Rozwiązanie zadania powinno zawierać schemat elektryczny i zwięzły opis
działania. Model i schematy montażowe nie są wymagane, ale przysłanie
działającego modelu lub jego fotografii zwiększa szansę na nagrodę.
Ponieważ rozwiązania nadsyłają Czytelnicy o różnym stopniu zaawansowania,
mile widziane jest podanie swego wieku. Ewentualne listy do redakcji
czy spostrzeżenia do erraty powinny być umieszczone na oddzielnych kartkach,
również opatrzonych nazwiskiem i pełnym adresem. Prace należy nadsyłać
w terminie 45 dni od ukazania się numeru EdW (w przypadku prenumeratorów
– od otrzymania pisma pocztą).
31
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
Szkoła
Konstruktorów
Pomysłodawca niniejszego zadania napisał:
Często wychodzę do pracy na noc. Wycho−
dząc z domu zamykam drzwi na klucz, żeby
rano nie budzić żony, by nie musiała wycho−
dzić i otwierać mi drzwi. Gdy wychodzę jest
ciemno i nie mogę trafić kluczem do zamka.
Przydałby się inteligentny układ elektronicz−
ny pełniący następujące funkcje:
1. Gdy naciskam przycisk jeden raz (krótko)
lampa zapala się na ok. 2 min, a potem gaśnie.
2. Gdy naciskam przycisk dłużej (lub naci−
skam dwa razy w krótkim odstępie czasu)
lampa zapala się na stałe. Mogę ją później
zgasić, naciskając przycisk jeszcze raz.
3. Dobrze byłoby, gdyby to gaszenie nie
następowało od razu, tylko lampa świeciłaby
jeszcze ze dwie minuty.
Pomysłodawca otrzymuje nagrodę. Nazwi−
ska nie podaję, bo nie ma potrzeby informo−
wać kogokolwiek o jego sytuacji domowej.
A oto oficjalny temat zadania 55:
Zaprojektować inteligentny sterownik
lampy oświetlającej drzwi wejściowe.
Temat nie jest trudny. Przypuszczam, że
w większości przypadków zaproponujecie
urządzenie zawierające co najmniej trzy blo−
ki. Niewątpliwie potrzebny będzie jakiś układ
czasowy (2 minuty). Zapewne niezbędny bę−
dzie też przerzutnik oraz układ rozróżniający
jedno lub dwa naciśnięcia przycisku (krótkie
i długie naciśnięcie przycisku).
Elementem wykonawczym będzie albo
przekaźnik, albo triak. Układ można zasilić
z niewielkiego zasilacza albo wprost z sieci za
pomocą zasilacza beztransformatorowego.
W każdym razie sterownik powinien być
możliwie prosty i tani.
Dokładnie przeanalizujcie temat zadania.
Czy informacje i warunki podane na wstępie
wystarczą? A może trzeba przewidzieć dodat−
kowe trudności? Czy na przykład nie trzeba
podświetlić przycisku wyłącznika, choćby za
pomocą neonówki albo diody LED? Jeśli po
jednokrotnym (albo krótkim) naciśnięciu przy−
cisku lampa się zaświeci, to czy nie trzeba ja−
kiegoś dodatkowego sygnalizatora ciągłego
włączenia, na przykład w postaci migania
wspomnianej diody LED podświetlającej przy−
cisk, by zasygnalizować włączenie na stałe?
A może zastosować najprostsze rozwiąza−
nie – najzwyklejszy wyłącznik z dołączonym
równolegle układem czasowym albo powol−
nym ściemniaczem?
Możliwości jest wiele. Przeanalizujcie je
i wybierzcie optymalną.
Zwróćcie baczną uwagę na bezpieczeń−
stwo. Urządzenie musi zapewniać absolutne
bezpieczeństwo użytkowania. Pozostaje też
problem prób i testów. Osoby niepełnoletnie
i niewykwalifikowane nie powinny przepro−
wadzać żadnych prób z urządzeniami dołą−
czanymi wprost do sieci energetycznej.
Właśnie ze względów bezpieczeństwa,
tym razem brak modelu nie zmniejszy szans
na nagrodę. Całkowicie wystarczy schemat
ideowy i ewentualne uwagi dotyczące obudo−
wy, montażu, itp. Skoncentrujcie się nad czę−
ścią sterującą – jak najlepiej można zrealizo−
wać postawione zadanie.
