Управление гирляндой на микроконтроллере. Схема китайской гирлянды

Данный проект светодиодной гирлянды на микроконтроллере хорошо подходит для начинающих. Схема отличается своей простотой и содержит минимум элементов.

Данное устройство управляет 13 светодиодами, подключенными к портам микроконтроллера. В качестве микроконтроллера используется МК фирмы ATMEL: . Благодаря использованию внутреннего генератора, выводы 4 и 5 задействованы как дополнительные порты микроконтроллера PA0,PA1. Схема обеспечивает выполнение 12 про- грамм эффектов, 11 из которых - индивидуальные комбинации, а 12-тая про- грамма – последовательный однократный повтор предыдущих эффектов. Переключение на другую программу осуществляется нажатием на кнопку SB1. Программы эффектов включают в себя и бегущий одинарный огонь, и нарастание огня, и бегущую тень и многое другое.

Устройство имеет возможность регулировки скорости смены комбинаций при выполнении программы, которая осуществляется нажатием на кнопки: SB2 – увеличение скорости и SB3 – уменьшение скорости при условии, что переключатель SA1 находиться в положении “Скорость программы”. Также имеется возможность регулировать частоту горения светодиода (от стабилизированного свечения до легкого мерцания), которая осуществляется нажатием на кнопки: SB2 – уменьшение (до мерцания) и SB3- увеличение при условии, что переключатель SA1 находиться в положении “Частота мерцания”. У переключателя SA2 замкнутое положение соответствует режиму регулировки скорости выполнения программ, а разомкнутое - режиму регулировки частоты горения светодиодов.

Порядок нумерации светодиодов в схеме соответствует их порядку зажигания при выполнении программы. При необходимости вывод RESET может быть использован для сброса, а в качестве порта PA2 он не задействован. В устройстве выбрано при программировании тактовая частота 8 МГц от внутреннего генератора (фузы CKSEL3..0 - 0100).Хотя возможно использование частоты в 4 МГц(фузы CKSEL3..0 - 0010) с соответствующими изменениями временных интервалов работы схемы.

Тип светодиодов, указанный на схеме использовался в опытном образце, для схемы подойдут любые светодиоды с напряжением питания 2-3 вольта, резисторами R1-R17 можно регулировать яркость свечения светодиодов.

Прошивку HEX, а также файлы программы на ассемблере вы можете скачать ниже

Список радиоэлементов

Среди множества световых приборов, используемых для оформления новогодних елок, особое место занимает схема китайской гирлянды. Она, как и все аналогичные китайские изделия, отличается простотой и дешевизной. Возникает много споров о надежности подобных гирлянд, однако, большинство потребителей использует именно их.

Схема классической китайской гирлянды

Данная конструкция оснащена плавным управлением яркостью. Для этого используется фазовое управление, регулирующее угол открывания тиристоров. Автоматика использует целых восемь программ, обеспечивающих большое разнообразие алгоритмов управления. Благодаря своим качествам, прибор очень дешев, поэтому и расходится миллионными тиражами.

В основе контроллера лежит плата небольшого размера, где предусмотрено место . Здесь же располагается и микроконтроллер с четырьмя выходами. Он представляет собой небольшой кусочек генитакса, где с помощью эпоксидной смолы крепится микрочип. Через выходы микроконтроллера, с помощью токоограничительных резисторов, осуществляется управление четырьмя тиристорами. Данное устройство рассчитано на анодное напряжение до 600 вольт и ток в пределах 0,6-0,8 ампер. В отдельных конструкциях дешевых гирлянд, вместо входного диодного мостика остается один диод. В то же время, подключение электродов, управляющих тиристорами, осуществляется напрямую к выходам микроконтроллера, без , ограничивающих ток.

