Afișor LCD universal
În aplicațiile cu microcontrolere care afișează mesaje pentru utilizator se utilizează frecvent module LCD alfanumerice. Acestea sunt prevăzute de obicei cu o interfață paralelă ce poate fi configurată să lucreze cu 4 sau 8 biți de date. Conectarea la această interfață și protocolul de lucru cu modulul LCD solicită resurse hardware și software, în detrimentul aplicației propriu-zise.
Dispozitivul prezentat, realizat cu un modul LCD Optrex 4 linii x 20 caractere, pune la dispoziția aplicațiilor cu microcontroler care nu folosesc portul serial UART o interfață serială și un protocol accesibil pentru afișarea mesajelor. Astfel, în aplicație se alocă pentru afișare o singură linie I/O, iar rutina aferentă este mult simplificată. Sarcina gestionării interacțiunii cu modulul LCD este lăsată integral pe seama microcontrolerului AT89C2051 din afișorul universal.
Pentru alimentarea dispozitivului este necesară o sursă externă de +5V. Interfața serială folosită este de tip asincron cu niveluri logice TTL-CMOS. Cadrul de date are următoarea structură: 1 bit de start, 8 biți de date, 1 bit de stop. Pentru simplitate s-a renunțat la bitul de paritate. Viteza de comunicație poate fi stabilită la 1200 / 2400 / 4800 / 9600 / 19200 baud, permițând conectarea optimă a afișorului LCD universal în diverse situații.
La alimentarea dispozitivului se execută secvența de inițializare a modulului LCD, apoi se testează prin aprindere scurtă toți pixelii display-ului și se afișează ecranul de start cu parametrii comunicației seriale. Pentru modificarea vitezei de recepție se apasă butonul [C] = Change și apoi se salvează opțiunea apăsând butonul [S] = Set. Pentru pornirea recepției seriale, dacă nu e necesară schimbarea vitezei implicite de 9600 baud, se apasă butonul [S] = Start. Oprirea recepției, realizată apăsând același buton [S] = Stop, este semnalată prin aprinderea led-ului Hold.
Pentru potrivirea afișorului universal cu transmițătorul serial din aplicația propriu-zisă se folosește un cadru de sincronizare, ce permite rejectarea secvențelor seriale eronate / incomplete și validarea recepției doar la apariția cadrului respectiv. Secvența serială trimisă la afișor conține numărul de caractere de afișat, poziția de afișare pe ecran și caracterele propriu-zise ale mesajului.
Microcontrolerul AT89C2051 utilizează un cuarț de 11.0592MHz pentru a putea realiza precis vitezele de comunicație serială menționate. Deși testele au dovedit că aplicația este stabilă, s-a prevazut și un buton de Reset pentru reinițializarea afișorului universal în cazul blocării sau funcționării defectuoase. Contrastul de afișare al display-ului se poate ajusta cu semireglabilul R6 din schema controlerului.
Modulul LCD utilizat are iluminare de fundal cu tub CCFL (cold cathode fluorescent lamp). Pentru alimentarea tubului cu tensiune sinusoidală de aprox. 100V s-a realizat un convertor Royer cu transformator pe oală de ferită. Deoarece frecvența de lucru este de aprox. 3KHz, în timpul funcționării oala de ferită produce un țiuit ușor. Dacă acest lucru deranjează, se poate renunța la iluminatul de fundal prin scoaterea jumper-ului K1 din schema controlerului.
Circuitul convertor Royer a fost realizat separat deoarece nu este necesar în cazul modulelor LCD cu iluminare tip led sau fără iluminare. Cablajele imprimate, prezentate aici la scară mărită, au fost gândite pentru trasare manuală. PCB-urile la scara 1:1 în format PDF sunt disponibile pentru descărcare. ⇒ displpcb.pdf
Pentru testarea afișorului LCD universal s-a realizat o aplicație Windows care să transmită serial comenzi pentru ștergerea ecranului, afișarea unui text la poziția dorită, afișarea unui ecran complet negru sau alb, afișarea dinamică a unor valori numerice, afișarea unui text derulant lung. Înainte de inițierea transmisiei, portul COM utilizat trebuie configurat la viteza de recepție a afișorului (sau invers, afișorul trebuie configurat la viteza de transmitere a portului serial PC).