Rozwiązanie zadania nr 51
Temat zadania 51 brzmiał: Zaprojektować
uniwersalny odstraszacz akustyczny.
Jak zwykle w Redakcji pojawiło się wiele
prac teoretycznych i praktycznych, będących
rozwiązaniem postawionego zadania.
Znaczna część z nich to odstraszacze uni−
wersalne, pozwalające zmieniać częstotli−
wość (zakres częstotliwości) generowanych
dźwięków, czas impulsu, czas przerwy a na−
wet rodzaj przetwornika (głośnik dynamicz−
ny, przetwornik piezo). Znów kilka osób
przysłało swe prace po raz pierwszy i z przy−
jemnością stwierdzam, że zaproponowali
sensowne układy. Oczywiście były też
i próby bardzo nieporadne, a część z nich zo−
stanie zaprezentowana w drugiej klasie
Szkoły, czyli w dziale “Co tu nie gra?”
Zadanie nr 55
(oczywiście bez podania nazwisk autorów).
Taka prezentacja błędów okazuje się bardzo
pożyteczna dla wszystkich, nie tylko dla naj−
młodszych. Świadczą o tym nadsyłane listy.
Szczególnie mnie cieszy, jeśli w zadaniu “Co
tu nie gra?” biorą udział Koledzy, których
wcześniej nadesłane układy właśnie są tam
prezentowane jako błędne. A tak w ogóle, to
gratuluję wszystkim uczestnikom Szkoły,
także tym, których prac nie omawiam. Nie
mogę bowiem szczegółowo omawiać wszy−
stkich schematów nadsyłanych przez 13− czy
14−latków. Oczywiście w tak młodym wieku
nie można dopracować wszystkich szcze−
gółów i zazwyczaj w układzie można znaleźć
poważne błędy. Jednak sam fakt, że tak mło−
dy człowiek próbuje zmierzyć się z trudnym
zadaniem zasługuje na gorące słowa uznania
i zachęty do dalszych prób.
A oto podsumowanie ciekawszych prac te−
oretycznych.
Grzegorz Kaczmarek z Opola zapropo−
nował kilka generatorów ze wzmacniaczami
operacyjnymi. Jeden ze schematów jest po−
kazany na rysunku 1. 15−letni Szymon Ja−
nek z Lublina zaproponował prosty i sen−
sowny układ, którego schemat pokazany jest
na rysunku 2. Za ten projekt (podobno
sprawdzony w praktyce) otrzymuje upomi−
nek i trzy punkty. Tak samo oceniłem pracę
12−letniego Dawida Lichosyta z Gorenic.
W roli generatora tonu zastosował on kostkę
4047, a do jej bramkowania służą dwa proste
generatory z bramkami 4093. Również jego
układ może napędzać przetwornik piezo (za
pomocą dwóch bramek) albo głośnik (za po−
mocą kostki LM386 i dwóch dodatkowych
tranzystorów).
Modele
Fotografia 1 pokazuje model Wojciecha
Kuźmiaka z Gdyni. Sercem układu jest
podwójny timer NE556. W modelu wykorzy−
stany jest mały brzęczyk piezo z generatorem,
dlatego głośność jest niewystarczająca i układ
należałoby rozbudować o stopnie sterujące
głośnym przetwornikiem piezo np. PCA−100.
Na fotografii 2 można zobaczyć model 14−
letniego Piotra Dereszowskiego z Chrzano−
wa. Układ zawiera jedną kostkę UL1111, czy−
li pięć tranzystorów. Aleksander Drab ze
Zdziechowic przysłał model pokazany na fo−
tografii 3. Olek wykorzystał połowę kostki
4093 i podwójny wzmacniacz operacyjny.
Łukasz Majchrzak z Włoszczowej wykonał
model pokazany na fotografii 4. Zawiera on
układ 555, a głównym generatorem jest VCO
z kostki 4046.
Wymienieni czterej Koledzy otrzymują
upominki i 2...3 punkty.
Interesujący układ nadesłał Łukasz Cy−
ga z Chełmka. Schemat można zobaczyć
na rysunku 3, a model na fotografii 5.
