Бегущие огни на светодиодах. Бегущие огни с выбором программ

Прочее

Бегущие огни на светодиодах. Бегущие огни с выбором программ

В преддверии новогодних праздников как-то захотелось порадовать себя и близких чем-то необычным. Вот решил сделать иллюминацию в комнате. Традиционно для украшения комнаты и елки мы используем гирлянды. С обычными лампочками накаливания или нового варианта – светодиодные. Китайцы завалили нас этими гирляндами так, что редко можно найти квартиру, где бы не имелась парочка таких гирлянд. Как не крути, но тягаться с китайцами по стоимости, той же новогодней гирлянды, ну никак не получается. Значит, если нельзя сделать дешевле, сделаем лучше! Что же можно сделать лучше того, что есть в продаже? В большинстве своем дешевые китайские гирлянды имеют 4 канала с несколькими предустановленными программами эффектов, а из управления имеется одна кнопка. В качестве альтернативы мы сделаем 12-ти канальный генератор эффектов, с возможностью вручную создавать свои эффекты, при помощи специальной программы и сохранять их в EEPROM контроллера.

Поначалу устройство планировалось как простой генератор эффекта типа бегущих огней, но в процессе реализации проекта, меня зацепило и понесло (слишком много памяти в ATtiny2313 для такого устройства:), а незадействованная память действует на меня как красная тряпка). Я подумал, а почему только бегущие огни? А если, вдруг, захочется организовать красивую подсветку полочки с фотографиями или световое сопровождение компьютерных игр или красивое освещение комнаты или еще какие-то появятся идеи визуальных эффектов? В итоге родилось довольно интересное, многофункциональное устройство с возможностью гибкой настройки и управления, как с компьютера, так и переключателями на самом устройстве. Но времени на это я потратил гораздо больше, чем планировал. Поэтому извините, что НЕМНОГО 🙂 запоздал к новогодним праздникам, но зато Вы получите устройство, которое может пригодиться не только под Новый Год.

1 Схема устройства
примитивна, проста в повторении и содержит минимум деталей:

Плату устройства

— несложно повторить (а если понадобиться в других габаритах, то несложно и переделать) :
– Плата Эффектора-12 для ТН-компонентов

Дополнения

1
Тут sig
подкинул идею расположения светодиодов для платки индикации
– Вариант расположения светодиодов
Внешний круг — красные светодиоды, внутренний — синие. В центре 10мм светодиод. Если круги светодиодов расположить на разных уровнях, то должно получиться красиво … теоретически 🙂

Как Вы понимаете, таких вариантов может быть множество — присылайте если получиться что-то интересное.



4 Устройство готово! Теперь расскажу как оно работает.
У генератора эффектов есть 12 ШИМ каналов (8 бит, 100Гц), которые управляются алгоритмами, заложенными в микроконтроллер. В прошивке предустановленны 8 программ эффектов, причем 4 из них, при первом старте или по специальной команде UART, копируются в EEPROM микроконтроллера. Позже их можно подкорректировать или заменить другими при помощи специальной программы. Для выбора эффектов используется три перемычки или переключателя на ножках 7, 8, 9. Комбинация замкнутых на «землю» ножек будет определять какой эффект сейчас задействован:
Переключатели в порядке — 2,1,0 (где 0
– разомкнуто — висит в воздухе, 1
– замкнуто на «землю»)
000
– запуск первой программы EEP1 с EEPROM
001
– запуск второй программы EEP2 с EEPROM
010
– запуск третьей программы EEP3 с EEPROM
011
– запуск четвертой программы EEP4 с EEPROM
100
– запуск первой программы P1 с Flash
101
– запуск второй программы P2 с Flash
110
– запуск последовательности программ с EEPROM (4 программы)
111
– запуск последовательности программ с Flash (8 программ)
Переключать программы возможно и по UART, причем по UART возможно выбрать и оставшиеся 2 программы P3 и P4 с Flash.При запуске последовательностей (комбинации 110 и 111), программы через определенное время чередуются.

Вот такой функционал доступен с платы устройства. Не очень впечатляет, правда? Хотите чего-то большего? Подключайте устройство через UART к компьютеру и при помощи специальной программы получите возможность задействовать весь функционал устройства!

