Electronica Azi - HOBBY

NOIEMBRIE, 2012 ­ NUMĂR PILOT

Low power RGB controller Pagina 8

Protecție stație de amplificare

Prima ediție POLIfest a fost de succes: a atras un număr mare de elevi, viitori studenți, la evenimentele din acest an și a stârnit multe discuții interesante printre participanți.

Pagina 12

Kit didactic Soluţie pentru începători

FT232 – Convertor Serial – USB

Scopul acestei platforme este de a oferi începătorilor mijloacele necesare formării unor deprinderi eficiente și corecte de programare.

Electronica Azi HOBBY: O nouă abordare

EDITORIAL

Experimentum est mater studiorum Studenții care învață să fie ingineri trebuie să știe că, cel puțin în electronică și sisteme aplicate, expresia latină, Repetitio est mater studiorum, trebuie extinsă la Experimentum est mater studiorum.

Nimic nu este mai important pentru cariera unui viitor inginer ca practica. Desigur, pregătirea teoretică este la fel de importantă - fără ea, succesul unui proiect hardware este mult mai puțin probabil, dacă nu imposibil.

Din punctul meu de vedere, planul de educare tehnică al unui student trebuie să pornească de la aplicații simple − se folosesc platforme și/sau circuite propuse de alții pentru a beneficia de experiența lor. Inițial se lucrează pe circuite gata asamblate, dar acest lucru nu aduce valoare de învățare decât pentru scurt timp.

Următorul pas pentru dobândirea competenței ar trebuie să fie experimentarea pe circuite semi-asamblate, realizarea circuitelor pe scheme și layout-uri realizate de alții.

Pe măsură ce studentul capătă experiență, ar fi ideal să treacă la proiectarea propriilor circuite, și de aici să înceapă adevăratul proces de învățare și creație, indispensabil un inginer bun.

Un exemplu bun pentru importanța aplicațiilor practice și, mai ales, pentru valoarea perseverenței în inginerie e povestea unei echipei de studenți pe care am coordonat-o.

Aceștia au implementat un robot destinat competiților de robotică tip line-follower, iar modelul inițial al robotului nu a plecat de la linia de start la primul concurs.

A doua variantă a câștigat însă locul al III-lea la competiția națională Oradea line-follower.

A treia variantă a ieșit pe locul I la etapa națională a celei mai mari competiții de robotică din România Robochallenge.

La fiecare etapă, noua versiune a avut mai puține componente cumpărate de-a gata, iar montajele realizate în laborator au devenit din ce în ce mai compacte și mai fiabile.

Este interesant de observat modul în care au evoluat circuitele proiectate de studenții mei − cât de elegantă a ajuns, dar și cât de performantă și fiabilă este varianta a patra. Despre toate aceasta o să revin însă cu un articol în ediția următoare a revistei. Până atunci, vă invit să vă jucați cu circuitele propuse de numărul actual al revistei și să citiți mai ales articolul despre Titan32. Vă va face să vă EAH gândiți mai mult la microcontrolere. Have fun!

Daniel Rosner http://eap.cs.pub.ro

Electronica Azi HOBBY • Noiembrie, 2012 • Număr Pilot

Kitul didactic Titan32 Soluţie pentru începători

Utilitatea și versatilitatea microcontrolerelor captează din ce în ce mai multe persoane, printre care numeroși tineri. Astfel a apărut o cerere mult mai mare de soluții care să faciliteze învățarea utilizării și programării cu microcontrolere. În momentul actual există numeroase soluții, ele variind din punct de vedere al performanței și a facilităților oferite, al prețului, al scalabilității și al suportului oferit.

Printre variantele disponibile unui începător sau pentru proiecte cu o complexitate medie se numară și kitul didactic Titan32. Acesta este o alternativă open source la platformele existente pe piață și a fost realizată de către Adrian Cristea, student la Universitatea POLITEHNICA din București. Scopul acestei platforme este unul didactic și anume de a atrage cât mai mulți tineri către acest domeniu și de a le oferi acestora mijloacele necesare formării unor deprinderi eficiente și corecte de programare.

Pentru a realiza acest lucru, față de alte plăci de dezvoltare existente pe piață, aceasta se deosebeşte prin folosirea unor componente THT de uz general pentru a ușura procesul de fabricație și pentru a conduce la un preț scăzut. Totodată, a fost pus accent pe modul de proiectare pentru ca sursele proiectului să poată fi folosite ca un exemplu de bune practici pentru dezvoltarea unui circuit electronic.