W tym uniwersalnym odstraszaczu główną
rolę odgrywa kostka 4046, której generator
VCO pracuje w zakresie częstotliwości
wyznaczonym przez elementy C1, P1, Tm
(górna częstotliwość) oraz C1 R1 (dolna
częstotliwość). Chwilowa wartość często−
tliwości zależy od napięcia na nóżce 9
(VCO IN). Łukasz zastosował termistor, by
zmieniać częstotliwość, ponieważ stwier−
dził, że na przykład komary przyzwyczaja−
ją się do dźwięku o tej samej częstotliwo−
ści (około 25kHz).
Podobny, bardzo ciekawy odstraszacz
z dwoma generatorami VCO z kostek 4046
przedstawił Jarosław Chudoba z Gorzowa
Wlkp. Model pokazany jest na fotografii 6,
natomiast uproszczony schemat na rysunku 4.
U3 to główny generator tonu, kluczowany
stanem logicznym na wejściu INHIBIT (n. 5).
Rytm pracy wyznacza generator z bramką
U1A – sygnał jest włączany okresowo na czas
wyznaczony przez C1, PR2, a czas przerwy
zależy od C1, PR1. Częstotliwość tonu w gło−
śniku jest zależna od napięcia na wejściu
VCO IN (n. 9) i w czasie danego cyklu pracy
stopniowo rośnie z szybkością wyznaczoną
przez C2, PR3. Dodatkowy generator U2
(4046) umożliwia uzyskanie dźwięku przery−
wanego. Przełącznik P1 pozwala uzyskać al−
bo dźwięk ciągły, albo przerywany.
Układ można zmodyfikować i na przykład
podłączyć nóżkę 9 U3 wprost do kondensato−
ra C1. Można też zamiast kostki U2 wykorzy−
stać wolne bramki układu U1 – niewiele to
zmieni działanie układu.
32
Szkoła Konstruktorów
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
Rys. 1
Rys. 2
Rys. 3
Fot. 4 Rozwiązanie
Łukasza Majchrzaka
Fot. 2 Projekt
Piotra Dereszowskiego
Fot. 1 Model
Wojciecha Kuźmiaka
Fot. 3 Propozycja
Aleksandra Draba
33
Szkoła Konstruktorów
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
Dwa oryginalne rozwiązania przedstawił
Tomasz Sapletta z Donimierza. Przeprowa−
dził też rzeczową analizę problemu. Modele
można zobaczyć na fotografii 7. Rysunek 5
przedstawia jeden ze schematów – na uwagę
zasługuje tu nietypowa metoda zmiany czę−
stotliwości przebiegu, polegająca na sprzęże−
niu potencjometrów PR1, PR2 przez rezystor
R3. Autor pisze: Ten sposób połączenia
umożliwia najprostszą i najtańszą realizację
syreny policyjnej na bramkach CMOS.
Rzeczywiście warto spróbować, jak brzmi ta−
ki układ z różnymi wartościami elementów RC.
Jeszcze bardziej oryginalny jest układ od−
straszacza, wykorzystujący w roli wzmacniacza
mocy... stabilizator LM317. Schemat pokazany
jest na rysunku 6. Oto fragment listu: Kilka
miesięcy temu zastanawiałem się nad realizacją
prostego generatora przestrajanego napięciem
(o małych wymogach). Pomyślałem i ...zamiast
rezystora nastawnego użyłem dwóch elektrod
tranzystora (emitera i kolektora, a baza pozo−
stała elektrodą sterującą). Tak wykonany gene−
rator na bramce Schmitta jest wystarczający
w prostych zastosowaniach, eliminuje koniecz−
ność stosowania układu C4046, co pozwala na
zmniejszenie kosztów i wymiarów urządzenia.
Jest co najmniej dziwne, że nie spotkałem takie−
go rozwiązania w literaturze, przecież jest to
najprostsza i najtańsza (chyba?) realizacja ge−
neratora przestrajanego napięciem.
Generator taki warto przetestować, jednak
charakterystyka przestrajania pozostawia wiele
do życzenia, więc ostatecznie układ 4046 okazu−
je się nieporównanie lepszy (i niewiele droższy).
