2010.07_Rowerowy wyświetlacz widmowy.pdf

Rowerowy

wyświetlacz

widmowy

2945

rozświetlić roweru kolorowym, wyjątkowym

napisem lub obrazem?

Oto proste urządzenie, wzorowane na

układzie z EdW 9/2008, zawierające znacznie

większą liczbę diod i oparte na mikrokontro-

lerze ATmega8L. Stworzyliśmy też interfejs

na komputer PC, który umożliwia przetwa-

rzanie obrazka na formę zrozumiałą przez

mikrokontroler. Nasz układ charakteryzuje

się: prostotą wykonania, małym kosztem eks-

ploatacji, prostotą programowania, energoo-

szczędnością, prostotą montażu.

Jak to działa?

Cały układ składa się z czterech części:

modułu sterownika, modułu listwy z dioda-

mi, programu napisanego w języku C oraz

interfejsu użytkownika na komputer PC. Na

rysunku 1 zaprezentowany jest schemat ideo-

wy sterownika, a na rysun-

ku 2 schemat ideowy listwy z

diodami. Sercem układu jest

mikrokontroler ATmega8L.

Zdecydowaliśmy się użyć wer-

sji przewlekanej zamiast SMD,

gdyż jest ona dużo prostsza w

lutowaniu. Ponadto jest zde-

cydowanie wygodniejsza przy

testowaniu układu na uni-

wersalnej płytce stykowej w

początkowych fazach projektu.

Duża liczba programowalnych

wyjść (23) dała nam możli-

wość sterowania szesnastoma

diodami RGB, a stosunkowo

duża pamięć programu FLASH

(8KB) oraz danych EEPROM

(512B) pozwoliła zrealizować

projekt bez problemu. Jako

zasilanie wykorzystaliśmy

trzy popularne baterie LR6

AA, które zapewniły zasila-

nie 4,5V. Wybraliśmy zatem

wersję z literką L, gdyż pra-

cuje ona w niższym zakresie

napięć (2,75– 5V) niż zwykła ATmega8

(4,55–5V).

Postanowiliśmy ograniczyć się do sied-

miu odcieni uzyskiwanych za pomocą łącze-

nia barw diod RGB: czerwonego, zielonego,

niebieskiego, żółtego, różowego, seledyno-

wego, białego. Aby to osiągnąć, posłużyliśmy

się trzeba tranzystorami średniej mocy NPN

BC337 (0,8A). Przestrzegam przed zastoso-

waniem BC548 i odpowiedników, gdyż przy

tak dużej liczbie diod nieuchronnie dojdzie do

spalenia tranzystora i w efekcie nie będą świe-

cić diody koloru, za który odpowiadał spalony

tranzystor. Taki efekt możecie zobaczyć na

fotografii 1 , na której widać, że brakuje kolo-

ru zielonego.

Istotny jest właściwy dobór diod. Przy

szesnastu diodach każdego z kolorów podsta-

wowych (czerwony, zielony, niebieski) jest

możliwe wykorzystanie zwykłych diod, jed-

nak my pokusiliśmy się o zastosowanie diod

RGB SMD w obudowie PLCC6. Obudowa

jest na tyle duża, że można ją lutować w

warunkach domowych, a jednocześnie nie

zajmuje wiele miejsca na płytce. Strzałem w

dziesiątkę okazały się diody firmy Itswell,

dostępne na www.maritex.com.pl. W praktyce

świecą bardzo jasno i dają wspaniały efekt

na kole. Jako ciekawostkę dodam, że diody

mają tak dużą sprawność, że zaczynają lekko

świecić po podłączeniu do nich omomierza, a

nawet podczas lutowania (co zresztą pokazuje

stan uziemienia lutownicy).

Najbardziej newralgicznym momentem

doboru elementów okazał się wybór kontak-

tronu. Nasz magnes umieściliśmy na ramie

roweru jak na fotografii 2 . Kontaktron musiał

być zatem wystarczająco czuły, by wykryć

przejście obok magnesu, a jednocześnie na

tyle wytrzymały, by się nie zewrzeć na stałe

pod wpływem dużego prądu. Na szczęście

nie okazało się to trudnym zadaniem i trafnie

postawiliśmy na dość duży kontaktron o dłu-

gości 3,5cm.

Ponieważ płytka sterownika w obudowie

jest oddzielona od listwy z diodami, należa-

Do czego to służy?

Kto nie chciałby urozmaicić wyglądu swo-

jego roweru o efektywny wyświetlacz na

kole? Chyba każdy. Taki efektowny gadżet

przyciąga oko, bawi i sprawia, że nasz bicykl

jest wyjątkowy.

