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GGGGGGGaaaaaaadddddddgggggggeeeeeeettttttt Realizza svariati giochi di luce tridimensionali selezionabili mediante pulsanti, che esegue ad una velocità impostabile dall’utente. UUUUNNNN CCCCUUUUBBBBOOOO LED FFAATTTTOO DDII...... dddiii AALLEESSSSAANNDDRROO SSOOTTTTOOCCOORRNNOOLLAA L e festività di fi ne d’anno sono già arrivate e volta abbiamo pensato a qualcosa di un po’ più ancora una volta vi hanno preso di sorpresa? particolare; ci siamo dunque spostati nel tridimen- Cercate un effetto, un gadget luminoso da usare sionale, realizzando un gioco di luci formato da per animare una serata, un locale o la vetrina di diodi luminosi disposti a cubo, capace quindi di un negozio? Guardate allora il progetto descritto comporre animazioni ad effetto spaziale, solido, in queste pagine: la sua originalità rispetto ad altri invece che piano come le classiche barre, frecce o giochi di luce proposti in passato non mancherà altra forma a led. Sotto l’aspetto circuitale non è di colpirvi. Infatti dopo tanti gadget luminosi una particolare novità, in quanto la sezione che composti da lampadine o led disposti su un circui- controlla i diodi luminosi non è molto diversa da to stampato a realizzare disegni e scritte, questa quella di qualsiasi gadget bidimensionale; la dif- Elettronica In ~ Dicembre 2009 / Gennaio 2010 27 LED 4° livello CT3 ed RD0, RD1, RD2, RD3, RD4, RD5, RD6 ed RD7; impiegano, insomma, le porte C e D. Quanto LED 1° livello alle colonne, sono quattro e cor- rispondono ad RA0, RA1, RA2, CT4 RA3. Notate che mentre gli I/O corri- spondenti alle linee alimentano direttamente i led, quelli delle colonne si servono di un transistor ognuna, montato ad emettitore CTC1T1 comune e usato per amplifi care in corrente. Questo accorgimento Gli anodi dei led di ogni si è reso necessario perché, vista strato vanno collegati CT2 la bassa tensione di alimentazio- con quelli dei soprastanti, ne del micro e quindi la necessità mentre i catodi di tutti i led di di alimentare i led con livelli ogni strato vanno uniti e portati ai contatti CT1, CT2, CT3, CT4. logici TTL, la caduta su ogni uscita potrebbe non permettere la corretta accensione dei diodi; ferenza sta nel montaggio, nella mettono anche di passare da un in altre parole, sebbene possa sia struttura fi sica, che prevede la gioco di luci all’altro. Il tutto erogare (modo “source” ossia a dislocazione di un certo numero viene alimentato mediante un livello logico alto) sia assorbire di fi le di led nelle tre dimensioni alimentatore stabilizzato basato (modo sink, cioè a zero logico) dello spazio solido. Ma vediamo sul regolatore integrato 7805, che, anche 25 mA di corrente, cia- subito di cosa si tratta, andando a partendo dalla tensione applicata scun I/O determina su di sé una vedere per prima cosa lo schema ai contatti + e – PWR (ovvero al caduta che può superare anche elettrico. plug di alimentazione) e passata 1,5 volt. Se decidiamo di alimen- dal diodo di protezione dall’in- tare un led inserendolo tra due IL CIRCUITO versione di polarità D1, ricava linee di I/O del microcontrollore Il nostro gadget è formato 5 volt ben stabilizzati con cui e perdiamo un volt e mezzo su essenzialmente da un gruppo alimenta il micro. ciascuna di esse, abbiamo appena di diodi luminosi organizzati Ma scendiamo un attimo nel 2 volt, che bastano appena a a matrice, che vengono fatti dettaglio e vediamo come fun- polarizzare direttamente un led e illuminare mediante un’unità ziona il blocco visualizzatore, il a fargli emettere luce. di controllo, la quale fornisce quale, come appena accennato, è Per limitare la caduta e riuscire gli impulsi di comando secondo sostanzialmente una matrice di ad applicare ai led una tensione un’opportuna sequenza ripetuta led: il micro è stato programmato utile più alta, abbiamo optato ciclicamente. L’unità di controllo in modo da accendere ogni diodo per dotare almeno una linea di è un microcontrollore Microchip luminoso portando a livello alto un dispositivo di commutazione