МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АВТОМАТ СВЕТОВЫХ ЭФФЕКТОВ

May 26, 2010 by admin Комментировать »

А. Золотарев, В. Мельник, Ю. Поздняков

В последнее время для светового оформления помеще­ний культурно-зрелищных учреждений, а также для це­лей рекламы получили широкое распространение раз­личные автоматы световых эффектов, позволяющие получить определенные светодинамические композиции за счет переключения источников света по заданной программе.

Описанные в литературе [1, 2] автоматы-переключа­тели источников света при всех их несомненных достоин­ствах обладают одним весьма существенным недостат­ком — с их помощью можно получить весьма небольшое количество различных световых эффектов. Обычно функ­циональные возможности таких устройств ограничены способностью формирования одного, гораздо реже — двух или более различных световых эффектов. Этого явно недостаточно, поскольку монотонное многократное повторение одного и того же эффекта раздражающе воздействует на психику человека, вызывая его быстрое утомление. Непроизвольная продолжительная фиксация внимания на наблюдении единственного светового эф­фекта, таким образом, не осуществляется, психологиче­ский эффект от его воздействия отрицателен и поэтому такие устройства, по существу, не оправдывают своего назначения.

Исходя из этого, одним из основных требований к автоматам для создания световых эффектов следует считать расширение их функциональных возможностей за счет увеличения количества реализуемых ими различ­ных эффектов. Правомерность такой постановки вопроса подтверждается практикой: широко применяемые в на­стоящее время при оформлении клубов, танцплощадок, дискотек автоматы световых эффектов, как правило, рассчитаны на формирование нескольких различных

программ переключения источников света. Иногда для такой цели применяются два и более автономных устройства с независимыми источниками света, что зна­чительно усложняет как монтаж, так и обслуживание аппаратуры. Поэтому задачу разработки автомата све­товых эффектов с расширенным перечнем программ пе­реключения источников света следует считать безуслов­но актуальной. Увеличение числа программ, естественно, усложнит устройство, однако при использовании совре­менной элементной базы цифровой техники некоторое увеличение аппаратурных затрат, не столь уж значи­тельное, является вполне оправданным и окупается рез­ким улучшением эксплуатационных качеств устройств и, как следствие — расширением области его возможно­го применения.

В настоящей статье вниманию читателей предлага­ется доступный для массового повторения автомат све­товых эффектов, позволяющий с помощью сравнительно простых технических средств получить восемь различных программ переключения четырех независимых источников света — ламп накаливания или групп ламп. Общее ко­личество источников света без внесения каких-либо из­менений в схему и конструкцию устройства может быть многократно увеличено путем их группировки за счет параллельного или последовательного включения от­дельных ламп в каждом канале и объединения их в гир­лянды. Обслуживание автомата максимально упрощено за счет предусмотренной в устройстве возможности ав­томатического выбора или перебора реализуемых про­грамм переключения источников света, поэтому для его эксплуатации не требуется квалифицированный опера­тор, и обслуживать устройство вполне под силу непод­готовленному персоналу.

Автомат может работать в одном из трех режимов. Первый режим предусматривает непрерывный автома­тический последовательный перебор всех запрограмми­рованных комбинаций, причем каждая из программ пе­реключения источников света (каждый световой эффект) повторяется по восемь раз, после чего осуществляется переход к следующей программе и, соответственно, к другому эффекту. Этот режим наиболее универсален и может применяться при использовании описанного авто­мата для светового оформления дискотек, танцплоща­док, а также для переключения елочных гирлянд.

Во втором режиме планируется непрерывное повто­рение одной произвольно выбранной оператором про­граммы переключения источников света. Этот режим описываемого автомата соответствует максимуму функ­циональных возможностей большинства его аналогов. Очевидно, что этот режим сужает возможности устрой­ства, однако его реализация была предусмотрена с це­лью обеспечить возможность использования автомата для рекламно-оформительных целей. Так, например, фиксированный режим повторения программы «бегущие огни» целесообразно использовать при оформлении вит­рин, для переключения елочных гирлянд, праздничной иллюминации и т. д.

Третий режим обеспечивает постоянное свечение всех источников света (или групп источников света) и неза­меним для поиска перегоревших ламп, особенно при большом количестве подключенных к автомату ламп накаливания.