А именно:

— Уровни 12-ти ШИМ каналов можно непосредственно изменять из программы;
— 4 программы, записанных в EEPROM, можно менять по своему усмотрению;
— задавать программу поведения для каждого канала отдельно;
— включать/отключать любой из 6 общих эффектов, действующих сразу на все каналы, (стробоскоп, движение по заданной программе, мерцание, изменение яркости, сдвиг/скольжение каналов);
— менять скорость работы программы эффектов или полностью ее остановить;
— задавать изменение каналов под музыку.


5 Подключение к компьютеру.
Устройство имеет UART выход с TTL уровнями, а это значит, что для подключения к компьютеру необходим преобразователь.

5.1
Если Вы хотите сделать подключение через COM порт
, понадобится преобразователь уровней для RS232-протокола COM порта. Например, подойдет широко известная MAX232
. Проблем со схемой возникнуть не должно – в даташите, на эту микросхему, все описано.
– Даташит на серию преобразователей MAX (MAX232)

5.2
Подключение через USB
можно сделать через FT232RL
или попроще, через преобразователь на ATtiny2313
, .

UART устройства работает на следующих настройках
— биты данных (data bits
) – 8

— стоп биты (stop bits
) – 2

— контроль четности (parity
) – нет

— скорость (baud rate
) — 9600

Работа по UART организована в виде 2-х символьных посылок. Первый символ — всегда буква (большие буквы латинского алфавита), она указывает, что изменять в устройстве (например, буквы от A до L указывают на каналы от 1 до 12). Второй символ, чаще всего цифра, задает значение параметра (например, для установки яркости каналов, посылаются цифры от 0 до 8).
Пример: Для того чтобы установить среднюю яркость третьего канала, нужно по UART отослать устройству “C5”.
Если управление устройством планируется только с компьютера – не заморачивайтесь этими командами — специальная программа сделает все сама.
Если Вы планируете управлять устройством из своего терминала или при помощи другого микроконтроллера, вот полный перечень команд:
– Перечень UART команд Эффектора-12


6 Управление устройством через программу «GCn Effector 12».
Так как устройство имеет довольно обширный функционал, управление через обычную программу терминала хоть и возможно, но не очень удобно. Поэтому, для удобного и наглядного управления мною была написана специальная программа — «GCn Effector 12»
.
– Программа управления эффектором
Программа имеет небольшой размер, не требует установки. Работает через COM порт (или его эмуляцию, в случае преобразователя на FT232RL или на ATtiny2313). Программа проста, особо описывать нечего, разве что очень кратко пройдусь по основным функциям.

«GCn Effector 12» имеет 3 закладки, для различных возможностей генератора эффектов:
6.1 Закладка «Работа с СОМ портом».

Здесь мы выбираем СОМ порт, к которому подключено устройство – «Выбор порта»
. Можем посылать команды управления вручную – «Передача пакета»
. Смотрим «Помощь»
с перечнем команд.

6.2 Закладка «Настройка эффектов».

Эта закладка немного веселее предыдущей. Сюда вынесено все, что можно настроить или поменять в устройстве.
«Работа с EEPROM, программами»
. Кнопки позволяют сохранить сделанные настройки в текущей (выбранной) EEP-программе, восстановить, все четыре программы EEPROM к начальным настройкам (как при первом старте), прочитать текущую программу из контроллера.
«Выбор программы»
. Это то, что можно сделать на устройстве при помощи переключателей, кроме того можно включить две программы (Р3 и Р4), недоступные для переключателей.
«Скорость работы»
. Меняет скорость работы программы эффектов или полностью останавливает работу эффекта (статичное отображение состояния каналов).
«Яркость каналов»
. Перемещая ползунки, меняем яркость каждого канала по отдельности. Кнопка «Rst» сбрасывает все каналы в ноль.
«Направление изменения яркости»
. Задаем программу изменения каждого канала по отдельности (эффекты Work и Jump).
«Выбор эффектов»
. Можно выбрать сразу несколько или все отключить – кнопка «Rst».

Перечень эффектов.