Zainspirowani artykułem Wyświetlacz dio-

dowy na kole rowerowym z EdW 9/2008 i

zachęceni do pracy nad podobnym projektem

w ramach zajęć na uczelni postanowiliśmy

zbudować podobny wyświetlacz. Naszym

celem było zachęcenie dzieci i młodzieży

do licznych wypraw rowerowych. Jak to

osiągnąć? Czyniąc z bicykla niepowtarzalny

pojazd, przykuwający uwagę przechodniów.

W dzisiejszych czasach młodzież przywiązuje

dużą wagę do efektownych, przyciąga-

jących oko gadżetów. Czemu zatem nie

PC6(/RESET)

PC0(ADC0)

PC1(ADC1)

AGND

PC2(ADC2)

AREF

PC3(ADC3)

AVCC

PC4(ADC4/SDA)

PC5(ADC5/SCL)

PB6(XTAL1/TOSC1)

PB7(XTAL2/TOSC2)

PD0(RXD)

PD1(TXD)

PD2(INT0)

GND

PD3(INT1)

VCC

PD4(XCK/T0)

SV1

VCC

PD5(T1)

PD6(AIN0)

PD7(AIN1)

PB0(ICP)

PB1(OC1A)

PB2(SS/OC1B)

PB3(MOSI/OC2)

PB4(MISO)

PB5(SCK)

IC1

VCC

MEGA8-P

BC337

Lipiec 2010

Elektronika dla Wszystkich

Rowerowy

wyświetlacz

widmowy

Rys. 1

Top www

www.sigma.krakow.pl

Wi¹zki kablowe

Transformatory

Cewki i d³awiki

Zaciskanie z³¹czy na przewodach od 0,0123mm !!!

Cewki i d³awiki

ło je połączyć. Do tego

celu wykorzystaliśmy

popularną taśmę do

dyskietek przeciętą na

pół oraz dwa zestawy

20-pinowych złączy w

rastrze 2,54mm. Dla

uzupełnienia dodali-

śmy prosty przełącznik

dwustanowy, odłącza-

jący zasilanie od ukła-

du w czasie dłuższego

postoju.

Z uwagi na zasto-

sowane zasilanie, które

wymogło użycie obudo-

wy o głębokości co naj-

mniej 3cm, zdecydowa-

liśmy się wykorzystać

powszechnie dostępną

obudowę Z-79. W celu

stabilnego i bezpiecz-

nego przymocowania

płytki drukowanej ukła-

du sterującego do obu-

dowy, powiększyliśmy

płytkę, aby umieścić na

niej otwory mocujące.

Dzięki temu możliwe

jest solidne przymoco-

wanie płytki do obu-

dowy, co zabezpieczy

część sterującą przed

groźnymi wstrząsami.

Płytkę można zabez-

pieczyć roztworem

kalafonii w spirytusie

albo dedykowanym

środkiem chemicznym

ze sklepu dla elektro-

ników. Należy jednak

wykonać to po uprzed-

nim upewnieniu się, że

układ na pewno działa,

a zastosowany materiał

izolacyjny nie spowodu-

je niebezpiecznych zwarć. Należy

jednocześnie pamiętać, by ominąć

mikrokontroler, aby w przyszłości

można było zmienić wyświetlany

obrazek. Obudowę listwy z dioda-

mi wykonaliśmy z przezroczystego

pudełka po pędzlu.

PAD1

A1 PAD4

nujemy następujących

operacji:

•

Jeśli układ spał, to

go budzimy, zerujemy

timer1 i ustawiamy pre-

scaler timera1.

•

LED1

PAD2

A2 PAD5

PAD3

A3 PAD6

PAD1

A1 PAD4

LED2

Jeśli układ był przed

chwilą obudzony, to

budzimy go na dłużej

i stopujemy timery. Na

podstawie stanu nasze-

go licznika dokonujemy

obliczenia prędkości

obrotu koła i dzielimy

je na fragmenty, a więc

określamy czas świece-

nia diod. Jednocześnie,

bez względu na poprzed-

nią pozycję obrazu,

każemy mikroproceso-

rowi rysować go zawsze

od początku.

Na końcu włączamy

obsługę przerwań.

Gdyby doszło do przepełnienia timera (co

nie powinno się zdarzyć), urządzenie ma się

zresetować. Podobnie ma się zachować w

przypadku, kiedy staniemy i koło przestanie

się obracać (nie będzie docierał sygnał z

kontaktronu).

Ostatnia funkcja określa sposób przecho-

dzenia pomiędzy kolejnymi pikselami obra-

zu. Operacja przejścia ma miejsce tylko

wówczas, gdy układ jest obudzony i polega

na sczytywaniu wartości z bitów z pamięci

programu (czyli naszego pliku „czacha.h”).

