Supercar (nuove versioni)

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Categoria: Elettronica
Data pubblicazione
Scritto da TheAlu10000 Visite: 7456

Gadget supercar

 
Lo so, molti di voi avranno già storto il naso leggendo il titolo. Avrete pensato più o meno: “Che rottura, un altro supercar, come se non ce ne fossero abbastanza in giro”.
Vi capisco, ma ho ritenuto pubblicare questi circuiti (sono 2) in quanto presentano alcune piccole migliorie rispetto agli altri schemi di luci supercar.

Per chi ancora non lo sapesse, le luci supercar sono un particolare gioco di luci che era il tratto distintivo dell'auto “Kitt” nel telefilm “Supercar” (telefilm di culto degli anni 80). Quest'auto era praticamente un computer pensante (dotato di propria intelligenza) su quattro ruote. Nel muso di quest'auto si trovava il cosidetto “scanner”, composto da una fila di luci che si accendevano in sequenza in un verso e poi s'invertiva una volta raggiunto l'estremo della barra. Tale gioco di luce è stato ribattezzato “supercar”, prendendo il nome dal telefilm.
In elettronica il circuito (o meglio, alcuni circuiti) che realizzano tale effetto luci sono molto diffusi. Essi sono basati tutti sullo stesso schema a blocchi: un'oscillatore, che determina la velocità di percorrenza del punto luminoso nella barra; un contatore, che deve essere del tipo avanti/indietro (questo per permettere lo scorrimento del punto luminoso in entrambi i versi) e un decodificatore, che provvede all'accensione del punto luminoso nella barra e determina il verso di scorrimento del punto stesso.
L'oscillatore è un classico oscillatore a onda quadra, quindi può essere realizzato con il timer 555, con una porta NOT, eccetera...
Il contatore deve avere la caratteristica di poter contare sia in avanti che all'indietro, tramite un segnale up/down (o ingresso clock usato).
Il decodificatore deve tradurre la cifra generata dal contatore in un led da accendere per ogni combinazione: a tal proposito viene usato un demultiplexer. Per la determinazione del verso di percorrenza viene invece usato un latch SR, con gli ingressi collegati alle due uscite del demux corrispondenti ai led che stanno alle estremità della barra: questi due segnali fanno in modo di resettare e settare il latch ogni volta che il punto luminoso raggiunge l'estremità della barra. Il punto luminoso quando raggiunge l'estremità setta (o resetta) il latch, complementando il segnale d'uscita, che è il segnale di direzione usato dal contatore. Complementando tale segnale il contatore inverte il senso di conteggio, facendo cambiare verso di percorrenza al punto luminoso, come se fosse rimbalzato in corrispondenza dell'estremità della barra.
Questo è il meccanismo più diffuso, meccanismo su cui sono basati i due circuiti presentati qui sotto.
Esiste anche un altro meccanismo, che fa uso di un contatore di cui non è necessario che abbia entrambi i sensi di conteggio e un demux dotato di un'ulteriore decodifica: la decodifica viene fatta con dei diodi collegati come delle porte OR, oppure vengono usate direttamente delle porte logiche OR. Tale decodifica supplementare fa in modo di accendere il punto luminoso in un verso per metà del conteggio massimo del contatore; per l'altra metà il punto luminoso viene fatto spostare nel verso contrario. Tale meccanismo non ha bisogno di latch SR. Esso è la base del circuito supercar basato sul contatore 4017 con diodi di contorno, circuito che qui non verrà trattato in quanto già ampiamente presente in internet.
Comunque, tutti i circuiti hanno una cosa in comune: ogni led della barra è acceso con un segnale digitale, quindi on-off, mentre se facciamo attenzione la barra montata su Kitt presenta anche una scia che segue il punto luminoso e che rimbaza con esso. Tale effetto (la scia) è possibile sempre in via digitale usando la tecnica PWM, ma tuttavia richiede un microcontrollore programmato a dovere (cosa che molti neofiti che provano a montare tale circuito neanche si sognano di fare), mentre farlo tramite circuiteria digitale discreta (TTL e cmos) richiederebbe diverse decine di integrati: cioè è ovviamente molto sconveniente e senza senso.
Per realizzare la scia quindi rimane l'altra strada, cioè la via analogica: in pratica si sfrutta la carica accumulata da un condensatore, carica che verrà passata al led. Il led, consumando la carica, si spegnerà con una luminosità che calerà con gradualità, e non bruscamente seguendo un segnale digitale.
I due circuiti presentati qui sotto hanno questa particolarità in più, che rende l'effetto realizzato più fedele all'originale.
Il primo circuito agisce su 10 led secondo l'effetto supercar originale, mentre il secondo (versione “deluxe” XD ) agisce su 16 led, e inoltre sono presenti degli interruttori e deviatori per poter creare anche alcuni giochi di luci in più rispetto al classico supercar.
 