Work
— отработка программы изменения яркости для каждого канала отдельно (см. Направление изменения яркости);
Jump
— отработка программы скачкообразного изменения яркости для каждого канала отдельно (см. Направление изменения яркости);
Strobo
— со случайным периодом и случайной длительностью включается стробоскопический эффект на всех каналах;
Move
— эффект сдвига. Плавно и случайно меняется скорость и направление сдвига;
Bright
— плавное и случайное изменение яркости всех каналов;
Blink
— Случайное мерцание всех каналов.

Любые действия в настройщике формируют и отправляют соответствующую UART команду. Последняя отправленная команда отображается в окошке «COM»
в правой части области настройки.

6.2 Закладка «Музыка».

Эта закладка совсем веселая, так как позволяет изменять состояние каналов в соответствии с входным аудиоканалом компьютера. Выберите в микшере звуковой карты нужное входное устройство или «Wave», «What U hear», «Stereo Mix»
, если хотите чтобы отображалась проигрываемая на PC музыка, (или звуки) и жмите «Пуск»
— все остальное программа будет делать сама. Есть варианты отображения «Норма»
и «Зеркало»
— пробуйте. Также можно подкорректировать чувствительность. При работе «музыки» можно переключиться на вторую закладку и работать параллельно с эффектами.

Стоп-сигнал служит для предупреждения водителей транспортных средств, которые едут сзади, о том, что водитель тормозит. со светодиодами очень важен, так как при интенсивном автомобильном движении порой непонятно, загорается стоп-сигнал или горят габариты. Бегущие огни на светодиодах привлекают дополнительное внимание водителей, сработает эффект рекламы. Тем самым, у задних участников движения будет дополнительное время среагировать на торможение (автор видео — evgenij5431).

Далее рассмотрим, как сделать светодиодный стоп-сигнал своими руками. Ниже детально разбирается схема создания меняющихся огней. Для реализации динамичных огней используются красные светодиодные лампы, которые включены попарно. После включения сначала загораются лампочки в центре, а затем расходятся от центра к краям.

Светодиоды управляются попарно. Сначала загораются светодиодные лампочки HL1 и HL2, далее HL3 и HL4. После того, как гаснет предыдущая пара лампочек, зажигается следующая. Лампочки попарно зажигаются до последней пары HL11 и HL12. Когда загорится и потухнет последняя пара, процесс повторяется.

Светодиодные огни будут бежать до тех пор, пока на вход схемы будет подаваться питание.

Первые светодиоды находятся в середине, остальные располагаются попарно на равном расстоянии к краям. Реально реализован алгоритм бегущего огня от центра стоп-сигнала к его краям. Можно пофантазировать и придумать другой алгоритм, по которому будет мигать каждая лампочка.

Описание электрической схемы

Для практической реализации приведенной схемы необходим мультивибратор, основу которого составляет микросхема DD1 К561ЛА7 и микросхема-счетчик DD2 К561ИЕ8. С помощью первой микросхемы создаются импульсы, включающие светодиоды. Благодаря микросхеме-счетчику осуществляется переключение питания для определенных групп светодиодных огней.

Транзисторы VT1-VT2 используются в качестве усилителей, которые открываются благодаря напряжению, поступающему с ноги счетчика. Конденсаторы С2 и С3 играют роль фильтров питания. Подбирая емкость конденсатора С1, можно уменьшать или увеличивать, когда будут переключаться светодиоды. Для монтирования конструкции светодиодного стопа лучше всего подойдет печатная текстолитовая плата с размерами 37 х 50 мм.

Данная конструкция требует минимальную силу тока и почти не нагревается. Это дает возможность сборку, которая управляет светодиодами, сделать в этом же корпусе стоп-сигнала. При этом питание можно подключить к снятой штатной лампе.

Ниже приведена схема, которую легко реализовать.

По данной схеме группы к выводам Out1 — Out3. Сколько светодиодов будет в целом, зависит от питания. Если лампочек слишком много, то учитывать нужно, какое питание поступает на схему от бортовой сети, составляющее 12 В. Транзисторы КТ972А необходимо защитить с помощью теплоотводящих радиаторов. По желанию можно транзистор КТ972А заменить парой менее мощных транзисторов КТ315 и мощным элементом КТ815 или аналогичными элементами.