Как правило, мощность микроконтроллера очень маленькая, поэтому, он не в состоянии контролировать работу мощных симисторов. Для того, чтобы решить эту проблему, необходимо использовать отдельный маломощный источник питания, имеющий гальваническую развязку от общей сети. В этих целях можно использовать адаптер малой мощности, например, такой, который питает усилитель телевизионной антенны, содержащий в своей схеме стабилизатор.

Другие пути решения проблем

Чтобы совместить маломощный микроконтроллер с мощными симисторами, практикуется применение транзисторных ключей, где используются транзисторы с высоким коэффициентом усиления тока. Таким образом, схема китайской гирлянды не перегружает выходы микроконтроллера. Чтобы обеспечить гальваническую развязку, применяются специальные микросхемы, на входе которых содержится светодиод, а на выходе установлен маломощный симистор.

Для того, чтобы китайская гирлянда нормально работала, ее нужно синхронизировать с сетью с помощью сигнала. С этой целью, на вход микроконтроллера подается фаза, номиналом 220 вольт через установленный резистор. Нейтральный провод сети, соединяется с общим проводом всего устройства.

Замена блока управления Китайской гирлянды

ЦМУ/СДУ на микроконтроллере (8 каналов)

Это устройство объединяет в себе цветомузыку (ЦМУ) и светодинамическое устройство (СДУ) на 8 каналов, с множеством световых эффектов. Выходы устройство рассчитаны на подключение достаточно мощной нагрузки.

Разделение частот по каналам ЦМУ чисто программное и очень простое, используется PIC микроконтроллер PIC16F628A. Подсчитывается количество импульсов таймера/счетчика за строго определенный промежуток времени и в зависимости от значения этого счетчика включается тот или иной светодиод.

А вот схема устройства:

Копки позволяют:

• Выбрать режим - ЦМУ/СДУ. В режиме СДУ даже если есть сигнал на входе работает только основная программа светодинамического устройства. В режиме ЦМУ если нет сигнала то воспроизводиться выбранный эффект СДУ, как фоновый режим.

• Выбрать эффект СДУ. Кнопка циклически переключает все возможные эффекты светодинамического устройства.

• Увеличить и уменьшить скорость. Эти кнопки управляют скоростью эффектов СДУ, на ЦМУ никакого действия не оказывают.

Печатная плата односторонняя, достаточно простая. Светодиоды установленные на плате являются отладочными и служат просто как дополнительное устройство визуализации.

В качестве цветных прожекторов я использовал готовые светильники-софиты из хозяйственного магазина. Из них я удалил стандартный патрон под лампочку и установил туда матрицу из 37 ярких светодиодов. Для каждого прожектора свой цвет - красные, зеленые, синие и т.д., все что удалось найти. Прожекторы размещены по углам комнаты и по средним точкам вверху стен и все направлены на центр комнаты. Ночью под музыку смотрится очень впечатляюще, особенно эффект стробоскопа

2, схема

Данный проект светодиодной гирлянды на микроконтроллере хорошо подходит для начинающих. Схема отличается своей простотой и содержит минимум элементов.

Данное устройство управляет 13 светодиодами, подключенными к портам микроконтроллера. В качестве микроконтроллера используется МК фирмы ATMEL: ATtiny231320PI . Благодаря использованию внутреннего генератора, выводы 4 и 5 задействованы как дополнительные порты микроконтроллера PA0,PA1. Схема обеспечивает выполнение 12 про- грамм эффектов, 11 из которых - индивидуальные комбинации, а 12-тая про- грамма – последовательный однократный повтор предыдущих эффектов. Переключение на другую программу осуществляется нажатием на кнопку SB1. Программы эффектов включают в себя и бегущий одинарный огонь, и нарастание огня, и бегущую тень и многое другое.