După cum spune și denumirea sa, pentru ca acest kit să poată fi folosit în scopuri educaționale trebuie ca utilizatorii să poată avea la dispoziție numeroase noțiuni teoretice și practice despre cum se programează un microcontroler, să existe o comunitate numeroasă de utilizatori care să poată oferi biblioteci, diverse exemple de aplicații, suport în cazul în care este necesar dar și idei noi care să poată fi baza unor viitoare proiecte. Pe lângă aceste lucruri, era necesar ca mediul de programare să fie gratuit, iar limbajul de programare să fie 4

unul popular. Din aceste considerente Titan32 a fost construit în jurul unui microcontroler din familia megaAVR, Atmega32.

Astfel, nivelul de abstractizare al aplicațiilor dezvoltate este unul redus, se poate opera direct cu regiștri microcontrolerului și în acest mod pot dobândi deprinderi corecte și eficiente de programare, utilizând eficient resursele puse la dispoziţie de acest dispozitiv.

DESCRIERE Kitul didactic este construit din 7 blocuri funcționale: • Microcontrolerul pe 8 de biți Atmega32 (Figura 1.1) care oferă următoarele facilități: frecvența maximă de funcționare de 16 MHz, memorie flash programabilă de 32 KB, 32 de linii de intrare/ieșire programabile, 2 timere de 8 biți și unul de 16 biți, 4 canale PWM, interfață serială, interfață SPI, oscilator intern RC, 8 convertoare analog-digitale de 10 biți, întreruperi interne și externe,

interfaţă ethernet, 32 de regiștri de uz general, ș.a. Toate aceste caracteristici fac din acest microcontroler unul potrivit pentru o gamă largă de proiecte cu o complexitate scăzută și medie.

• Alimentarea circuitului (Figura 1.2) se poate realiza cu ajutorul unei mufe de alimentare sau cu ajutorul unui conector cu șurub. Pentru a putea oferi o flexibilitate și o stabilitate mai mare în ceea ce privește alimentarea, tensiunea de alimentare poate fi cuprinsă între 7V și 20V, iar curentul consumat poate avea valoarea maximă de 1A datorită utilizării circuitului integrat LM7805. Acesta este un regulator de tensiune care asigură o tensiune constantă de 5V întregului circuit (pentru o tensiune de alimentare cuprinsă între 7 și 20V).

Pentru a se evita conectarea inversă a alimentării circuitului în mod accidental, a fost adăugată o diodă în serie cu sursa de tensiune, iar pentru a se putea realiza modificarea stării circuitului precum și

Electronica Azi HOBBY • Noiembrie, 2012 • Număr Pilot

APLICAŢII - MCU indicarea stării sale, acesta este dotat cu un mic întrerupător și un LED. • În Figura 1.3 este ilustrat modul de realizare al alimentării microcontrolerului. Pentru realizarea acestui lucru sunt folosite trei condensatoare care au rolul de a filtra eventualele zgomote sau perturbații ale circuitului și de a asigura o tensiune constantă unității de procesare. Cu toate că acest microcontroler are un oscilator intern de tip RC care funcționează la o frecvență destul de ridicată, a fost adăugat și un oscilator extern de 16 MHz care asigură un semnal de ceas mai rapid și mai exact decât cel al oscilatorului intern.

folosește un programator și o interfaţă ISP (In-System Programming – Figura 1.4).

Această interfață are 6 pini: de alimentare (+5 și GND), de reset, de date MISO (Master Input, Slave Output) și MOSI (Master Output, Slave Input) și un pin de sincronizare (SCK). În procesul de programare unul din cele două dispozitive va fi Master și celălalt Slave, pe pinul SCK se transmite un semnal de ceas de către Master pentru ca ambele dispozitive să fie sincronizate, iar programul este transmis pe cele două linii de date. În urma acestui proces, la fiecare alimentare a microcontrolerului acesta va rula programul cu care a fost programat.

Figura 1 – Schema electronică a kitului didactic Titan32.

El este necesar pentru cazurile în care se dorește funcționarea la o frecvență mai mare cu perioade de timp bine definite și pentru a se putea realiza o comunicație sincronizată cu alte dispozitive. Pentru cazul în care se dorește repornirea programelor, circuitul dispune și de un buton de reset conectat între pinul corespunzător al microcontrolerului și masă. Comanda primită de acest dispozitiv funcţionează pe logica negativă, iar pentru a evita comenzile false este folosită o rezistență de pull-up conectată către alimentarea circuitului.