Autor zaproponował także wykorzystanie
generatora z pamięcią EPROM, co ma umoż−
liwić generowanie dowolnych sekwencji
dźwiękowych. Pomysł ciekawy, ale mało real−
ny. Tomek nadesłał też dwa modele do dwóch
wcześniejszych zadań Szkoły – w drodze wy−
jątku dopisuję za to pięć punktów ekstra, bo
modele niewątpliwie
powstały dawno. Mo−
dele te pokazane są na
fotografii 8.
Analizę przepro−
wadził też Dariusz
Knull
z
Zabrza.
Ostatecznie zbudo−
wał układ pokazany
na fotografii 9 i ry−
sunku 7. Oto frag−
menty listu: Odstra−
szacz
składa
się
z uniwersalnego timera U1
oraz generatora przestra−
janego napięciem U2. Zo−
stały one szczegółowo opi−
sane w EdW 10 – 11/97.
Układ U1 pracuje jako ge−
nerator astabilny. Tranzy−
stor T1 i generator U2 są
cyklicznie włączane przez
U1 co około 5 minut. Po
około 30 – 40 sekundach wyłączają się. Uru−
chomienie U2 powoduje wytwarzanie prze−
biegu prostokątnego na jego
wyjściu 4. Dolną i górną często−
tliwość graniczną ustalają ele−
menty R6 i R7. Płynną regulację
częstotliwości zapewnia poten−
cjometr P1.
Kondensator C3 również
znacząco wpływa na częstotli−
wość generowanego dźwięku.
Jego wartość, jak w wykazie ele−
mentów, zapewnia przestrajanie
w zakresie od setek Hz do kilku−
dziesięciu kHz. Przebieg prosto−
kątny na wyjściu U2 pozwala na zastosowa−
nie zwykłego MOSFET−a mocy w roli wzmac−
niacza i dołączenie głośnika lub głośnej
membrany piezo w obudowie. Przetwornik
piezo powinien współpracować z indukcyjno−
ścią (12...20mH), co zapewni głośny dźwięk.
O przetwornikach i sposobach ich włączenia
napisano wiele w EdW 9/97.
W przypadku zasilania z sieci, do wyjścia
T2 dołączamy kilku...kilkudziesięciowatowy
głośnik. Gdy układ ma pracować np. w głębi
ogrodu (niemożliwe lub znacznie utrudnione
zasilanie z sieci), zasilanie powinien stano−
wić akumulator żelowy. Przykładową łado−
warkę opisano w EdW 10/98 i 9/99, typy
akumulatorów zamieszczono w tabeli na str.
29 w EdW 7/99.
Prawdopodobnie odstraszacz będzie pra−
cował na częstotliwościach pozaakustycz−
nych. W przeciwnym wypadku będzie to od−
straszacz sąsiadów. Głośne dźwięki słyszalne
mogą uprzykrzać życie sąsiadów (nawet te
przerywane). Mogą się wtedy zainteresować
nim osoby niepowołane, co spowoduje utratę
urządzenia.
Ciekawy układ zaprezentował też Mar−
cin Wiązania z Gacek. Schemat pokazany
jest na rysunku 8, a model na fotografii 10.
Rytm pracy wyznacza generator−licznik U1.
Częstotliwość włączania tonu alarmowego
ustala się za pomocą zworek; zależy ona tak−
że od oświetlenia. Układ zawiera dwa
podobne bloki generatorów z kostkami
4046. Generator U4 ma współpracować
z przetwornikami ultradźwiękowymi. Gene−
rator U2 może sterować głośnikiem przy po−
mocy bufora T2, T3. Marcin doszedł do
wniosku, że przetwornik piezo powinien
Rys. 6
Rys. 4
Rys. 5
Fot. 6 Praca
Jarosława Chudoby
Fot. 7 Odstraszacze
Tomasza Sapletty
Fot. 8 Wcześniejsze modele
Tomasza Sapletty
Fot. 5 Układ Łukasza Cygi
pracować przy stałej częstotliwo−
ści (rezonansowej), dlatego dodał
trzeci
generator
z
bramką
U3A (w zasadzie to samo odnosi
się do przetwornika ultradźwięko−
wego, który również jest prze−
twornikiem piezo o silnie zazna−
czonym rezonansie). W przypadku
użycia przetwornika piezo Q2
przestrajany generator U2 wyko−
rzystywany byłby jedynie jako ge−
nerator taktujący.
Układ z rysunku 8 ma rzeczywiście sze−
rokie możliwości. Warto wypróbować
podobne rozwiązania w praktyce. Można też
układ znacznie uprościć, stosując jeden ge−
nerator 4046, gdzie pojemność ustalająca
częstotliwość pracy (między nóżkami 6, 7)
byłaby zmieniana skokowo za pomocą zwo−
rek. Taki generator mógłby współpracować
z trzema stopniami wykonawczymi: z tran−
zystorami T2, T3 i głośnikiem, tranzystorem
T1 i odpowiednią cewką (by częstotliwość
rezonansu elektrycznego była zgodna z czę−
stotliwością rezonansu mechanicznego prze−
twornika piezo) oraz z
generatorem
U3A i buforami U3B...U3D. Niewątpliwie
podobny generator pozwoli uzyskać zaska−
kujące efekty.
Wymienionych pięciu Kolegów otrzymuje
nagrody i punkty (4...5).
Najbardziej dopracowany odstraszacz
nadesłał Piotr Wójtowicz z Wólki Bodze−
chowskiej. Model można zobaczyć na foto−
grafii 11. Oprócz generatorów zawiera czuj−
nik oświetlenia, dzięki czemu działa tylko
w ciągu dnia, oraz obwody alarmowe z czuj−
nikiem wstrząsowym, włączające syrenę
w przypadku próby kradzieży. Układ ten trafi
do Pracowni Konstrukcyjnej, a potem zostanie
opisany w dziale E−2000 lub w Forum Czytel−
ników. Piotr otrzymuje 7 punktów i nagrodę.
Tyle na temat nadesłanych prac. Chciał−
bym jeszcze wymienić nazwiska Kolegów,
w których pracach znalazłem coś godnego
uwagi i pochwały: Witek Wojciechowski
z Nowego Dworu Maz., Robert Gawron
z Rabki, Krzysztof Budnik z Gdyni, Krzy−
sztof Miecznikowski z Goworowa, Marcin
Piasecki z Poznania, Grzegorz Wąsacz
z Warszawy, Radek Dąbrowski z Wrocławia
i Łukasz Wojtaś z Grzegorzewa.
Podsumowanie
Ogólnie biorąc, poziom prac był dobry. Jak
zwykle, nie mogę zaprezentować wszystkich
schematów. Muszę jednak skomentować
nadesłane propozycje.
Gratuluje wszystkim, którzy przeprowa−
dzili analizę i dopiero wtedy zdecydowali się
na konkretne rozwiązanie.
Jednym z poważniejszych problemów by−
ła kwestia zasilania. Jeśli urządzenie miałoby
na przykład płoszyć ptaki z sadu, musi być
zasilane z akumulatora. Nie sądzę, że ktoś bę−
dzie kupował akumulator specjalnie do od−
straszacza ptaków. Jestem przekonany, że
w ogromnej większości przypadków zostanie
wtedy wykorzystany stary akumula−
tor samochodowy, nie radzący sobie
z rozrusznikiem samochodu, ale ma−
jący jeszcze znaczną pojemność, co
najmniej 10Ah. I takie obliczenia
trzeba zacząć niejako od końca −
wspomniany akumulator powinien
wystarczyć na co najmniej trzy dni
pracy odstraszacza, czyli w ciągu
dnia może zużyć co najwyżej 3,3Ah.
Jeśli urządzenie będzie pracować
w ciągu długiego, letniego dnia
przez 16 godzin, średni pobór prądu
nie może być większy niż 0,2A. Je−
śli elementem wykonawczym byłby
4−omowy głośnik sterowany przez typowy
samochodowy wzmacniacz mostkowy, to
przy napięciu akumulatora 12V pobór prądu
podczas pracy wyniesie około 2,25...2,4A.
