Тюнинг

Бегущая волна на светодиодах транзисторах. Бегущие огни

Здесь пойдёт речь о том, как сделать бегущие огни на светодиодах своими руками. Схема устройства отличается простотой и реализована на логических микросхемах так называемой жёсткой логики - микросхемах серии ТТЛ. Само устройство включает три микросхемы.

Схема состоит из четырёх основных узлов:

генератора прямоугольных импульсов;

счётчика;

дешифратора;

устройства индикации (16-ти светодиодов).

Вот принципиальная схема устройства.

Устройство работает следующим образом. После подачи питания светодиоды HL1 - HL16 начинают последовательно загораться и гаснуть. Визуально это выглядит как движение огонька слева направо (или наоборот). Такой эффект и называется «бегущий огонь».

Генератор прямоугольных импульсов реализован на микросхеме К155ЛА3 . Задействовано лишь 3 элемента 2И-НЕ этой микросхемы. С 8-го вывода снимаются прямоугольные импульсы. Частота их следования невелика. Это позволяет реализовать видимое переключение светодиодов.

По сути, генератор на элементах DD1.1 - DD1.3 задаёт темп переключения светодиодов, а, следовательно, и скорость «бегущего огня». При желании скорость переключения можно подкорректировать с помощью изменения номиналов резистора R1 и C1.

Стоит предупредить, что при других номиналах R1 и C1 генерация может быть сорвана - генератор не будет работать. Так, например, генератор отказался работать при сопротивлении резистора R1 равном 1 кОм. Поэтому изменять номиналы C1 и R1 можно лишь в некоторых пределах. Если генератор не запустился, то будет постоянно светиться один из светодиодов HL1 - HL16.

Счётчик на микросхеме DD2 необходим для подсчёта импульсов, поступающих от генератора и подачи двоичного кода на дешифратор К155ИД3. По схеме выводы 1 и 12 микросхемы-счётчика К155ИЕ5 соединены. При этом микросхема будет считать поступающие на вход C1 (выв. 14) импульсы и выдавать на выходах (1, 2, 4, 8) параллельный двоичный код, соответствующий количеству поступивших импульсов от 0 до 15. То есть на выходах (1, 2, 4, 8) микросхемы К155ИЕ5 последовательно сменяют друг друга 16 комбинаций кода (0000, 0001, 0010, 0011, 0100 и т.д.). Далее в работу включается дешифратор .

Особенность микросхемы К155ИД3 заключается в том, что она преобразует двоичный четырёхразрядный код в напряжение логического нуля, который появляется на одном из 16 соответствующих выходов (1-11, 13-17). Думаю, такое объяснение не всем понятно. Попробуем разобраться.

Если обратить внимание на изображение микросхемы К155ИД3, то можно заметить, что у неё 16 выходов. Как известно, в двоичном коде из четырёх знаков можно закодировать 16 комбинаций. Больше никак не получится. Напомним, что с помощью четырёхзначного двоичного кода можно закодировать десятичные цифры от 0 до 15 (всего 16 цифр).

Это легко проверить, если возвести 2 (основание системы счисления) в степень 4 (количество разрядов или цифр в коде). Получим 2 4 = 16 возможных комбинаций. Таким образом, при поступлении на входы микросхемы К155ИД3 двоичного кода в диапазоне от 0000 до 1111 на выходах 0 - 15 появится логический ноль (светодиод засветится). То есть микросхема преобразует число в двоичном коде в логический ноль на выводе, который соответствует числу в двоичном коде. По сути это такой особенный дешифратор из двоичной системы в десятичную.

А почему светится светодиод? На выходе ведь логический ноль. По схеме видно, что аноды всех светодиодов подключены к плюсу питания, а катоды к выходам микросхемы К155ИД3. Если на выходе "0", то для светодиода это как бы минус питания и через его p-n переход течёт ток - светодиод светится. Если на выходе логическая единица "1", то ток через светодиод не пойдёт.

Если всё то, что было написано вам всё равно не понятно, то не стоит расстраиваться. Просто соберите предложенную схему, например, на беспаечной макетной плате и наслаждайтесь работой устройства. Схема проверена и исправно работает .

Если в распоряжении уже есть стабилизированный блок питания (например, такой как этот), то интегральный стабилизатор DA1 (КР142ЕН5А ) и элементы обвязки (C2, C3, C4) в схему устанавливать не надо.

