L'anno scorso avevo scritto un articolo sui LED tremolanti, applicati nel mio caso in un presepe. Nell'ultimo paragrafo "Futuri sviluppi" indicavo la mia intenzione di preparare anche una semplice centralina per illuminare con LED un presepe casalingo, con effetti giorno/notte in dissolvenza, luci case ecc. Il tutto senza utilizzare microcontrollori per rendere il progetto accessibile anche a chi non li utilizza.
Avevo cominciato a fare qualche prova ma il progetto è fermo da mesi per mancanza di tempo, e mi rendo conto che non riuscirò a terminarlo. Mi spiace buttare il lavoro fatto, perciò lo pubblico qui nel caso qualche sperimentatore abbia voglia di continuarlo.
Sarebbe bello poi che chi lo realizzasse lo inserisse in un presepe o diorama e ne facesse un articolo completo di foto e video da pubblicare qui su ElectroYou, che era la mia intenzione iniziale. Posso aiutare a scriverlo se necessario.
Ma veniamo al sodo.
La centralina è fatta da un solo integrato CMOS CD40106, non è programmabile, comanda i LED in dissolvenza (con un rudimentale ma efficace PWM) e dispone di 6 uscite:
1) luce giorno (in dissolvenza), da collegare a LED bianchi o meglio bianco caldo (warm white), per illuminare la scena;
2) luce notte (in dissolvenza): LED blu di illuminazione fondo, e bianchi per luna e stelle;
3) alba/tramonto (in dissolvenza): LED arancioni per illuminare la parte bassa del cielo sia all'alba che al tramonto;
4) lucerne/focolari 1: LED gialli o meglio bianco caldo, si accendono nelle case al tramonto, poi si spengono e possono fare altre accensioni durante la notte;
5) lucerne/focolari 2: come lucerne/focolari 1, ma con leggero ritardo in modo di non avere tutte le accensioni sincronizzate;
6) forno: LED arancioni per simulare il fuoco di un forno per cuocere il pane, che si accende prima dell'alba e si spegne prima del tramonto.
Se si vuole ottenere un tremolìo delle luci bisogna aggiungere un altro circuito, fatto con un altro CD40106 e che descriverò in un successivo intervento, o altri stratagemmi.
Volendo sarebbe possibile utilizzare LED tremolanti, ma non per le luci in dissolvenza, perché il PWM utilizzato non ne permetterebbe il corretto funzionamento.
La centralina si può alimentare con tensioni da 4,5 V a 15 V, quindi vanno bene 4 pile ricaricabili NiMH in serie, oppure 3 o 4 pile alcaline da 1,5 V, o una batteria d'auto, oppure un alimentatore a spina con tensione adatta e corrente sufficiente ad alimentare tutti i LED che collegherete. Se utilizzate un alimentatore a spina, è importante che sia stabilizzato. Ho spiegato come riconoscerlo qui, al punto 5.
Ecco un video di quello che ho realizzato su breadboard fino al momento. Dopo aver esaurito i transitori iniziali (all'inizio tutti i LED sono accesi tranne quelli del giorno... una specie di autotest
Il video inizia alla fine della notte. Si vedono accesi il LED blu (notte) e l'arancione (notte alternativa, spiegata sotto).
Si accende dapprima la luce di una casa, subito dopo si accende il forno (LED rosa) in fondo, si spegne la luce della casa, dopo un po' si accende in dissolvenza il LED bianco del giorno mentre i LED blu (notte) e arancione (notte alternativa) si spengono gradualmente.
I LED blu e bianco che si vedono nel video erano previsti per illuminare la notte e il giorno ma hanno una dissolvenza un po' "dura", per cui ho preferito evitarla. La dissolvenza venuta meglio è quella del LED arancione all'estrema destra della notte alternativa (istanti 1:00, 2:14, 4:25). Ho utilizzato quest'ultima soluzione circuitale per tutte le dissolvenze nel circuito pubblicato di seguito.
Il LED rosa in fondo come già detto è il forno, i LED rosso e arancio davanti a sinistra sono le luci delle lucerne/focolari case.
La luce dei LED è riflessa da un foglio di carta bianca che ho situato sopra perché si vedesse meglio. Nella realizzazione definitiva sarà bene illuminare il fondo in modo indiretto, utilizzando riflettori di stagnola (plastificata con nastro adesivo trasparente per evitare cortocircuiti).
Il circuito che propongo è il seguente, con i valori dei componenti che mi hanno dato i migliori risultati. La parte che comanda l'alba/tramonto (TR1, IC1-D e contorno) è ancora da mettere a punto come valori dei componenti, quelli proposti comunque dovrebbero dare un risultato sufficientemente buono.
Il circuito disegnato si riferisce solo alla parte di comando. Le sei uscite andranno collegate a transistori BJT o MOSFET per amplificare la corrente. In un prossimo intervento mostrerò qualche esempio di come fare.
Qualche parola sul funzionamento:
IC1-A è un oscillatore a onda quadra con periodo di circa 3 minuti e mezzo, e stabilisce l'alternanza giorno (uscita alta) - notte (uscita bassa).
L'onda quadra viene trasformata in tensioni ad andamento esponenziale da R2 - C2 (sarebbe meglio se fossero rampe lineari, ma ci accontentiamo).
Attraverso R3 queste tensioni ad andamento esponenziale vanno a modulare il duty-cycle (e anche la frequenza, come effetto collaterale) dell'oscillatore costituito da C3, R4,R5, IC1-B.
Questo oscilla a una frequenza dell'ordine del kHz, e la sua uscita serve per modulare l'intensità della luce dei LED che illuminano la notte.
Quando C2 è completamente carico o scarico, la sua influenza è tale da bloccare completamente l'oscillatore e la sua uscita sarà rispettivamente bassa (pieno giorno) o alta (piena notte).
IC1-C semplicemente inverte il segnale di illuminazione notte proveniente da IC1-B, ottenendo il segnale complementare di illuminazione giorno.
Quando IC1-B oscilla (non è bloccato) siamo in una fase di dissolvenza (alba o tramonto). Questo segnale rapidamente variabile, invertito da IC1-C, passa attraverso il condensatore C4 e grazie a TR1 scarica C5. Lentamente si scarica anche C6, modulando l'oscillatore costituito da C7 - R11 - R12 e IC1-D, del tutto simile a quello visto in precedenza. L'uscita di IC1-D serve per modulare l'intensità della luce di LED arancioni che illuminano la parte bassa del cielo, per simulare appunto i colori dell'alba e del tramonto.
IC1-E è un oscillatore a onda quadra con periodo di circa un minuto e mezzo, mantenuto bloccato da DS1 - R13 durante il giorno. Viene sbloccato all'inizio del tramonto, e dopo un po' accende le lucerne o i focolari delle case. IC1-F ne anticipa leggermente le commutazioni, ottenendo un segnale utile per accendere altre lucerne e focolari, in modo che le accensioni e spegnimenti non avvengano tutti nello stesso istante. Le lucerne vengono poi spente, e se la notte ha durata sufficiente, vengono di nuovo riaccese e poi spente durante la notte.
Se qualcuno vuole realizzare questa centralina me lo faccia sapere (rispondendo in questa stessa discussione). Nei limiti del poco tempo che ho, una mano gliela posso dare se trova qualche difficoltà.
Grazie per l'attenzione.

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