Zakładając, że dźwięk będzie dodatkowo
34
Szkoła Konstruktorów
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
Rys. 7
Rys. 8
Fot. 9 Układ Dariusza
Knulla
Fot. 10 Projekt
Marcina Wiązani
Fot. 11 Model
Piotra Wójtowicza
przerywany ze współczynnikiem 1:1, średni
pobór prądu w czasie generowania sygnału
alarmowego wyniesie około 1,2A. Jeśli cał−
kowity pobór prądu ma wynieść średnio co
najwyżej 0,2A, czas przerwy między sygnała−
mi musi być co najmniej pięciokrotnie dłuż−
szy od czasu włączenia, czyli na przykład
włączanie na minutę co pięć minut. W prakty−
ce wystarczy włączać przerywany dźwięk na
pół minuty co pięć minut, a tym samym
wspomniany zużyty akumulator powinien
wystarczyć na sześć dni lub więcej. Oczywi−
ście pod warunkiem, że w spoczynku pobór
prądu będzie mały, powiedzmy mniejszy niż
1mA. Nie jest to problemem dzięki układom
CMOS oraz wzmacniaczom samochodowym
(TDA1516, TDA1554, itp.), które z zasady
mają wejście sterujące, pozwalające wyłą−
czyć wzmacniacz do stanu STANDBY, gdy
pobiera on prąd rzędu 1 mikroampera.
Jeśli odstraszacz ma być rzeczywiście
głośny, trzeba zastosować wzmacniacz mo−
stkowy i głośnik o mocy minimum
20...25W. Właśnie taką moc dostarczy do
głośnika 4−omowego wzmacniacz mostko−
wy zasilany z 12−woltowego akumulatora.
Zamiast dużego i dość kosztownego
głośnika o mocy 20...25W, można wyko−
rzystać tani głośnik tubowy, stosowany po−
wszechnie w syrenkach alarmowych. Takie
głośniki mają zwykle moc do 10W, ale
dzięki lepszej sprawności gło−
śność
najprawdopodobniej
będzie większa, niż w przy−
padku klasycznego głośnika
umieszczonego w przypadko−
wej obudowie (choć głośniki
tubowe słabo przenoszą niskie
częstotliwości). W
takim
przypadku wystarczy zastoso−
wać wzmacniacz pojedynczy, niekoniecz−
nie scalony. Wielu uczestników propono−
wało prosty układ pokazany na rysunku 9.
Ma on rację bytu, ale trzeba wziąć pod
uwagę ograniczenia (zupełnie niepotrzeb−
ny jest też rezystor). Jak pokazuje rysunek
10a, przez tranzystory mogą płynąć prądy
o wartości szczytowej ponad 2A – na pew−
no nie nadają się tu małe BC548/558. Lecz
tranzystory mocy mają mniejsze wzmoc−
nienie, nawet rzędu 50. Stopień sterujący
musi więc dostarczyć znacznego prądu ba−
zy, niekiedy ponad 40mA. Tym stopniem
absolutnie nie może być jedna bramka
CMOS, jak proponowali niektórzy.
Od biedy mogłoby to być połączenie kilku
bramek, ale nie zwykłych, tylko większej wydaj−
ności, z kostek CMOS 4049 albo 4050 według
rysunku 10b. Można też zastosować darlingto−
ny, najlepiej modyfikowane, według rysunku
10c. W każdym z tych przypadków trzeba pa−
miętać, że moc będzie mniejsza od maksymalnej
możliwej ze względu na spadki napięć na tranzy−
storach oraz stopniu sterującym. Żeby wykorzy−
stać, pełną dostępną moc, można zastanowić się
nad układem z rysunku 10d lub podobnym,
gdzie tranzystory nasycają się całkowicie.
W przypadku wykorzystania w charakterze
elementu wykonawczego przetwornika piezo,
konieczne jest użycie membranki z tubą, na
przykład PCA−100 lub PCA−105. Zupełnie nie
nadają się tu popularne brzęczyki z generato−
rem, co zaproponowało kilku uczestników. Do
uzyskania głośnego dźwięku membrany ko−
nieczne jest jak największe napięcie, rzędu na−
wet kilkudziesięciu woltów. Napięcie takie
można uzyskać w prostym układzie z cewką
według rysunku 11a lub 11b. Cewka powin−
na mieć taką indukcyjność (kilkanaście... kil−
kadziesiąt milihenrów), by z pojemnością
membrany tworzyć obwód rezonansowy
o częstotliwości równej częstotliwości rezo−
nansu przetwornika (około 3,5kHz). Ponieważ
prawie wszyscy elektronicy nie lubią cewek,
zastosują raczej nieco mniej skuteczne roz−
wiązanie pokazane na rysunku 11c.
W każdym przypadku prąd nie przekroczy
100...150mA, a głośność będzie duża. Wadą
przetwornika piezo jest to, że daje on głośny
dźwięk tylko w pobliżu
swej częstotliwości rezo−
nansowej. Znacznie szer−
sze pasmo da wspomniany
głośnik tubowy, a jeszcze
większe klasyczny głośnik
szerokopasmowy (np. sa−
mochodowy). Głośniki wy−
magają jednak dużej mocy,
co wyklucza wykorzysta−
nie ich w odstraszaczach
przenośnych.
35
Szkoła Konstruktorów
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
Rys. 9
Rys. 10
Rys. 11
Rys. 12
Rys. 13
36
Szkoła Konstruktorów
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
Rozwiązanie zadania 51
W EdW 5/2000 na stronie 36 znajduje się
schemat “sygnalizatora suchego kwiatka”.
Schemat ten można zobaczyć na rysunku A.
Zadanie jak zwykle polegało na znalezieniu
usterek. Tym razem otrzymałem mniej odpo−
wiedzi, czemu się nie dziwię, bo zadanie
wcale nie było łatwe. Pomijam kosmetyczną
usterkę polegającą na braku kropki łączącej
nóżki 8, 9 z nóżkami 3, 12.
Według pomysłodawcy układ pracuje
w sposób następujący. Bramka pierwsza z le−
wej wraz z kondensatorem (1
µ
F) i rezystan−
cją gleby tworzy generator. Częstotliwość
przebiegu zależy od wilgotności gleby – wy−
sychanie ziemi spowoduje zmniejszanie się
częstotliwości generatora. Pozostałe trzy
bramki tworzą detektor częstotliwości.
Zmniejszenie wilgotności gleby spowoduje
zaświecenie się lampki LED. Ogólna idea
jest jak najbardziej prawidłowa. Zaletą jest
fakt, że przebieg na elektrodach ma składo−
wą stałą równą zeru. Ten interesujący układ
ma szansę działać, jednak warto wziąć go
pod lupę i nieco zmodyfikować.
Przy okazji sprostuję poglądy niektórych
uczestników, którzy sądzili, że generator prze−
stanie pracować i ten fakt jest wykrywany.
Owszem, gdy gleba całkowicie wyschnie, ge−
nerator przestanie pełnić swą funkcję, jednak
do takiej sytuacji nie można dopuścić – roślin−
ki należy podlać wcześniej, gdy gleba będzie
mieć jeszcze stosunkowo niewielką rezystan−
cję, rzędu kilkudziesięciu kiloomów. Dlatego
potrzebny jest układ wykrywający obniżenie
się częstotliwości, a nie zanik przebiegu.
Oto zasada pracy pokazanego detektora
częstotliwości. Dwie “dolne” bramki tworzą
znany powszechnie przerzutnik monostabil−
ny, jednak jego działanie jest nietypowe, po−
nieważ “górna” bramka przez diodę wymu−
sza okresowo stan wysoki na nóżkach 5, 6
bramki NAND.
W czasie, gdy na nóżce 3 generatora wy−
stępuje stan niski, na nóżkach 10, 11, a także
5 i 6 występuje stan wysoki. Na nóżkach 4,
13 utrzymuje się stan niski. Pojawienie się
stanu wysokiego na nóżce 3 (oraz nóżkach 8,
9, 12) rozpoczyna proces ładowania konden−
satora 1
µ
F przez potencjometr 10k
Ω
. Na
nóżkach 4, 13 nadal utrzymuje się stan niski,
a na nóżce 11 – wysoki. Napięcie na poten−
cjometrze, mierzone względem masy, stop−
niowo spada. Jeśli częstotli−
wość będzie duża, napięcie to
nie zdąży opaść poniżej progu
przełączania wejść 5, 6 zanim
na nóżce 10 pojawi się stan wy−
soki, który rozładuje kondensa−
tor i wymusi stan wysoki na po−
tencjometrze. Jeśli jednak czę−
stotliwość będzie mała, napię−
cie na potencjometrze zdąży się
zmniejszyć poniżej progu prze−
łączania wejść 5, 6 i na nóżce 4,
rezystorze i diodzie pojawi się stan wysoki –
sygnalizator zadziała.
