należy układ zmontować w naszym przypadku dodatkowo musimy dokonać wyboru wersji. Chociaż obie wersje są stosunkowo łatwe do wykonania. Płytka drukowana sterownika została zaprojektowana w ten sposób że przejście między obiema wersjami polega praktycznie na wymianie procesora, odłączeniu czy też przyłączeniu wyświetlacza lub diod LED. Dodatkowo należy zmienić położenie poszczególnych zworek według opisu oraz obciąć dwa wyprowadzenia procesora ST6215/25 które i tak nie są wykorzystane w układzie tj. końcówkę nr 6 (Ain/PC7) oraz nr7 (Ain/PC7). Te dwie nieszczęsne końcówki są w miejscu gdzie w układzie ST6210/20 jest wyprowadzenie TEST i RESET. Na płytce drukowanej z mikrokontrolerem widzimy cztery zworki

Przy wyborze układu z wyświetlaczem zworki ZW1, ZW2, ZW3 są rozwarte. Natomiast zworka ZW4 połączone ma ze sobą wyprowadzenia 1,2 i 3,4 . W układzie z procesorem ST62T10/20 ZW1, ZW2, ZW3, są zwarte a ZW4 połączone ma wyprowadzenia 2 i 4. Układ po zmontowaniu wszystkich płytek i wykonaniu połączeń między nimi powinien bez większych kłopotów zacząć działać. Trochę problemów może wyniknąć przy montowaniu w drzwiach odbiornika podczerwieni oraz nadajnika. Zaprezentowana przeze mnie propozycja bariery podczerwieni nie jest ostateczna możemy wykorzystać w układzie gotowe aplikacje dostępne w kitach AVT. Sama płytka główna sterownika wraz z mikrokontrolerem może być wykorzystana do wykonania innych urządzeń opartych na ST62T10/20 lub ST62T15/25.

Wystarczy stworzyć odpowiedni program np. za pomocą Realizera oraz dostosować nowe peryferia do istniejących wyprowadzeń z płytki głównej.