Supercar a 10 led

 

 

 

 

Come accennato, il circuito è composto da un'oscillatore a onda quadra variabile basato sul 555 (non mi dilungo sul funzionamento del 555 in configurazione astabile, in quanto internet è pieno di siti che parlano del'argomento), un contatore avanti/indietro (4029 predisposto per contare nel range 0-9), un decodificatore (4028), un latch SR (4027, di cui ne viene usato solo metà), e il circuito per lo spegnimento graduale del led, composto dallo stesso led, un transistor, due resistenze e un condensatore elettrolitico). Tale circuito deve essere realizzato per ogni led.
Ammettiamo che all'accensione il contatore si predisponga per contare in avanti (tramite il latch) e che si setti su un numero intermedio tra 0 e 9. Ad ogni colpo di clock il contatore avanza fino al led 9. Questo, accendendosi, provvede a cambiare lo stato di uscita del latch, provvedendo quindi a invertire la direzione di conteggio del contatore: il contatore conta all'indietro. Arrivando al led 0 succede la stessa cosa: lo stato di uscita del latch viene nuovamente invertito, invertendo quindi la direzione di conteggio del contatore, che riprenderà a contare in avanti. Questo ciclo va avanti finchè il circuito è alimentato.
Nota: se i due segnali per il latch vengono scambiati fra loro si avranno solo i due led estremi che lampeggeranno alternativamente, lasciando gli altri spenti.
Rimane da spiegare come avviene lo spegnimento graduale del led.
Ammettiamo che il circuito del led abbia in ingresso uno 0 logico, quindi come se si avesse la resistenza di base collegata verso massa. Così il transistor è in interdizione, e il condensatore si può caricare con la corrente che passa attraverso il led stesso. Il condensatore, essendo all'inizio scarico, assorbirà il massimo di corrente, quindi il led sarà luminoso. Nel mentre che il condensatore si carica questo chiederà sempre meno corrente, quindi con il tempo la corrente che scorrerà nel led sarà sempre minore, il che si traduce in una diminuzione di luminosità del led stesso. Il ciclo si interrompe quando il condensatore sarà praticamente carico (dico così perchè per caricare completamente un condensatore in teoria serve un tempo infinito), in modo tale che ai capi del led non ci sia più una tensione abbastanza grande da superare quella di soglia del led stesso. Il led così risulta spento.
Ora si ammette che in ingresso ci sia un 1 logico: il transistor si porta in conduzione, facendo accendere a pieno il led, e provvede anche a scaricare il condensatore. C'è da dire che in questa condizione il condensatore elettrolitico si trova ad essere polarizzato inversamente con una tensione molto piccola, circa 0.7V, ma tale condizione non perdura per molto tempo (pari a un colpo di clock, quindi per un tempo pari a t=1/f, dove f è la frequenza dell'oscillatore) e inoltre la tensione ai suoi capi non è abbastanza grande da perforare il dielettrico, quindi distruggere il condensatore (informazione avuta da Primok :-) grazie Primok).