Pentru simplitate s-a ales comunicația pe două fire (liniile TD = transmit data și SG = signal ground) fără protocol pentru transferul datelor. Deoarece portul serial COM al calculatorului lucrează cu niveluri de tensiune RS232 (5÷15V = 0 logic, -15÷-5V = 1 logic), între port și afișorul LCD universal trebuie interpus un translator de nivel RS232 / TTL-CMOS. Pentru aceasta se poate folosi un CI de tipul MAX232, alimentat cu +5V de la regleta de conexiuni a afișorului universal. La vitezele de transmisie menționate, lungimea cablului de legătură utilizat poate depăși 15m.
Programul din microcontrolerul afișorului universal a fost ajustat pe specificațiile particulare ale modulului LCD Optrex. În principiu el poate fi adaptat și pentru alte tipuri de module LCD atunci când se cunosc caracteristicile tehnice ale acestora (timpii funcționali, codurile comenzilor, modurile de lucru etc.). Deoarece specificațiile din foile de catalog sunt deseori sumare sau neclare, etapa testării în laborator este hotărâtoare.
Numărător - Cronometru
Montajul prezentat este un dispozitiv cu funcție dublă, ce poate fi folosit ca numărător sau cronometru simplu de laborator. Constructiv, dispozitivul este alcătuit din două module suprapuse, modulul de la bază conținând circuitul de comandă, oscilatorul și numărătorul propriu-zis, iar modulul superior având pe el decodificatoarele și afișoarele LED. Legătura electrică dintre cele două module este realizată cu fire izolate subțiri. Montajul se alimentează prin firele torsadate laterale de la o sursă externă stabilizată de +5V. Regleta frontală permite conectarea la un dispozitiv extern, de la care se preia semnalul digital TTL pentru a realiza operația de numarare sau pe cea de cronometrare. Schemele celor două module electronice sunt prezentate mai jos.
Modulul numărător include un oscilator digital pilotat cu cristal de cuarț care generează un semnal cu frecvența de 4MHz. Pentru realizarea oscilatorului s-au folosit primele trei porți ale unui circuit integrat echivalent 74LS04, care conține șase porți inversoare. Semnalul de 4MHz este aplicat unui circuit de divizare prin patru a frecvenței, format din două bistabile "toggle" cascadate. Acestea sunt realizate efectiv cu două bistabile D existente în circuitul integrat CI2, echivalent 7474. Intrările de Preset și Clear, active în 0 logic, nu sunt utile în această aplicație și de aceea au fost conectate la +5V. Se obține astfel un semnal etalon cu frecvența de 1MHz, adică cu perioada de 1µs, care este util pentru cronometrare. Circuitul poate fi simplificat dacă se folosește un cuarț cu frecvența de 1MHz, caz în care se renunță la divizorul de frecvență.
Semnalul de 1MHz este aplicat unui circuit cu două etaje, care realizează fiecare o divizare a frecvenței prin 10, obținându-se semnale auxiliare cu perioada de 10µs și 100µs, utile la cronometrare. Pentru divizarea prin 10 (5x2) a frecvenței s-au folosit circuite integrate TTL compatibile 7490.
Jumper-ul K1 permite selectarea semnalului de ceas folosit la cronometrare. Pe poziția 7-8 se poate lucra cu un semnal de ceas extern, cu perioada de 1ms (f = 1KHz) sau 10ms (f = 100Hz), astfel putând fi extinsă durata maximă ce poate fi cronometrată.
Circuitele integrate CI5 ÷ CI9, de tipul 7490, implementează un numărător zecimal asincron cu cinci cifre. Dacă jumper-ul K1 este scos, dispozitivul numără impulsurile aplicate la intrare, în intervalul 0 ÷ 99999. Se pot folosi la numărare fie fronturile crescătoare, fie fronturile descrescătoare ale semnalului aplicat la intrare. Pentru fronturi active crescătoare se folosește clema 2 (In B) a regletei XR, cu jumperul K2 în poziția 1-2, iar pentru fronturi active descrescătoare se folosește clema 1 (In A), cu jumperul K2 în poziția 2-3. Semnalul digital de intrare trebuie să aibă nivel TTL și putere suficientă pentru a alimenta o intrare TTL-LS.
