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LAMPEGGIATORE 220V – 8 CANALI A MICROCONTROLLORE

Valter Narcisi – San Benedetto del Tronto (AP) ‐ http://www.narcisivalter.it/progetti/lampeggiatore‐con‐PIC‐micro.html

LAMPEGGIATORE 220V – 8 Canali

con MICROCONTROLLORE PIC16F887

Lampeggiatore 220 Volt a 8 canali a microcontrollore con 8 diversi tipi di effetti.

MANUALE TECNICO E ISTRUZIONI



INTRODUZIONE

Se avessi dovuto costruire un lampeggiatore così senza fare uso di un microcontrollore, avrei dovuto senz'altro utilizzare svariati circuiti integrati (TTL, CMOS, ecc.) e le dimensioni della scheda sarebbero state almeno il doppio. Invece, usando il microcontrollore PIC16F887 della Microchip, ho potuto progettare un circuito con pochi integrati (oltre al PIC, ho utilizzato solo un CD4028) e con dimensioni contenute. La Main Board misura 160x100 mm. mentre la Triacs Board ha le dimensioni di 100x65 mm. Ho volutamente separato i due circuiti per aumentare la sicurezza: quando si ha a che fare con la tensione di rete, meglio prendere tutte le precauzioni. Il circuito genera 8 tipi differenti di lampeggio, dai più classici (Sequenziale, Supercar, ecc.) ai più sofisticati (come il tipo FANTASY, una specie di riassunto degli altri 7 tipi di lampeggio gestiti dal circuito). Per la selezione del tipo di lampeggio è sufficiente agire su uno degli 8 pulsanti dedicati (con relativo LED la cui accensione ne indica la selezione). Per la regolazione, ho previsto due pulsanti per impostare la velocità su 10 livelli differenti (utili per "aggiustare" alcuni tipi di lampeggio che altrimenti risulterebbero troppo lenti o troppo veloci): ognuno dei 10 livelli di velocità è visualizzato dall'accensione di un LED della Barretta luminosa. Un pulsante di PAUSA ci consente di inibire momentaneamente il lampeggio e un ulteriore pulsante di RESET (da posizionarsi dietro il contenitore o comunque in posizione poco accessibile) azzera e ripristina il circuito ai dati di default o comunque gli ultimi memorizzati.



LO SCHEMA ELETTRICO COMPLETO

Nella pagina successiva è riportato lo schema elettrico completo del Lampeggiatore a 8 canali. Per facilitarne la realizzazione e, soprattutto, per questioni di sicurezza, l'intero circuito è stato diviso in due parti ben distinte ognuna delle quali con un suo master dedicato. Nel circuito dei Triacs è presente la tensione di rete a 220V, quindi posizionate la scheda stessa in modo tale che non possa essere facilmente accessibile. Sulla Main Board, invece, scorre solo bassa tensione (grazie all'uso degli Optoisolatori o Optodiac della Fairchild siglati MOC3020 presenti sulla Triacs Board).