Устройство имеет возможность регулировки скорости смены комбинаций при выполнении программы, которая осуществляется нажатием на кнопки: SB2 – увеличение скорости и SB3 – уменьшение скорости при условии, что переключатель SA1 находиться в положении "Скорость программы”. Также имеется возможность регулировать частоту горения светодиода (от стабилизированного свечения до легкого мерцания), которая осуществляется нажатием на кнопки: SB2 – уменьшение (до мерцания) и SB3- увеличение при условии, что переключатель SA1 находиться в положении "Частота мерцания”. У переключателя SA2 замкнутое положение соответствует режиму регулировки скорости выполнения программ, а разомкнутое - режиму регулировки частоты горения светодиодов.

Порядок нумерации светодиодов в схеме соответствует их порядку зажигания при выполнении программы. При необходимости вывод RESET может быть использован для сброса, а в качестве порта PA2 он не задействован. В устройстве выбрано при программировании тактовая частота 8 МГц от внутреннего генератора (фузы CKSEL3..0 - 0100).Хотя возможно использование частоты в 4 МГц(фузы CKSEL3..0 - 0010) с соответствующими изменениями временных интервалов работы схемы.

Тип светодиодов, указанный на схеме использовался в опытном образце, для схемы подойдут любые светодиоды с напряжением питания 2-3 вольта, резисторами R1-R17 можно регулировать яркость свечения светодиодов.

Прошивку HEX, а также файлы программы на ассемблере вы можете скачать ниже

Список радиоэлементов

3, схема

Переключатель елочных гирлянд на основе PIC16C84.

Гирлянда на микроконтроллере своими руками

С наступающим вас дорогие пользователи. И к предстоящему празднику решил порадовать вас схемой- новогодняя гирлянда на микроконтроллере pic.

И прошу к просмотру подробнее данной статьи.

Схема устройства:

Она содержит четыре канала, к которым подключаются последовательно соединённые светодиоды, изображенные на рисунке ниже.

Ядром схемы является микроконтроллер PIC16F628A . Микроконтроллер работает по алгоритму, изображенному на рисунке. Код программы написан на языке ассемблер, смотреть листинг Garland\16F628ATEMP.ASM.

Полный цикл внутрисхемного программирования и отладки микроконтроллера PIC16F628A был осуществлён при помощи MPLAB IDE v8.15 (интегрированная среде разработки), компилятор MPASM v5.22 (входит в MPLAB IDE v8.15) и MPLAB ICD 2 (внутрисхемный отладчик - «Дебагер»). Для тех, кто не располагает средствами приведёнными выше, а имеет свою программу для работы с HEX файлами и иной программатор, можно в соответствующем проекте найти файл 16F628ATEMP.HEX. Техническую спецификацию микроконтроллера можно найти на сайте и .

Микроконтроллер DD1 имеет функциональные выходы RB4 – RB7, к которым подключаются усиливающие полевые MOSFET транзисторы VT1 – VT4. Техническую спецификацию транзисторов можно найти на сайте . Стоки транзисторов подключены к нажимным клеммникам X2 – X5. Напряжение питание нагрузки задаётся источником питания схемы, который подключают к разъёму X1. Максимальный коммутируемый ток на канал составляет 0.5 А. Микроконтроллер DD1 не имеет функции принудительного сброса, вывод для сброса подключен через резистор R1 к положительному потенциалу питания. Для генерации тактовой частоты в микроконтроллере используется встроенный генератор тактовой частоты на кристалле. Прибор может эксплуатироваться в диапазоне температур от – 40 °С до +85 °С.

Прибор запитывается от переменного или постоянного источника напряжения, подключаемого к разъему X1. Номинальное напряжение источника питания 12 В. Номинальный ток источника питания зависит от нагрузки и составляет 0.5 – 2 А. Для стабилизации питания используется обычная схема из диодного моста VD1, линейного стабилизатора DA1, фильтрующих конденсаторов C1 – C4.