Детали DD1.1 и DD1.2, включенные в схему, играют роль генератора, который служит для подачи импульсов на вход счетчика К561ИЕ8. Аналогично предыдущему случаю, с помощью счетчика генерируются управляющие импульсы для транзисторов. Подбирая сопротивление R6, значение его номинала должно составлять не менее 1 кОм. Для создания бегущих огней можно использовать печатную плату. Благодаря навесному монтажу конструкция получается миниатюрных размеров.

Естественно, светодиодные лампочки размещают прямо на панели стоп-сигнала, так как печатная плата слишком мала, чтобы поместить на нее светодиоды. Следует помнить о надежности, поэтому необходимо обеспечить максимальную защиту электрических соединений и контактов от попадания влаги. Для обеспечения питанием дополнительного стопа его подключают к проводке основного стопа в багажнике. Возможен вариант подключения к плате световых приборов.

Если все правильно собрано, то дополнительной настройки не понадобится. Диодные стоп-сигналы начинают работать сразу же после подключения.

Заключение

Имея хотя бы небольшой опыт электромонтажных работ, пользуясь приведенными в статье схемами, можно самостоятельно оттюнинговать свой автомобиль, сделав бегущий огонь на светодиодах для стоп-сигнала. Если для реализации бегущих огней своими руками не достаточно опыта и знаний, можно купить заводские стоп-сигналы с такой функцией. В таких устройствах реализовано больше функций.

В зависимости от алгоритма бегущие светодиоды могут гореть при аварийной остановке, во время торможения, если водитель дает задний ход и др. Для установки заводских стоп-сигналов не нужно специальных знаков, поэтому с их монтажом справится даже начинающий водитель.

Среди десятков разнообразных светодиодных мигалок достойное место занимает схема бегущих огней на светодиодах, собранная на микроконтроллере ATtiny2313. С её помощью можно создавать различные световые эффекты: от стандартного поочерёдного свечения до красочного плавного нарастания и затухания огня. Один из вариантов того, как сделать своими руками бегущий огонь на светодиодах под управлением МК ATtiny2313, рассмотрим на конкретном примере.

Сердце бегущих огней

То, что AVR микроконтроллеры Atmel обладают высокими эксплуатационными характеристиками – всем известный факт. Их многофункциональность и лёгкость программирования позволяет реализовывать самые необыкновенные электронные устройства. Но начинать знакомство с микроконтроллерной техникой лучше со сборки простых схем, в которых порты ввода/вывода имеют одинаковое назначение.

Одной из таких схем являются бегущие огни с выбором программ на ATtiny2313. В данном микроконтроллере есть всё необходимое для реализации подобных проектов. При этом он не перегружен дополнительными функциями, за которые пришлось бы переплачивать. Выпускается ATtiny2313 в корпусе PDIP и SOIC и имеет следующие технические характеристики:

  • 32 8-битных рабочих регистра общего назначения;
  • 120 операций, выполняемых за 1 тактовый цикл;
  • 2 кБ внутрисистемной flash-памяти, выдерживающей 10 тыс. циклов запись/стирание;
  • 128 байт внутрисистемной EEPROM, выдерживающей 100 тыс. циклов запись/стирание;
  • 128 байт встроенной оперативной памяти;
  • 8-битный и 16-битный счётчик/таймер;
  • 4 ШИМ канала;
  • встроенный генератор;
  • универсальный последовательный интерфейс и прочие полезные функции.

Энергетические параметры зависят от модификации:

  • ATtiny2313 – 2,7-5,5В и до 300 мкА в активном режиме на частоте 1 МГц;
  • ATtiny2313А (4313) – 1,8-5,5В и до 190 мкА в активном режиме на частоте 1 МГц.

В ждущем режиме энергопотребление снижается на два порядка и не превышает 1 мкА. Кроме этого данное семейство микроконтроллеров обладает целым рядом специальных свойств. С полным перечнем возможностей ATtiny2313 можно ознакомиться на официальной страничке производителя www.atmel.com.