• Acest kit didactic poate fi programat în două moduri. Primul mod cel în care se

• În figura 1.5 este ilustrat un conector USB de tip B cu care kitul este echipat și cu ajutorul căruia se poate realiza alimentarea și comunicarea cu alte dispozitive folosind acest protocol, dar și al doilea mod de programare a platformei. Dacă microcontrolerul are un bootloader instalat anterior, procesul de scriere a programului în memoria acestuia poate fi simplificat folosind interfaţa USB și nemainecesitând un programator. Acest proces are loc la pornirea kitului, atunci când bootloaderul pornește și în cazul în care detectează un cablu USB conectat așteaptă primirea programului. Când primește un program îl

scrie la o adresă de memorie disponibilă, iar în cazul în care acest lucru nu se întamplă se execută programul care a fost deja scris la acea adresă de memorie.

• Pentru ca microcontrolerul să poată comunica cu alte dispozitive poate fi folosită și interfața seriala (Figura 1.6). În momentul de față puține calculatoare moderne mai dispun de un conector DB9 și din această cauză pentru realizarea conexiunii a fost preferată folosirea unui pinheader cu 3 pini: TX, RX și GND pe care se poate efectua transmiterea și recepționarea datelor și se poate stabili un nivel de referință comun al tensiunii. Pentru a vedea și fizic că procesul de transmitere și recepționare al informațiilor funcţionează, circuitul are în componența sa și două LEDuri conectate la liniile pe care se realizează comunicarea.

• Kitul didactic a fost conceput pentru a putea fi folosit într-un sistem modular și pentru a putea fi încorporat în alte sisteme mai complexe. Astfel, placa dispune de 4 pinheader-e (Figura 1.7) care sunt conectate la cei 32 de pini programabili ai microcontrolerului dar și la pinii de alimentare. Cu ajutorul acestora pot fi adăugate alte module cu funcții diferite pentru ca întregul ansamblu să poată efectua operații mai complexe (ex: conectarea supraetajată a unei plăci pentru senzori, a plăcii Titan32 și a unui driver de motoare de curent continuu pentru realizarea unui robot).

Pe lângă aceste părți funcţionale, placa mai dispune și de un LED conectat la unul din pinii microcontrolerului cu ajutorul unui jumper pentru a se putea realiza cu ajutorul unui program simplu testarea integrității și a bunei funcţionări a platformei didactice.

PCB Partea fizică a circuitului (Figura 2) a fost concepută astfel încăt să poată fi realizată și acasă de către persoane fără multă experiență și pentru a fi un exemplu de bune practici în design. Pe lângă faptul că poate fi folosită în diverse proiecte, unul din scopurile principale al dezvoltării ei a fost ca aceasta să poată fi utilizată în scop didactic, pentru ca un începator să o poată realiza acasă, sa înteleagă modul ei de funcționare și să o poată folosi ușor și eficient. Din aceste motive componentele folosite sunt de tip THT, pad-urile și traseele sunt groase, fără unghiuri drepte, sunt prezente via-uri doar în locurile unde nu a existat o alternativă, iar majoritatea traseelor sunt pe partea inferioară. De asemenea, placa dispune și de trei găuri de fixare, iar dimensiunea ei este una redusă (aproximativ 75 × 82 mm) 5

Electronica Azi HOBBY • Noiembrie, 2012 • Număr Pilot

acestui kit, pot fi construiți roboți cu o complexitate medie: line follower, mini sumo, sumo etc. Pentru realizarea lor mai este necesară conectarea senzorilor la pinheader-ele de extensie sau la un alt modul care se poate conecta cu Titan32 și conectarea unui driver pentru motoare care să poată asigura puterea necesară pentru buna funcționare a acestora.

SURSE Kitul didactic Titan32 are sursele „open source” pentru ca oricine sa aibă acces la ele, pentru a-l putea construi și utiliza la aplicațiile pe care dorește să le realizeze.

Aceste surse, precum și cele ale altor module care pot fi conectate la placa prezentată pentru a forma un ansamblu ce poate efectua funcții mai complexe pot fi găsite și descărcate de la adresa de internet: http://eap.cs.pub.ro/w/?page_id=814. Tot la această adresă se pot obține informații suplimentare despre modul de fabricare și funcționare, se pot obține exemple simple de aplicații precum și indicații despre modul de programare. n Figura 2 – Circuit PCB. pentru a putea fi încorporată în proiecte mai complexe care necesită de asemenea un spațiu consumat mic.

Oscilatorul intern adăugat circuitului a fost montat căt mai aproape de microcontroler pentru ca semnalele de ceas transmise să fie cât mai puțin afectate de către zgomote.

Pinheader-ele cu care se poate realiza conexiunea cu alte module sunt de tip mamă, au o lungime mare a pinilor și au fost dispuse într-un mod standard pentru ca interconectarea să se poată realiza rapid și ușor în mod supraetajat.

APLICAȚII Aplicațiile care pot fi realizate cu acest kit didactic au o diversitate mare. După cum a fost mentionat anterior, acest kit poate fi folosit atât în scop didactic cât și pentru construirea unor roboți. Astfel se pot forma deprinderi corecte despre cum se pot citi valorile unor senzori analogici sau digitali, despre cum se pot comanda niște LED-uri pentru afișare sau chiar un ecran LCD, cum funcționează timer-ele pentru a efectua diverse operații la anumite interval de timp, cum se comandă corect motoare de curent continuu sau cum se modifică corect culoarea unor LED-uri RGB cu ajutorul canalelor PWM, cum se poate determina frecvența unui semnal exterior, cum se folosește interfața serială sau cea SPI pentru a comunica cu alte dispozitive, ș.a.

Atunci când se adaugă și alte module 6

Adrian Cristea

Electronica Azi HOBBY • Noiembrie, 2012 • Număr Pilot

APLICAŢII - USB

FT232

Convertor Serial – USB În ultima perioadă tot mai puține calculatoare dispun de o interfață serială prin care să poată comunica cu microcontrolere. În schimb, datorită popularității protocolului USB, acesta reprezintă o soluție viabilă pentru a realiza comunicarea și pentru a o înlocui pe cea serială.

Un mod accesibil de a face acest lucru posibil îl reprezintă folosirea convertorului USB – Serial FT232RL (figura 1).

Figura 1 Schema electronică a convertorului USB – Serial

Figura 2

Acesta realizează conversia de tensiune pentru protocolul USB, poate transfera datele folosind nivele TTL ale tensiunii cu o rată de

transfer cuprinsă între 300 baud și 3 Mbaud, iar interfața sa UART suportă 7 sau 8 biți de date, unul sau doi biți de stop și biți de paritate. El are doi pini (CBUS0 și CBUS1) la care se pot conecta led-uri pentru a se putea observa când se realizează comunicarea între module. Datele sunt transferate între FT232 și USB cu ajutorul pinilor USBDM și USBDP, iar pentru transmiterea lor către dispozitivul care comunică serial se folosesc pinii TXD și RXD. Alimentarea acestui circuit se realizează cu ajutorul mufei USB (care are conectate 2 condensatoare cu rolul de a filtra zgomotele) iar pentru conectarea cu microcontrolerul este folosit un pinheader mamă cu 3 pini: TX, RX și GND. Acest circuit are o dimensiune redusă de aproximativ 55 x 23 mm (figura 2), el putând fi ușor integrat într-un proiect mai complex fără a reprezenta o problemă în privința spaţiului consumat. De asemenea, conectarea și deconectarea lui se realizează rapid, necesitând conectarea a două cabluri: cel USB și cel pentru comunicare serială. n Adrian Cristea Pentru a putea realiza comunicarea și conversia datelor trebuie ca pe calculatorul cu care se realizează conexiunea să fie instalate driverele de la următoarea adresă de web: www.ftdichip.com/Support/Documents/Ins tallGuides.htm Sursele le puteti găsi la adresa de internet: http://eap.cs.pub.ro/w/?page_id=818 7

Electronica Azi HOBBY • Noiembrie, 2012 • Număr Pilot

Low power RGB controller Proiect hobby

Suntem doi studenți la Automatică. Cu pasiune pentru electronică, programare și muzică, ne-am hotărât să încercăm realizarea unui gadget care să le reuneasă pe toate. Astfel, folosind tehnica de PWM distribuit, ping-pong buffering, FFT, ceva programare .NET și de AVR, am reușit să ne îndeplim scopul. Cum ne-au ajutat cele enumerate mai sus, citiți în continuare.

Proiectul a pornit din dorința de a încerca ceva nou, pentru a învăța.

Când am avut ocazia să experimentăm cu un anumit driver de LED-uri (folosit aici), ne-am gândit să vedem cât de departe poate duce un astfel de proiect.

