Zadanie

Navrhnite elektronické hodiny s LED displejom, časom, budíkom a časovačom programovateľnými v rozmedzí 24 hodín, stopkami a s výstupom pre ovládanie elektronických zariadení.

Obsah

Strana:
1. Úvod.....................................................................................................................1
2.1. Elektronické zobrazovacie jednotky.....................................................................2
2.1.1. Zobrazovacie jednotky s malou hustotou informácie....................... ...................2
2.1.2. Zobrazovacie jednotky vytvárajúce znaky skladaním segmentov.........................3
2.2. Usmerňovače.......................................................................................................5
2.2.1. Dvojcestný usmerňovač s odporovou záťažou...................................................6
2.2.2. Dvojcestný usmerňovač so zberacím kondenzátorom.........................................8
2.3. Moderné integrované stabilizátory........................................................................10
2.3.1. Integrované stabilizátory 1 A v kladnej vetve.....................................................10
2.4. Jednočipový mikropočítač MHB 8048................................................................12
2. 5. Bipolárne tranzistory...........................................................................................13
2. 5. 1. Princíp činnosti bipolárneho tranzistora NPN...................................................14
3. Bloková schéma zapojenia......................................................................................16
4. Popis zapojenia.......................................................................................................17
5. Konštrukcia a oživenie............................................................................................19
6. Obsluha a nastavenia...............................................................................................21
6.1. Nastavenie času...................................................................................................21
6.2. Nastavenie budíku................................................................................................21
6.3. Nastavenie časovača............................................................................................21
6.4. Nastavenie stopiek.............................................................................................. 22
6.5. Ovládanie externých zariadení pomocou relé.........................................................22
6.6. Základný režim.....................................................................................................22
7. Zoznam súčiastok....................................................................................................23
8. Namerané hodnoty..................................................................................................26
Schéma zapojenia digitátlnych hodín s budíkom časť 1.................................................27
Schéma zapojenia digitátlnych hodín s budíkom časť 2.................................................28
Schéma zapojenia zdroja, relé a indikácie....................................................................29
Pohľad na dosku plošného spoja 1 a rozloženie súčiastok plošného spoja 1.................30
Pohľad na dosku plošného spoja 2 a rozloženie súčiastok plošného spoja 2.................31
Pohľad na dosku plošného spoja 3 a rozloženie súčiastok plošného spoja 3.................32
Konštrukčná úprava predného panela.........................................................................33
Konštrukčná úprava zadného panela...........................................................................34
Záver.........................................................................................................................35
Použitá literatúra.........................................................................................................36
Príloha

Úvod

Elektronické hodiny s procesorom 8048 som sa rozhodol zhotoviť v rámci SOČ hlavne z toho dôvodu, že po finančnej stránke nie sú tak náročné ako napr. zosilňovače. Hodiny obsahujú budík, takže zariadenie je možné využívať ako rodinný budík. Zariadenie obsahuje taktiež stopky a časovač, a tým tvorí neoceniteľného pomocníka pri rôznych domácich činnostiach závislých od času. Za povšimnutie stojí možnosť ovládania rôznych elektronických spotrebičov ( napr. rádio, kávovar ) pomocou budíka - riadiaceho obvodu, ktorý som navrhol pre riadenie zásuvky s možnosťou spínania spotrebiča so záťažou 10A / 230 V čomu zodpovedá výkon 2.5 kW.