Все номиналы элементов (конденсаторов и резисторов) могут иметь разброс ±20% . На работу устройства это не повлияет. Светодиоды HL1 - HL16 могут быть любого цвета свечения (красного, синего, зелёного) с рабочим напряжением 3 вольта. Можно, например, использовать яркие красные светодиоды диаметром 10 миллиметров. "Бегущий огонь" с такими светодиодами будет смотреться очень эффектно.

Один из вариантов использования твердотельных источников света в декоративных целях – бегущие огни на светодиодах. Способов изготовления этого несложного устройства – масса. Рассмотрим некоторые из них.

Простейшая схема бегущих огней на 12 вольт

В интернете наиболее часто встречается простая «старомодная» схема с использованием счетчика и генератора (рисунок 1).

Рисунок 1

Работа схемы предельно проста и понятна. Генератор построен на основе таймера импульсов, а счетчик выполняет свою основную функцию – считает импульсы и выдает соответствующие логические уровни на своих выходах. К выходам подключены светодиоды, которые загораются при появлении логической единицы и соответственно гаснут при нуле, создавая тем самым эффект бегущих огней. Скорость переключения зависит от частоты генератора, которая в свою очередь зависит от номиналов резистора R1 и конденсатора С1.

Наименования микросхем приведены советские, но они имеют легкодоступные импортные аналоги. Если необходимо увеличить , то для увеличения тока нужно подключать их через буферные транзисторы, т.к. сами выходы счетчика имеют достаточно скромную нагрузочную способность.

Подключаем «мозги»

Для получения более сложных эффектов, схема должна строиться на микроконтроллере (далее МК). Хотя в интернете и присутствует множество схем бегущих огней на микроконтроллере, построенных на обыкновенной логике, реализующих различную последовательность зажигания светодиодов, их использование неоправданно и нецелесообразно в наши дни.

Схемы получаются более громоздкими и дорогими. МК же позволяет гибко управлять отдельными светодиодами или их группами, хранить в памяти множество программ световых эффектов и при необходимости чередовать их по заранее заданной последовательности или по внешней команде (например, от кнопки). При этом схема получается весьма компактной и достаточно дешевой.

Рассмотрим основной принцип построения схемы бегущих огней на светодиодах с использованием микроконтроллера.

Для примера возьмем микросхему ATtiny2313 – 8-разрядный МК стоимостью около 1$. Простейшая схема может быть реализована непосредственным подключением светодиодов к выводам I/O (рисунок 2). Эти выводы МК способны обеспечить ток до 20 мА, что более чем достаточно для индикаторных светодиодов.

Необходимое значение тока задается резисторами, включенными последовательно диодам. Значение силы тока рассчитывается по формуле I=(U пит -U LED)/R. Схемы питания и сброса МК на рисунке не приведены, чтобы не загромождать схему. Эти цепи стандартные и выполняются в соответствии с рекомендациями производителя, приведенными в Data Sheet. При необходимости точного задания временных интервалов (длительности зажигания отдельных светодиодов или полного цикла) можно использовать кварцевый резонатор, подключаемый к выводам 4 и 5 МК.

Если такой необходимости нет, можно обойтись встроенным RC-генератором, а освободившиеся выводы назначить как стандартные выходы и подключить еще пару светодиодов. Максимальное количество светодиодов, которое можно подключить к этому МК – 17 (на рисунке 2 показан вариант подключения 10 светодиодов). Но лучше оставить один-два вывода для кнопок управления, чтобы была возможность переключать режимы бегущего огня.

Рисунок 2

Вот и всё, что касается «железа». Дальше всё зависит от программного обеспечения. Алгоритм может быть любым. К примеру, можно записать в память несколько режимов и настроить интервал повторения каждой либо подключить две кнопки: одну для переключения режимов, другую для регулировки скорости. Написание подобной программы – достаточно простая задача даже для человека никогда не работавшего ранее с МК, однако если изучать программирование лень или некогда, а «оживить» бегущий огонь на светодиодах очень хочется – всегда можно скачать готовое ПО.