Rezultatul ne-a depășit așteptările și de aceea dorim să împărțim şi cu voi, cititorii,

un gadget amuzant. După aprinderea câtorva LED-uri, prima idee a fost adăugarea controlului intensității luminii (PWM), apoi a schimbării secvențiale a acesteia (frame-uri) în așa fel încât tranziția să fie cursivă. Am căutat astfel de soluții pentru crearea simplă dar și eficientă a acestora (suport pentru crearea de

Figura 1 – Schema electronică Low power RGB controller.

8

animații) și, în cele din urmă, am renunțat la LED-urile albe folosite la teste în favoarea celor RGB și am trecut la controlul prin intermediul calculatorului după un element dinamic al mediului.

La întrebarea “Care este acel element?” răspunsul a venit de la sine destul de repede: după sunet.

Electronica Azi HOBBY • Noiembrie, 2012 • Număr Pilot

APLICAŢII - LED IMPLEMENTARE Abordarea proiectului a implicat, bineînțeles, două părți: o parte electronică (fizică) şi una de programare (virtuală).

Realizarea fizică ține de electronică și aplicarea ei într-un mod elegant. Sigur, se poate face ceva similar folosind un Arduino și câteva shield-uri, eventual un breadboard și totul să fie conectat prin 1245423 fire și să semene cu ce rezultă din eviscerarea cu un fierăstrău a lui C3PO. Noi am decis să lucrăm elegant, integrat și ieftin.

Driverul folosit, M5450, poate conduce 34 de canale limitate intern la 15mA, comunicarea cu sursa de date fiind realizată serial prin doar doi pini - clock și data. Rezultatul a fost o plăcuță de doar 60 × 80 mm ce pune aproape totul la dispoziție.

Alimentarea este flexibilă, avem posibilitatea selecției modului de funcționare, posibilitatea reprogramării microprocesorului, ieșirea serială pentru comunicarea cu calculatorul, și nu în ultimul rând, cei doi conectori IDC, ce asigură conexiunea pentru fiecare LED în parte.

Partea de programare a fost nevoită să utilizeze la maxim sistemul fizic, urmărind ca prim obiectiv eficiența.

Aplicația (care este open-source) este scrisă în C#, folosește biblioteca de procesare a sunetului Bass.NET, și este oferită ca exemplu de utilizare pentru comunicarea cu dispozitivul. Ea poate fi modificată conform nevoilor sau dorințelor utilizatorului (spre exemplu, maparea LED-urilor după instrumente, nu după frecvență).

TEHNICI FOLOSITE Deoarece driver-ul este limitat la o frecvenţă maximă de 500kHz, optimizarea codului pe microcontroler a inclus următoarele tehnici:

• Ping-pong buffering (page flipping): presupune folosirea a două buffere pentru prelucrarea și afișarea datelor. Cât timp se “scrie” într-unul din buffere, celălalt este afișat, iar când scrierea este gata, doar se inversează pointerii celor 2 buffere, evitând copieri de date ineficiente.

• PWM distribuit: spre deosebire de PWM-ul clasic, care împarte un ciclu în 2 secvenţe bine delimitate: cea de nivel ‘1’ logic și cea de ‘0’ logic, PWM-ul distribuit

Pentru prelucrarea sunetului în aplicația de pe calculator: • Fast Fourier Transform (FFT), cea mai răspândită familie de algoritmi de prelucrare a datelor, folosită aici pentru a transforma sunetul produs de calculator în date utile pentru prelucrarea și transformarea în coordonate a culorilor.

Pentru asta am folosit biblioteca Bass.NET (explicația pentru splash - screen-ul de la pornirea aplicației).

intercalează cele 2 secvenţe pentru a simula o frecvenţă mai mare. Astfel, într-un ciclu va fi o secvenţă de ‘1’ și ‘0’ completată cu o secvenţă constantă în funcție de factorul de umplere. Spre exemplu: pentru un ciclu cu rezoluție de 3 biți și un factor de umplere de 5/8, ordinea finală în ciclu va fi: ‘1010 1011’.

LED-urile O provocare importantă a fost alegerea LED-urilor deoarece nu putem să nu ținem cont de caracteristica curent-tensiune.

Aceasta diferă în funcție de puterea consumată, și chiar având LED-uri de aceeași putere, caracteristica este diferită la culori diferite ale LED-urilor.

9

Electronica Azi HOBBY • Noiembrie, 2012 • Număr Pilot

Fiecare opțiune pentru LED-uri ar fi pus probleme la tensiunea de alimentare și curentul suportat de fiecare LED în parte, placa nu ar fi putut fi făcută într-o variantă de uz general întrucât rezistențele trebuiau calculate pentru fiecare culoare în parte pentru a asigura redarea corectă a combinațiilor de culori.