Când jumper-ul K1 este conectat, dispozitivul este în regim de cronometru. Numărătorul primește la intrare un semnal etalon stabil cu perioadă cunoscută (1µs / 10µs / 100µs), pe durata activă a impulsului de cronometrare. Când acest impuls dispare, poarta 1 a circuitului integrat CI10 se blochează și semnalul de ceas nu mai ajunge la numărător. În acest fel dispozitivul numără perioadele de ceas care se scurg pe durata activă a impulsului aplicat la intrare, realizând cronometrarea acestuia. Pe primele trei poziții ale jumper-ului K1 cronometrul indică „µs”, „zeci de µs”, „sute de µs”. Duratele maxime de timp care pot fi măsurate pe pozițiile indicate sunt 99.999ms, 999.99ms, respectiv 9.9999s. Pentru durate de timp mai lungi este nevoie de un semnal de ceas extern care să fie aplicat la clema 5 a regletei XR.
Pentru a controla funcționarea numărătorului / cronometrului există trei butoane. Butonul B1 are rol de activare a dispozitivului înaintea unei operații de numărare / cronometrare. Starea activă este indicată prin aprinderea ledului verde D1. Butonul B2 permite dezactivarea dispozitivului prin blocarea numărătorului. În starea dezactivat indicația afișorului rămâne neschimbată, dispozitivul devenind insensibil la semnalul aplicat la intrare. Butonul B3 permite resetarea numărătorului înaintea unei operații noi de numărare / cronometrare. Pentru implementarea acestor funcții de control s-au folosit două bistabile SR, realizate cu porțile NAND ale unui circuit integrat TTL compatibil 7400.
Modulul display preia starea numărătorului zecimal cu cinci cifre și activează corespunzător cele cinci afișoare LED cu anod comun. S-au utilizat circuite decodificatoare BCD-7 segmente de tipul 7447. Jumper-ii K1 și K2 permit testarea afișoarelor și dezactivarea display-ului. Pentru afișare normală se scoate jumper-ul K1, iar jumper-ul K2 fie se pune pe poziția 1-2, fie nu se mai conectează deloc. Pentru economisirea energiei în cazul unei operații de numărare îndelungate, se plasează jumper-ul K2 pe poziția 2-3. În acest fel afișoarele se sting, dar se aprinde punctul zecimal al cifrei unităților pentru a arăta că montajul este în funcțiune. Pentru testarea afișoarelor prin aprinderea tuturor segmentelor se plasează jumper-ii K1 și K2 pe poziția 1-2.
Cablajele imprimate ale celor două module sunt prezentate mai jos. Semnificația culorilor este următoarea: roșu-portocaliu (traseu pe fața de sus), verde închis (traseu pe fața de jos), verde deschis (ștrap izolat pe fața de jos). Cablajele a fost proiectate astfel încât să permită trasarea lor manuală.
PCB-urile la scara 1:1 în format PDF sunt disponibile pentru descărcare. ⇒ numcrpcb.pdf
Se pot cronometra precis intervale de ordinul zeci de secunde ÷ minute și fără un semnal de clock extern, plasând jumper-ul K1 pe poziția 5-6 și folosind în paralel un ceas care indică secundele. La pornirea cronometrului se notează minutul și secunda indicate de ceas, iar la oprirea cronometrului se rețin iarăși minutul și secunda. Se calculează durata aproximativă în secunde folosind valorile notate. Apoi se efectuează corecția valorii calculate în sensul potrivirii ultimei cifre cu primul digit al cronometrului electronic, pe drumul cel mai scurt (corecție minimă prin adaos sau lipsă). Se are în vedere că cifra cea mai semnificativă a display-ului reprezintă secundele, iar urmatoarele patru cifre indică fracțiunea de secundă.
Referință de tensiune pentru verificări
Referința de tensiune este utilă pentru verificarea ocazională sau periodică a preciziei de măsurare a voltmetrelor de curent continuu și a intrărilor de osciloscop. Dispozitivul furnizează la ieșire o tensiune de referință de +10V și patru valori precise de tensiune derivate din aceasta (+10V, +7.5V, +5V, +2.5V) care permit efectuarea verificărilor în mai multe puncte.