programmato per eseguire due I/O, uno dei quali è una che in conduzione presenti una diverse sequenze di comando, riga, mentre l’altro rappresenta la resistenza minore di quella delle ad una velocità che possiamo colonna. Le righe sono 16 e fanno uscite del micro; questo disposi- regolare manualmente mediante capo alle linee di I/O RC0, RC1, tivo è un transistor bipolare NPN, i pulsanti P1 e P2, i quali per- RC2, RC3, RC4, RC5, RC6, RC7 che, collegato ad emettitore 2288 DDiicceemmbbrree 22000099 // GGeennnnaaiioo 22001100 ~~ EElleettttrroonniiccaa IInn EElleettttrroonniiccaa IInn ~~ DDiicceemmbbrree 22000099 // GGeennnnaaiioo 22001100 2299 comune, quando conduce fa ca- stato necessario, perché la caduta abbiamo deciso di utilizzare per dere su di sè solo poche centinaia complessiva sui transistor con- il cubo dei led blu, i quali per di millivolt, quindi consente di nessi alle colonne e quella sugli accendersi richiedono almeno ridurre notevolmente la perdita I/O che gestiscono le righe non 3 volt; se avessimo usato led di tensione. Avremmo potuto arriva ai 2 volt, il che lascia la rossi o arancioni o gialli, questo inserire dei transistor anche sulle possibilità di fornire ai led oltre problema non ci sarebbe stato righe, ma di fatto non sarebbe 3 V. Tutto ciò è necessario perché ed avremmo potuto comandarli ] O C I R T T E L E a m e h c s [ 2288 DDiicceemmbbrree 22000099 // GGeennnnaaiioo 22001100 ~~ EElleettttrroonniiccaa IInn EElleettttrroonniiccaa IInn ~~ DDiicceemmbbrree 22000099 // GGeennnnaaiioo 22001100 2299 [piano di MONTAGGIO] EElleennccoo CCoommppoonneennttii:: R1: 470 ohm Q1: Quarzo 20 MHz LD65: led 5 mm rosso R2: 4,7 kohm U1: PIC18F458-I/P (MF828) R3÷R18: 220 ohm U2: 7805 Varie: R19÷R22: 4,7 kohm D1: 1N4007 - Morsettiera 2 poli (3 pz.) C1, C3: 100 nF multistrato T1÷T4: BC547 - Zoccolo 20+20 C2, C4: 470 µF 25 VL elettrolitico P1, P2: Microswitch - Pin strip maschio 5 poli C5, C6: 10 pF ceramico LD1..64: Led 5 mm blu - Circuito stampato direttamente con uno logico possono essere utilizzate anche del circuito. Il microcontrollore mediante una riga e chiudendoli per comandare dall’esterno le funziona con il generatore di a massa mediante una colonna. funzioni del circuito, mediante clock interno, che si avvale, ester- Bene, chiarito questo aspetto livelli logici o transistor montati namente, del quarzo Q1 e dei completiamo l’analisi del circuito in open-collector. condensatori di avvio C5 e C6. con le parti del microcontrollore La programmazione del micro fi nora trascurate: partiamo dalle avviene in-circuit mediante le li- COME FUNZIONA linee RB0 ed RB1, inizializzate nee PGC (piedino 39) e PGD (40). Il fi rmware che gira nel come input con pull-up interno e Infi ne, la RA5 viene utilizzata per microcontrollore prevede la usate per leggere i pulsanti di co- comandare il led di segnalazione realizzazione di 11 giochi di luce mando dell’unità. Le stesse linee dello stato di funzionamento composti sul cubo formato dai 3300 DDiicceemmbbrree 22000099 // GGeennnnaaiioo 22001100 ~~ EElleettttrroonniiccaa IInn EElleettttrroonniiccaa IInn ~~ DDiicceemmbbrree 22000099 // GGeennnnaaiioo 22001100 3311 L’aperitivo led; ognuno prevede una sequenza ripetuta ciclicamente. Alla prima accensione si parte con più cool? il primo dei giochi; premendo i pulsanti è possibile variare la velocità di esecuzione o spostar- È a base di LED... si da un gioco all’altro. Dopo l’inizializzazione delle linee di I/O e l’avvio del primo gioco, L’evoluzione la cui sequenza viene “pescata” tecnologica nel dalla EEPROM interna al micro, settore dei diodi il fi rmware testa ciclicamente le luminosi ha toccato linee RB0 ed RB1 per verifi care se ormai tutti i settori ed viene premuto un tasto, ovvero è approdata anche nella attivata una delle linee (l’atti- ristorazione: girando qua vazione si ottiene con lo zero e là abbiamo scoperto logico). Quando avviene una magnifi ci e caratteristici transizione 1/0 logico su dette bicchieri e secchielli per bevanda; il circuito si basa linee, il fi rmware controlla