Am eliminat această problemă prin folosirea benzilor de LED-uri RGB, tot mai răspândite în comerț.

Avantajele aduse de acestea sunt multiple au alimentare fixă la 12V, au rezistențele incluse pe bandă, iar conectarea implică 4 pini - anodul comun legat la alimentare și 3 pini pentru fiecare culoare conducând și la o conectare favorabilă. Fiecare conector IDC găzduiește 20 de conexiuni împărtițe în 5 grupuri ce se conectează direct la banda cu LED-urile RGB. Driverul doar limitează curentul la 15mA pe canal asigurând flexibilitate în alimenta-

rea LED-urilor. Prin mufa de alimentare putând fi conectat orice alimentator între 5 și 30V, minim 600mA. Prin conectorul cu șurub, tensiunea este stabilizată la 12V. FUNCŢIONARE În varianta actuală, “free-running”, jocul de lumini se alege din comutatorul cu opt poziții prezent pe placă. În varianta conectată la calculator, jocul de lumini va fi sincronizat cu frecvențele sunetului venite de la sursa selectată. Aplicația de calculator asigură comunicarea cu placa, permite alegerea culorilor de variație și intervalul frecvențelor pentru fiecarui glob în parte.

Interfața plăcii dispune de 3 pini de intrare pentru comunicarea serială și este nevoie de un convertor serial pentru conectarea între calculator și placă. Modificarea luminozității LED-urilor poate fi făcută direct de pe placă, prin potențiometrul legat la pinul de brightness al driverului de LED-uri.

ÎMBUNĂTĂȚIRI VIITOARE Pe viitor dorim să conectăm mai multe LEDuri și să realizăm o rezoluție mai bună a culorii. Trebuie analizat dacă alegerea unui alt controler este absolut necesară.

Dispozitivul ar putea fi conectat wireless la calculator. Deoarece plăcuța expune pinii de serial ai microcontrolerului, se poate folosi orice interfață care comunică pe acest protocol. Deci, ar fi posibilă eliminarea conectării fizice dintre dispozitiv şi calculator prin intermediul unui modul wireless.

Pentru început, a fost aleasă o implementare SMD deoarece am urmărit realizarea unei variante compacte, pentru a putea fi pusă într-o eventuală carcasă.

O variantă DIP sau altă variantă cu posibilitatea conectării unor LED-uri mai puternice, până la 100mA pe canal, pot fi ușor derivate din schema curentă. n Andreea Beciu Ovidiu-Marius Alexandru

Prima ediție POLIfest a fost de succes – a atras un număr mare de elevi, viitori studenți, la evenimentele din acest an și a stârnit multe discuții interesante printre participanți.

Standul de robotică și hardware, organizat – Centru de performanță în InGinerie de Facultatea de Automatică și Calculatoare electrică: Energetică, Automatizări și în colaborare cu Facultatea de Energetică și Robotică din UPB (http://eap.cs.pub.ro), clubul RobotiqueFF, a fost în centrul respectiv Laboratorul Wonderbots atenției. Un număr mare de elevi curioși s-au (http://wonderbots.cs.pub.ro). înghesuit să afle secretele tehnologiilor din La standul de robotică a fost prezentat spatele proiectelor hardware. Cel mai mult pentru prima oară și kit-ul educațional dezau atras atenția roboții de line-follower și voltat în cadrul centrului de performanță mini-sumo; în timp ce roboții de viteză își InGEAR, pe care îl puteți găsi detaliat în exersau talentele acrobatice pentru a scoate numărul curent al revistei de hobby. Elevii cei mai buni timp pe trasee, roboții de mini- participanți la eveniment au fost curioși, au sumo își etalau forța de luptă. Roboții au pus multe întrebări, iar noi sperăm să îi fost însă doar o parte din proiectele reali- reîntâlnim curând ca studenți în inginerie – zate în cadrul laboratoarelor de pregătire cu microbul electronicii și sistemelor încorpentru concursuri hardware din cadrul ACS porate în sânge.