Schema are la bază circuitul integrat AD581KH care este o referință de tensiune pentru convertoare analog-numerice. Divizorul multiplu de tensiune este obținut cu rezistoare foarte precise de 1KΩ. Tensiunile intermediare obținute pe divizor sunt aplicate unor etaje repetoare de tensiune pentru a nu fi afectate de conectarea pe sarcini externe. S-au folosit amplificatoare operaționale tip LM324 deoarece au curenți de polarizare mici și pot fi alimentate de la o sursă nesimetrică. Precizia tensiunilor furnizate poate fi estimată teoretic folosind datele de catalog ale circuitelor integrate utilizate. Verificările practice ulterioare cu voltmetre de calitate au confirmat încadrarea tensiunilor în plaja estimărilor teoretice.
În cazul circuitului AD581KH, luând în calcul abaterea inițială (dVini = ± 10mV), abaterea datorată temperaturii ambiante Tamb = 25°C ± 20°C (dVtem = ± 3mV), abaterea datorată tensiunii de alimentare Valim = 15V ± 1V (dValim = ± 0.2mV) și abaterea datorată curentului de sarcină Isar = 2.5mA ÷ 5mA (dVsar = ± 2.5mV), abaterea totală a tensiunii de referință este: dVref = ± dVini ± dVtem ± dValim ± dVsar = ± 15.7mV ⇒ eroarea relativă a tensiunii de ieșire ε = ± 0.16%. Precizia estimată a referinței este suficient de bună pentru a justifica utilizarea dispozitivului la verificarea voltmetrelor uzuale. Pentru celelalte tensiuni de ieșire precizia este mai redusă, iar estimarea teoretică mai dificilă.
În cazul circuitului integrat LM324N, neglijând influența temperaturii și a curentului de sarcină Isar ≤ 1mA, dar luând în calcul abaterea tensiunii de intrare (dVin), abaterea datorată tensiunii de offset (dVoff = ± 7mV), abaterea datorată tensiunii de mod comun (dVmc) pentru un factor de rejecție de 65dB (0.6mV/V), abaterea datorată tensiunii de alimentare (dValim) pentru Valim = 15V ± 1V și un factor de rejecție de 65dB (0.6mV/V), abaterea tensiunii de ieșire este: dVout = ± dVin ± dVoff ± dVmc ± dValim.
Abaterea tensiunii de intrare (dVin) față de cazul ideal este dată de fracțiunea corespunzătoare din abaterea tensiunii de referință (k * dVref), de abaterea datorată curenților de polarizare IB < 250nA asupra divizorului rezistiv (dVpol) și de abaterea introdusă de toleranța rezistoarelor divizorului Tol = 0.01% (dVtol): dVin = ± k * dVref ± dVpol ± dVtol.
Valorile mărimilor k * dVref, dVmc, dVpol, dVtol aferente celor patru ieșiri sunt diferite, după cum se indică în tabelul de mai jos. Trebuie făcută mențiunea că relațiile din tabel sunt valabile considerând mărimile exprimate în unități fundamentale. Pentru simplitate s-a procedat la ajustarea formulelor și la rotunjirea valorilor în sensul cazului mai defavorabil. Prin utilizarea în divizorul de tensiune a unor rezistoare etalon s-a redus la minim contribuția toleranței rezistoarelor la eroarea estimată totală. Dacă se folosesc rezistoare de precizie uzuale, ponderea abaterii datorate toleranței poate deveni dominantă în eroarea estimată totală. De exemplu, pentru Tol = 0.5% se obține abaterea dVtol = ± 19 ÷ 25mV și eroarea relativă totală ε = ± 0.6 ÷ 1.3%.
