AVT5925. Symulator wschodu i zachodu słońca

Imitowanie wschodów i zachodów słońca może być przydatne w domowej hodowli zwierząt. Zwłaszcza te egzotyczne mogą być wyczulone na nagły rozbłysk światła - którego potrzebują przecież bardzo dużo - lub jego całkowite wygaszenie w mgnieniu oka. To nie są dla nich naturalne warunki. Nasza życiodajna gwiazda wstaje i zachodzi przecież powoli - płynnie.

Typowe układy regulacji PWM, jakie stosuje się do taśm LED, mają pewną wadę: jasność przyrasta w nich zauważalnie skokowo, co jest skutkiem skończonej rozdzielczości regulacji. Stopniowe rozjaśnianie i ściemnianie jest widoczne zwłaszcza przy niewielkiej jasności. Proponowany układ przy użyciu kilku podstawowych bloków analogowych rozwiązuje ten problem.

Schemat ideowy układu pokazano na rysunku 1. Głównym elementem układu jest mikrokontroler ATtiny25. Jego rdzeń jest taktowany sygnałem zegarowym o częstotliwości 8 MHz, którego źródłem jest wbudowany generator RC. Jego zadaniem jest generowanie dwóch sygnałów PWM: jednego stałego, a drugiego o zmieniającym się wypełnieniu.

Rysunek 1.

Sygnał prostokątny o stałej częstotliwości (około 490 Hz) i stałym wypełnieniu 50%, jest konwertowany na sygnał trójkątny, o możliwie liniowych zboczach. Dokonuje tego wzmacniacz operacyjny US3A, który został skonfigurowany do  pracy jako układ całkujący. Stałą czasową całkowania wyznacza zastępcza rezystancja potencjometru P1 oraz pojemność kondensatora C7.

Dioda D2 chroni T2 przed uszkodzeniem wywołanym impulsami wysokiego napięcia, które mogłyby powstać podczas jego zatykania. Gdyby obciążenie miało charakter indukcyjny, a długie przewody połączeniowe mogą takowy przejawiać, wyłączanie go wywoływałoby powstawanie na jego zaciskach napięcia, generowanego przez samoindukcję. Zadaniem D2 jest obcinanie amplitudy tych impulsów poprzez zamykanie drogi dla zanikającego prądu.

Czas narastania i zmniejszania jasności jest regulowany potencjometrem P1, który został włączony jako dzielnik napięcia zasilającego.

Rysunek 2.

Przełącznik bistabilny, który steruje pracą układu, należy podłączyć do zacisków złącza J2. Z uwagi na zakłócenia elektromagnetyczne, jakie mogą zaindukować się w długich przewodach połączeniowych, zachodzi konieczność ograniczenia prądu diod zabezpieczających wejście mikrokontrolera. To czyni rezystor R4. Zadaniem R2 jest polaryzacja styków przełącznika napięciem 5 V, aby mikrokontroler mógł wykryć, czy zostały one zwarte.

Układ został zmontowany na dwustronnej płytce drukowanej o wymiarach 65×45 mm. Jej wzór ścieżek oraz schemat montażowy przedstawia rysunek 3.

Rysunek 3.

Wlutowanie wszystkich elementów powinno odbyć się według standardowej kolejności, czyli zaczynając od tych, których wysokość obudowy jest najniższa. Tranzystor T2 nie wymaga chłodzenia, o ile prąd pobierany przez obciążenie nie będzie przekraczał 1,5 A. Maksymalny prąd pobierany z wyjścia nie powinien przekroczyć 5 A z uwagi na wytrzymałość prądową ścieżek.

Podłączenie układu sprowadza się do dołączenia:

• zasilania napięciem stałym (złącze J3),
• sterowanego źródła światła (złącze J4),
• przełącznika bistabilnego (złącze J2).

Przez przełącznik płynie prąd o natężeniu rzędu 0,5 mA, więc grubość oraz długość przewodów połączeniowych nie mają znaczenia. Zwarcie jego styków oznacza rozpoczęcie rozjaśniania, rozłączenie - rozpoczęcie ściemniania.

Układ zawiera dwa potencjometry - P1 i P2 - które należy odpowiednio ustawić. P1 służy do ustawienia pożądanego czasu rozjaśniania i ściemniania. Skręcając go w stronę napisu MIN na płytce, czas ten skracamy. Teoretycznie, minimalny czas trwania tego cyklu trwa 2 s, ale z uwagi na wydłużony czas odpowiedzi jednostkowej, jaki wprowadza dolnoprzepustowy filtr sygnału PWM, całkowite wygaszenie taśmy LED następuje po około 5-6 s. Maksymalny czas cyklu to około 10 min. Następnie należy skręcić P1 w stronę minimalnego czasu trwania cyklu (MIN), podłączyć taśmę LED oraz zasilanie i zewrzeć styki przełącznika.

Jeżeli zwłoka w rozpoczęciu rozjaśniania taśmy była zbyt duża, trzeba zmniejszyć stałą czasową całkowania, czyli skręcić P2 w prawo. Jeżeli zaś rozjaśnianie rozpoczęło się nagle, bez płynnego włączenia, oznacza to przesterowanie członu całkującego, na co możemy zaradzić, zwiększając stałą czasową - P2 należy skręcić nieco w lewo. Po kilku próbach uda się znaleźć odpowiedni konsensus, można też nieco wydłużyć czas trwania cyklu, aby przekonać się, czy poczynione regulacje są prawidłowe.