10

Electronica Azi HOBBY • Noiembrie, 2012 • Număr Pilot

Protecție şi stabilizator alimentare stație de amplificare audio

2 × (50 – 75)W PROTECȚIE STAȚIE DE AMPLIFICARE Descriere funcțională a schemei

Partea esențială a acestei scheme este cuplarea releului de 24V la un curent consumat de stația de amplificare ce depășește valoarea de:

unde: VBE =0,65V pentru Q1 și Q3, iar R10, R11 = 0,18Ω PCB - Protecție stație de amplificare audio 2X (50 – 75)W - partea placată

PCB - Protecție stație de amplificare audio 2X (50 – 75)W - partea plantată

PCB - Protecție stație de amplificare audio 2X (50 – 75)W - inscripţionare şi aranjarea componentelor -

Atunci Iconsumat = 3,61A, ceea ce înseamnă o putere consumată de amplificator de 126W pe canal. Pentru un randament al amplificatorului de 80% și puterea de ieșire de maximum 75W ar rezulta o putere maximă consumată de 93,75W. Dacă amplificatorul consumă 126W (ca în exemplul de mai sus) atunci există un defect sau o creştere exagerată a distorsiunilor. Această schemă de protecţie va acționa prin blocarea alimentării amplificatorului și va declanșa iluminarea LEDurilor D5 și D7 de culoare roșie.

Dacă curentul consumat pe una din ramurile de alimentare, un curent mai mare sau egal cu Iconsumat din exemplul de mai sus, atunci Q3 respectiv Q1 se deschid determinând prin D3 respectiv Q4 și D1 deschiderea tiristorului Q2 și mai departe anclașarea releului de 24V, care la rândul său blochează alimentarea amplificatorului. În funcționare normală, LED-urile de culoare verde D4 și D6 iluminează.

Figura 1 – Schema electronică protecție stație de amplificare audio

12

STABILIZATOR ALIMENTARE STAȚIE DE AMPLIFICARE Descriere funcțională a schemei Acest stabilizator menține constantă tensiunea la ieșire pentru un curent pe ramură de 2,5A și o tensiune reglabilă în plaja (25 – 30)V. Este un stabilizator cu amplificator de eroare și comparator realizat cu Q3 respectiv Q4. Ca element stabilizator de referință se folosesc diodele stabilizatoare de tensiune D2 respectiv D1. Tranzistoarele Q8 respectiv Q7 sunt utilizate pe post de generator de curent constant de aproximativ 28,67mA și admițând un curent prin dioda D2 respectiv D1 de 14mA, atunci curentul prin baza tranzistorului Q6 (respectiv Q5) va fi de aproximativ 14mA. Grupul de tranzistoare Q1 și Q6 respectiv Q2 și Q5 sunt în montaj Darlington cu factorul de amplificare în curent de βQ6 × βQ1 respectiv βQ5 × βQ2.

PCB - Stabilizator stație de amplificare audio 2X (50 – 75)W - partea placată

PCB - Stabilizator stație de amplificare audio 2X (50 – 75)W - partea plantată

Electronica Azi HOBBY • Noiembrie, 2012 • Număr Pilot

APLICAŢII - ANALOG Tranzistoarele Q1 și Q6 respectiv Q2 și Q5 au un factor minim de amplificare în curent de β = 20, deci factorul total pentru montajul Darlington este βtot = 400.

Curentul de ieşire din fiecare ramură este Iieş =14mA × βtot=14×10-3×400 =5,6ª deci curentul de ieșire maxim este asigurat.

PCB - Stabilizator stație de amplificare audio 2X (50 – 75)W - inscripţionare şi aranjarea componentelor -

Figura 2 Stabilizator stație de amplificare audio.

Factorul de amplificare în curent pentru: Q1 şi Q2 minim 20 Q5 şi Q6 minim 20 Q3 şi Q4 minim 100 Radiatoarele pentru Q1 şi Q2 vor avea minim 100 cm2

DESCRIEREA FUNCŢIONALĂ A ÎNTREGULUI SISTEM Pentru a înţelege cum funcţionează întregul montaj, va trebui să ne imaginăm la intrare în schema din figura 1 - adică punctele notate în schemă cu 25V~/3A (sus), GND 0V şi 25V~/3A ( jos) - conectarea unui transformator cu primarul 230Vca şi secundarul diferenţial (adică înfăşurare secundară cu priză mediană şi în antifază faţă de mediană) cu tensiunea de 2×25Vca la un curent de ieşire de 3A pe fiecare ramură.

Puntea redresoare D8 are pe fiecare diodă internă montat în paralel câte un condensator notat în schemă C3, C4, C5 şi C6 pentru diminuarea perturbaţiilor ce se pot propaga la intrarea de semnal mic a amplificatorului ce urmează a fi alimentat.

Rezistorii R16, R17 sunt montaţi pentru descărcarea condensatoarelor de filtraj C1 respectiv C2 la decuplarea de la reţeaua de alimentare (230Vca).

