Гирляндия — Чувственная ёлочка

Гирлянды в нашей жизни, это всегда праздничное настроение. Гирлянды бывают очень разнообразными. К гирляндам я отношу и световую рекламу, ведь это совершенно одинаковые устройства, просто по-разному оформленные. Так и хочется сказать, что где-то существует страна Гирляндия – в которой всегда хорошее настроение, радость и смех.

Подобную гирлянду для Чувственной ёлочки хотел создать около десяти лет. Для того, чтобы дарить родственникам и знакомым. Складывал в уме, иногда на бумаге возможные схемы. Схема Чувственной ёлочки должна была соответствовать таким требованиям: малые размеры, простая схемотехника, доступные детали, низковольтное питание. Но самое главное – она должна была «чувствовать» человека и реагировать на присутствие соответствующим образом. Всегда органом чувств представлял микрофон. А далее усилитель и разложение сигнала на уровни, с последующим управлением скоростью переключения гирлянды, примерно, как в [1]. Ну, примерно так: когда в комнате, где находится ёлочка очень тихо, она грустит и лениво переключает огоньки… и вот кто-то рядом появился, к примеру, заговорил – ёлочка «встрепенулась» и «завиляла» огоньками, как щенок…, громкость в комнате увеличилась, увеличилась и скорость переключения огоньков… и самый максимум скорости переключения гирлянды, когда в комнате играет громко музыка, песни и веселье… ёлочка счастлива и радуется с Вами вместе…

Схему, которую представляю Вам, я не собирался делать ещё несколько лет – настроения соответствующего не было… Да, и всегда представлял, что гирлянда будет так сказать интегрирована в ёлочку! И тут, за несколько дней до Нового года пришло озарение, как сделать Чувственную ёлочку с параметрами, примерно соответствующими запросам.

Схема Чувственной  ёлочки из Гирляндии
Гирляндия — Чувственная ёлочка . Схема

Итак, в схеме два «органа чувств» — звук и свет. Они равноценны по воздействию на скорость переключения гирлянды. Логика работы такова – в тишине и темноте ёлочка лениво переключает огоньки, если включился в комнате свет (или наступил день) или кто-то рядом заговорил, скорость увеличится, а если в комнате и свет, и музыка – тогда максимальная скорость переключения.

Расскажу, как работает схема. На логических элементах DD1.3..DD1.6 собраны четыре одинаковых, почти стандартных, генератора импульсов на повторителях с триггерами Шмитта, можете посмотреть подобную в [2]. Чем они отличаются от стандартных? А тем, что на месте зарядно/разрядного резистора стоит цепочка из встречно-последовательных импульсных диодов. Почему они применены? Нравится мне их применять в качестве высокоомных резисторов (примерно 1-2 ТОм) в схемах где не нужна особая точность параметров. Применение диодов позволяет использовать конденсаторы в несколько тысяч пикофарад. Диоды и конденсаторы не нужно подбирать идентичными по номиналам. Параллельно конденсаторам C13..C16 подключаются C5..C12 через электронные диодные ключи (VD2..VD17), увеличивающие суммарные ёмкости и соответственно уменьшающие частоту генераторов. Как известно, диод будет проводить в обе стороны если, через него пропустить открывающий ток, как я это сделал в схеме Электронного Блок Прямой Связи. Но в этой схеме, где используются микротоки, диод включенный последовательно с конденсатором, работает как простой проводник, без какого-либо внешнего напряжения. И поэтому закрыть его можно, лишь подавая плюс питания на катод. Два последовательных диода надёжно запираются от лог. «1» с выхода логического элемента.

На микрофоне BM1, транзисторах VT1, VT2 и логическом элементе DD1.1 собран акустический «орган» ёлочки. Схема очень чувствительна и срабатывает от разговора людей в двух метрах от микрофона. Разделительный конденсатор C2 довольно большой ёмкости, так как ёлочке нужно чувствовать любые звуки. Транзистор VT2 – детектор и ключ, разряжающий конденсатор C4. Время заряда C4 через обратный ток диода VD1 примерно 3 секунды. Это даёт видимые «паузы» в скорости переключения в паузах между музыкальными произведениями. Если вам это не нужно, то увеличьте ёмкость C4 из расчёта 0,01 мкФ на каждые 3 секунды. Резистор R2 можно просто закоротить, у меня он не использовался, просто так правильнее. Всё зависит от «шумности» применённого вами блока питания.

