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Progetti Elettronici
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TIMER PROGRAMMABILE per BROMOGRAFO
(MM:SS Countdown UV Exposure Programmable Timer)
Indice:
INTRODUZIONE [ TORNA ALL'INDICE ]
In questa pagina descrivo come realizzare un preciso TIMER DIGITALE PROGRAMMABILE (UV Exposure Programmable Timer) in formato MM:SS, particolarmente indicato per l'impiego in bromografi o in qualsiasi altro dispositivo che richieda una temporizzazione massima di 1 ORA (ovvero 59:59).
I pulsanti per i comandi sono solo 3: START + PAUSE - e TIME / STOP , saldati direttamente sul circuito stampato: naturalmente è possibile utilizzare anche diversi pulsanti (es. quelli da pannello) da collegare con dei conduttori bifilari al posto di quelli esistenti sul PCB (o anche in parallelo ad essi per poter utilizzare entrambe le soluzioni).
Questo TIMER DIGITALE PROGRAMMABILE può essere utilizzato sia in maniera autonoma, con il solo allarme audio collegando un piccolo buzzer sul morsetto M2 siglato "Buzzer" oppure in abbinamento ad altri dispositivi (es. bromografi o espositori UV), tramite un'apposita interfaccia (solitamente un Transistor e un Relè) da collegare sul morsetto M2 siglato "OFF / ON".
I display sulla scheda vanno inseriti capovolti (con il puntino decimale rivolto in alto a sinistra): questo perché, per realizzare il mio prototipo, ho inizialmente usato il PCB del Cronometro Decimale apportando solo un paio di semplici modifiche alle piste in rame.
LO SCHEMA ELETTRICO [ TORNA ALL'INDICE ]
La figura successiva riporta lo schema elettrico del TEMPORIZZATORE DIGITALE PROGRAMMABILE (UV Exposure Programmable Timer) ed è praticamente lo stesso schema usato per il cronometro decimale con qualche piccola modifica (cliccare sulla figura per ingrandirla).
Il circuito è abbastanza semplice perché tutto il lavoro è svolto dal microcontrollore della Microchip siglato PIC16F886.
IL QUARZO
Il quarzo esterno XT da 40 kHz genera il segnale di clock per il Timer1 il quale gestisce il conteggio del tempo. Il clock di sistema per il microcontrollore, invece, è quello interno (settato a 8 MHz) e serve per far lavorare il micro in tutte le altre situazioni (visualizzazione delle cifre sul display, gestione dei pulsanti, ecc.): in questo modo è possibile evitare l'uso di un secondo quarzo.
LUMINOSITA' DEI LED DL1 e DL2
Se la luminosità dei LED DL1 e DL2 dovesse essere eccessiva rispetto a quella dei display, si può aumentare la resistenza R19 fino a 1k e oltre per uniformare le luminosità: consiglio, comunque, di non usare i LED ad alta luminosità. In ogni caso, le resistenze R19 e R20 sono dimensionate per far scorrere nei LED una corrente di pochi milliampères. Per migliorare il contrasto dei due LED ROSSI potrebbe essere utile "incapsularli" con un pezzo di guaina termorestringente così da evitare le riflessioni laterali (vedere la foto seguente) oppure saldarli leggermente più in basso rispetto alla linea dei display.
IL BUZZER
In questo progetto deve essere utilizzato un buzzer di tipo auto oscillante. Il livello sonoro del buzzer è idoneo per la maggior parte delle installazioni: tuttavia se inserito in contenitori chiusi e fonoassorbenti potrebbe risultare poco udibile: in questi casi si può ridurre la resistenza R1 così da aumentarne il livello di emissione. Se utilizzerete lo stesso buzzer dell'autore (il modello LD-BZPG-2312), è possibile aumentare al massimo il livello sonoro inserendo un ponte al posto della resistenza R1. Se invece utilizzerete un diverso buzzer auto oscillante, fate in modo che questo non assorba più di 15-20 mA perché le porte del microcontrollore possono erogare al massimo 25 mA.
Il buzzer è utile per segnalare acusticamente le seguenti situazioni:
- il fine conteggio,
- gli ultimi 5 secondi del countdown,
- la pressione dei pulsanti.
I DISPLAY
La gestione dei display è stata rivista perché la scheda va letta "al rovescio" e dunque anche la programmazione dei display è stata adattata (i puntini decimali sono posizionati in alto a sinistra e non in basso a destra come normalmente dovrebbero trovarsi). Tutto questo perché, come già accennato, nel mio prototipo ho utilizzato un PCB già disponibile, quello del Cronometro Decimale apportando allo stesso solo un paio di semplici modifiche alle piste.