la champagne realizzati in su un sensore di presenza durata del livello basso: se dura vetro e policarbonato, di liquido basato su due meno di 0,5 s, provoca l’aumento che si illuminano di luce contatti inossidabili che, a o la diminuzione della velocità di colorata. In particolare, i bicchiere vuoto, sono isolati, esecuzione del gioco di luce cor- bicchieri dispongono di led mentre in presenza di liquidi rentemente riprodotto, mentre colorati posti alla base, presentano una resistenza laddove la pressione del tasto sia comandati da uno speciale suffi ciente ad attivare prolungata oltre 0,5 s, il fi rmware circuito molto semplice e l’alimentazione dei led e a passa al gioco successivo. Più cchhee ccoonnnneettttee lloorroo uunnaa ppiillaa aa far illuminare la base, dalla esattamente, P1, quando è pre- bboottttoonnee qquuaannddoo ssii vveerrssaa uunnaa quale la luce si propaga in muto brevemente, permette di tutto il vetro, dando un tocco vveelloocciizzzzaarree ll’’eesseeccuuzziioonnee ddeell ggiiooccoo di originalità all’aperitivo in corso, mentre se viene premu- della sera come al cocktail to a lungo fa riprodurre il gioco consumato in discoteca o ssuucccceessssiivvoo;; ssee ttaallee ppuullssaannttee vviieennee al pub. La stessa casa che azionato durante l’esecuzione produce i bicchieri realizza ddeellll’’uullttiimmoo ggiiooccoo,, iill cciirrccuuiittoo iinniizziiaa anche vassoi e persino aadd eesseegguuiirree iill pprriimmoo.. PP22,, pprreemmuuttoo fi nti cubetti di ghiaccio brevemente permette di rallenta- in materiale atossico da re l’esecuzione di un gioco, men- immergere nelle bevande; tre premuto a lungo fa tornare tutti, rigorosamente indietro al gioco precedente; se illuminati a led. azionato quando è in esecuzione il primo gioco, il circuito passa ad eseguire l’ultimo dei giochi attendere che tale led si accenda di la velocità passa al minimo. di luce. Se si preme e si rilascia e, solo allora, rilasciare il tasto. Premendo brevemente P2, LD65 subito un pulsante, perché si Nella variazione della velocità, emette ancora un lampeggio di desidera modifi care la velocità quando si arriva alla massima 1 secondo e la velocità torna al di esecuzione di un gioco, il led rapidità di esecuzione prevista, il massimo. Ogni volta che si priva LD65 conferma visivamente l’ac- led LD65 lo segnala emettendo il circuito dell’alimentazione, alla cettazione della richiesta emet- una rapidissima serie di lam- successiva accensione il fi rmware tendo un lampeggio; premendo peggi; premendo ulteriormente riparte dal primo gioco di luci. e lasciando premuto un tasto per P1, il solito led emette un lungo passare da un gioco al successivo lampeggio (si accende per circa REALIZZAZIONE PRATICA o al precedente, bisogna invece un secondo e poi si spegne) quin- Bene, spiegato come è fatto e in 3300 DDiicceemmbbrree 22000099 // GGeennnnaaiioo 22001100 ~~ EElleettttrroonniiccaa IInn EElleettttrroonniiccaa IInn ~~ DDiicceemmbbrree 22000099 // GGeennnnaaiioo 22001100 3311 Guarda gli effetti del cubo LED su YouTube! nendone il lato smussato rivolto collegherete con un unico con- all’elettrolitico C4; ora inserite duttore alla piazzola siglata CT3. nelle rispettive piazzole il pin- Infi ne, procedendo in maniera strip a passo 2,54 mm da 5 poli analoga, realizzate l’ultimo strato per la programmazione in-circuit di 16 led, collegando i catodi alla e sistemate le morsettiere a passo piazzola CT4. 5 mm per l’alimentazione e gli Riepilogando, ad ogni anodo eventuali comandi a livello di dello stampato dovrete collega- tensione dall’esterno. A questo re, sviluppati verticalmente, per Vuoi vedere in funzione il nostro punto non vi resta che costrui- l’anodo quattro led; orizzontal- cubo magico? Scoprire tutti gli re la matrice di led che dovrà mente, tutti i catodi di uno strato effetti di cui è capace? Nulla di risultare a cubo; nel farlo, ricor- dovranno essere uniti e collegati più semplice: collegati alla pagina date che ogni fi la è composta da ad una piazzola di colonna. Il http://www.youtube.com/ quattro