Chi volesse una scia più “pronunciata” può aumentare il valore dei condensatori elettrolitici per ogni led (non troppo altrimenti i led ci mettono secoli a spegnersi), però è bene che abbiano una tensione di lavoro almeno 3-4 volte più grande della tensione di alimentazione.

 

 

Video: http://www.youtube.com/watch?v=HiKHa6zUUMc

 

Supercar "deluxe" 16 led:

 

 

 

Questo schema non è altro che un'evoluzione del precedente. Possiede lo stesso oscillatore, lo stesso contatore (ma qui predisposto per contare in binario, quindi con un range da 0 a F in esadecimale), lo stesso circuito a transistor per ogni led. La differenza più grande sta nel nuovo decodificatore, un demux 4514: esso da 4 bit è in grado di attivare con un 1 logico (attivo alto quindi; il 4515 invece ha le uscite attive basse, ma qui non viene usato) una fra 16 uscite diverse, inoltre possiede un latch interno che può memorizzare il nibble in ingresso, ma qui viene usato come latch trasparente (cioè fa passare i dati senza nessuna memorizzazione).
L'altra differenza risiede nel circuito latch usato per determinare il verso di conteggio del contatore: esso è leggermente più complesso rispetto a quello del circuito a 10 led, fa uso di entrambi i flip-flop presenti nel 4027 (uno di essi viene effettivamente usato come latch) più due interruttori e due deviatori, che consentono di fare diversi collegamenti per modificare la funzione che determina la direzione del punto luminoso, quindi si possono avere anche alcuni giochi di luce in più rispetto al classico supercar. I giochi di luce che si possono avere sono: supercar classico, supercar con rimbalzo al centro (il punto rimbalza al centro, cambia direzione per poi apparire dall'altro estremo, rimbalzando di nuovo al centro e cambiando nuovamente direzione), scorrimento verso destra e verso sinistra, scorrimento verso destra modificato (il punto scorre fino all'estremo destro, torna indietro fino alla metà della barra, quindi prosegue sempre verso destra riapparendo all'estremo sinistro della barra e ripetendo il ciclo.
Per fare altri giochi di luce sarebbe stata necessaria una circuiteria più complessa, ma dato che principalmente questo deve funzionare come classico supercar ho ritenuto non complicare troppo il circuito ma anzi cercare di sfruttare quelle sezioni del circuito rimaste inutilizzate.
 
Per un neofita il circuito forse potrebbe spaventare, dato che non ci sono pochi componenti (per via del fatto che ogni led ha un transistor, due resistenze e un condensatore elettrolitico), ma comunque non è molto complesso, conta solo 4 integrati, e per il neofita potrebbe essere anche un'ottimo esercizio di montaggio.
Non ho ritenuto fare un pcb di questi circuiti pechè ritengo che ognuno abbia i propri gusti nella costruzione del circuito (magari uno vuole montare i led disposti a cerchio, non si sa mai), inoltre la disposizione dei componenti può essere studiata per cercare di adattarsi allo spazio in cui il circuito verrà posizionato.
Per l'effetto scia vale quanto ho detto nella descrizione del circuito a 10 led.
La velocità del punto luminoso può essere regolata tramite il trimmer da 220K.

Facendo uso di integrati cmos, il circuito può essere alimentato da 5 a 12V, però bisogna avere l'accortezza di montare per ogni led una coppia di resistenze di valore appropriato in base alla tensione di alimentazione. Io per 5V ho messo resistenze da 470 ohm. Volendo si potrebbe inserire un piccolo circuito stabilizzatore con il 7805 (e anche qui non mi dilungo in quanto internet è pieno zeppo di pagine che ne parlano).

 

 

Video: http://www.youtube.com/watch?v=-24TneH76o4

 

 

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