| Ieșire | k * dVref [mV] | dVpol [mV] | dVtol [mV] | dVin [mV] | dVoff [mV] | dVmc [mV] | dValim [mV] | dVout [mV] | ε [%] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 10V | ± 15.7 1 * dVref |
0 | 0 | ± 15.7 | ± 7 | ± 6 | ± 0.6 | ± 29.3 | ± 0.30 |
| 7.5V | ± 11.8 3/4 * dVref |
± 0.4 1.5 * IB * R |
± 0.4 ± 3/4 * Vref / (2 / Tol - 1) |
± 12.6 | ± 7 | ± 4.5 | ± 0.6 | ± 24.7 | ± 0.33 |
| 5V | ± 7.9 1/2 * dVref |
± 0.5 2 * IB * R |
± 0.5 ± 1/2 * Vref * Tol |
± 8.9 | ± 7 | ± 3 | ± 0.6 | ± 19.5 | ± 0.39 |
| 2.5V | ± 4 1/4 * dVref |
± 0.4 1.5 * IB * R |
± 0.4 ± 3/4 * Vref / (2 / Tol - 1) |
± 4.8 | ± 7 | ± 1.5 | ± 0.6 | ± 13.9 | ± 0.56 |
Cablajul imprimat, prezentat la scară mărită, poate fi ușor trasat manual. PCB-ul la scara 1:1 în format PDF este disponibil pentru descărcare. ⇒ reftenpcb.pdf
Sursă dublă de curent 0 ÷ 25mA
Sursa dublă de curent continuu este alcătuită din două secțiuni identice izolate, fiecare permițând reglarea independentă a curentului de ieșire în plaja 0÷25mA. Cele două canale pot fi configurate individual să acționeze fie ca surse de curent constant, fie ca sarcini dinamice cu rol de reglare a curentului la valoarea dorită. Sursa de curent este utilă pentru testarea led-urilor și a diodelor Zener (inclusiv pentru identificarea diodelor Zener necunoscute), pentru testarea și simularea aparatelor ce lucrează cu semnal unificat 2÷10mA sau 4÷20mA, pentru determinarea capacităților foarte mari etc.
La funcționarea ca sursă de curent, montajul injectează curent în circuitul extern conectat între bornele (1+,1-) respectiv (2+,2-). Curentul este generat folosind tensiunea disponibilă în sursa de alimentare proprie. La funcționarea ca sarcină dinamică (regulator de curent), montajul se comportă între bornele (1-,Gnd1) respectiv (2-,Gnd2) ca o rezistență variabilă ce stabilește curentul din circuitul exterior. În acest caz curentul este susținut de sursa externă de tensiune care alimentează circuitul.
Dispozitivul are la bază o schemă de regulator de curent realizată cu un circuit integrat LM723 și un tranzistor NPN extern. Potențiometrul liniar R3 (respectiv R10) stabilește curentul de referință, permițând ajustarea aproape liniară a acestuia în plaja 0÷25mA. Rezistorul R7 (R14) este un șunt care furnizează reacția de curent necesară funcționării regulatorului de curent. Tensiunea pe șunt este de aprox. 40mV/mA, suficient de mare pentru a minimiza efectul zgomotelor și al erorilor amplificatorului, dar și suficient de mică pentru a nu consuma inutil din tensiunea disponibilă pentru alimentarea buclei de curent.
Pentru a preîntâmpina supraîncălzirea circuitului integrat la funcționarea montajului în gol (cu bucla de curent întreruptă), curentul de ieșire din integrat este limitat la aprox. 5mA cu ajutorul rezistorului R5 (R12). Diodele D2,D3 (D6,D7) asigură tensiunea minimă de 1.4V pe intrările amplificatorului de eroare astfel încât acesta să poată lucra corespunzător și atunci când cursorul potențiometrului R3 (R10) este adus spre minim. Rezistorul de precizie R4 (R11) permite măsurarea indirectă a curentului generat (10mA/V) și poate fi ștrapat cu jumper-ul K2 (K4) dacă se dorește valorificarea integrală a tensiunii de alimentare disponibile (câștig maxim 2.5V). Dioda D4 (D8) limitează supratensiunile posibile produse de o sarcină inductivă la desprinderea cursorului potențiometrului R3 (R10).
