Началось все с того, что коллега по работе попросила помочь: в детском саду дети начали изучать ПДД, поэтому родителей обязали принести игрушечные дорожные знаки, светофоры, шлагбаумы и пр. Так вот, нужен светофор, да чтоб еще и моргал! Ну что не помочь- сделаем!
Порылся в интернете, нашел такую вот схемку. Работает она на микроконтроллере PIC12F629. Для прошивки PICа нашел простецкий программатор, который правда шьет только этот контроллер, если я правильно понял, ну да ладно! Прошил, слепил плату.
"Батарейкодержатель" на 4 пальчиковых купил готовый, 50руб. Светодиоды выбрал самые большие, Ду 10мм. Корпус самого светофора смастерил из кабель- канала 40х40. Покрасил в "Папирус" (оставался баллончик после покраски нахлабучки на бампер 10ки).
В итоге по-моему получилось не плохо! Батареек хватает на долго, 4 скорости переключения +режим моргающего желтого! В общем дети довольны!)))
Главная страница -> Для детей старшего возраста -> Как сделать работающую модель светофора самостоятельно
Можно смастерить действующую модель светофора самостоятельно. Для его изготовления нам нужно приготовить одну батарейку и три лампочки для карманного фонарика, а также небольшой моток звонкового или другого тонкого провода. Из трёхслойной фанеры нам надо выпилить переднюю и заднюю стенки головки (футляра) модели светофора. На передней стенке выпилим три отверстия диаметром девять миллиметров. С внутренней стороны их необходимо оклеить кусочками папирусной бумаги красного, жёлтого и зелёного цвета. Обычную белую бумагу можно легко и быстро окрасить фломастерами либо акварельными красками.
На задней стенке светофора нужно закрепить патроны для лампочек. Их можно сделать самим из полосок жести или из медной проволоки. Лампочки можно установить в светофоре и другим способом: в задней стенке просверлим отверстия и вставим в них цоколи лампочек. Провода в этом случае нужно припаять к лампочкам без патронов. Один провод можно припаять к цоколю с внутренней стороны задней стенки, а другой – снаружи.
Внимание: при установке лампочек следите за тем, чтобы они приходились точно напротив отверстий передней стенки.
Переднюю и заднюю стенки головки светофора нужно соединить полоской картона. В этой полоске мы сделаем вырез. Вырез должен быть внизу головки; сквозь него выходят наружу провода от лампочек. Картон приклеим к рёбрам передней и задней стенок столярным и казеиновым клеем. После того как соберём головку, между лампочками к фанерным стенкам её приклеим поперечные перегородки из плотной бумаги с вырезом для провода. Перегородки загораживают свет соседней лампочки, чтобы не произошло смешение цветов.
Сверху снаружи к отверстиям приклеим козырьки, вырезанные из плотной бумаги.
Столб светофора вырежем из круглой палочки диаметром примерно 10 миллиметров. Укрепим её в основании, сделанном из доски. Для этого можно сделать полукруглую выемку в верхнем её торце, приклеить и прибить гвоздиком полоску картона, а затем этой полоской оклеить головку светофора. Боковые стенки её получатся двойными.
К основанию светофора приклеим дощечку, на которой смонтируем пульт управления. Установим, ползунок и четыре контакта – четыре медных гвоздика или кнопки – и забьём их в доску.
Внимание: доска должна быть хорошо высушенной во избежание замыкания.
Ползунок – это полоска латуни или жести. Одним концом её закрепим к доске шурупов или гвоздём – она должна поворачиваться в нем. Другой конец ползунка прижмём к одному из трёх контактов. Ползунок немного согнём, чтобы он пружинил и плотнее прижимался к контактам
Контакты можно сделать в виде зажимов, а ползунок – в виде рубильника. Рядом с пультом управления уложим батарейку. Лампочки соединим параллельно: конец одного общего провода присоединим к одному из контактов на пульте управления. С этим же контактом соединим один из контактов батарейки. Вторые провода от лампочек присоединим к трём другим контактам: каждую лампочку – к отдельному контакту.
Второй контакт батарейки соединим с ползунком. Переводя ползунок с одного контакта на другой, будем зажигать разные лампочки.
Внимание: Провода от лампочек, соприкасающиеся друг с другом, должны быть обязательно в изоляции.
Желательно собирать светофор под присмотром взрослых. При желании в дальнейшем эту модель светофора можно переделать в отличную цветомузыку.