Схема и принцип её работы

В центре принципиальной электрической схемы расположен МК ATtiny2313, к 13-ти выводам которого подключены светодиоды. В частности, для управления свечением полностью задействован порт В (PB0-PB7), 3 вывода порта D (PD4-PD6), а также PA0 и PA1, которые остались свободными из-за применённого внутреннего генератора. Первый вывод PA2 (Reset) не принимает активного участия в схеме и через резистор R1 соединён с цепью питания МК. Плюс питания 5В подаётся на 20-й вывод (VCC), а минус – на 10-й вывод (GND). Для исключения помех и сбоев в работе МК по питанию установлен полярный конденсатор С1.
С учётом небольшой нагрузочной способности каждого вывода подключать следует светодиоды, рассчитанные на номинальный ток не более 20 мА. Это могут быть как сверхъяркие led в DIP корпусе с прозрачной линзой, так и smd3528. Всего их в данной схеме бегущих огней 13 шт. В качестве ограничителей тока выступают резисторы R6-R18.

Нумерация светодиодов на схеме указана в соответствии с прошивкой.

Через цифровые входы PD0-PD3, а также с помощью кнопок SB1-SB3 и переключателя SA1 производится управление работой схемы. Все они подключены через резисторы R2, R3, R6, R7. На программном уровне предусмотрено 11 различных вариаций мигания светодиодов, а также последовательный перебор всех эффектов. Выбор программы задаётся кнопкой SB3. В пределах каждой программы можно изменять скорость её выполнения (мигания светодиодов). Для этого переключатель SA1 переводят в замкнутое положение (скорость программы) и кнопками увеличения (SB1) и уменьшения (SB2) скорости добиваются желаемого эффекта. Если SA1 разомкнуть, то кнопки SB1 и SB2 будут регулировать яркость светодиодов (от слабого мерцания до свечения на номинальной мощности).

Печатная плата и детали сборки

Специально для начинающих радиолюбителей предлагаем два варианта сборки бегущих огней: на макетной и на печатной плате. В обоих случаях рекомендуется использовать микросхему в PDIP корпусе, устанавливаемую в DIP-20 панельку. Все остальные детали также в DIP корпусах. В первом случае достаточно будет макетной платы 50х50 мм с шагом 2,5 мм. При этом светодиоды можно разместить, как на плате, так и на отдельной линейке, соединив их с макетной платой гибкими проводами.

Если бегущие огни на светодиодах предполагается активно использовать в дальнейшем (например, в автомобиле, велосипеде), то лучше собрать миниатюрную печатную плату. Для этого понадобится односторонний текстолит размером 55*55 мм, а также радиоэлементы.


Создание ленты бегущих светодиодов – это отличный вариант использования источника света в декоративных целях. Своими руками сделать бегущий огоньдостаточно просто, тем более что в итоге изделие может обладать разными эффектами, включая затухание света и поочередную работу элементов.

Микроконтроллер ATtiny2313 для бегущих огней

Данное устройство относится к серии AVR микроконтроллеров бренда Atmel. Именно под его управлением чаще всего делают бегущую световую ленту, поскольку эксплуатационные характеристики модели достаточно высокие. Микроконтроллеры просты в программировании, многофункциональны и поддерживают реализацию разных электронных устройств.

ATtiny2313 сделан по простой схеме, где порт для вывода и ввода имеет идентичное значение. Выбрать программу (одну из 12) на таком микроконтроллере очень легко, ведь он не перегружен лишними опциями. Модель выпускается в двух корпусах – SOIC и PDIP, причем каждый вариант обладает идентичными характеристиками:

  • 8-битные общие регистры в количестве 32 штук;
  • возможности 120 операций за один тактовый цикл;
  • flash-память внутри системы на 2 кБ с поддержкой 10 тысяч циклов стирания и записи;
  • внутрисистемная EEPROM на 128 байт с поддержкой 100 тысяч циклов;
  • 128 байт встроенной оперативки;
  • 4 ШИМ-канала;
  • счетчик-таймер на 8 и 16 бит;
  • встроенный генератор;
  • удобный для разных целей интерфейс и другие функции.

Микроконтроллер имеет два вида в соответствии с энергопараметрами:

  • классическая модель ATtiny2313 обладает напряжением от 2,7 до 5,5 В и силой тока до 300 мкА на частоте 1 МГц в режиме активности;
  • вариант ATtiny2313А (4313) обладает характеристиками в 1,8-5,5 В и 190 мкА при той же частоте.

В режиме ожидания устройство имеет энергопотребление не больше 1 мкА.

Как уже было указано, память микроконтроллера оснащена 11 комбинациями световых схем, а возможность выбора всех комбинаций светодиодов последовательно – это и есть 12 программа.