Jak widać z tego skrótowego opisu, kon−
densator między nóżkami 11 a 5, 6 jest włą−
czony nieprawidłowo. I to jest główna uster−
ka. Oprócz tego zwróciliście uwagę na sze−
reg większych i mniejszych niedoróbek:
1. Obecność rezystora o nominale
100k
Ω
− jest całkowicie zbędny.
2. Obecność diody włączonej między poten−
cjometr a dodatnią szynę zasilania (VCC) – ta
druga dioda też jest zbędna. Dwie diody i kon−
densator w takim połączeniu spotyka się tylko
w pojemnościowych podwajaczach napięcia.
3. Zastosowanie najprostszego generatora
z bramką Schmitta nie jest najlepszym po−
mysłem, ponieważ jego częstotliwość będzie
silnie zależeć od napięcia zasilającego (oraz
temperatury, ale to w tym konkretnym zasto−
sowaniu nie jest istotne), co spowoduje
zmiany czułości sygnalizatora.
4. W roli sygnalizatora zamiast diody
LED warto zastosować brzęczyk piezo z ge−
neratorem, który jest nie tylko skuteczniej−
szy, ale także pobiera podczas pracy zdecy−
dowanie mniej prądu.
5. Ze względu na obecność diod i bramek
z wejściem Schmitta układ musi być zasilany
stosunkowo wysokim napięciem, co naj−
mniej 6V (praktycznie z baterii 9V), co ozna−
cza znaczny pobór prądu w stanie spoczynku
i konieczność częstej wymiany baterii.
Zwróciliście też uwagę na brak rezystora
o dużym nominale (np. 1M
Ω
) między nóżka−
mi 2, 3. Bez niego przy całkowitym wysch−
nięciu gleby generator przestanie pracować,
a pobór prądu może się zwiększyć. W tym
konkretnym układzie rezystor taki nie jest
konieczny. Rezystor taki okazałby się po−
trzebny tylko przy całkowitym wyschnięciu
C
Co
o ttu
u n
niie
e g
grra
a?
?
Rys. A
W przypadku wykorzystania przetworni−
ka piezo, generator tonu nie musi być prze−
strajany (lub będzie przestrajany w niewiel−
kim zakresie) – wystarczy, że dźwięk będzie
przerywany, na przykład z częstotliwością
1...2Hz. Taki przebieg wytworzy klasyczny
układ według rysunku 12. Nie proponuję tu
najprostszego układu z bramką Schmitta
w roli generatora tonu, ponieważ układ taki
jest mało stabilny temperaturowo i napięcio−
wo. Można go natomiast wykorzystać w roli
generatorów taktujących.
Gdy przetwornikiem ma być głośnik,
warto zastosować generator przestrajany
w szerokim zakresie. Idealnie nadaje się do
tego generator przestrajany napięciem
(VCO), będący częścią układu CMOS
4046. Jego częstotliwość można zmieniać
w bardzo szerokim zakresie za pomocą na−
pięcia na nóżce 9, natomiast aby wyłączyć
kostkę, wystarczy podać stan wysoki na
nóżkę 5. Rysunek 13 pokazuje dwa przy−
kłady realizacji generatora przestrajanego.
Oczywiście można wykorzystać jeszcze in−
ne przebiegi sterujące – zależy to tylko od
pomysłowości projektanta.
Niektórzy uczestnicy słusznie wspo−
mnieli o możliwości kradzieży odstraszacza
– może rzeczywiście warto pomyśleć o do−
datkowym obwodzie alarmowym, ale to nie
jest łatwe zadanie, bo złodziej zapewne naj−
pierw odłączy zasilanie.
Gratulacje dla wszystkich, którzy pomy−
śleli o obudowie. W wielu przypadkach od−
straszacz będzie pracował na wolnym powie−
trzu, i wtedy trzeba skutecznie zabezpieczyć
przed wilgocią i deszczem nie tylko układ
elektroniczny, ale też akumulator i głośnik
(tu znaczną przewagę mają tuby od alarmów
samochodowych, umieszczone w plastiko−
wych obudowach).
Na koniec gratuluję wszystkim, którzy
zmierzyli się z zadaniem numer 51 i zachęcam
do brania udziału w kolejnych zadaniach.
Wasz instruktor
Piotr Górecki