Дочка – человек у меня сугубо технический – в куклы никогда не играла. Одни из её любимых игрушек – автомобили! Её «личный автопарк» давно уже перевалил за сотню автомашин… С малых лет увлекается сборкой автомобилей из конструкторов.
Аня занимается в кружке дизайна и моделирования на станции юных техников недалеко от дома. Представляете, там же, 27 лет назад и я занимался в авиамодельном кружке! А ещё лет 10 ранее в этом же кружке занимался Лёня Якубович… да, тот самый.
2009 год. Кружок моделирования. С преподавателем. Единственная девочка…
Сейчас Ане 9 лет [на момент написания статьи, 2011 г.] – очень любит что-нибудь мастерить, пилить, выжигать, клеить. В последнее время «пробует свои силы» в дизайне: разрабатывает и изготовляет трёхмерные макеты (квартир, домов, городов и т.п.). Недавно получила грамоту за макет детской площадки.
Решили мы с ней «оживить» один из создаваемых ей макетов: «А не собрать ли нам светофор»? Идея понравилась обоим. Мне давно хотелось вовлечь её в электронику, а ей – научиться паять (и вообще, она без ума от радиодеталей). Что ж, решено – сделано!
Стоит отметить, за свои 35 лет занятий электроникой, мне ни разу не попадалась на глаза схема светофора… Первая мысль – взять микроконтроллер, написать программку… – отпала: ребёнку сложно объяснить как работает процессор и как исполняется программа. Нужно собирать на простой логике. А когда подрастёт, переделает схему на контроллере – заодно вовлечётся в «программирование» и «почувствует» все преимущества микропроцессоров над простой логикой.
Хотел полезть в интернет, но схема родилась сама-собой: проснувшись в субботу утром, мне показалось, что где-то я её видел, (видимо во сне) генератор – счётчик – дешифратор – диодная матрица… (Кстати, позднее я полазил по интернету – схем светофора нет! Так что держите – эксклюзив. Окончательная схема чуть ниже.)
Вечером сели, набросали схемку. Пришлось полистать несколько книжек, чтобы выбрать подходящие микросхемы и посмотреть их цоколёвку. Параллельно объясняю Ане, как работает счётчик, дешифратор. Рисуем с ней диаграммы: дочка довольно легко смогла понять как счётчик считает импульсы и выдаёт их в коде 1-2-4-8, как работает дешифратор и зачем нужна диодная матрица, под конец начинает сама подсказывать.
Вот окончательная схема.
Тактовый генератор, собранный по стандартной схеме на трёх элементах И-НЕ (К555ЛА3), вырабатывает импульсы с частотой следования около 1 Гц. Это минимальное время свечения одного цвета (например, жёлтого) – 1 секунда. Далее импульсы подаются на счётный вход двоичного счётчика (К555ИЕ5). Счётчик «считает» их от 0 до 15-ти и выдаёт в коде 1-2-4-8 на вход 16-ти разрядного дешифратора (К155ИД3). В зависимости от «числа», выданного счётчиком, на соответствующем выходе дешифратора формируется логический 0.
Для начальной установки счётчика в нулевое состояние добавили схему сброса (Reset), на 4-ом логическом элементе И-НЕ. Он формирует переход из логического 0 в логическую 1 после включения питания. Reset завели и на дешифратор, чтобы он не выдавал сигналы на выходы, до сброса счётчика.
Диодная матрица «определяет» время свечения каждого цвета: в течении первого импульса (выход дешифратора 0), т.е 1 секунду, горит жёлтый свет, следующие 7 импульсов (вых. 1 — 7) зажигают зелёный, затем снова жёлтый – на один импульс (вых. 8), и снова 7 импульсов (вых. 9 — 15) – горит красный. Когда счёт закончен, всё начинается с нуля!
Сигналы с диодных матриц подаются на токовые ключи, которые подают питание на светодиоды соответствующих цветов в светофорах макета.
Немного поразмыслив, решили ввести «ночной» режим – «мигающий жёлтый». Для этого в схему ввели переключатель, который устанавливает сигнал сброса, запрещая дешифратору выдавать сигналы на выход (светофор гаснет), а токовый ключ жёлтого света подключает непосредственно к тактовому генератору.
Затем, ввели и «ручной» режим, что бы можно было «заморозить» любой свет на сколько угодно времени – «полицейский» режим. Для этого переключатель отсоединяет тактовый генератор от входа счётчика, не устанавливая режим сброса. Получили 3 режима работы.
Светодиод, индицирующий включение светофора, решили подключить к выходу тактового генератора, чтобы он не просто светился при включении питания, а мигал, индицируя работу задающего генератора – получили своего рода «Debugger».