В микроконтроллер запрограммированы 3 световых эффекта в основе лежит эффект «бегущие огни».
1) Гирлянды поочерёдно загораются и гаснут в одну и так же повторяют в другую сторону.
2) Гирлянды поочерёдно загораются и когда все четыре гирлянды горят, начинают поочерёдно гаснуть в том же направлении, так же повторяется и в обратном порядке.
3) 1 и 2, 3 и 4 гирлянды поочерёдно перемигиваются между собой. Микроконтроллер запрограммирован таким образом, что выполняет заранее установленное число повторов светового эффекта. Стоить отметить, что интервал времени между загораниями гирлянд меняется (нарастает, достигая пика, а затем падает), то есть виден эффект «временной раскачки». Для лучшей демонстрации световых эффектов гирлянды (так как они пронумерованы на схеме) следует располагать по порядку в одной плоскости. В данном случае украшение ели от корней до верхушки (по вертикали, разбив ель на четыре сектора для гирлянд), от 1 до 4 гирлянды, соответственно.

Питание гирлянд связано с источником питания подключаемым к разъёму X1, следовательно нужно рассчитывать последовательно соединённые светоизлучающие элементы (светодиоды, лампы накаливания). Общее напряжение питания находится из суммы напряжений последовательно соединённых светоизлучающих элементов. Так например, последовательно соединённых ярких светодиодов рассчитанных на напряжение 2 – 2,5 В будет 6 штук в одной гирлянде. Так как светодиоды потребляют 20 мА, не исключено параллельного подключения последовательно соединённых светодиодов в ряды.

Монтаж деталей односторонний. Размер отверстий от 0.7 мм до 3 мм. Файлы для изготовления печатной платы смотреть в папке .

В данном устройстве можно заменить следующие детали. Микроконтроллер DD1 из серии PIC16F628A-I/P-xxx с рабочей тактовой частотой 20 МГц в корпусе DIP18. Стабилизатор напряжения DA1 отечественный КР142ЕН5А (5 В, 1.5 А). Полевые MOSFET транзисторы и VT1 – VT4 (N-канал) в корпусе I-Pak (TO-251AA), подойдут аналоги номиналов указанных на схеме. Диодный мост VD1 на рабочее напряжение не меньше 25 В и ток не меньше 2 А. Разъём питания X1 аналогичный указанному на схеме с центральным контактом d=2.1 мм. Неполярные конденсаторы С1 и С2 номиналом 0.01 – 0.47 µF x 50 V. Электролитические конденсаторы С3 и С4 ёмкостной номинал тот же, а напряжение не ниже указанного на схеме. Разноцветные светодиоды VD1 – VD6 на напряжение 2 - 2.5 В.

Близятся новогодние праздники и по этому поводу хочется сделать что-то светлое праздничное! Решил, вот, сделать новогоднюю гирлянду. Что может быть светлее и праздничней чем новогодняя гирлянда? :). Гирлянду решил сделать не простую, а наворочанную! 12 каналов плюс управление от IR-пульта. Чтобы не делать гирлянду с нуля, решено было в качестве доноров внутренних органов запчастей использовать уже готовые китайские гирлянды. Это имеет смысл по следующим соображениям:
— стоимость гирлянд, будем честно говорить, стоимость — копеечная. Попробуйте за те же деньги накупить провода, светодиодов, запчастей… А если не брать за цель светодиодную гирлянду, то лампочковые гирлянды сейчас продают почти даром;
— немаловажный фактор – уже готовые спаянные до кучи линии светодиодов. Паять самому, садить в термоусадки, ошибаться-переделывать 12 линий работа довольно муторная;
— еще, не знаю как у Вас, а у меня валяется определенное количество нерабочих гирлянд (их часто мне таскают подремонтировать – так и оседают) можно вообще не тратиться на новые, а собрать из того что есть.

Для затравки смотрим видео:

ВНИМАНИЕ!
опасного напряжения 220В!

ОПАСНО ДЛЯ ЖИЗНИ!
ПОЭТОМУ:

Если Вы осознаете опасность сборки такой гирлянды и обязуетесь соблюдать правила безопасности при работе с опасным напряжением, дальше можно прочитать о том, как собрать супер гирлянду.