diodi luminosi, ognuno tutto, stando attenti a non far toc- watch?v=IxJ4gWIoG0s. dei quali ha l’anodo su una riga e care i fi li dei catodi dei vari livelli. Potrai anche vedere i video di il catodo su una colonna, ovvero Fatto questo non vi resta che moltissimi altri nostri progetti su uno dei punti siglati CT1, CT2, verifi care se il vostro cubo a led proposti in passato. CT3 e CT4. funzionerà: alimentate il circui- Per realizzare la struttura proce- to e collegate il connettore per dete a strati, saldando un led in l’ICSP e caricate il fi rmware nel che modo funziona il cubo a led, ognuna delle 16 posizioni previ- microcontrollore, quindi togliete bisogna pensare a realizzarlo in ste sullo stampato; per l’esattezza l’alimentazione e sconnettete il pratica; allo scopo dovete per saldate l’anodo di ogni led nella connettore del programmatore. prima cosa preparare il circuito piazzola dello stampato corri- Adesso alimentate nuovamente il stampato, che è a doppia faccia e spondente all’anodo, ovvero in circuito: nel giro di pochi istanti richiede un minimo di attenzio- quella opposta alla piazzola che dovrebbe avviarsi l’esecuzione ne. Le tracce del caso le potete nel disegno di disposizione com- del primo gioco di luci. scaricare dal nostro sito internet ponenti è contrassegnata dallo Se qualcosa non va, staccate www.elettronicain.it, quindi stam- smusso. l’alimentatore e verifi cate i col- pare su carta da lucido o foglio Tutti i catodi, piegati a 90 °, del legamenti dei led e in particolar di acetato per ottenere le pellico- primo strato di 16 led, dovrete modo quelli dei catodi che vanno le. Trattandosi di una basetta a unirli usando i loro stessi termi- alle piazzole CT1, CT2, CT3, CT4. doppia ramatura, impressionate  nali e saldarli in modo da rea- nel bromografo prima una faccia lizzare un insieme solido; in un dello stampato, poi fate un paio di fori per centrare l’altra trac- punto, collegherete questi catodi per il MATERIALE alla piazzola CT1, ovvero alla cia ed impressionate la seconda prima colonna. Fatto ciò iniziate faccia; togliete quindi le pellicole a preparare il secondo strato di Tutti i componenti utilizzati in questo e sviluppate, poi procedete all’in- led, che dovrà essere realizzato progetto sono di facile reperibilità. cisione nella soluzione acida. similmente al primo: sull’anodo Il master del circuito stampato può Completata l’incisione forate di ciascuno dei led del primo essere scaricato dal sito della rivi- lo stampato e iniziate a dispor- strato collegate l’anodo di un sta così come il firmware utilizzato vi i componenti lasciando per nuovo led, piegando d 90° il cato- per programmare il microcontrollore ultimi i led che comporranno do di quest’ultimo. Tutti i catodi PIC18F458. Quest’ultimo è anche il cubo: sistemate nell’ordine del secondo strato dovranno disponibile già programmato (cod. resistenze e diodo D1, zoccolo essere collegati insieme e portati MF828) al prezzo di 15,00 Euro, per il microcontrollore, quarzo, con un fi lo in rame alla piazzola IVA compresa. pulsanti e condensatori (dando la CT2 dello stampato. precedenza a quelli non pola- Il materiale va richiesto a: Adesso preparate il terzo stra- rizzati) quindi i transistor, da Futura Elettronica, Via Adige 11, to, saldando l’anodo di un led orientare tutti con il lato piatto 21013 Gallarate (VA) all’anodo di quello che gli si rivolto all’esterno della basetta Tel: 0331-799775 • Fax: 0331-792287 trova sotto e unendo tutti i catodi (dal lato lungo di quest’ultima). http://www.futurashop.it (piegati ad angolo retto) che poi Poi montate il led rosso LD65, te- 32 Dicembre 2009 / Gennaio 2010 ~ Elettronica In Elettronica In ~ Dicembre 2009 / Gennaio 2010 TM HHHHHHHHHHHHHHHHHHoooooooooooooooooommmmmmmmmmmmmmmmmmeeeeeeeeeeeeeeeeee PPPPPPPPPPPPPPPPPPrrrrrrrrrrrrrrrrrroooooooooooooooooojjjjjjjjjjjjjjjjjjeeeeeeeeeeeeeeeeeecccccccccccccccccctttttttttttttttttt Sistema modulare formato da unità periferiche inserite in una rete ZigBee, in grado di rilevare i consumi degli utilizzatori elettrici ee