Hlídač světel automobilu Jan Perný 24.07.2006 www.pernik.borec.cz
1
Úvod
Protože se u nás stalo povinným celoroční svícení a za nedodržení tohoto nařízení hrozí poměrně vysoké sankce, požádal mě bratr, abych mu udělal něco, co bude pískat, aby nezapomínal rozsvítit světla. Požadavek zněl, pokud zapnu motor a nezapnu světla, bude to pískat. Navíc to bude pískat i pokud motor vypnu a nechám zapnutá světla.
1
2
Řešení problému
Pískání není velkým problémem, stačí jednoduchý astabilní klopný obvod s časovačem 555, který je nutno nějak zapínat. Pokud se podíváme na pravdivostní tabulku 1, zjistíme snadno, že se jedná o kombinační logickou funkci nonekvivalence, y = a · b + a · b, (1) zvatou též „exclusive orÿ, nebo „XORÿ. To je natolik bežná funkce, že se prodává obvod, který ji bez problémů realizuje. Světla svítí (a) NE NE ANO ANO
Motor běží (b) Zařízení píská (y) NE NE ANO ANO NE ANO ANO NE
Tab. 1: Pravdivostní tabulka podle zadání
3
Popis zapojení
Pro realizaci funkce „XORÿ jsem zvolil integrovaný obvod 4030N. Řadu 4000 jsem volil kvůli velikosti napájecího napětí, které se u této řady může pohybovat v širokém rozsahu (cca 5 až 20V). Automobilová baterie poskytuje napětí 12V, ale je nutno počítat s jistým kolísáním. Napájení zařízení je realizováno pomocí diod D1 a D3 viz. obrázek 1 přímo ze vstupních vodičů. Zařízení je vždy spojeno s kostrou automobilu1 a přes jednu z diod paralelně ke světlům nebo k zapalování, takže pokud je alepoň jeden z těchto okruhů pod proudem, je napájeno i zařízení. Diody navíc oddělují okruh světel a okruh zapalování. Diody D2 a D4 zajišťují stejný úbytek napětí a stejné zpoždění signálu na signálních vstupech obvodu 4030 jako na jeho napájecích vstupech proto jsou stejného typu jako D1 a D3. Odpory R4 a R5 zajišťují definovaný stav vstupů obvodu pokud neteče přes diody D2 anebo D4 proud. Zbylé nevyužité vstupy obvodu jsou spojeny přímo s kostrou, aby byl zaručen definovaný vstupní signál a obvod neměl díky náhodnému překlápění úrovní v důsledku svodových proudů zvýšený odběr. Výstup logického hradla ovládá tranzistor Q1 sloužící jako spínač sirénky s časovačem 555. 1
U většiny automobilů je zde připojen záporný pól baterie.
2
Obr. 1: Schéma zapojení Zapojení obvodu 555 je běžným katalogovým2 zapojením astabilního klopného obvodu, ale i přesto, nebo možná právě proto, se zde pokusím poněkud osvětlit jeho funkci. Nejprve k funkci samotného obvodu 555 na obrázku 2: Obvod dostal své označení podle trojice odporů R = 5kΩ a které tvoří dělič napětí. Výstupní napětí děliče 31 U cc je porovnáno v komparátoru s napětím na vstupu TRIG (trigger – spoušť) a pokud je napětí z děliče vyšší, je obvod RS nastaven (s značí set). Zároveň se porovná výstupní napětí děliče 2 U cc s napětím na vstupu THRES (threshold – práh) a pokud je napětí ze 3 vstupu vyšší, je obvod RS vynulován (r značí reset). Vynulování má přednost před nastavením. Vstup CONT (control – řízení) umožňuje přivést další napětí, které pozmění funkci obvodu, což se v našem případě nedělá. Vstup RESET vynuluje obvod RS a má přednost před ostatními vstupy. Výstup klopného obvodu RS je k dispozici na výstupu OUT (output – výstup) a jeho negovaná verze ovládá výstupní tranzistor s otevřeným kolektorem DISCH (discharge – vybíjení). Pokud je obvod RS nastaven, je na výstupu OUT log. jednička a tranzistor je zavřen, což znamená, že do DISCH neteče proud. Nyní k našemu zapojení: Vstupy TRIG a THRES jsou spojeny a při2
Při překreslování schematu z papíru do počítače se vloudila malá chybička a odpor R2 je zapojen jinak, než v původním návrhu, ale na funkci to má v tomto případě jen zanedbatelný vliv. Popis funkce jsem upravil, aby vyhovoval obrázku.
3
Obr. 2: Vnitřní zapojení obvodu 555 pojeny na kondenzátor C1, který se, pokud je obvod RS nastaven, nabíjí přes odpor R1. Pokud je obvod RS vynulován, vybíjí se kondenzátor C1 přes odpor R2 a otevřený kolektor tranzistoru DISCH. Napětí na kondenzátoru tak nejprve roste, dokud nepřesáhne 23 U cc a obvod RS není vynulován, pak napětí klesá až na hodnotu 13 U cc, kdy je obvod RS opět nastaven a celý děj se opakuje. Na výstupu OUT je pak opakovaný obdélníkový signál, který je filtrován kondenzátorem C3, který zároveň chrání výstup před zkratováním přes nízký odpor sluchátka.
4
Plošné spoje
Obrázek 3: Pohled ze strany plošných spojů se použije, pokud se spoje překreslují na měď. Z Eaglu jej získáme v CAM procesoru zatržením volby „mirroredÿ. Obrázek 4: Pohled ze strany součástek („skrz deskuÿ) se použije při výrobě fotocestou. Obrazec se vytiskne a přilepí potištěnou stranou na měď. Obrázek 6: Fotografie zachycuje první verzi plošného spoje, kde byly neznámé diody, které při testech vzaly za své, nahrazeny jinými většími. Navíc se objevila chyba způsobená při překreslování schématu z papíru do počítače zapomenutím jednoho propojení, proto je použita drátová propojka. 4
Obr. 3: Deska plošných spojů – pohled ze strany spojů
Obr. 4: Deska plošných spojů – pohled ze strany součástek
Obr. 5: Osazovací plán
5
Součástka C1 C2 C3 D1 D2 D3 D4 IC1 IC2 Q1 R1 R2 R3 R4 R5 SP1
Hodnota 100n 100n 100u 1N4007 1N4007 1N4007 1N4007 NE555N 4030N BC548B 10k 10k 22k 5k1 5k1 –
Popis Keramický kondenzátor Keramický kondenzátor Elektrolytický kondenzátor Běžná usměrňovací dioda (Lze užít i jiný typ.) Běžná usměrňovací dioda Běžná usměrňovací dioda Běžná usměrňovací dioda Časovač 555 Obvod realizující klf. XOR Univerzální NPN tranzistor (Lze užít i jiný typ.) Odpor Odpor Odpor Odpor Odpor Sluchátko ze starého modemu Tab. 2: Seznam součástek
Obr. 6: Fotografie hotového zabudovaného zařízení 6