Pentru alimentarea integratului LM723 se folosește un stabilizator de tensiune de 27V, realizat cu diodă Zener și tranzistor NPN. Astfel alimentat, regulatorul lucrează în condiții optime, obținându-se la ieșire un curent constant cu riplu neglijabil. La utilizarea ca sarcină dinamică (regulator de curent) montajul trebuie alimentat înainte de a fi conectat în bucla externă. De asemenea, tensiunea sursei din buclă trebuie să îndeplinească condiția: 5V < Uext < 49V. Cablajul imprimat, prezentat la scară mărită, a fost conceput pentru trasare manuală. PCB-ul la scara 1:1 în format PDF este disponibil pentru descărcare. ⇒ surcurpcb.pdf
Tester cristale de cuarț
Montajul prezentat permite testarea și identificarea cristalelor de cuarț uzuale, cum ar fi cele întâlnite în circuitele digitale cu microcontrolere și în ceasurile electronice. Cuarțurile din prima categorie au frevența proprie de rezonanță în gama 1÷20MHz, iar cele din a doua categorie au frecvența proprie de 32768Hz. Pentru a fi verificate cristalele de cuarț trebuie introduse în circuite capabile să producă oscilații întreținute. În cazul de față s-au folosit două oscilatoare digitale: unul pentru frecvențe înalte (de ordinul MHz), iar celălalt pentru frecvențe mult mai scăzute (zeci de KHz).
Montajul se alimentează de la o sursă de tensiune stabilizată de +5V. Cuarțul supus verificării se cositorește, în funcție de frecvența lui, la pinii A1-A2 (Q1) sau B1-B2 (Q2). Se poziționează jumperul K pe poziția corectă, se alimentează montajul și se testează existența semnalului de ieșire la borna CLK corespunzătoare. Se poate folosi fie osciloscopul pentru vizualizarea semnalului, fie un frecvențmetru pentru măsurarea frecvenței lui. Dacă semnalul lipsește sau nu se stabilizează (nu poate fi vizualizat / frecvența fluctuează în limite largi), testarea este neconcludentă: cuarțul fie este defect, fie are o frecvență proprie nepotrivită pentru oscilatorul la care a fost conectat (este în afara domeniului de frecvențe acceptat).
Oscilatorul A este realizat cu un circuit TTL compatibil 7404, care conține 6 porți inversoare. Oscilatorul propriu-zis este realizat cu porțile 1 și 2, poarta 3 având rol de izolare a oscilatorului de exterior și de imbunătățire a formei semnalului generat. Intrările celor trei porți rămase nefolosite au fost conectate la +5V. Deoarece la borna CLK semnalul poate avea o frecvență ce depășește posibilitățile de măsurare ale unui osciloscop / frecvențmetru mai modest, s-a adăugat un circuit TTL echivalent 7490 care realizează divizarea frecvenței prin 10 (5x2), semnalul corespunzător fiind disponibil la borna CLK/10. Oscilatorul A a fost folosit cu succes pentru testarea unor cristale de cuarț cu frecvențe proprii în gama 932KHz ÷ 16MHz.
Oscilatorul B este realizat cu un circuit CMOS echivalent CD4001, care conține 4 porți SAU-NU (NOR) cu 2 intrări. Oscilatorul propriu-zis este realizat cu poarta logică 1, iar poarta 2 izolează oscilatorul de sarcina externă și îmbunătățește forma semnalului generat. Cele două porți rămase nefolosite au fost conectate cu ambele intări la masă. Oscilatorul B a fost folosit cu succes pentru testarea unor cristale de cuarț cu frecvența de 32768Hz. Aceste cuarțuri permit generarea ușoară, prin divizarea frecvenței cu 215, a semnalului de 1Hz (cu perioada de 1s), util în aplicațiile de ceas.
Cablajul imprimat, prezentat la scară mărită, poate fi ușor trasat manual. PCB-ul la scara 1:1 în format PDF este disponibil pentru descărcare. ⇒ tesqrtpcb.pdf
Tester buzere piezo
Traductoarele acustice piezo-electrice sunt utilizate deseori în aparatele electronice ca avertizoare sonore de mică putere. Buzerele piezo sunt mai compacte, mai robuste și mai ieftine decât difuzoarele, dar au un răspuns în frecvență neuniform și pot fi folosite eficient doar la anumite frecvențe (uzual în intervalul 1 ÷ 4 KHz). Semnalul de excitație optim pentru buzerul piezo este cel alternativ, sinusoidal sau dreptunghiular simetric, cu amplitudine de la câțiva volți la câteva zeci de volți.