На фоторезисторе R8 и логическом элементе DD1.2 собран фото «орган» ёлочки. Когда фоторезистор затемнён, сопротивление его велико, и на выходе DD1.2 присутствует лог. «0». Сопротивление резистора R7 должно быть примерно в десять раз больше номинально освещённого фоторезистора R8. Так же можете подобрать номинал R7 под ваши потребности.

Когда в комнате с ёлочкой нет света и звуков, на выходах DD1.1 и DD1.2 присутствуют логические «0», все электронные диодные ключи VD2..VD17 собраны в проводящие схемы и задающие частоту конденсаторы включены в параллель, что обеспечивает самую низкую частоту переключения гирлянд.

На транзисторах VT3..VT10 собраны четыре усилителя мощности выходного тока. К которым подключена гирлянда из 20 сверхярких светодиодов (HL3..HL22) и одного мигающего цветного светодиода (HL23) со встроенной схемой коммутации. Светодиоды подключены к схеме посредством шести проводов к точкам схемы А..Е. У каждого светодиода, рядом, должен стоять свой токоограничительный резистор (R11..R30). Как подключены светодиоды я думаю, что вы и сами прочтёте по схеме. Отдельно хочу сказать о мигающем цветном светодиоде HL23. Его роль — это освещение верхушки ёлочки. Диоды VD26..VD29 образуют собой четырёхфазный однополупериодный выпрямитель. Они выпрямляют пульсирующее напряжение четырёх генераторов. Схему питания HL23 нужно собрать на маленькой платке, возле светодиода. Да и к тому же, на этой платке будут оканчиваться все шесть проводов гирлянды. Конденсатор C19 должен быть возможно большего номинала, чтобы меньше было погасаний.

Как видно из схемы, питание светодиодов HL3..HL10 и HL11..HL22 выполнено по разному. Светодиоды HL3..HL10 запитываются от выхода генератора и питающим напряжением. А светодиоды HL11..HL22 запитываются от различных комбинаций выходов генераторов. По идее, вы можете, к примеру, в гирлянде оставить только HL3..HL10 и клонировать дальше по гирлянде подобные цепочки, пока хватит мощности блока питания и выходных транзисторов. Или к примеру, можете использовать только провода Б..Е, тогда только на четыре светодиода уменьшится гирлянда (и останется пять стандартных проводов). А можно оставить четыре провода (Б..Д), соответственно останутся HL11..HL22 и их клоны. А чтобы нормально работала верхушка на HL23, схему нужно собрать на диодных мостах, к примеру, на КД906А (смотрите схемку слева). Также можно оставить три провода (или два). С соответствующим уменьшением светодиодов в одном клоне 6 (или 2).

Питать ёлочку нужно от любого зарядного устройства мобильного телефона или можно порекомендовать от малогабаритного бескорпусного БП с выходным напряжением 5 вольт.

Индикаторные светодиоды HL1..HL2 можно не устанавливать. Они нужны лишь для контроля при наладке. Хотя и интересно постоянно видеть состояние ключей схемы.

Как ещё можно изменить логику работы. У меня была в разработке такая логика – дополнить схему ещё инверторами с выходным Z-состоянием (к примеру — К561ЛН1) с усилителями мощности на биполярных транзисторах. Управлять Z-состоянием фото «органом» ёлочки. Тогда в темноте будут перемаргиваться лишь 8 светодиодов. А при включении света подключатся и другие светодиоды.

 

Литература:

  1. http://www.votshema.ru/65-kompaktnyy-pereklyuchatel-girlyand.html
  2. В.Л.Шило. Популярные микросхемы КМОП: Справочник. — М.: «Горячая линия — Телеком», 2001.- 112 с., илл. — МРБ вып. 1246. с.103