1 2 3 4 5 6

A

B

C

D

654321

D

C

B

A

RB437

RB538

RB639

RB740

Gnd

12

+V32

MCLR/RE31

RB235

RA7/OSC 13

RB336

RB134

RA6/OSC 14

RC0 15

RB033

RC3 18G

nd31

+V11

RD7 30

RD6 29

RD5 28

RD4 27

RD3 22

RD2 21

RD1 20

RD0 19

RC7 26

RC6 25

RC5 24

RC4 23

RC2 17

RC1 16

RE210 RE19 RE08

RA46

RA24

RA35

RA13 RA02

RA57

U1

PIC16F887

S1

Sequ

entia

l

S2

Supe

rcar

S3

4+4

S4

Expl

osio

n

S5

Cro

ssin

g

S6

Ran

dom

S7

Cur

tain

S8

Fant

asy

S12

Reset

S9

Star

t/Sto

p

S10

Spee

d -

S11

Spee

d +

R410K

R110K

R210K

R310K

XTAL1

4MHzC227p

C327p

DL9

Fantasy

DL10

Curtain

DL11

Random

DL12

Crossing

DL13

Explosion

DL14

4+4

DL15

Supercar

DL16

Sequential

R22390

R5

4K7

R6

220

Q1MPSA42

DL1Ch8

123456789

M1a

To TRIAC

R7

4K7

R8

220

Q2MPSA42

DL2Ch7

R9

4K7

R10

220

Q3MPSA42

DL3Ch6

R11

4K7

R12

220

Q4MPSA42

DL4Ch5

R15

4K7

R16

220

Q6MPSA42

DL6Ch3

R13

4K7

R14

220

Q5MPSA42

DL5Ch4

R19

4K7

R20

220

Q8MPSA42

DL8Ch1

R17

4K7

R18

220

Q7MPSA42

DL7Ch2

VCC

VCC

VCC 123456789

M1b

1

2

6

4

OC1MOC3020

1

2

6

4

1

2

6

4

1

2

6

4

1

2

6

4

1

2

6

4

1

2

6

4

1

2

6

4

- OC8

R23

330 A2

G A1

TH1TIC253N

R3147

C410nF

12

M5

Ch8 out

R24

330 A2

G A1

TH2TIC253N

R3247

C510nF

12

M6

Ch7 out

R25

330 A2

G A1

TH3TIC253N

R3347

C610nF

12

M7

Ch6 out

R26

330 A2

G A1

TH4TIC253N

R3447

C710nF

12

M8

Ch5 out

R27

330 A2

G A1

TH5TIC253N

R3547

C810nF

12

M9

Ch4 out

R28

330 A2

G A1

TH6TIC253N

R3647

C910nF

12

M10

Ch3 out

R29

330 A2

G A1

TH7TIC253N

R3747

C1010nF

12

M11

Ch2 out

R30

330 A2

G A1

TH8TIC253N

R3847

C1110nF

12

M12

Ch1 out

12

M4

220v in

TRIACs Board

Author:

Project:

Size: DWG no. Rev.: Scale: Sheet:

Year:

Note:

Valter Narcisi - San Benedetto del Tronto (AP)

Lampeggiatore 8 ch con 16F887 - Full schematic 2013

— 1 1 1:1 1 of 1

www.narcisivalter.it - [email protected]

123456

M2

ICSP

C10.1

12

3

M2b

MCLR

GNDVDD

PGDPGC NORMAL Mode - 1 and 2 closed

PROG. Mode - 2 and 3 closed

~

~

+- B1W005

+C12220u

+C13100u

VCC12

M3

6 - 10 Vca COM

IN OUT

U3

78M05

C170.01

C160.01

C150.01

C140.01

400V

400V

400V

400V

400V

400V

400V

400V

VCC

VCC

20 19 18 17 16 15 14 13 12 11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

BAR1Red Bar-Graph

AD

o0

B12

7o1 o2 o3 o4

14 15 13 2o5 o6

10C

1311

6

16

8 Vss

Vdd

5o7

408 o9

9

U2CD4028

R21

330



IL CIRCUITO DI CONTROLLO (Main Board)

Nel circuito di controllo (o Main Board), visibile nella pagina successiva, c'è il cuore di tutto il progetto, il microcontrollore PIC16F887 della Microchip e una manciata di altri componenti. L'integrato U2 (CD4028) gestisce la conversione da BCD a decimale e contemporaneamente pilota la Barra-Luminosa (siglata BAR1) contenente i 10 LED rossi. L'intera Porta C del microcontrollore gestisce gli LED che indicano il tipo di lampeggio selezionato mentre l'intera Porta D pilota il circuito dei TRIAC. I LED presenti sui collettori dei transistor Q1-Q8 (MPSA42) sono utili come "monitor" e, soprattuto, sono serviti al sottoscritto per realizzare il software senza dover necessariamente collegare le 8 lampade sui Triac, consentendo un notevole risparmio di energia elettrica! Il connettore M2 è necessario per la programmazione On-Board del microcontrollore (ICSP), quindi se non avete questa esigenza, potete evitarne il montaggio. La stessa cosa vale anche per il connettore M2b: togliendo quest'ultimo, però, ricordate di ponticellare i pin 1 e 2 (altrimenti il micro non viene alimentato). Chiaramente, se lasciate il connettore M2b montato, il ponticello tra i pin 1 e 2 deve comunque essere fatto per assicurare il corretto funzionamento del microcontrollore. Il connettore M1 serve per collegare il circuito di Controllo con quello dei Triac: inoltre, tale connettore, segna una sorta di "confine" tra la bassa tensione e l'alta tensione presente sulla TRIACs Board. Il pulsante S12 (RESET) va messo in posizione "nascosta" perchè esso è utile solo in presenza di qualche eventuale malfunzionamento. I comandi e il significato delle spie sono descritti più avanti (paragrafo COMANDI e USO) Il tipo di lampeggio e la relativa velocità sono memorizzati nella EEPROM Flash del micro: in questo modo, alla successiva accensione del dispositivo, le nostre preferenze sono di nuovo disponibili senza necessità di riprogrammarle.