Testerul prezentat este un generator de semnal dreptunghiular cu frecvența ajustabilă în domeniul 800Hz ÷ 4.2KHz și amplitudine egală cu tensiunea de alimentare (5 ÷ 15V). Semnalul de ieșire nu este chiar simetric, factorul de umplere modificându-se cu tensiunea de alimentare în plaja 34 ÷ 45%. Montajul utilizează trei circuite integrate echivalente LM555, unul realizând funcția de astabil cu frecvență reglabilă (CI1), iar celelalte două fiind folosite ca etaj final de putere în contratimp (CI2, CI3). După ce semnalul de la ieșirea astabilului CI1 este inversat de tranzistorul T1, se obțin două semnale practic complementare. Acestea atacă intrările celor două comparatoare identice realizate cu CI2 și CI3, rezultând la ieșirea lor două semnale în antifază de putere. Buzerul piezo poate fi alimentat bipolar (simetric) între ieșirile Out1 și Out2, dar și monopolar (nesimetric) între ieșirea Out1 / Out2 și Gnd, respectiv între ieșirea Out1 / Out2 și +Valim.
Pentru dimensionarea circuitului astabil s-au utilizat relațiile aproximative de mai jos, unde R = R1 +
Rv1 și C = C4:
Ton = Toff = ln2 * R * C = 0.693 * R * C
T = Ton +
Toff = 1.386 * R * C , f = 1 / T = 0.721 / (R * C)
Rezistoarele R4 și R5 limitează la o valoare nedistructivă curentul care apare la scurtcircuitarea accidentală a bornelor de ieșire la masă sau +Valim. Pentru a beneficia în întregime de puterea etajelor de ieșire pe dispozitivele piezo mai mari, rezistoarele de limitare pot fi scoase din schemă cu ajutorul jumperelor K1 și K2.
| Mod conectare sarcină | Valim = 5V | Valim = 10V | Valim = 15V |
|---|---|---|---|
| monopolar, nesimetric | Is < 100mA Rs > 43Ω |
Is < 100mA Rs > 93Ω | Is < 70mA Rs > 209Ω |
| bipolar, simetric | Is < 100mA Rs > 26Ω |
Is < 90mA Rs > 86Ω | Is < 50mA Rs > 265Ω |
Rezistoarele de limitare de 91Ω asigură doar o protecție de scurtă durată a circuitelor integrate CI2 și CI3. La funcționare îndelungată este necesară și limitarea puterii disipate de integrate. De aceea, curentul de sarcină Is și rezistența de sarcină Rs trebuie restricționate în funcție de tensiunea de alimentare și de modul de conectare a sarcinii. Tabelul de mai sus oferă câteva valori limită orientative pentru aceste mărimi. Rs este suma dintre „rezistența” buzerului piezo și rezistoarele de limitare (dacă acestea nu sunt ștrapate). În practică se începe testarea buzerelor la 5V, cu rezistoarele de limitare neștrapate. Dacă semnalul sonor este prea slab se montează jumperele. Apoi se ajustează frecvența pentru obținerea intensității sonore maxime. Astfel se determină frecvența optimă de lucru a buzerului piezo. Testarea se poate efectua similar la tensiuni de alimentare mai mari, urmărind ca circuitele integrate CI2 și CI3 să nu se încălzească excesiv.
Cablajul imprimat, prezentat la scară mărită, a fost conceput pentru trasare manuală. PCB-ul la scara 1:1 în format PDF este disponibil pentru descărcare. ⇒ tesbuzpcb.pdf
Detector de umezeală cu avertizare acustică
Dispozitivul prezentat este un detector de umezeală cu avertizare sonoră care permite supravegherea circuitelor de alimentare cu apă și de încălzire din locuințe. În clipa în care dispozitivul detectează primele picături de apă pe suprafața plăcuței sesizoare el emite un semnal sonor intermitent, avertizând din timp asupra problemei apărute și permițând intervenția rapidă pentru evitarea infiltrărilor de apă și limitarea inundațiilor.