Подобрали подходящий корпус, выключатели, светодиоды. Отпилили кусок макетной платы подходящего размера. Питание решили сделать от 4-х пальчиковых батареек, для этого нашёлся удачный батарейный отсек.
Покопавшись в «закромах» нашли и нужные микросхемы.
В процессе подбора деталей, попался на глаза старенький адаптер от «умершего» Ethernet-хаба, выдающий 9 В. «А что, севшие батарейки – причина окончания игры? Нет!» — подумали мы. И решили сделать «второе питание», добавив в схему 5-ти вольтовый стабилизатор (7805). Нашлось и подходящее гнездо, для подключения адаптера.
Определились с примерным расположением деталей в корпусе. На сегодня всё – спать.
В воскресенье снова садимся за работу. Изготавливаем переднюю панель: вырезаем отверстия под выключатель питания, светодиод и переключатель режимов.
Задняя панель: гнездо адаптера и выход проводов к макету.
Начинаем распайку элементов: дочка принимает самое активное участие – я вставляю элемент, загибаю выводы, откусываю лишнее, а она запаивает. Подсказываю что и как в процессе работы. Блин, паяет! И довольно аккуратно! Я разделяю её радость – сам взял паяльник в руки в 5 лет и до сих пор…
Собираем по частям и проверяем отдельно работоспособность каждой: сначала цепи питания и стабилизатор – есть 5 В. Затем спаиваем генератор – светодиод мигает. Затем счётчик с дешифратором – сигналы на выходе проверяем с помощью светодиода.
Дочка самостоятельно паяет диодную матрицу. Случайно забыла подпаять один диод. Я спрашиваю: «А что будет, если его не запаять»? «Этот цвет мигнёт один раз и потом снова загорится!» Я в отпаде…
Подключаем переключатель режимов, допаиваем ключи тока на выход и подсоединяем три светодиода. Не работает…
Начинаем разбираться: генератор выдает на выходы импульсы с «грязными» фронтами. Каждое переключение сопровождается «звоном» – пачкой импульсов высокой частоты. Это следствие применения высокой ёмкости в генераторе: уровень на входе элемента меняется очень медленно и он, находясь в «неопределённом» состоянии успевает несколько раз переключиться. Эх, тут бы лучше всего вместо ЛА3 применить триггеры Шмидта – К555ТЛ3, но под рукой её нет. Поэтому пришлось на выход тактового генератора напаять интегрирующую цепочку из двух конденсаторов и резистора – она немного «валит» фронты, очищая их от «звона».
И вот долгожданные «красный – жёлтый – зелёный». Ура! Работает!
Пробуем запуститься на батарейках… И тут засада: свежие DURACELL выдают в сумме 6,65 В – многовато для 155/555 серии. Проверяем – счётчик начинает сбиваться. Пришлось переделать цепь питания, включив батарейку тоже через стабилизатор питания. В процессе измеряем и потребляемый ток – менее 100 мА, и в целях экономии заменяем мощный 7805 на маломощного «братишку» 78L05.
Всё, теперь можно закрывать корпус.
Светофор ставится «на прогон» до утра, а мы начинаем изготавливать «светофорчики». В макете Т-образный перекрёсток. По нашему замыслу требуется 5 светофоров: по одному в каждом направлении на одну улицу, один на примыкающую проезжую часть и два на пешеходный переход.
Для светофорчиков изготавливаем маленькие платки из обрезков макетной платы. Аня запаивает туда гасящие резисторы, провода и светодиоды. В качестве стоек отлично подошла соломка для газировки – провода проходят внутри неё.
Теперь осталось дождаться следующих выходных.
И так, в субботу идём с ней на кружок, где она делает макет с перекрёстком. Макет пока ещё «сырой» – белый пенополистирол: здания ещё не раскрашены, окон нет, деревья «не посажены» – самое время установить светофоры. Размечаем точки, делаем отверстия и вклеиваем светофорчики.
Провода пропускаем снизу и сводим их в одну точку, где будет установлена плата с клеммами, для подключения блока управления. По окончании, «клеммник» будет «замаскирован» под киоск.
Помогаю зачистить провода, определяем на каком светофоре какие цвета должны гореть и в этой же последовательности Аня распаивает провода.
Подключаем провода от блока, включаем питание… Макет ожил! В одном направлении красный, в другом зелёный, пешеходам пока стоять – им тоже красный. Затем всем жёлтый и цвета меняются… Перекрёсток стал регулируемым!