La gestione dei segmenti del Display è affidata al Port B mentre il Multiplexer è gestito da una parte del Port A secondo quanto illustrato nelle seguenti tabelle.
I display a 7 segmenti sono del tipo Siemens HDN1131-O (Orange, Super-Red, basso consumo, necessari per non sovraccaricare le uscite del PICmicro ed avere anche un basso consumo totale). In ogni segmento, quando acceso, scorre una corrente inferiore ai 10 mA.
REALIZZAZIONE PRATICA [ TORNA ALL'INDICE ]
Nelle immagini successive sono visibili il Board Layout (Disposizione dei componenti sul PCB), il Master (Bottom layer), le caratteristiche della scheda e l'elenco dei componenti.
Come sempre, per l'assemblaggio della scheda, si inizierà con l'inserimento dei ponti (sul disegno del layout sono quelli di colore rosso), quindi i diodi e le resistenze e di seguito tutti gli altri componenti: vivamente consigliati gli zoccoli sia per il microcontrollore sia per i 5 display.
Per evitare di danneggiare il microcontrollore durante l'uso, consiglio di RIMUOVERE il connettore-strip siglato MX-ICSP perché esso è utile SOLO in fase di programmazione del microcontrollore: un eventuale cortocircuito tra i pin di questo connettore potrebbe danneggiare il PIC.
COLLEGAMENTI [ TORNA ALL'INDICE ]
Nell'immagine successiva sono schematizzati i collegamenti del Timer Programmabile per Bromografi.
Il circuito è predisposto per il collegamento di un buzzer e, come già accennato, esso deve necessariamente essere di tipo auto oscillante (buzzer attivo) e va collegato alla morsettiera siglata "M2 - Buzzer" rispettandone la polarità. Inoltre, essendo il buzzer collegato direttamente al microcontrollore, è consigliabile utilizzarne uno a basso consumo: nel mio prototipo ho usato il modello LD-BZPG-2312 della LOUDITY che a 5V assorbe meno di 2 milliampères ed emette un suono chiaro e potente: naturalmente è possibile utilizzare un qualsiasi altro tipo di buzzer attivo che non assorba più di 15-20 mA.
Sul morsetto M2 siglato "OFF / ON" è presente un segnale positivo a +5V quando il Timer è attivato mentre il potenziale scende a 0V (GND) quando il Timer si trova in tutte le altre modalità. Le soluzioni per utilizzare questo morsetto sono molteplici ed un paio di esse sono schematizzata nella successive immagini:
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ATTENZIONE - Quando si realizzano dispositivi collegati alla tensione di rete a 220Vac fare molta attenzione, onde evitare "pericolosissime esperienze": si consiglia pertanto di aprire o maneggiare i circuiti SOLO DOPO AVER STACCATO LA SPINA DALLA RETE ELETTRICA, osservando sempre le Norme di Sicurezza Elettrica e usando tassativamente contenitori di plastica o legno. |
Per la realizzazione di interfacce a relè, visitate la pagina RELAY INTERFACE dove sono riportate tutte le informazioni utili per costruirne una.
Tutto il circuito va alimentato con una tensione stabilizzata compresa tra 9 e 12 V, (ma dovrà essere tassativamente da 12V se utilizzerete come attuatore un Relè con una tensione di bobina da 12V, esempio illustrato nella prima immagine).
L'assorbimento del circuito si aggira intorno agli 80 mA ma consiglio di scegliere un alimentatore in grado di erogare almeno il doppio per evitare che scaldi eccessivamente durante un uso intensivo del Timer.
Il contatto System Reset (J1) non dovrebbe mai servire, ma se per qualche motivo (es., disturbi esterni) il dispositivo dovesse smettere di funzionare o peggio, "impazzire", sarà sufficiente cortocircuitarne i piedini così da resettare il microcontrollore.
COMANDI E USO [ TORNA ALL'INDICE ]
Questo Timer Programmabile lavora nel range compreso tra "00:00" e "59:59" e dunque in grado di temporizzare un intervallo massimo di un'ORA.
NOTA - Quando il valore dei MINUTI è minore di 10, il display che ne visualizza le decine rimane spento.
L'uso del dispositivo è descritto nei seguenti passi.