Новогодние схемы – автоматы световых эффектов, которые легко собрать своими руками начинающему радиолюбителю

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

Время летит очень быстро. Не успеешь оглянуться – а на “носу” Новый год, пора подбивать итоги прожитого года, не стыдно ли, оглядываясь назад, за прожитые дни. Да и предстоящий праздник надо как-то разнообразить новыми новогодними самоделками , собранными своими руками на радость родным и близким.
Сегодня мы с вами рассмотрим несколько новогодних схем автоматов световых эффектов для украшения праздника, простых, не содержащих дефицитных деталей и легких в сборке.

Первая схема:
Миниатюрная елка с “бегущим огнем”
Такая елка на светодиодах станет украшением праздничного стола и обязательно порадует всех ваших друзей и знакомых:

На транзисторах VT1 и VT2 собран генератор прямоугольных импульсов, на транзисторах VT3 и VT4 – электронные ключи, которые коммутируют группы светодиодов. Светодиоды расположены на печатной плате в виде елки. Частота генерируемых импульсов зависит от номиналов сопротивлений R2, R3 и конденсаторов С1 и С2 (чем больше их номинал – тем меньше частота генератора).
Транзисторы VT3 и VT4 подключены к выходам генератора через токоограничительные резисторы R5 и R6 соответственно. Импульсы с генератора поочередно открывают транзисторы. Когда открыт транзистор VT3 – светятся светодиоды HL1-HL3, HL10-HL14, HL18, HL19. А когда открыт транзистор VT4 – HL4-HL9, HL15-HL17, HL20. Их переключение создает эффект бегущего огня. Питание осуществляется от батареи напряжением 9 вольт.
Все детали монтируют на односторонней печатной плате:

Детали применять можно любого типа, светодиоды – с маленьким током потребления, типа КИП.

Вторая схема.
Она не совсем вторая. На базе этой схемы, с использованием одной широкодоступной микросхемы, нескольких транзисторов и светодиодов, можно собрать большое количество разнообразных автоматов световых эффектов.
Такие автоматы световых эффектов станут украшением новогоднего праздника, прекрасным новогодним подарком.
Основа этой схемы трехфазный генератор собранный на микросхеме К561ЛА7 (в крайнем случае ее можно заменить на К561ЛЕ5).
Что из себя представляет микросхема К561ЛА7 и ее полный аналог CD4011A :

Схема трехфазного генератора на микросхеме К561ЛА7:

Сопротивления резисторов и емкость конденсаторов в такой схеме равны: R1=R2=R3, C1=C2=C3.
Работает генератор так. В момент включения питания все конденсаторы разряжены, на входах микросхемы 1-2, 5-6, 8-9 логический ноль, а на выходах 3, 4, 10 – логическая единица. Конденсаторы, через резисторы начинают заряжаться. Хотя номиналы резисторов и конденсаторов одинаковы, но из-за разброса параметров реальных деталей, какой-то конденсатор будет заряжаться быстрее. Допустим первым зарядился конденсатор С1, на входе 1-2 микросхемы появляется логическая единица, а на выходе 3 – соответственно логический ноль. Конденсатор С2, не успев зарядиться, начнет разряжаться через резистор R2. Тем временем, конденсатор С3 успеет зарядиться до логической единицы и естественно на выходе 10 появится логический ноль – конденсатор С1 начнет разряжаться через резистор R1. Дальнейший путь работы микросхемы вы можете проследить по аналогии сами. Таким образом на выходах 1-2-3 происходит периодическая смена логического нуля на логическую единицу. Теперь достаточно подключить к выходам 1-2-3 транзисторные ключи со светодиодами и мы получим автомат световых эффектов :

Четвертый элемент – DD1.4 – не используется, и его входы (выводы 12-13) соединены с “+” питания.
На транзисторах VT1-VT3 собраны транзисторные ключи, каждый из которых включает и выключает соответствующую гирлянду светодиодов. Резисторы R4-R6 ограничивают ток через светодиоды. Буквами А-Г обозначены места подключения светодиодных гирлянд другого типа, для описываемых ниже автоматов.
Все резисторы любые, малогабаритные, транзисторы серии КТ315 с буквенными обозначениями А-Г. Светодиоды должны быть одного типа и одного цвета свечения. На приведенных ниже печатных платах аноды светодиодов должны припаиваться к квадратным контактным дорожкам.

Первый автомат световых эффектов “Треугольник”.
Светодиоды на плате этого автомата расположены по контуру треугольника:

При работе генератора на его выходах последовательно формируются импульсы положительной полярности, которые поочередно открывают транзисторы, в результате чего создается эффект движения “огней” по периметру.

