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 or, nebo XOR. To je natolik bežná funkce, že se prodává obvod, který ji bez problémů realizuje. Světla svítí (a) Motor běží (b) Zařízení píská (y) NE NE NE NE ANO ANO ANO NE ANO ANO ANO NE Tab. 1: Pravdivostní tabulka podle zadání Popis zapojení Pro realizaci funkce XOR jsem zvolil integrovaný obvod 400N. 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 D viz. obrázek 1 přímo ze vstupních vodičů. Zařízení je vždy spojeno s kostrou automobilu 1 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 400 jako na jeho napájecích vstupech proto jsou stejného typu jako D1 a D. 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 katalogovým 2 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 1 Ucc 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 2Ucc s napětím na vstupu THRES (threshold práh) a pokud je napětí ze 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 při- 2 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.
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 2 Ucc a obvod RS není vynulován, pak napětí klesá až na hodnotu 1 Ucc, kdy je obvod RS opět nastaven a celý děj se opakuje. Na výstupu OUT je pak opakovaný obdélníkový signál, který je filtrován kondenzátorem C, který zároveň chrání výstup před zkratováním přes nízký odpor sluchátka. 4 Plošné spoje Obrázek : Pohled ze strany plošných spojů se použije, pokud se spoje překreslují na měď. Z Eaglu jej získáme v CAM procesoru zatržením volby mirrored. Obrázek 4: Pohled ze strany součástek ( skrz desku ) 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. : Deska plošných spojů pohled ze strany spojů Obr. 4: Deska plošných spojů pohled ze strany součástek Obr. 5: Osazovací plán 5
Součástka Hodnota Popis C1 100n Keramický kondenzátor C2 100n Keramický kondenzátor C 100u Elektrolytický kondenzátor D1 1N4007 Běžná usměrňovací dioda (Lze užít i jiný typ.) D2 1N4007 Běžná usměrňovací dioda D 1N4007 Běžná usměrňovací dioda D4 1N4007 Běžná usměrňovací dioda IC1 NE555N Časovač 555 IC2 400N Obvod realizující klf. XOR Q1 BC548B Univerzální NPN tranzistor (Lze užít i jiný typ.) R1 10k Odpor R2 10k Odpor R 22k Odpor R4 5k1 Odpor R5 5k1 Odpor SP1 Sluchátko ze starého modemu Tab. 2: Seznam součástek Obr. 6: Fotografie hotového zabudovaného zařízení 6