- ACCENSIONE (Power On)
- All'accensione, dopo il TEST dei DISPLAY, viene visualizzato il valore "0:00" (la cifra dei MINUTI decimali sarà spenta se il valore dei MINUTI è inferiore a 10) oppure il valore programmato dopo l'ultimo START (il valore programmato dopo l'ultimo START viene sempre memorizzato nella Eeprom del PICmicro per essere nuovamente disponibile all'accensione o per una successiva attivazione del Timer).
All'accensione, il primo display a sinistra (MODE) è sempre spento. - PROGRAMMAZIONE (Programming)
- Per entrare nella fase di PROGRAMMAZIONE, premere il pulsante TIME / STOP (questo pulsante funziona solo se il Timer è disattivato e NON in PAUSA). Dopo la pressione del pulsante TIME / STOP , il Display "MODE" visualizza "t" (time) e saranno visualizzate SOLO le due cifre dei MINUTI: quindi si programmano i MINUTI (da 0 a 59) premendo il pulsante START + per aumentarli oppure il pulsante PAUSE - per diminuirli.
- Dopo la programmazione dei MINUTI, premere nuovamente il pulsante TIME / STOP per passare alla programmazione dei SECONDI con le stesse modalità viste al passo precedente.
- Premere ancora il pulsante TIME / STOP per uscire dalla fase di PROGRAMMAZIONE: il primo display a sinistra si spegne.
- AVVIO DEL TIMER (Starting the Timer)
- Per avviare il Timer, premere il pulsante START + : il carico sarà attivato e la coppia di LED Rossi lampeggerà alla frequenza di 1 Hz (500 ms accesi e 500 ms spenti). Durante la fase di countdown, il primo Display a sinistra visualizza "A" (Activate). Se il valore programmato è uguale a ZERO, il pulsante START + non avrà nessun effetto.
- PAUSA (Pausing the Timer)
- Durante il countdown, premere il pulsante PAUSE - per fermare momentaneamente il conteggio e disattivare il carico sul morsetto M2 ("OFF / ON"). Nella fase di PAUSA il primo display a sinistra visualizza"P" (Pause) e la coppia di LED rossi rimane accesa senza lampeggiare.
(NOTA - Se si preme il pulsante PAUSE - ancor prima di avviare il Timer, si genera il TEST dei DISPLAY). - RIAVVIO DOPO PAUSA (Restarting the Timer after Pause)
- Quando il Timer è in PAUSA, premere il pulsante START + per riavviare il countdown dal punto in cui era stato interrotto oppure premere il pulsante TIME / STOP per annullare definitivamente il conteggio e tornare nella fase iniziale (ovvero il display visualizza l'ultimo valore programmato).
- FINE CONTEGGIO (Timing is finished)
- Al termine del conteggio, il Timer emette 5 segnali acustici (l'ultimo più lungo) e il display visualizza l'ultimo valore programmato. Al termine del conteggio, si accende anche il LED Verde ad indicare che il conteggio è stato regolarmente portato a termine (il LED verde si spegnerà automaticamente alla successiva pressione dei pulsanti START + oppure TIME / STOP ).
- GLI ULTIMI 5 SECONDI (The last 5 seconds of countdown)
- Gli ultimi 5 SECONDI vengono scanditi anche dal Buzzer (se collegato).
- IL DISPLAY "MODE" (The "MODE" Display)
- Il primo display a sinistra indica le seguenti situazioni:
t = (time) - Programmazione del tempo.
A = (Activate) - Carico attivato e conteggio in corso.
P = (Pause) - Pausa in corso e carico disattivato.
Blank = Timer pronto
(carico disattivato).
LE FOTO DEL PROTOTIPO [ TORNA ALL'INDICE ]
Di seguito, alcune foto del prototipo realizzato dall'autore: il PCB è lo stesso usato per il progetto Cronometro Decimale ma con un paio di piccole modifiche alle piste. Per il buzzer è possibile utilizzare un qualsiasi trasduttore a 12 volt auto oscillante (buzzer attivo).
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Nel manuale PDF (che potete scaricare cliccando sul link riportato qui sotto) sono inclusi gli schemi, i disegni per realizzare il PCB, l'elenco dei componenti e altro.
Per tutte le altre richieste (firmware HEX, domande, suggerimenti, ecc.) utilizzare la sezione COMMENTI.
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Scarica il manuale tecnico e le istruzioni del Timer (3.2 MB) Scarica il Datasheet del Microcontrollore PIC16F886 (4.3 MB) |