Світлофор своїми руками

Дочка - людина у мене суто технічний - в ляльки ніколи не грала. Одні з її улюблених іграшок - автомобілі! Її «особистий автопарк» давно вже перевалив за сотню автомашин ... З малих років захоплюється складанням автомобілів з конструкторів.

Аня займається в гуртку дизайну і моделювання на станції юних техніків недалеко від будинку. Уявляєте, там же, 27 років тому і я займався в авіамодельному гуртку! А ще років 10 раніше в цьому ж гуртку займався Льоня Якубович ... так, той самий.

Вирішили ми з нею «оживити» один зі створюваних їй макетів: «А чи не зібрати нам світлофор»? Ідея сподобалася обом. Мені давно хотілося залучити її в електроніку, а їй - навчитися паяти (і взагалі, вона без розуму від радіодеталей). Що ж, вирішено - зроблено!

Варто відзначити, за свої 35 років занять електронікою, мені жодного разу не попадалася на очі схема світлофора ... Перша думка - взяти мікроконтролер, написати програму ... - відпала: дитині складно пояснити як працює процесор і як виконується програма. Потрібно збирати на простій логіці. А коли підросте, переробить схему на контролері - заодно залучить в «програмування» і «відчує» всі переваги мікропроцесорів над простою логікою.

Хотів полізти в інтернет, але схема народилася сама-собою: прокинувшись в суботу вранці, мені здалося, що десь я її бачив, (мабуть уві сні) генератор - лічильник - дешифратор - діодний матриця ... (До речі, пізніше я полазив по інтернету - схем світлофора немає! Так що тримайте - ексклюзив. Остаточна схема трохи нижче.)

Увечері сіли, накидали схемку. Довелося погортати кілька книжок, щоб вибрати відповідні мікросхеми і подивитися їх цоколевке. Паралельно пояснюю Ані, як працює лічильник, дешифратор. Малюємо з нею діаграми: дочка досить легко змогла зрозуміти як лічильник вважає імпульси і видає їх в коді 1-2-4-8, як працює дешифратор і навіщо потрібна діодний матриця, під кінець починає сама підказувати.

Ось остаточна схема.

Тактовий генератор, зібраний за стандартною схемою на трьох елементах І-НЕ (К555ЛА3), виробляє імпульси з частотою проходження близько 1 Гц. Це мінімальний час світіння одного кольору (наприклад, жовтого) - 1 секунда. Далі імпульси подаються на рахунковий вхід двійкового лічильника (К555ІЕ5). Лічильник «вважає» їх від 0 до 15-ти і видає в коді 1-2-4-8 на вхід 16-ти розрядного дешифратора (К155ІД3). Залежно від «числа», виданого лічильником, на відповідному виході дешифратора формується логічний 0.

Для початкової установки лічильника в нульовий стан додали схему скидання (Reset), на 4-му логічному елементі І-НЕ. Він формує перехід з логічного 0 в логічну 1 після включення живлення. Reset завели і на дешифратор, щоб він не видавав сигнали на виходи, до скидання лічильника.

Диодная матриця «визначає» час світіння кожного кольору: протягом першого імпульсу (вихід дешифратора 0), тобто 1 секунду, горить жовте світло, наступні 7 імпульсів (вих. 1 - 7) запалюють зелений, потім знову жовтий - на один імпульс (вих. 8), і знову 7 імпульсів (вих. 9 - 15) - горить червоний. Коли рахунок закінчений, все починається з нуля!

Сигнали з діодних матриць подаються на струмові ключі, які подають харчування на світлодіоди відповідних кольорів в світлофорах макета.

Трохи поміркувавши, вирішили ввести «нічний» режим - «миготливий жовтий». Для цього в схему ввели перемикач, який встановлює сигнал скидання, забороняючи дешифратор видавати сигнали на вихід (світлофор гасне), а струмовий ключ жовтого світла підключає безпосередньо до тактового генератора.

Потім, ввели і «ручний» режим, що б можна було «заморозити» будь-яке світло на скільки завгодно часу - «поліцейський» режим. Для цього перемикач від'єднує тактовий генератор від входу лічильника, не встановлюючи режим скидання. Отримали 3 режиму роботи.

Світлодіод, показує включення світлофора, вирішили підключити до виходу тактового генератора, щоб він не просто світився при включенні харчування, а блимав, індіціруя роботу генератора, що задає - отримали свого роду «Debugger».

Підібрали відповідний корпус, вимикачі, світлодіоди. Відпиляли шматок макетної плати відповідного розміру. Харчування вирішили зробити від 4-х пальчикових батарейок, для цього знайшовся вдалий батарейний відсік.