1 Гирлянды пациенты.

В качестве жертв были куплены 3 новые светодиодные гирлянды – вот они красавицы 🙂

Стоимость по 3$ за штуку (100 светодиодов). Но китайцы если не сэкономят, то сами себе изменят! В гирляндах, по факту, оказалось по 3 канала. То есть сам контроллер четырех канальный, но тиристоров три и линий светодиодов тоже три. Дабы замаскировать такое безобразие китайцы в одной линии мешают светодиоды двух цветов. Короче, пришлось докупить еще одну:(. Но это еще не предел экономии, часто и густо каналов вообще два! Будьте внимательны – открывайте коробочку и смотрите, сколько стоит тиристоров.

Из оригинальных контроллеров для улучшенной гирлянды будут задействованы резисторы, выпрямительные диоды, тиристоры, кнопка, коробочки. Понадобится докупить чуть больше десятка резисторов, пару конденсаторов, микроконтроллер ATtiny2313 и еще по мелочи.

2 Схема.

Вот схема оригинальной гирлянды:

Из схемы видно, что диммирование каналов светодиодов осуществляется тиристорами PCR406

Даташит на тиристор PCR406

Не вижу смысла их менять на что-то другое. Для формирования напряжения питания оригинального контроллера используется гасящий резистор (гасящий резистор совместно с внутренним сопротивлением контроллера образуют делитель напряжения). Решение противоречивое, но в данном случае оправдывается дешевизной (ток контроллера незначительный и мощность, выделяемая на резисторе, очень мала). Взвесив за и против такого решения, решил и в своей схеме проделать нечто подобное. Правда ток ATtiny2313 (в пределах 8мА) значительно больше оригинального контроллера, но все же позволяет использовать гасящие резисторы.

Схема нового контроллера гирлянды:

6 Сборка платы источника питания.

Перед сборкой платы источника питания нужно проделать определенные замеры для расчета величины гасящих резисторов. Для этого подключаем спаянную плату контроллера с прошитым микроконтроллером к ВНЕШНЕМУ источнику 5 вольт (площадки +5v и -5v) и замеряем потребляемый ток. Подключать линии светодиодов не обязательно, они практически не оказывают влияние на потребляемый ток. Для обычного микроконтроллера ATtiny2313 без буквенных индексов потребляемый ток должен составлять около 7 — 9 мА. Для микроконтроллера ATtiny2313 с индексами (может быть A, P …) ток будет другой.

По полученному потребляемому току (Iпотр) рассчитываем сопротивление гасящих резисторов в батарее (принимаем большее из стандартного ряда):

R = 430 / Iпотр

Например, у меня потребляемый ток составил 9 мА, значит R = 430 / 0,009 = 47777 Ом (принимаем 47 кОм).

Нагромождение гасящих резисторов выполнено с целью распределения рассеиваемой мощности и уменьшения нагрева. Резисторы должны быть мощностью не менее 0.5 Вт (а лучше по 1 Вт).

Выпрямительные диоды и гасящий резистор перекочевывают из оригинальной схемы, остальное придется докупить. Готовую плату укладываем в корпус гирлянды.

Соединяем платы источника питания и контроллера (провода и вилку берем из оригинальной гирлянды). Не забываем, закрепить припаянные к платам провода горячим клеем, так как провода используемые китайцами, мягко говоря, говно и могут отвалиться в любой момент.

7 Формирование линий светодиодов.

Вот с чем придется повозиться, так это с формированием 12-ти каналов линий светодиодов. Нужно будет из трех жгутов (а в случае трех каналов в гирлянде – четырех жгутов) оригинальных гирлянд собрать общий жгут с двенадцатью линиями (плюс общий провод). Гирлянды нужно не просто скрутить вместе, а позаботиться о том, чтобы светодиоды всех двенадцати каналов располагались последовательно один за другим. Кроме того, в случае если гирлянда разноцветная, нужно позаботится о том, чтобы цвета максимально перемешивались.