Detectorul este alcătuit din două componente: modulul electronic și plăcuța sesizoare. Modulul electronic, alimentat cu două baterii alcaline de 1.5V (tip LR6, format AA) este introdus împreună cu acestea într-o cutie de mici dimensiuni. Cutia se amplasează într-un loc potrivit pentru ca sunetul de avertizare produs de buzer să fie ușor de auzit.
Plăcuța sesizoare este realizată ca orice cablaj imprimat, trasând două armături apropiate în formă de „pieptene”. Plăcuța se conectează la detector printr-un cablu bifilar subțire, putând fi amplasată în locuri greu accesibile, cât mai aproape de locul posibilei scurgeri de apă: în spatele măștilor, sub chiuvete / căzi / calorifere, în spatele unor dulapuri etc. Se pot conecta în paralel mai multe plăcuțe sesizoare la un singur detector. Pentru evitarea alarmelor false plăcuța sesizoare se plasează cu fața metalizată în jos, într-o zonă ferită de condens.
Schema utilizează circuitul integrat 74HC132, care conține patru porți SI-NU (NAND) cu două intrări trigger Schmitt. Acest circuit CMOS are avantajul că poate fi alimentat la tensiune scăzuta (min. 2V), consumul propriu de curent fiind neglijabil (aprox. 1µA).
Primele două porți logice realizează un oscilator de joasă frecvență (aprox. 1Hz), care dă ritmul semnalului intermitent de avertizare acustică. Celelalte două porți formează un oscilator cu frecvența de aprox. 4KHz, corespunzătoare tonului semnalului sonor. Frecvențele au fost alese pentru a obține un semnal de avertizare sonoră cât mai intens și mai ușor de recunoscut. Dacă se dorește ajustarea frecvențelor se intervine asupra grupurilor R2-C2 și R3-C3, modificând moderat valorile în jurul celor din schemă.
Alimentat direct cu semnal dreptunghiular cu amplitudinea de 3V, buzerul piezo generează sunete de intensitate redusă. Pentru creșterea nivelului acustic s-a adăugat un etaj final funcționând în comutație. În timpul conducției tranzistorului T1 bobina L1 înmagazinează energie, iar pe durata cât tranzistorul este blocat această energie este transferată buzerului. În acest mod buzerul este alimentat cu o tensiune bipolară, cu o alternanță de amplitudine ridicată, creșterea intensității sonore fiind majoră.
Detectorul de umezeală propriu-zis este constituit din poarta 1 a circuitului integrat și divizorul format din rezistorul R1 și plăcuța sesizoare. În lipsa apei, rezistența plăcuței sesizoare este foarte mare, astfel încât pe intrarea porții logice conectate la divizor se aplică semnal 0 logic. Ambele oscilatoare și tranzistorul T1 sunt blocate, detectorul fiind în așteptare. În clipa în care plăcuța este umezită potențialul de la mijlocul divizorului crește peste pragul 1 logic al intrării porții, eliberând oscilatorul de 1Hz. Oscilatorul de 4KHz, care este comandat de primul oscilator, primește acum periodic dreptul de a funcționa, rezultând astfel semnalul de avertizare intermitent.
Sensibilitatea detectorului poate fi modificată acționând asupra lui R1. Valoarea din schemă corespunde unei sensibilități ridicate, care poate genera uneori și alarme false în spații cu umiditate ridicată și condens. Dacă se dorește o sensibilitate mai redusă se micșorează valoarea rezistorului R1. Înlocuirea rezistorului R1 cu un semireglabil de 2.2MΩ permite ajustarea „pragului de umezeală” la care se declanșează avertizarea sonoră.
Consumul detectorului de umezeală este mai însemnat doar în timpul avertizării sonore. Dacă evenimentele nedorite sunt sporadice consumul mediu al detectorului prezentat este atât de scăzut încât permite funcționarea timp de câțiva ani cu același set de baterii alcaline. La apariția avertizării acustice este bine ca detectorul să fie dezactivat cu butonul Pornit / Oprit, urmând ca el să fie reactivat după înlăturarea cauzei și ștergerea plăcuței sesizoare.
Cablajul imprimat, prezentat la scară mărită, poate fi ușor trasat manual. PCB-ul la scara 1:1 în format PDF este disponibil pentru descărcare. ⇒ detumpcb.pdf