PAD2

A2 PAD5

PAD3

A3 PAD6

PA D1

PAD 4

LED3

PAD2

A2 PAD5

Fot. 1

PAD3

A3 PAD6

Fot. 2

PAD1

A1 PAD4

LED4

PAD2

A2 PAD5

PAD3

PAD6

PAD1

A1 PAD4

LED5

PAD2

A2 PAD5

PAD3

A3 PAD6

PA D1

PA D 4

LED6

PAD2

A2 PAD5

PAD3

A3 PAD6

Następnie określamy, jaki

port będzie sterował dioda-

mi. Program zaświeca naj-

pierw zewnętrznych osiem

diod, następnie wewnętrz-

nych sześć, a na końcu

dwie pozostałe w środku.

Następnie odblokowuje-

my przerwania, ustalamy

opóźnienie ok. 0,5 sekun-

dy, które ma wyelimino-

wać drgania kontaktronu.

Odblokowujemy przerwa-

nie zewnętrzne – sygnał z

kontaktronu – i ustalamy

je na narastające zbocze.

Zmienna blok ma nam

pomóc w określaniu,

czy łapiemy przerwania

z zewnątrz, czy też nie.

Pierwszy przypadek to

sytuacja, kiedy nie łapie-

my przerwań, a układ śpi.

Jeśli coś go obudziło, ma

to zapisać w rejestrze.

Drugi przypadek to obu-

dzenie układu przed chwi-

lą – nic się nie dzieje.

Ostatnia sytuacja – układ

został trwale obudzony i

zaczyna dokonywać ope-

racji logicznych na por-

tach, by wyświetlić kolory

– najpierw zielony, potem

niebieski, a na końcu czer-

wony.

Druga funkcja obsłu-

guje przerwanie z kontak-

tronu. Na czas tej operacji

blokujemy przerwania i w

zależności od stanu doko-

PAD1

A1 PAD4

LED7

PAD2

PAD5

PAD3

A3 PAD6

PAD1

A1 PAD4

LED8

PAD2

A2 PAD5

PAD3

A3 PAD6

PA D1

PAD 4

LED9

PAD2

A2 PAD5

PAD3

A3 PAD6

PAD1

A1 PAD4

Interfejs użytkownika

Za pomocą środowiska NetBeans napisaliśmy

prosty program w języku Java ( rysunek 3 ).

NetBeans jest narzędziem darmowym, bardzo

dopracowanym i przyjaznym w użyciu. Ma

bogatą funkcjonalność, pozwalającą tworzyć

kod efektywnie i bezbłędnie. Środowisko to

można rozszerzać wtyczkami, dzięki temu

można je dobrze przystosować do własnych

potrzeb. Jedyną wadą Javy są niekiedy prob-

lemy z jej uruchomieniem, związane ze ścież-

ką i wersją programu.

Najpierw należy mieć oczywiście zain-

stalowaną wirtualną maszynę Javy – JRE

(niezależny od platformy system uruchomie-

niowy) dostępną na oficjalnej stronie Java SE

Downloads. Po zainstalowaniu JRE możemy

uruchamiać program, ale nie damy rady go

skompilować, w tym celu należy ściągnąć

całe JDK dostępne na wspomnianej stronie.

LED10

PAD2

A2 PAD5

PAD3

PAD6

PAD1

A1 PAD4

LED11

PAD2

A2 PAD5

SV1

PAD3

A3 PAD6

Rys. 2

PA D1

PAD 4

LED12

PAD2

A2 PAD5

PAD3

A3 PAD6

PAD1

A1 PAD4

LED13

PAD2

PAD5

PAD3

A3 PAD6

PAD1

A1 PAD4

Program

Program sterownika został napisany

w języku C przy użyciu popularne-

go kompilatora WinAVR i PonyProg

i można go ściągnąć z Elportalu.

Najpierw oczywiście deklarujemy

potrzebne nam biblioteki oraz załą-

czamy nasz przetworzony obrazek.

W głównej pętli zaczynamy pracę,

zerując wszystkie użyte w progra-

mie zmienne oraz usypiamy układ.

LED14

PAD2

A2 PAD5

PAD3

A3 PAD6

PA D1

PAD 4

LED15

Rys. 3

PAD2

A2 PAD5

PAD3

A3 PAD6

PAD1

A1 PAD4

LED16

PAD2

PAD5

PAD3

A3 PAD6

Elektronika dla Wszystkich

Lipiec 2010

Wi¹zki kablowe

Zaciskanie z³¹czy na przewodach od 0,0123mm !!!