Popis zapojenia

Mikroprocesor 8048 US1 je procesor naprogramovaný výrobcom, ktorý potrebuje k svojej správnej činnosti záchytný register US2 a pamäť EPROM US3 z dôvodu malej vlastnej pamäte. Jeho vnútorná frekvencia je synchronizovaná kryštálom a je doladitelná kondenzátorom C4. Napájacie napätie je privedené na vstupy SS, INT A EA. Kondenzátor C7 slúži k nulovaniu mikroprocesora po zapnutí napájania. Porty P10 a P11 ovládajú posuvný register US4, ktorý vchádzajúcu sériovú informáciu spracuje na paralelnú a tú privádza cez predradné odpory R1 až R8 na displeje. R1 až R8 slúžia na obmedzenie prúdu v jednotlivých segmentoch. Tranzistory T1 až T4 slúžia na ovládanie rozsvecovania LED displejov. Funguje to tak, že mikroprocesor vyšle sériovú informáciu na posuvný register US4, ktorý ju prevedie na paralelnú a vyšle na katódy displeja. Mikroprocesor US1 privedie napätie na bázu tranzistora T1, tým sa otvorí T1 a rozsvieti sa prvá číslica na displeji. Po čase potrebnom na rozsvietenie LED displeja (ms) mikroprocesor privedie log 0 na bázu tranzistora T1 a ten sa zatvorí. Potom sa proces zopakuje, ale s tým rozdielom, že sa zopínajú ďalšie tranzistory zo štvorice T1 až T4. Z toho vyplýva, že informácia sa na displejoch nezobrazí naraz ale postupne. Rezistory R9 až R12 sú predradné odpory, ktoré slúžia na ochranu portov mikroprocesora aj tranzistorov. Integrovaný obvod US5 NE 555 pracuje ako generátor s kmitočtom okolo 800 Hz a slúži pre vytvorenie signálu budíka. Súčiastky C9 až C11 a odpory R3 až R14 sú nutné k jeho správnej činnosti vyplývajúcej z katalógového zapojenia. Obvod napájania hodín sa skladá z diódy D1, ktorá slúži na ochranu proti prepólovaniu, kondenzátorov C1, C3 a C8, ktoré zohrávajú funkciu filtračných kondenzátorov a zo stabilizátora US6, ktorý slúži na stabilizáciu v našom prípade 12V na 5V.
Radiaci obvod som navrhol pre riadenie zásuvky s možnosťou spínania nejakého spotrebiča so záťažou 10A/ 230 V, čomu zodpovedá výkon 2,5 kW. Tento obvod je pridaný k digitálnym hodinám,ktoré po zapnutí budíka vyšlú logickú úroveň do RS- bistabilného preklápacieho obvodu, kde potom následuje jeho preklopenie a zopnutie kontaktov relé, teda pripojením napájania na pripojený elektrický spotrebič.
Obvod je napájaný jednoduchým zdrojom +12V. Napájacie napätie je pripojené na svorky. Po zapnutí svieti LED dióda D4. To je spôsobené, že cez rezistory R16, R17 a LED diódu D5 je otvorený tranzistor T6. Následný príchod logickej úrovne privedie logickú jednotku z multivibrátora digitálnych hodín, tým sa otvorí tranzistor T5 a zároveň sa cez rezistory R18 a bázový rezistor R21 otvorí tranzistor T7 a T6 sa zatvorí. Tranzistor T7 zvýši napäťový potenciál na cievke v relé, a tým kotva pritiahne kontakty v relátku. Dióda D3 je spätnoväzobná na zabránenie vysokého potenciálu naindukovaného v cievke, čo by mohlo viesť k následnému zničeniu obvodu. Ak chceme zariadenie vypnúť stlačíme tlačidlo S5. Tým sa privedie na bázu tranzistora T6 cez rezistor R20 log 1 (kladné napätie) vďaka čomu sa tranzistor T6 otvorí a zatvorí sa T5. Zhasne LED dióda D5. Keďže sa tranzistor T6 otvorí, na T7 sa zníži napätie a T7 sa zatvorí. Rozopnú sa kontakty v relátku. Kondenzátor C4 je na prípadné zakmitávanie pri stlačení tlačidla. Kondenzátory C12, C13 a C14 sú tu na odstránenie vysokofrekvenčných kmitov prenesených zo zdroja, čo by mohlo mať nežiadúce účinky pre tento obvod.

Obsluha a nastavenia

Ovládanie hodín a programovanie nastavenia sa vykonáva pomocu piatich tlačidiel S1 až S5 umiestnených na prednom panely a pomocou prepínača S6 umiestnenom na prednom paneli.