1 2 3 4

A

B

C

D

4321

D

C

B

A

Author:

Project:


Year:

Note:


Lampeggiatore 8 ch con 16F887 - Main Board 2013

— 1 1 1:1 1 of 2


RB437

RB538

RB639

RB740

Gnd

12

+V32

MCLR/RE31

RB235

RA7/OSC 13

RB336

RB134

RA6/OSC 14

RC0 15

RB033

RC3 18G

nd31

+V11

RD7 30

RD6 29

RD5 28

RD4 27

RD3 22

RD2 21

RD1 20

RD0 19

RC7 26

RC6 25

RC5 24

RC4 23

RC2 17

RC1 16

RE210 RE19 RE08

RA46

RA24

RA35

RA13 RA02

RA57

U1

PIC16F887

S1

Sequ

entia

l

S2

Supe

rcar

S3

4+4

S4

Exp

losi

on

S5

Cro

ssin

g

S6

Ran

dom

S7

Cur

tain

S8

Fant

asy

S12

Reset

S9

Sta

rt/S

top

S10

Spee

d -

S11

Spee

d +

R410K

R110K

R210K

R310K

XTAL1

4MHzC227p

C327p

DL9

Fantasy

DL10

Curtain

DL11

Random

DL12

Crossing

DL13

Explosion

DL14

4+4

DL15

Supercar

DL16

Sequential

R22390

R5

4K7

R6

220

Q1MPSA42

DL1Ch8

123456789

M1a

To TRIAC

R7

4K7

R8

220

Q2MPSA42

DL2Ch7

R9

4K7

R10

220

Q3MPSA42

DL3Ch6

R11

4K7

R12

220

Q4MPSA42

DL4Ch5

R15

4K7

R16

220

Q6MPSA42

DL6Ch3

R13

4K7

R14

220

Q5MPSA42

DL5Ch4

R19

4K7

R20

220

Q8MPSA42

DL8Ch1

R17

4K7

R18

220

Q7MPSA42

DL7Ch2

VCC

VCC

VCC

123456

M2

ICSP

C10.1

12

3

M2b

MCLR

GNDVDD

PGDPGC NORMAL Mode - 1 and 2 closed

PROG. Mode - 2 and 3 closed

~

~

+- B1W005

+C12220u

+C13100u

VCC12

M3

6 - 10 Vca COM

IN OUT

U3

78M05

C170.01

C160.01

C150.01

C140.01

VCC

VCC

20 19 18 17 16 15 14 13 12 11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

BAR1Red Bar-Graph

AD

o0

B12

7o1 o2 o3 o4

14 15 13 2o5 o6

10C

1311

6

16

8 Vss

Vdd

5o7

408 o9

9

U2CD4028

R21

330



IL CIRCUITO DEI TRIAC (Triacs Board)

Come già accennato, per facilitare la realizzazione del lampeggiatore e per aumentarne la sicurezza, il circuito dei Triac (TRIACs Board) è stato realizzato a parte, sfruttando degli Optoisolatori (nel nostro caso, degli OptoDiac). Questa scheda (il cui schema elettrico è riportato nella successiva pagina), va posizionata in una parte del contenitore (PLASTICO!) poco accessibile. Ad essa si accede soltanto per il collegamento delle lampade a proposito delle quali, consiglio di utilizarne del tipo con potenza massima di 60-100 Watt: utilizzando lampade più potenti, i TRIAC dovrebbero essere smontati dalla scheda e "alettati" su una barra metallica, meglio se in alluminio (ma ricordate di ISOLARE i Triac se state pensando a questa soluzione!). Gli Optoisolatori (o Optodiac) MOC3020 assicurano un isolamento di almeno 1500 V, quindi più che sufficiente per stare sicuri !

1 2 3 4

A

B

C

D

4321

D

C

B

A

Author:

Project:


Year:

Note:


Lampeggiatore 8 ch con 16F887 - Triacs Board 2013

— 2 1 1:1 2 of 2


123456789

M1b

1

2

6

4

OC1MOC3020

1

2

6

4

1

2

6

4

1

2

6

4

1

2

6

4

1

2

6

4

1

2

6

4

1

2

6

4

OC8

R23

330 A2

G A1

TH1TIC253N

R3147

C410nF

12

M5

Ch8 out

R24

330 A2

G A1

TH2TIC253N

R3247

C510nF

12

M6

Ch7 out

R25

330 A2

G A1

TH3TIC253N

R3347

C610nF

12

M7

Ch6 out

R26

330 A2

G A1

TH4TIC253N

R3447

C710nF

12

M8

Ch5 out

R27

330 A2

G A1

TH5TIC253N

R3547

C810nF

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M9

Ch4 out

R28

330 A2

G A1

TH6TIC253N

R3647

C910nF

12

M10

Ch3 out

R29

330 A2

G A1

TH7TIC253N

R3747

C1010nF

12

M11

Ch2 out

R30

330 A2

G A1

TH8TIC253N

R3847

C1110nF

12

M12

Ch1 out

12

M4

220v in

400V

400V

400V

400V

400V

400V

400V

400V

-



ALIMENTAZIONE e COLLEGAMENTI

Per alimentare il circuito sono necessari almeno 6-7 Volt in alternata, prelevabili da un piccolo trasformatore AC (il consumo dell'intero circuito è al di sotto dei 100mA e nessun componente si scalda anche dopo alcune ore di funzionamento). La tensione di uscita del trasformatore va collegata al morsetto M3. Per questo collegamento non ci sono particolari precauzioni e ovviamente, se possedete un piccolo alimentatore in continua da 9V potete benissimo utilizzarlo senza dovervi peraltro preoccupare della polarità! La tensione di rete a 220V va collegata sia sul primario del trasformatore, sia sul morsetto M4 presente sulla TRIACs Board. Sempre sulla scheda dei Triac, ci sono le 8 morsettiere siglate da M5 a M12.