Второй автомат световых эффектов “Пропеллер”.
Схема не отличается от предыдущей, а световой эффект “пропеллер” обеспечивается соответствующим расположением светодиодов на плате:

Экспериментируя с расположением светодиодов на плате, вы сможете получить множество других световых эффектов.

Третий автомат световых эффектов “Снежинка”.
Устройство создает эффект падающей снежинки, который достигается последовательным зажиганием (с вращением) трех расположенных “концентрично” гирлянд из одноцветных светодиодов.
От предыдущих схем эта отличается количеством светодиодов в гирлянде (четыре вместо трех) и с отсутствием в связи с этим токоограничительных резисторов R4-R6:

Гирлянды подключаются к соответствующим точкам А-В на схеме.
Схема печатной платы:

Внешний вид автомата:

Четвертый автомат световых эффектов “Бегущие огни”.
Эта схема ничем не отличается от схемы “Снежинки” – также по 4 светодиода в гирлянде, но расположены они по другому. Эта конструкция создает оригинальный эффект “бегущих огней” в виде вращающейся световой линейки:

Внешний вид “Бегущих огней”:

Пятый автомат световых эффектов “Звезда”.
Автомат создает эффект испускания лучей звездой.
Отличие этой схемы от предыдущих – в числе светодиодов и способа их включения:

Чертеж печатной платы “Звезда”:

А вот так выглядит автомат световых эффектов “Звезда”:

Шестой автомат световых эффектов “Бегущая букашка”.
Вспыхивающие последовательно светодиоды этого устройства создают эффект перебирания лапками насекомого, при этом его брюшко и головка светятся постоянно.
Схема гирлянды “Бегущая букашка”:

Гирлянды А-Б-В имитируют лапки, а гирлянда Г (светящаяся постоянно) имитирует брюшко и головку.
Печатная плата “Бегущей букашки”:

Внешний вид автомата световых эффектов “Бегущая букашка”:

Седьмой автомат световых эффектов “Бегущая волна”.
Последовательные вспышки нескольких гирлянд, каждая из которых состоит из трех светодиодов, расположенных в виде обратной галочки, создает в этой конструкции “бегущей волны”.

Еще одна простая конструкция для начинающих радиолюбителей - бегущая строка на таймере 555. Микросхема включена по схеме генератора прямоугольных импульсов. Частота генерируемых импульсов порядка 2-3 герц, их можно регулировать подбором электролитического конденсатора (10мкФ) и регулировкой сопротивления переменного резистора.

Рассматриваемая схема может работать в широком диапазоне питающих напряжений, генерация начинается от 5 Вольт (ниже не пробовал). Это простая и несколько раз перепроверенная схема бегущей строки может стать отличным подарком для ваших любимых. На основе трех таких схем, можно получить очень красивые зрительные эффекты. После подачи питания, микросхема (генератор) будет подавать низкочастотные импульсы на вход счетчика, тот будет считывать каждый импульс, поочередно переключая светодиоды. Можно также подключить несколько последовательно соединенных светодиодов для каждого канала. Оптимальное рабочее напряжение схемы 9-12 Вольт.

Счетчик СD4017 включен по стандартной схеме без дополнительных комплектующих компонентов. НЧ сигнал с микросхемы NE555 подается на счетчик. Счетчик имеет 10 каналов с отдельными дешифраторами. Светодиоды можно взять буквально любые, цвет и рабочее напряжение не столь важно, в моем случае были использованы полностью идентичные синие ЧИП светодиоды.

Ток потребления бегущей строки не превышает 50 мА, в редких случаях может доходить до 80. Потребление схемы в основном зависит от времени переключений светодиодов, при пониженной частоте переключений (1-3 Герц) токопотребление может быть минимальным - 20-30 мА.

Монтаж сделан на макетной плате, количество компонентов минимальное. В схеме даже не задействован вывод контроля генератора. Для ограничения напряжения светодиодов, использован резистор, но если планируется использовать последовательное соединение светодиодов (скажем 3-4шт), то резистор может быть исключен из схемы. Видео работы LED бегущей строки:

Область применения - различные автоматы световых эффектов, новогодние гирлянды, оформление витрин магазинов и рекламных стендов. Естественно в этом случае подключают более мощные светодиоды, с коммутацией их полевыми транзисторами.