Rys. 6

Aby skompilować program, trzeba mu

określić ścieżkę położenia pliku javac.exe

– w pliku kompiluj.bat domyślnie jest usta-

wiona ścieżka:

cd engine

„C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_14\bin”\

javac Main.java

cd ..

Należy ją ustawić na właściwą dla swo-

jego umiejscowienia pliku javac.exe.

Program uruchamiamy plikiem

ProjGrupowy.bat.

W celu stworzenia pliku nagłówkowego

dołączanego do programu mikrokontrolera

należy:

• stworzyć obrazek o wymiarach 80x16

pikseli (do tego może posłużyć nawet

Paint) i zapisać go w formacie bezstrat-

nym (polecany bmp, ale może być każdy

obsługiwany przez standardowe bibliote-

ki Javy), przykładem może być rysunek

6 (należy pamiętać o czarnym tle i

ograniczonej palecie kolorów),

• wczytać go w aplikacji w Javie,

• przetworzone wartości zapisać w

pliku nagłówkowym (domyślnie

obrazek.h),

• wczytać projekt z programem mikro-

kontrolera i załączyć plik z przetwo-

rzonym obrazkiem.

Montaż i uruchomienie

Na rysunkach 4 i 5 zamieszczone są

schematy montażowe płytek drukowa-

nych. Montaż płytek jest klasyczny.

Doświadczenie pokazało, że obu-

dowa Z-79 wchodzi między szprychy

koła o promieniu 14’’ ( fotografie 3 i 4 )

i klinuje się tam na tyle mocno, że nie

były potrzebne dodatkowe mocowa-

nia. Czytelników chcielibyśmy jednak

uprzedzić, iż montaż tej obudowy nie

jest łatwy i bez odrobiny wprawy może

sprawiać trudności. Warto zatem poszu-

kać jakiegoś innego rozwiązania, nawet

korzystając z przedmiotów codzien-

nego użytku, tak jak to zrobiliśmy z

obudową na listwę z diodami.

W obu obudowach zrobiliśmy

podłużne szczeliny, umożliwiające uży-

S V 1

2 0

Fot. 3

IC1

Rys. 4

Rys. 5

cie taśmy. Ponadto w obudo-

wie listewki zrobiliśmy cztery

malutkie otwory, które posłuży-

ły do przymocowania obudowy

do szprych ( fotografie 5 i 6 ).

W naszym rozwiązaniu płyt-

ka z listwami jest przyklejona

do jednej wewnętrznej strony

obudowy zwykłą taśmą, ale aby

ją zabezpieczyć przed ewen-

tualnymi wstrząsami i ociera-

niem się o obudowę, włoży-

liśmy w miejsce styku cienką

gąbkę służącą powszechnie do

zabezpieczania przewożonych

pakunków. Efekt naszych prac

możecie podziwiać na fotografii

tytułowej.

LED1

Fot. 4

LE D 2

Fot. 5

LED3

LED4

LED5

LED6

LE D 7

LED8

LE D 9

Możliwe

modyfikacje

Najprostszą modyfikacją jest

dodanie zewnętrznej pamię-

ci Flash. Dzięki temu można,

wykorzystując wyprowadzenia

Rx i Tx, pokusić się o pro-

gramowanie mikrokontrolera

przez złącze służące łączeniu

modułów, a nawet za pomocą

interfejsu USB i bootloadera. Ta

druga modyfikacja, choć dużo

bardziej skomplikowana, umoż-

liwiłaby zmianę wyświetlane-

go obrazka poprzez włożenie

zwykłego pendrive’a do złącza

umieszczonego na płytce. Takie

rozwiązanie wyeliminowało-

by konieczność wyjmowania

mikrokontrolera z układu i uży-

cia programatora.

Liczymy, że już niedługo na

łamach EdW znajdziemy takie

rozwiązania. Do dzieła!

Fot. 6

LE D 10

LED11

LED12

LED13

Wykaz elementów

K1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . kontaktron

LED1-LED16 . . . . . . . . . . . . . . dioda RGB PLCC6

Q1-Q3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC337

IC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ATmega8L

SW1* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .przełącznik

Obudowa Z-79

2×złącze 20-pinowe w rastrze 2,54mm

Podstawka precyzyjna DIL28

*elementy opcjonalne

LED14

LE D 15

LED16

Warto dodać jeszcze, że kontaktron był

połączony ze sterownikiem dwoma przewo-

dami. Można by zamiast takiego rozwiązania

połączyć wszystko za pomocą złącza, ale

wówczas trzeba by zwiększyć złącze lub

zmniejszyć liczbę diod.

Komplet podzespołów z płytką jest dostęp ny

w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT-2945.

Sylwia Babicz

sylwiababicz@gmail.com

Lipiec 2010

Elektronika dla Wszystkich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: