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Mini generatore di effetti luminosi a 4 uscite
Data Rev.1: 30/10/2009, Data rev.2: 24/11/2019

Scarica la documentazione completa (File: minipresepe.zip)

1 - Introduzione
Questo progetto è un mini generatore (economico) di effetti luminosi con 4 uscite: può essere utilizzato per illuminare presepi, scenografie, insegne luminose, eccetera.
Genera gli effetti: notte-giorno, tremolo, 36 giochi on-off e 19 giochi dissolvenza. Il tipo di gioco scelto viene menorizzato ed è eseguito ad ogni ri-accensione del circuito. Per i giochi on-off e dissolvenza, può essere attivata la funzione mix-giochi che esegue ripetutamente tutti i giochi in sequenza.
Sulle 4 uscite del circuito è possibile collegare lampade a filamento a 220V (versione ac) oppure utilizzatori a bassissima tensione, come led o lampadine (versione cc).
Di questo progetto sono disponibili: lo schema elettrico, i disegni del circuito stampato, i sorgenti del programma residente sulla cpu ed i relativi diagrammi di flusso.
Le foto seguenti mostrano la versione ac (a sinistra) e la versione cc (a destra).
Inoltre sono disponibili 3 varianti di circuito stampato con differenti stadi di uscita.

foto progetto versione ac foto progetto versione cc

2 - Caratteristiche tecniche

grafico uscite effetto giorno-notte

2 – Tabella effetti e giochi luminosi
Complessivamente sono disponibili 55 effetti e giochi luminosi, eseguiti nella sequenza riportata in tabella

Num.

Tipo effetto

Descrizione effetto (gioco luminoso)

0

DayNight

1

Flicker

2

ON-OFF Lampeggio

Normale

3

Alternato

4

Misto

5

Coppie

6

Sparso

7

ON-OFF Flash

Normale

8

Negato

9

sequenza avanti

10

sequenza indietro

11

sequenza avanti/indietro

12

Coppie

13

Sparso

14

ON-OFF Sequenza

avanti normale

15

avanti negato

16

indietro normale

17

indietro negato

18

avanti/indietro normale

19

avanti/indietro negato

20

avanti coppia normale

21

avanti coppia negato

22

avanti/indietro coppia

23

avanti trio normale

24

avanti/indietro trio

25

crescendo avanti

26

crescendo indietro

27

decrescendo avanti

28

decrescendo indietro

29

crescendo decrescendo

30

Scontro

31

accumulo scorrimento avanti

32

accumulo scorrimento indietro

33

accumulo scorrimento avanti/indietro

34

avanti accelerata

35

avanti decelerata

36

Dissolvenza

Crescente

37

Decrescente

38

crescente/decrescente

39

crescente in sequenza

40

decrescente in sequenza

41

crescente a coppie

42

decrescente a coppie

43

crescente/decrescente in sequenza

44

crescente/decrescente incrociata in sequenza

45

crescente/decrescente alternata

46

crescente/decrescente alternata incrociata

47

crescente/decrescente a coppie

48

crescente/decrescente a coppie incrociata

49

crescente/decrescente in ordine sparso

50

crescente/decrescente in ordine sparso incrociata

51

crescente/decrescente avanti/indietro

52

crescente/decrescente avanti/indietro incrociata

53

crescente/decrescente in accumulo

54

mix rosso/verde/blu (3 uscite)

3 – Funzioni utente
Tutte le impostazioni del circuito si effettuano mediante un pulsante ed un potenziometro.
All’accensione del circuito viene eseguito il gioco (o il mix-giochi) precedentemente memorizzato.
Di seguito vengono elencate le varie funzioni utente possibili:

  1. Eseguire il prossimo gioco in tabella (rispetto al gioco correntemente eseguito): premere il pulsante e rilasciarlo non appena tutti i led relativi ai 4 canali si spengono. Verrà eseguito e salvato in memoria il prossimo gioco in tabella. Arrivati all’ultimo gioco in tabella, verrà eseguito il primo gioco (Giorno-Notte Presepe).
  2. Saltare al primo gioco in tabella (Giorno-Notte Presepe): Premere il pulsante e mantenerlo premuto finchè non si accende il led relativo al canale1.
  3. Attivare il mix dei giochi on-off: Premere il pulsante e mantenerlo premuto finchè non si accende il led relativo al canale2. Il mix giochi on-off, salvato in memora, incomincerà sempre dal primo gioco on-off presente in tabella.
  4. Attivare il mix sui giochi dissolvenza: Premere il pulsante e mantenerlo premuto finchè non si accende il led relativo al canale3. Il mix giochi dissolvenza, salvato in memora, incomincerà sempre dal primo gioco dissolvenza presente in tabella.
  5. Attivare il mix sui giochi on-off e dissolvenza: Premere il pulsante e mantenerlo premuto finchè non si accende il led relativo al canale4. Il mix giochi on-off+dissolvenza, salvato in memora, incomincerà sempre dal primo gioco on-off presente in tabella.
  6. Disattivare il mix-giochi e salvare il gioco corrente: premere il pulsante e rilasciarlo non appena tutti i led relativi ai 4 canali si spengono: alla riaccensione verrà eseguito soltanto il gioco selezionato.
  7. Saltare al primo gioco on-off: attivare il mix-giochi on-off come al punto 3. Successivamente disattivare il mix-giochi come descritto al punto 6.
  8. Saltare al primo gioco dissolvenza: attivare il mix-giochi dissolvenza come al punto 4. Successivamente disattivare il mix-giochi come descritto al punto 6

4 – Schema elettrico
Lo schema elettrico di questo circuito è ridotto al minimo perchè è stato utilizzato un microprocessore PIC12F675 per svolgere gran parte delle funzioni richieste. Lo schema a blocchi è formato da:

La figura seguente mostra lo schema a blocchi del circuito:

schema a blocchi del circuito elettrico

5 – Firmware cpu (assembler mpasm)
Il programma contenuto nella cpu, scritto in assembler per microprocessori Microchip (MPASM) provvede a:

  1. Pilotare i 4 stadi di potenza per generare gli effetti dissolvenza crescente e decrescente. E’ stato utilizzato l’interrupt generato dal timer0 (tim_int) che, eseguito periodicamente, genera 128 passi di dissolvenza.
  2. Gestire il ciclo di funzionamento normale, cioè a:
  3. Eseguire la routine per le funzioni utente ogni volta che viene premuto il pulsante. Più precisamente questa routine serve a:
Per maggiori informazioni consultare i commenti nel file sorgente del programma assembler minipres ed i relativi flow-charts.

6 – Realizzazione pratica
Il circuito è stato realizzato su uno stampato monofaccia di dimensioni 1/3 EuroCard (100 x 53 mm).
I 4 led, il potenziometro ed il pulsante sono situati su un’unico lato dello stampato, in modo da poterlo montare dietro ad un pannello. Dal lato opposto ci sono le morsettiere per la connessione dell’ingresso alimentazione e le 4 uscite lampade.
L’immagine del circuito stampato e la relativa serigrafia componenti sono nei file .gif allegati.

Dimensioni circuito stampato: 100 x 53 mm

circuito stampato serigrafia componenti circuito stampato rame lato saldature

7 – Collaudo
Prima di montare la cpu U1 sul relativo zoccolo, è consigliabile effettuare un test preliminare di funzionamento:

  1. Verificare "ad occhio" che le piste in rame del circuito stampato non siano interrotte o in corto;
  2. Alimentare il circuito dal connettore CON5 con la tensione di alimentazione scelta. Se il circuito è alimentato con tensione di rete è preferibile effettuare le prove utilizzando un trasformatore separatore 220-220V;

    Se il circuito è alimentato con tensione di rete 220V, si raccomanda di non toccare le parti conduttive della scheda per evitare di prendere forti scosse!

  3. Verificare che ai capi di DZ1 siano presenti 5V;
  4. Verificare che tra i pin 8 e 1 di U1 siano presenti 5V;
  5. Collegare alle uscite del circuito 4 lampade della tensione scelta;
  6. Cortocircuitare singolarmente a massa (massa = pin 8 di U1) tutti i 4 pin di uscita dell’integrato U1 (pin 2, 3, 5, 6) e verificare che i corrispondenti led e lampade si accendano;
  7. Per verificare se l'alimentatore eroga la corrente richiesta, cortocircuitare contemporaneamente a massa (massa = pin 8 di U1) i 4 pin di uscita dell'integrato U1 (pin 2, 3, 5, 6)e verificare che led e lampade si accendono;
  8. Verificare che sul pin 7 di U1 e la massa (massa = pin 8 di U1) sia presente una tensione variabile da 0 a 4.7V in funzione della posizione del trimmer RV1. Premendo il pulsante P1, questa tensione deve salire ulteriormente a 5V;
  9. Se è stata realizzata la versione ac del circuito, controllare che sul pin 4 di U1 sia presente un segnale ad onda quadra largo 600us con frequenza 100Hz. Questa misura può essere effettuata con un tester, verificando che tra il pin 4 e la massa ci sia una tensione di circa 0.5V;
  10. Inserire, a circuito non alimentato, l'integrato microprocessore U1 dopo averlo appositamente programmato con il file minipres_xxxx.hex desiderato (versione ac o cc);
  11. Alimentare il circuito: se tutto ok, dovrebbe essere eseguito il primo gioco on-off. La velocità del gioco può essere variata ruotando il trimmer RV1. Premendo (e rilasciando subito) il pulsante P1 verrà eseguito il prossimo gioco in tabella.

8 - Varianti circuiti stampati
Di questo progetto sono disponibili 3 varianti che si differenziano per gli stadi di uscita e per il tipo di alimentazione.

8.1 - Versione Opto
Con uscite triac o mosfet optoisolate e alimentazione separata della scheda. Dallo schema minipresepe_opto: l'alimentazione del circuito 9-12V è applicata a CON1; il sincronismo di rete (nella versione AC) è prelevato a valle di D1 e applicato alla cpu mediante il transistor T1; la cpu pilota 4 fotoaccoppiatori (MOC3020 per triac oppure 4N25 per mosfet).
Sui 4 stadi di uscita, separati elettricamente dall'alimentazione della scheda e dalle altre uscite, possono essere montati sia triac che mosfet (vedi immagini e schemi seguenti). E'possibile utilizzare sia il firmware MINIPRESEPE_AC (uscite solo triac oppure misto triac e mosfet) che il firmware MINIPRESEPE_CC (uscite solo mosfet).

minipresepe_opto con 4 uscite triac minipresepe_opto con 2 uscite triac e 2 mosfet

Per quanto riguarda l'uscita Triac, montare i componenti come da schema. I 4 pad (P1, P2, P3, P4) sono inutilizzati e la bobina L1 è opzionale. Lo schema mostra anche il collegamento del carico esterno.

schema uscita triac e dettaglio montaggio

Per montare l'uscita Mosfet, è necessario seguire le seguenti istruzioni:

schema uscita mosfet e dettaglio montaggio

8.2 - Versione SCR
Questa versione è stata pensata per essere sostituita alle centraline commerciali delle miniluci led o incandescenza. Lo schema elettrico minipresepe_scr ricalca totalmente quello delle centraline commerciali: l'alimentazione in corrente alternata è applicata a CON5 e raddrizzata dai 4 diodi; la 5V per alimentare la cpu è ottenuta dalla rete R3,R4,D5,C1; per pilotare le 4 uscite (alimentate con le semionde positive pulsanti a 100Hz) sono stati utilizzati 4 SCR. E' possibile anche alimentare il circuito a 12-24V alternati riducendo il valore di R3, R4 (alimentazione) a 220 ohm e quello di R1,R2,R11,R12 (led uscita) a 2200ohm. Sulla cpu deve essere caricato il firmware MINIPRESEPE_AC_INV che pilota le uscite in maniera invertita rispetto al firmware originale.

minipresepe_scr

8.3 - Versione Mosfet
Con uscite mosfet e alimentazione da 9 a 24V continui. Eseguendo qualche accorgimento sul montaggio (mosfet su alette di raffreddamento, piste rinforzate, alimentazione comune VCC esterna alla scheda), è possibile collegare su ogni uscita utilizzatori che assorbono fino 10A. La 5V per alimentare la cpu è ottenuta da un classico 7805. Anche in questo caso, sulla cpu deve essere caricato il firmware MINIPRESEPE_CC_INV che pilota le uscite in maniera invertita rispetto al firmware originale.

minipresepe_mosfet

9 – Consigli utili
In questo paragrafo si elencano una serie di consigli per migliorare il progetto:

9.1 - Montare la scheda all’interno di un mobiletto plastico
Può essere utilizzata anche una scatola IP65 (senza fori) per impianti elettrici delle dimensioni appropriate (ad esempio una scatola Gewiss GW44206, dimensioni 150x110x70 mm)
Sulla parete frontale della scatola possono essere realizzati i fori per il trimmer, il pulsante ed i 4 led.
Sulla parete laterale il foro per il cavo di alimentazione
Sulla parete posteriore i fori per eventuali portafusibili esterni
Sul coperchio verrà praticata un’apertura per collocare il supporto con 4 prese bipasso per impianti elettrici (Vimar Plana o altri)

9.2 - Aumentare la potenza massima applicabile a ciascuna uscita
La versione ‘base’ del circuito ac alimentato a 220V, prevede che il carico su ciascuna uscita non superi 200W (800W totali).
Per pilotare carichi superiori a 300W per canale, è consigliabile apportare le seguenti modifiche al circuito:

circuito stampato piste rinforzate

9.3 - Fusibili di protezione
La scheda dispone di un unico fusibile per tutte e 4 le uscite: questo fusibile, di tipo rapido, deve essere dimensionato per avere un valore superiore alla somma delle correnti dei 4 canali.
La configurazione con "fusibile unico" rapido di 4A è accettabile se su ogni uscita si applicano al massimo potenze di 200W (200W *4 =800W totali --> 800W/220V = 3.6A totali).
Per potenze superiori ai 200W per ogni canale è consigliabile ponticellare il fusibile unico F1 ed inserire 4 fusibili, uno per ciascuna uscita, utilizzando portafusibili da pannello o volanti. i 4 fusibili andranno dimensionati per un valore superiore di circa 1A rispetto alla corrente nominale del singolo utilizzatore. Esempio: con 500W per canale si avrà una corrente di 500W/220V = 2.3A, quindi si utilizzeranno fusibili da 3.15A rapidi.

9.4 - Interruttore generale
Per togliere completamente tensione al circuito è possibile inserire, in serie all’alimentazione in ingresso, un interruttore bipolare. Potrebbe anche essere utilizzato un interruttore magnetotermico bipolare di corrente adeguata ed una spia luminosa con attacco su barra DIN.

9.5 - Filtro rete all’ingresso dell’alimentazione 220V
La commutazione dei triac (nella versione ac) genera disturbi sulla rete elettrica che interferiscono con i ricevitori AM. Per ridurli è necessario introdurre un filtro all’ingresso dell’alimentazione di rete, all’arrivo del cavo di alimentazione e prima di un eventuale interruttore bipolare. Esistono filtri già assemblati con componenti LC in configurazione doppio pi-greco; tuttavia si può realizzare un filtro economico utilizzando un condensatore da 220nF 400V con in parallelo una resistenza da 1Mohm per assicurarne la scarica completa.