Покопавшись в «засіках» знайшли і потрібні мікросхеми.

У процесі підбору деталей, попався на очі старенький адаптер від «померлого» Ethernet-хаба, що видає 9 В. «А що, сіли батарейки - причина закінчення гри? Ні! »- подумали ми. І вирішили зробити «друге харчування», додавши в схему 5-ти стабілізатор вольта (7805). Знайшлося і відповідне гніздо, для підключення адаптера.

Визначилися з зразковим розташуванням деталей в корпусі. На сьогодні все - спати.

У неділю знову сідаємо за роботу. Виготовляємо передню панель: вирізаємо отвори під вимикач харчування, світлодіод і перемикач режимів.

Задня панель: гніздо адаптера і вихід проводів до макету.

Починаємо розпаювання елементів: дочка бере найактивнішу участь - я вставляю елемент, загинаю висновки, відкушують зайве, а вона запаює. Підказую що і як в процесі роботи. Блін, паяє! І досить акуратно! Я поділяю її радість - сам взяв паяльник в руки в 5 років і до сих пір ...

Збираємо по частинах і перевіряємо окремо працездатність кожної: спочатку ланцюга харчування і стабілізатор - є 5 В. Потім споює генератор - світлодіод блимає. Потім лічильник з дешифратором - сигнали на виході перевіряємо за допомогою світлодіода.

Дочка самостійно паяє диодную матрицю. Випадково забула підпаяти один діод. Я питаю: «А що буде, якщо його не запаяти»? «Цей колір мигне один раз і потім знову загориться!» Я в отпаде ...

Підключаємо перемикач режимів, допаювати ключі струму на вихід і приєднуємо три світлодіода. Не працює…

Починаємо розбиратися: генератор видає на виходи імпульси з «брудними» фронтами. Кожне перемикання супроводжується «дзвоном» - пачкою імпульсів високої частоти. Це наслідок застосування великого об'єму в генераторі: рівень на вході елемента змінюється дуже повільно і він, перебуваючи в «невизначеному» стані встигає кілька разів переключитися. Ех, тут би найкраще замість ЛА3 застосувати тригери Шмідта - К555ТЛ3, але під рукою її немає. Тому довелося на вихід тактового генератора напаяти інтегруючу ланцюжок з двох конденсаторів і резистора - вона трохи «валить» фронти, очищаючи їх від «дзвону».

І ось довгоочікувані «червоний - жовтий - зелений». Ура! Працює!

Пробуємо запуститися на батарейках ... І тут засідка: свіжі DURACELL видають в сумі 6,65 В - забагато для 155/555 серії. Перевіряємо - лічильник починає збиватися. Довелося переробити ланцюг харчування, включивши батарейку теж через стабілізатор живлення. В процесі вимірюємо і споживаний струм - менше 100 мА, і в цілях економії замінюємо потужний 7805 на малопотужного «братика» 78L05.

Все, тепер можна закривати корпус.

Світлофор ставиться «на прогін» до ранку, а ми починаємо виготовляти «Світлофорчики». У макеті Т-подібне перехрестя. За нашим задумом потрібно 5 світлофорів: по одному в кожному напрямку на одну вулицю, один на примикає проїжджу частину і два на пішохідний перехід.

Для Світлофорчики виготовляємо маленькі хустки з обрізків макетної плати. Аня запаює туди резистори, що гасять, дроти і світлодіоди. Як стійок відмінно підійшла соломка для газованої води - дроти проходять всередині неї.

Тепер залишилося дочекатися наступних вихідних.

І так, в суботу йдемо з нею на гурток, де вона робить макет з перехрестям. Макет поки ще «сирий» - білий пінополістирол: будівлі ще не розфарбовані, вікон немає, дерева «не посаджу» - саме час встановити світлофори. Розмічаємо точки, робимо отвори і вклеиваем Світлофорчики.

Провід пропускаємо знизу і зводимо їх в одну точку, де буде встановлена ​​плата з клемами, для підключення блоку управління. Після закінчення, «клеммник» буде «замаскований» під кіоск.

Допомагаю зачистити дроти, визначаємо на якому світлофорі які кольори повинні горіти і в цій же послідовності Аня розпаювати дроти.

Підключаємо проводи від блоку, включаємо харчування ... Макет ожив! В одному напрямку червоний, в іншому зелений, пішоходам поки стояти - їм теж червоний. Потім всім жовтий і кольори змінюються ... Перехрестя став регульованим!