ttrraassmmeetttteerrnnee ii ddaattii ad un concentratore connesso ad un computer via USB. SSeeccoonnddaa ppuunnttaattaa.. ddii FFFFRRRRAAAANNNNCCCCEEEESSSSCCCCOOOO FFFFIIIICCCCIIIILLLLIIII MISURATORE DI CONSUMO ZIGBEE, SOFTWARE IL N ell’ultimo fascicolo della rivista abbiamo in- funzionamento del sistema e descrivere l’hardware trodotto il primo progetto pratico facente uso con il quale sono stati implementati i nodi misu- dei moduli radio ZigBee della Aurel: un misuratore ratori e l’interfaccia tra nodo Coordinator e PC. In di consumo di elettricità gestito interamente da questa puntata conclusiva ci occuperemo di ana- dispositivi wireless disposti in modo da realiz- lizzare il fi rmware con cui sono stati programmati zare una rete Mesh ZigBee. Nella prima puntata i microcontrollori PIC18F2550 presenti nei nodi ci siamo preoccupati di spiegare il principio di misuratori, ed il software di interfaccia e gestione Elettronica In ~ Dicembre 2009 / Gennaio 2010 35 Inizializzazione modulo Fig. 1 - Diagramma di flusso del firmware progetti non eccessivamente del nodo misuratore. complessi tale versione è praticamente equivalente a quella commerciale. Controllo Buff er Le funzioni alle quali deve assol- NO UART vere il microcontrollore (e quindi il fi rmware) sono essenzialmente la gestione del protocollo di co- SI municazione di alto livello con il modulo ZigBee Aurel, la conver- sione del dato relativo al consu- Buff er Vuoto mo proveniente dal NETBSEM3, più altre funzioni di servizio (come ad esempio la gestione dei NO led di debug o del link test). In particolare, il fi rmware dovrà contenere un ciclo principale Richiesta all’interno del quale viene conti- Network Lettura NO Debug NO nuamente letto il buffer d’ingres- Reset Consumo so della porta seriale, ed in base ai comandi che vengono deco- difi cati, intraprendere le relative SI SI SI procedure. La struttura di alto livello del Gestione richiesta Gestione opzioni codice è stata schematizzata nella Network Reset di lettera consumo di debug Fig. 1: come potete vedere, il fi rmware prevede lo svolgimento di un ciclo infi nito all’interno del della rete, da installare nel PC dal fi rmware per gestire la conversio- quale esegue una serie di istru- quale leggeremo e memorizzere- ne dei dati in arrivo dal Coordi- zioni condizionali in base ai dati mo i dati sul consumo di elettrici- natore ZigBee Aurel in informa- ricevuti sulla porta seriale (che tà dei singoli utilizzatori. zioni in formato USB. costituiscono, nel loro insieme, il Il programma per PC, in partico- Per la programmazione del lare, è stato da noi realizzato in PIC18F2550, data l’abbondanza Visual Basic 6, facendo uso del di memoria fl ash a disposizio- componente OCX messo a dispo- ne, si è optato per l’uso di un sizione dall’Aurel. Ma andiamo compilatore C: in particolare, il subito a vedere il fi rmware. compilatore C sviluppato dalla Microchip Technology per la pro- IL FIRMWARE grammazione dei PIC18, ossia il Fig. 2 Il fi rmware che analizzeremo C18. Project di seguito è relativo al solo La naturale scelta per l’ambiente manager di microcontrollore PIC18F2550 di sviluppo è stata MPLab IDE MPLab IDE utilizzato per gestire i nodi 8.10. La versione del compilato- relativo al misuratori e ciò perché nel mo- re utilizzata è la Student Edition, progetto dulo Coordinator non abbiamo liberamente scaricabile dal sito del firmware previsto alcun microcontrollore; web della Microchip. Il compila- del nodo in realtà l’FT232RL è una sorta tore C18 in versione per studenti misuratore. di micro, però il programma è praticamente identico a quello che serve a farlo funzionare da in versione commerciale, dal convertitore Seriale-USB è già al quale differisce solo per l’assenza suo interno. Tale prerogativa ci di alcuni livelli di ottimizzazione affranca dall’onere di scrivere un del codice. In particolare, per 3366 DDiicceemmbbrree 22000099 // GGeennnnaaiioo 22001100 ~~ EElleettttrroonniiccaa IInn EElleettttrroonniiccaa IInn ~~ DDiicceemmbbrree 22000099 // GGeennnnaaiioo 22001100 3377