Вообще, для лучшей визуализации эффектов лучше подходят одноцветные гирлянды, но для создания более яркого образа разноцветные гирлянды, пожалуй, выигрывают. Тут Вы должны определится или более выразительные эффекты или более красочное впечатление.

Долго объяснять на словах – посмотрите на рисунки или подумайте сами как вам скрутить жгуты:

Жгуты скручены – теперь их припаиваем к контроллеру таким образом чтобы светодиоды каналов шли друг за другом последовательно.

8 Описание работы гирлянды.

При включении гирлянды в сеть, она начинает сразу работать со случайного эффекта. В процессе работы эффекты будут случайно менять друг друга. Если нажимать кнопку, то эффекты последовательно будут сменять друг дружку по очереди:
1 Волна
2 Падающая звезда
3 Искры
4 Медленные переливы
5 Бегущие огни
6 Мерцающие огоньки
7 Все горит-тухнет
8 Все горит
0 Все выключено

При выборе эффекта кнопкой, он задерживается на большее время, но позже эффекты опять начнут сменять друг дружку.

Работа от пульта аналогична работе кнопке на контроллере (нажимаем кнопку на пульте – последовательно меняются эффекты). Для изучения кнопки любого IR-пульта, нужно зажать кнопку на контроллере до момента пока не погаснет гирлянда (порядка 3 секунд), дальше нужно нажать выбранную кнопку на пульте. Код кнопки запишется в энергонезависимую память и гирлянда вернется к эффектам. Так как код хранится в энергонезависимой памяти, гирлянда будет «помнить» пульт даже после отключения от сети.

Напоследок считаю не лишним напомнить:

ВНИМАНИЕ!
Схема гирлянды гальванически не развязана от сети опасного напряжения 220В!
Прикосновение к любой токопроводящей части включенной в сеть гирлянды
ОПАСНО ДЛЯ ЖИЗНИ!
ПОЭТОМУ:
— если Вы плохо разбираетесь в электричестве — не повторяйте эту конструкцию;
— любые действия (пайка, замеры и т.п.) со схемой нужно производить только отключив от сети;
— программирование микроконтроллера нужно производить или отдельно от платы (например, в специально собранной для этого макетке), или запитав плату гирлянды от внешнего источника напряжения 5 вольт (например, от батареек);
— готовая конструкция должна быть хорошо изолирована и недоступна для маленьких детей и животных;
— будьте внимательны при сборке конструкции!

А вот и примеры, так сказать, вживую:

Присылайте свои — добавлю сюда.

Елка от AndreevKV. Большая получилась! 🙂

Елка от BOYka59 . Все знакомые и особенно дети в восторге от нее)

И еще!

С наступающим Новым Годом!

Всем хорошего настроения и веселых праздников!

Update 1 (2013)

Особо не планировал что-то делать с этой гирляндой, так как времени на это в этом году уже нет, но по просьбам читателей все таки решился на небольшой апдейт!

Изменено немного.
Добавлено 6 новых эффектов:
— бегущая в разные стороны волна из 2х светодиодов
— последовательное заполнение и убывание
— последовательное заполнение и убывание с переменной бегущей волной
— случайное заполнение и удаление
— случайное заполнение и удаление с переменной бегущей волной
— агресивное мерцание
Время работы эффекта при принудительном переключении (пульт или кнопка) увеличено почти вдвое.
Вот собственно и все. Схема и фьюзы остались прежними. Необходимо перезалить новую прошивку.
- 12-ти канальная супергирлянда (апдейт 2013)
- Исходник апдейта супергирлянды

С наступающим, теперь уже, 2014 годом!!! 😉

Варианты супергирлянды от читателей блога

Сергей Черний (Bleck_S)
Гирлянда реализована на одной плате с применением SMD компонентов