9.6 - Commutare ogni uscita su "on-off-effetti" mediante un deviatore
Talvolta esiste la necessità di escludere i giochi luminosi e accendere/spegnere in modo permanente ciascuna delle 4 uscite. Questa funzione può essere realizzata interponendo 4 deviatori con posizione centrale (tipo on-off-on) fra le 4 uscite della cpu ed i 4 stadi triac/transistor. Il comune del deviatore è connesso al triac/transistor, le due estremità rispettivamente all’uscita cpu e a massa. Lo schema seguente è relativo ad un unico canale; può essere realizzato, senza modificare le piste del circuito stampato, su una basetta millefori che si inserisce al posto dell’integrato U1.
Lo schema elettrico del deviatore "on-off-effetti", mostrato in figura, è relativo ad un solo canale:

modifica commutatore on/off/effetti

9.7 - Utilizzare le uscite per pilotare un carico qualsiasi in modalità on-off
Utilizzando il circuito per l’illuminazione giorno-notte di un Presepe, potrebbe essere necessario che un utilizzatore, ad esempio un motore, sia pilotato in modalità on-off. In questo caso sarà necessario interporre un relè (scegliere la tensione della bobina in modo adeguato) tra l’uscita dissolvenza del circuito ed il carico da pilotare in modalità on-off.
Il relè si azionerà quando la tensione applicata alla bobina avrà un valore sufficiente; i contatti del relè interromperanno la tensione all’utilizzatore pilotato in modalità on-off.

9.8 - Alimentare il circuito con 12 – 24V ac
Per connettere il circuito all’uscita di un trasformatore a 12-24Vac (corrente alternata), è necessario effettuare le seguenti modifiche:

Si raccomanda di scegliere un trasformatore di potenza superiore al carico da applicare sulle uscite; non rispettando ciò si potrebbero avere effetti indesiderati sugli effetti dissolvenza.

9.9 - Disporre di 4 uscite triac elettricamente separate
Questa modifica può essere utile nel caso che si vogliono pilotare gli utilizzatori con tensioni differenti ed elettricamente separate tra di loro.
Per effettuare questa modifica occorre:

10 – Album fotografico
In questa sezione le foto dei prototipi da me realizzati. Si tratta della versione ac a 220V del circuito, montata in una scatola Gewiss GW44206 (dim. 15x11x7 cm) con le 4 prese sul coperchio. Sono state montate due versioni del progetto:

10.1 - Versione base
La versione a 220Vac del circuito, montata in una scatola plastica di dimensioni 15x11x7 cm con le 4 prese sul coperchio.
Questo prototipo è la versione minima: dispone di un unico fusibile sulla scheda e non è stata apportata nessuna modifica allo schema elettrico originario.

Foto1 prototipo1 Foto2 prototipo1

10.2 - Versione modificata
La versione a 220Vac del circuito, montata in una scatola plastica di dimensioni 15x11x7 cm con le 4 prese sul coperchio.
Questo prototipo dispone di 4 fusibili montati sul pannello posteriore e di 4 deviatori per la commutazione On-Off-Effetti di ogni singolo canale. Le foto mostrano anche il particolare della modifica dei deviatori.

Foto1 prototipo2 Foto2 prototipo2 Foto3 prototipo2 Foto4 prototipo2 Foto5 prototipo2

10.2 - Versione optoisolata
E' stata utilizzata la variante minipresepe_opto racchiusa all'interno di una scatola plastica di dimensioni 24x20x10cm. La scheda è alimentata da un trasformatore 9V. Le uscite sono alimentate a 12V alternati per mezzo di un trasformatore da 50W per lampade alogene. Sono presenti due fusibili sull'ingresso dell'alimentazione 220V e sulle uscite a 12V.

Foto1 prototipo3 Foto2 prototipo3

Scarica la documentazione completa (File: minipresepe.zip)

Per contattarmi: sasa.sbarra@libero.it

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