I CIRCUITI STAMPATI

Nelle pagine successive sono riportati i disegni dei master e dei Layout delle schede.



ELENCO DEI COMPONENTI

Component Value C1 100nF C2 27p C3 27p C4 10nF - 400V C5 10nF - 400V C6 10nF - 400V C7 10nF - 400V C8 10nF - 400V C9 10nF - 400V C10 10nF - 400V C11 10nF - 400V C12 220u - 16V C13 100u - 16V C14 10nF C15 10nF C16 10nF C17 10nF R1 10K R2 10K R3 10K R4 10K R5 4K7 R6 220 ohm R7 4K7 R8 220 ohm R9 4K7 R10 220 ohm R11 4K7 R12 220 ohm R13 4K7 R14 220 ohm R15 4K7 R16 220 ohm R17 4K7 R18 220 ohm R19 4K7 R20 220 ohm R21 330 ohm R22 390 ohm R23 330 ohm R24 330 ohm R25 330 ohm R26 330 ohm R27 330 ohm R28 330 ohm R29 330 ohm R30 330 ohm R31 47 ohm R32 47 ohm R33 47 ohm R34 47 ohm



Component Value R35 47 ohm R36 47 ohm R37 47 ohm R38 47 ohm U1 PIC16F887 U2 CD4028 U3 78M05 OC1 - OC8 MOC3020 Q1 - Q8 MPSA42 TH1 - TH8 TIC253N DL1 - DL16 Diodo Led rosso 5 mm B1 ponte W005 BAR1 Red Bar-Graph 10 LEDs XTAL1 Quarzo 4MHz S1 - S12 Pulsante N.A. M1a - M1B Connettore 9 vie M2 Connettore 6 vie M3 Connettore 2 vie M4 - M12 Morsettiera 2 vie



LA SERIGRAFIA

Nelle pagine successive è visibile la serigrafia del prototipo e il piano di foratura per il pannello frontale.



COMANDI e USO

I comandi del Lampeggiatore sono 12 e fanno capo ad altrettanti pulsanti. Di seguito un riassunto di essi.

• RESET (S12) - Questo pulsante, come più volte accennato, dovrebbe essere messo in una posizione tale da renderne difficile l'azionamento. Durante il test del dispositivo non ho avuto mai modo di azionarlo, ma in presenza di disturbi o altro, il lampeggiatore potrebbe bloccarsi, quindi è sempre meglio prevederne la presenza.

• SPEED + (S11) - Questo pulsante aumenta la velocità del lampeggio: raggiunto il

decimo livello (max. velocità), ulteriori pressioni del pulsante non avranno alcun effetto.

• SPEED — (S10) - Al contrario del precedente, questo pulsante riduce la velocità

del lampeggio: raggiunto il livello 1 (il minimo) ulteriori pressioni dello stesso non avranno alcun effetto.

• START/ STOP (S9) - Questo pulsante consente di inibire momentaneamente il

lampeggiatore (tradotto, lo mette in pausa): la successiva pressione lo fa ripartire e così via (funzionamento Toggle). Una volta inibito, il lampeggiatore può essere riavviato anche premendo uno dei pulsanti di selezione lampeggio.

• S1...S8 - Sono i pulsanti che consentono di scegliere il tipo di lampeggio, secondo

quanto riportato di seguito:

• S1 (Sequential) - Il classico lampeggio sequenziale da sinistra verso destra.

• S2 (Supercar) - Il lampeggio tipico della Supercar (da sinistra a destra e viceversa, continuativamente).

• S3 (4+4) - Le lampade si accendono alternativamente a gruppi di 4.

• S4 (Explosion) - Le lampade si accendono partendo dal centro, espandendosi

poi verso l'esterno.

• S5 (Crossing) - Due luci partono in modo sequenziale dagli estremi incrociandosi al centro.

• S6 (Random) - Come dice la parola stessa, effetto di accensione casuale delle

lampade.

• S7 (Curtain) - Effetto tendina.

• S8 (Fantasy) - E' una specie di "riassunto" di tutti i precedenti lampeggi, con qualche novità!

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