Схема бегущих огней и принцип её работы

Создаваемая схема бегущих огней на светодиодах базируется на размещении микроконтроллера в центре. Все его порты вывода соединяются со светодиодами:

  • порт B или PB0-PB7 используется полностью для контроля над свечением;
  • максимально задействованы три вывода от порта D (PD4-PD6);
  • также работают PA0 и PA1, поскольку они свободны за счет реализуемого внутреннего генератора.

Вывод №1 – PA2 или Reset – не является активным звеном схемы, поэтому резистором R1 подсоединяется к цепи питания ATtiny2313. Плюсовая часть питания 5 В идет к выводу №20 – VCC, а минусовая — №10 (GND). Полярный конденсатор C1 устанавливается для предотвращения сбоев и гашения помех в работе МК.

Учитывая, что каждый вывод имеет малую нагрузочную способность, целесообразно ставить на них светодиоды с номиналом до 20 мА.

Подходят, как классические smd3258, так и led’ы повышенной яркости в DIP корпусе. Суммарно их должно быть 13 штук. Функция ограничения тока возлагается на резисторы R6-R18.

Работа схемы контролируется посредством посредством переключателя SA1, кнопок SB1-SB3 и цифровых входов PD0-PD3, которые подключаются через резисторы R2, R3, R6 и R7. Такая конструкция позволяет включать мигание светодиодов в 11 различных режимов, задавая конкретную программу кнопкой SB3. А с помощью переключателя SA1 изменяется скорость мигания. Для этого:

  1. SA1 переводится в замкнутое положение.
  2. Скорость изменяется кнопками SB1 (ускорение) и SB2 (замедление).

Обратите внимание, что при размыкании переключателя данными кнопками меняется яркость свечения светодиодов от еле заметного мерцания до максимальной мощности.

Варианты сборки

Существует два доступных и относительно простых варианта сборки бегущих огней: на печатной или макетной плате. И в том, и в другом случае желательно за основу брать схему в PDIP корпусе на панельке DIP-20. При этом нужно, чтобы остальные компоненты также были в DIP-корпусах.

При сборке на макетной плате будет достаточно модели 50×50 мм с шагом в 2,5 мм. Светодиодыможно будет разместить не только на самой плате, но и на внешней линейке, подключив их в схему с помощью гибких проводов.

Миниатюрная печатная плата более практичный вариант для тех случаев, когда бегущие огни на светодиодах своими руками делают для активной дальнейшей эксплуатации.

К примеру, когда они устанавливаются на велосипед или автомобиль. В этом случае понадобятся такие компоненты:

  • односторонний текстолит 55×55 мм;
  • конденсатор 100 мкФ-6,3В;
  • DD1 – Attine 2313;
  • резистор 10 кОм-0,25 Вт±5% (R1);
  • 17 резисторов 1 кОм-0,25 Вт±5% (R2-R18);
  • 13 светодиодов LED диаметром 3 мм (цвет не важен);
  • 3 кнопки KLS7-TS6601 или аналог (SB1-SB3);
  • переключатель движковый ESP1010 (SA1).

Радиолюбителям с практическим опытом сборки печатных плат лучше взять для этой схемы Attine2313 SOIC c SMD резисторами. За счет этого общие габариты схемы уменьшатся почти в два раза. Можно также отдельным блоком установить сверхъяркие SMD светодиоды.

Эта схема бегущих огней на 12 вольт широко известна в сети, так как имеет очень простую и понятную конструкцию. Генератором режима выступает таймер импульсов, а счетчик, подсчитывая их, подает на выходы соответствующие логические уровни. Светодиодный элемент, подключенный к каждому выходу, загорается при логической единице и гаснет при нуле. Эффект бегущих огней создается за счет последовательного мерцания. Скорость «бега» задается генератором, работа которого контролируется номинальными параметрами конденсатора C1 и резистора R1.

Яркость светодиодов усиливается за счет увеличения подаваемого тока, но для этого их следует подключать через буферные транзисторы. Дело в том, что выходы счетчика не отличаются высокой нагрузочной способностью.

В этой старой схеме приведены советские обозначения компонентов и микросхем, но в наше время не сложно найти соответствующие им аналоги зарубежного производства.

Прошивка

Оцените статью
Добавить комментарий

один + 13 =