Nastavenie času:

Trikrát stlačíme tlačidlo S1. Na ľavom krajnom zobrazovači sa objavia písmená ,,CL“. Stlačíme tlačidlo S2. Na blikajúcom zobrazovači, ukazujúcom jednotky a desiatky hodín nastavíme požadovanú dobu tlačidlom S2. Jeho krátkym stlačením sa pripočíta jedna jednotka a pri pridržaní tohto tlačidla sa budú číslice rýchlo za sebou načítavať. Nastavenú hodnotu potvrdíme tlačidlom S1. Na zobrazovači sa objaví údaj o jednotkách a desiatkách minút. Ich nastavenie prevedieme rovnakým spôsobom ako v predchádzajúcom kroku pri nastavení hodín. Nastavenie potvrdíme tlačidlom S1. Stlačením tlačidla S4 pri chode hodín sa objaví na displeji údaj reálneho času v minutách a sekundách. Pri opätovnom stlačení sa hodiny vrátia do pôvodného režimu.

Nastavenie budíku:

Dvakrát za sebou stlačíme tlačidlo S1. Na ľavom krajnom zobrazovači sa objavia písmená ,,AL“. Požadovaný čas budenia nastavíme tým samým spôsobom ako pri nastavení hodín tlačidlami S1 a S2. Aktiváciu budíku prevedieme tlačidlom S3, pričom sa rozsvieti bodka na pravej strane zobrazovača. Vypnutie signálu budíka prevedieme stlačením ľubovolného tlačidla. Ak chceme zistiť čas budenia stlačíme tlačidlo S2.

Nastavenie časovača:

Krátko stlačíme tlačidlo S1. Na ľavom krajnom zobrazovači sa objaví písmeno ,,C“. Požadovaný čas nastavíme tým samým spôsobom ako pri nastavení hodín tlačidlami S1 a S2. Po konečnom potvrdení tlačidlom S1 sa objaví celý nastavený čas a časovač začína odpočítavať. Koniec činnosti je signalizovaný zvukovým signálom.

Nastavenie stopiek:

Štyrikrát stlačíme tlačidlo S1. Na ľavom krajnom zobrazovači sa objaví písmeno ,,S“. Po stlačení tlačidla S2 je na displeji údaj 0,00. Každým ďalším stalčením tlačidla S2 spustíme alebo zastavíme stopky.

Ovládanie externých zariadení pomocou relé:

Nastavíme budík alebo časovač podľa predchádzajúcich bodov 2 alebo 3. Prepínač S6 na zadnom panely prepneme do polohy 1, tým sa uvedie do pohotovosti obvod na ovládanie externých zariadení. Po spustení budíka sa automaticky privedie napätie 230V na zásuvku Z1. To signalizuje rozsvietená LED dióda D4 ( červaná ). Budík môžme vypnúť stlačením ľubovolného tlačidla. Obvod vyradíme z činnosti po stlačení tlačidla S5, ktoré sa nachádza na prednom panely. Po vyradení obvodu z činnosti sa rozsvieti zelená LED dioda D5, ktorá signalizuje, že na zásuvku Z2 už nie je privádzané napätie.

Základný režim:

V základnom režime je na displeji zobrazený údaj o nastavení času v hodinách a minútach. Pomocou tlačidla S2 zisťujeme čas budenia. Pomocou tlačidla S4 sa na displeji objaví údaj reálneho času v minutách a v sekundách, po opätovnom jeho stlačení sa hodiny vrátia do pôvodného stavu. V základnom režime svieti zelená LED, ktorá signalizuje, že nie je pripojené napätie pre ovládanie externých zariadení.

Namerané hodnoty

čas ( hod )	odchýlka ( s )
24	1,5
48	2
168	5

Merané v domácich podmienkach pri izbovej teplote od 20°C do 24°C na meracom prístroji značky CASIO DB-31 s presnosťou 1/100 sekundy.

Záver: Presnosť hodín sa dá jemne doladiť kondenzátorom C4. Presnosť hodín je ovplyvnená teplotou v okolí kryštála, preto je vhodné pod kryštál podložiť polistirén, ktorý zabezpečí konštantnú teplotu v okolí kryštála.

Záver

Pri zhotovovaní elektronických hodín v rámci Stredoškolskej odbornej činnosti som sa zdokonalil ako po stránke elektrickej, tak aj po stránke manuálnej. Taktiež som sa veľmi zdokonalil pri práci s programami EAGLE, ULTIMATE a s textovým edotorom Microsoft Word.
Týmto by som chcel poďakovať môjmu konzultantovi pánovi Pavlovi Kuchárkovi za vytvorenie vhodných podmienok a odborných rád pri realizácii mojej práce SOČ.