Автомат световых эффектов 2, "тюнинг": гирлянда.

Автор: Pavlov Sergej
Опубликовано 28.12.2007

Вы приобрели дорогой сувенир в виде маленькой, фотореалистичной ёлки, и желаете украсить его максимально простой и максимально функциональной гирляндой из светодиодов? Вас не устраивают эффекты в китайских гирляндах подобного рода? Или электроника такой гирлянды, будучи вмонтированной, в сетевую вилку просто воспламенилась ("подожжа" собой ёлку):? Тогда мы идём к Вам! ;):

Итак конструкция. Она являет собой весьма простую схему с применением МК. Основная цель данного устройства - независимое управление 6-тью секциями светодиодов в гирлянде, притом, что количество проводников в ней будет всего 3. Сама гирлянда (в этом варианте устройства) состоит из небольшого количества простых светодиодов 6-ти разных цветов, составляющих 6 секций. Данная гирлянда предлагается для мини-ёлки.
Для начала следует отметить некоторые особенности монтажа самой гирлянды. Большинство современных светодиодов с высоким КПД, в частности: синие, белые и им подобные оранжевые не могут нормально работать в параллельном включении. Они при этом работают с разной светоотдачей, перебивая работу друг друга. Для не слишком яркого свечения синих светодиодов и их нормальной работы нужно последовательно с каждым светодиодом включать сопротивление 5:10k.

В отличие от большинства готовых гирлянд, устройство способно обеспечить плавную яркость свечения гирлянды в 255 градациях, со всевозможными эффектами, а так же управление гирляндой от музыкального сигнала. Для этого был выбран недорогой микроконтроллер (далее МК), ATmega88, "несущий" в себе АЦП, и достаточное количество портов конфигурируемых в PWM - Pulse Width Modulator (ШИМ) для управления яркостью. С выходов МК сигнал поступает на сдвоенные, реверсивные ключи на транзисторах KT815, которые дают любую нужную полярность на любом из 3-х проводников гирлянды, обеспечивая тем самым независимое управление её секциями. По желанию саму гирлянду можно собрать не секциями, а по принципу "6 через 6" светодиодов, что превратит её в специализированную, под "бегущие огни". (Эффект таковых на данный момент в прошивку не внесён). Так же применяя диоды, включенные последовательно 6-ти небольшим лампочкам накаливания, устройство применимо для работы с оптоволокном. На входы АЦП процессора, через делитель и ограничивающие стабилитроны подаётся звуковой сигнал, например от гнезда "наушники" МР3 плеера, этот сигнал идёт транзитом на второе (возвратное) гнездо непосредственно для самих наушников или два разъёма RCA пропускающих сигнал на внешний усилитель.
Для желающих собрать схему на других МК, прилагаются соответствующие прошивки и биты конфигурации для таковых: ATmega48 и ATmega168. Так же прилагается прошивка для ATmega8, но в виду его аппаратных особенностей она является без эффектов плавных переходов (управления яркостью).
Принципиальная схема устройства:

Принципиальная схема гирлянды:

Испытуемая конструкция на макетной плате:

Переключатель SW1 задаёт режим работы устройства:
1) В разомкнутом положении будет "автомат", при этом последовательно переключаются все эффекты.
2) В замкнутом положении "музыка", переключение эффектов происходит от музыки. При этом меняется быстродействие самого эффекта, а при пиковых значениях происходит переключение эффектов случайным образом. Максимальный уровень сигнала при этом не должен превышать 250mV~.
Переключатель SW2 задаёт режим работы, режима "автомат".
1) Если он разомкнут "нормал", то эффекты повторяются по очереди, по 15 раз с одной скоростью.
2) Если замкнут "рандомиз", то всё выбирается случайным образом, скорость, эффект, количество повторов. Если задержка сгенерировалась от 500 до 2000 мс, то эффект будет повторяться от 1 до 10 раз, если задержка сгенерировалась от 0 до 500 мс, то от 0 до 30 раз.
Гирлянда свёрнутая воедино:

Для правильной работы МК следует при программировании прописать биты конфигурации соответствующим образом, как на рисунке ниже. Многие начинающие радиолюбители, установив биты конфигурации думают, что выставив их, нажав "ОК" и записав программу они тоже запишутся в МК!? А вот и нет! ;) Напомню, что биты конфигурации (они же "фьюсы") записываются в МК отдельным нажатием кнопки "Write" в соответствующем меню. При стирании или перезаписывании МК, биты в нём сохраняются. (Биты в программе PonyProg 2.07a):

Настройка устройства сводится к тому:, чтобы не поджечь АЦП ;) Хотя в большинстве случаев применяя сигнал МР3 плееров (гнездо наушники) это вряд ли возможно. С применяемым плеером (на фото ниже), выпускаемым под марками разных производителей ;), более шустрое реагирование на звук начинается ближе к максимальной громкости. Потенциометры устройства, R11 и R15 при этом так же выставлены почти на минимальное сопротивление сигналу (верхнее положение по схеме). Так же следует отметить, что сами наушники (и их потенциометр), подключаемые в транзитное гнездо, внесут некоторую коррективу по сопротивлению.
При настройке следует соблюдать предосторожность и не допускать сквозных токов в ключах. Для этого не следует подавать питание на схему при незапрограммированном МК или при его отсутствии. Резистор R1 служит для ограничения тока через светодиоды. Для выше описанной гирлянды его сопротивление может быть в пределах 100:200 Ом, при питании от 5V. По желанию в схему можно установить более мощные полевые транзисторы N канального типа, повысить напряжение их питания, для иной гирлянды, собранной к примеру с последовательным включением светодиодов.

Эффекты, на данный момент имеющиеся в наличии:
1) "Комета" в одну сторону, (плавное угасание хвоста)
2) "Комета" в другую сторону, (плавное угасание хвоста)
3) "Случайно по нескольку" (случайное переключение нескольких секций)
4) "Едет одна светящая" в одну сторону
5) "Едет одна светящая" в другую сторону
6) "Едет одна тёмная" в одну сторону
7) "Едет одна тёмная" в другую сторону
8) "Мерцание звёзд" (с плавными переходами)
9) "Заполнение" в одну сторону
10) "Заполнение" в другую сторону
11) Плюс некоторые "Шустрые" эффекты для аудио режима.
Финальная конструкция на макетке:

Правда, в виду некоторой ограниченности времени на конкурс "Радиокота", гирлянда на ёлку не нацеплена, соответственно также не привнесены отдельные светодиоды/ лампочки для подсветки оптоволокна. К конструкции прилагается плата (в *.lay 4), хоть и немного "сыроватая". В отличие от принципиальной схемы в неё внесён выпрямитель, стабилизатор 7805 и гнездо AC адаптера. Ключи при этом запитываются через резистор R1 от выпрямителя (9V).
Плата с "дескрипцией":

Файлы:
Прошивки и плата
Видео работы устройства (688кБ)

Вопросы, как обычно, складываем тут.