Первый радиолюбительский вариант схемы бегущих огней на светодиодах, построен на уже зарекомендовавшем себя микроконтроллере ATtiny2313. В прошивки находится двенадцать возможных комбинаций различных световых эффектов, таких как плавно изменяющиеся огни, перелевающаяся тень, нарастающий огонь и т.п. ниже рассмотрены конструкции без микроконтроллера, но уже на несколько устаревшей элементной базе.

Эта конструкция способна осуществлять управление тринадцатью светодиодами, которые подсоединены через токоограничивающие резисторы напрямую к портам микроконтроллера ATtiny2313.

Тумблером SA3 можно осуществлять переключение между возможными вариантами работы. Тумблерами SA1 и SA2 можно регулировать скорость движения огней или частоту мигания каждого светодиода отдельно. Все это зависит, от положения тумблера SA4. При верхнем положении он регулирует скорость бегущих огней, а при нижнем частота мигания.

При установке светодиодов в линейку необходимо соблюдать очередность как указано на рисунке от HL1 до HL11. Микроконтроллер ATtiny2313 тактируем от имеющегося внутреннего генератора с частотой 8 МГц.

В предлагаемом устройстве очередность зажигания гирлянд для создания эффекта осуществляется с помощью трех электромагнитных реле путем использования различных значений напряжения, поступающего в цепь их обмоток

При подаче напряжения питания от сети оно поступает на первичную обмотку сетевого трансформатора Т1, к вторичной обмотке которого подключен выпрямитель, собранный по схеме с удвоением напряжения на диодах VD1, VD2 и конденсаторах С2, СЗ. Эффективное напряжение вторичной обмотки трансформатора составляет 13,5 Б. Поэтому выпрямленное напряжение в результате удвоения оказывается равным около 32 В. В исходном состоянии транзистор VT1, включенный по схеме с общим коллектором, заперт, поскольку конденсатор С1 разряжен. При этом все реле обесточены и горит гирлянда HL1.

Начинается заряд, конденсатора С1. По мере заряда конденсатора напряжение на нем и на эмиттере транзистора растет. Когда оно достигнет значения, при котором ток в обмотке реле КЗ превысит ток срабатывания, контакты К3.1 переключатся, лампы HL1 погаснут, а лампы HL2 загорятся. Дальнейшее увеличение напряжения на эмиттере транзистора приводит к срабатыванию реле К2, которое контактами К2.1 выключит лампы HL2 и включит HL3. Наконец, продолжающееся увеличение напряжения приводит к срабатыванию реле К1, контакты которого К1.1 разряжают конденсатор С1.

В результате запирается транзистор, все реле обесточиваются, зажигаются лампы HL1, а контакты К1.1 размыкаются. Тогда конденсатор вновь начинает заряжаться и процесс повторяется. Скорость заряда конденсатора и перемещения бегущего огня можно регулировать переменным резистором R2. В качестве сетевого трансформатора используется выходной трансформатор кадровой развертки ТВК-110ЛМ от черно-белых телевизоров. Из двух вторичных обмоток используется та, сопротивление которой составляет 1 Ом. Автор предложил использовать электромагнитные реле типа РЭС9.

Однако, ни одно реле этого типа не предназначено на коммутацию переменного напряжения 220 В (только 115). Поэтому советуем установить реле РЭС10, паспорт РС4.524.302 (РС4.529.031-03 согласно ГОСТ 16121-86). Их ток срабатывания составляет 22 мА, а сопротивление обмотки - 630 Ом. Таким образом, устройство К3 сработает при напряжении на эмиттере VT113,9 В. Благодаря включению резисторов R4 и R5 остальные два реле срабатывают при более высоком напряжении на эмиттере транзистора. Реле К2 срабатывает при напряжении 20,5 В, а реле К1 - при напряжении 23,3 В. Максимально допустимое напряжение на обмотке реле указанного типа составляет 36 В. Его контакты позволяют коммутировать переменное напряжение частотой 50 Щ и напряжением до 250 В при токе активной нагрузки до 0,3 А. Отсюда, каждая гирлянда может быть собрана из 9 соединенных последовательно лампочек накаливания типа МН26-0Д2, рассчитанных на номинальное напряжение 26 В и ток 0,12 А.

Конструкция представляет собой мультивибратор, состоящий из трех каскадов. Отпирание транзисторов и зажигание включенных в их цепи светодиодов осуществляется последовательно один за другим.