Calcularea valorii condensatoarelor de filtraj C1, C2 este următoarea:

riplul maxim pe care îl admitem la curentul I. Exemplu: I = 3A, f = 100Hz şi Δu = 3V, atunci: = 10.000μF. Dacă tensiunea de intrare este 25Vca atunci UCmax = 35,356V, iar la un consum de 3A tensiunea minimă pe condensatorul cu capacitatea de 10.000μF va fi de UCmin = 32,356V. O particularitate a schemei este că dacă siguranţele F1 şi/sau F2 sunt întrerupte; atunci montajul la punerea în funcţiune va aprinde LED-urile D5 şi D7 de culoare roşie şi, în acelaşi timp, nu permite alimentarea etajului următor (stabilizator figura 2) şi implicit alimentarea amplificatorului (protejarea acestuia). Ieşirea schemei din figura 1 - adică punctele notate în schemă cu +35Vout, GND 0Vout şi –35Vout se conectează la schema din figura 2 astfel: +35Vout cu +35V/3A, GND 0Vout cu GND şi –35Vout cu –35V/3A. Potenţiometrele semireglabile R9 şi R10 sunt utilizate pentru reglarea tensiunii de ieşire în limitele (25 ÷ 30)V. Calculul tensiunii de ieşire este următorul: - Pentru ramura de +(25 ÷ 30)V/2,5A avem:

- Pentru ramura de –(25 ÷ 30)V/2,5A avem: unde: I este curentul consumat de amplificator [A], f este frecvenţa la care lucrează condensatorul de filtraj (50Hz pentru redresarea monoaltrenanţă şi 100Hz pentru redresarea dublă alternanţă), Δu este

Valeriu Savu

Electronica Azi HOBBY • Noiembrie, 2012 • Număr Pilot

Sistem de securitate multifuncţional pentru protecţia unei locuinţe Cu aces proiect am dorit să creez o soluţie ieftină care să mă avertizeze în cazul în care în apartament s-ar întâmpla o situaţie neplăcută.

Sistemul are ca scop protecţia încăperii de: • Infractori • Incendiu • Scurgere de gaz • Scurgere de apă Prin intermediul unui telefon vechi, şi anume Siemens M65, având pinii de ieşire uşor accesibili şi un conector vechi, l-am unit la microcontrolerul Atmega8, comunicând prin interfaţă UART. De fiecare dată când datele unui senzor depăşeau limitele pe care le defineam în program, acesta suna la primul număr înregistrat în cartela SIM. Pentru această aplicaţie am utilizat următorii senzori: DS18b20, un senzor de gaz de tipul M1-02 (deoarece nu am avut posibilitatea de a-l calibra, am introdus doar o valoare de prag pentru ADC ca să-mi declanşeze alarma),

Figura 1 Schema electronică a sistemului de securitate multifuncţional.

14

un senzor magnetic la uşă şi ferestre.

De asemenea, pe plăcuţă am pus şi un buzzer cu un switch în cazul în care se doreşte utilizarea lui. Independent de senzorul care declanşează alarma, el emite un sunet de diferite frecvenţe.

Pe plăcuţa de circuit am mai pus 3 LED-uri: unul pentru power, al doilea se aprinde în cazul în care detectează telefonul (microcontrolerul transmite secvenţa de verificare a prezenţei telefonului, o dată la 2 sec) şi al treilea în cazul în care se declanşează o alarmă.

Pinii portului C al microcontrolerului i-am configurat ca pini analogici, pentru fiecare pin putând fi aplicată o limită de declanşare a alarmei. Deoarece circuitul este alimentat

la tensiunea de 5V, a fost necesar să implementez un level shifter de la 5 - 3,3V pentru pinul de transmisie a datelor către telefon.

Senzorul de temperatură a fost conectat la pinul PD4. Portul B a fost utilizat pentru dirijarea releelor, cu bobina alimentată la 5V. De asemenea, fiecare releu are şi un LED

pentru a indica starea lui, deschis sau închis.

Alimentarea întregii plăci se efectuează de la un încarcator Nokia vechi. Când circuitul este alimentat de la reţea, bateria telefonului se încarcă de la sursa de alimentare de 5V. În lipsa curentului, circuitul foloseşte tensiunea bateriei telefonului prelungind astfel funcţionarea sa.

Frecvenţa controlerului am ales-o de 7.3728MHz, pentru a funcţiona fără erori la transmisia datelor către telefon.

Cablajul l-am realizat în Eagle 5.

Ruslan Platon