Как уже сказано выше, описанный автомат реали­зует восемь программ переключения четырех независи­мых источников света, реализующих, соответственно, восемь различных световых эффектов: 1 — бегущие огни; 2 — реверс бегущих огней; 3 — бегущее выключение; 4 — реверс бегущего выключения; 5 — мерцание; 6 — накапливающееся включение (включение в первый мо­мент времени первого источника света, затем — первого и второго, далее — первого, второго и третьего и т. д.); 7 — реверс накапливающегося включения; 8 — попере­менное включение источников света первого, третьего и второго, четвертого. При повторении предложенного устройства имеется возможность осуществить и какие-либо иные световые эффекты, выбор которых ограничи­вается исключительно фантазией изготовителя устрой­ства.

Принципиальная схема многофункционального авто­мата световых эффектов приведена на рис. 1.

clip_image002

Рис. 1. Принци­пиальная схема автомата

Автомат состоит из задающего генератора импульсов (DDI.1, и DD1.2), формирователя короткого импульса (DD1.3 и DD1.4), схемы выбора светового эффекта (DD2, DD3), постоянного программируемого запоми­нающего устройства (ППЗУ, DD4) и оптоэлектронных ключей (DAI, DA2) для управления тиристорами (VS1VS4), включенными в цепи источников света — ламп накаливания (HL1HL4). Все узлы и блоки устройства, кроме ламп накаливания, запитаны от источника постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

После подачи питания задающий генератор импуль­сов, собранный на логических элементах И-НЕ DD1.1, DD1.2, начинает вырабатывать импульсы, частоту кото­рых можно изменять переменным резистором R3 в пре­делах 4…35 Гц. Короткие импульсы, сформированные из выходных импульсов задающего генератора формирова­телем коротких импульсов, собранным на логических элементах И-НЕ DD1.3 и DD1.4, поступают на счетный вход счетчика DD2. Выходы 1 и 2 этого счетчика соеди­нены, соответственно, с адресными входами АО и А1 ППЗУ DD4 (см. рис. 1). Счетчик DD2 обеспечивает по­следовательный перебор четырех кодов, поступающих на адресные входы ППЗУ, содержащего коды очередной комбинации.

С адресными рядами А2, A3, А4 ППЗУ DD4 соедине­ны выходы 2, 4 и 8 счетчика DD3 соответственно (см. рис. 1). В первом режиме (положение «Режим 1» переключателя SB1) на счетный вход счетчика DD3 поступает последовательность импульсов с выхода пере­носа счетчика DD2 (каждый шестнадцатый импульс формирователя коротких импульсов), а адрес кода оче­редной хранимой в ППЗУ программы переключения источников света, реализующей определенный световой эффект, формируется на выходах 2, 4, 8 счетчика DD3. Поэтому переход к адресу очередной программы пере­ключения источников света происходит по каждому вто­рому импульсу с выхода переноса счетчика DD2, таким образом, каждая программа переключения и каждый световой эффект в первом режиме работы устройства повторяются 32 : 4 = 8 раз.

При установке переключателя SB1 в положение «Ре­жим 2» счетные импульсы перестанут поступать на счет­ный вход счетчика DD3, при этом прекратится процесс перебора кодов программ переключения источников све­та и зафиксируется программа переключения источников света, адрес которой был сформирован на выходах 2, 4, 8 счетчика DD3 в момент переключения переключате­ля SB1. Эта световая программа и будет повторяться до тех пор, пока переключатель SB1 не будет возвращен в положение «Режим 1», что дает возможность операто­ру своевременным переключением тумблера SB1 остановить перебор комбинаций и установить повторение одного из световых эффектов.

На выходах QlQ4 ППЗУ DD4 формируются коды комбинаций, поступающие на светодиоды оптронных пар DAI, DA2. Принцип управления тиристорами VS1VS4 состоит в следующем. Если на светодиод подается единичный уровень напряжения, то он загорается и от­крывает соответствующий оптически связанный с ним фототранзистор оптронной пары, подключенный к управ­ляющему электроду тиристора. При этом тиристор от­крывается и загорается включенная последовательно с ним лампа накаливания или группа ламп.

В положении «Режим 3» переключателя SB2 на всех выходах Ql — Q4 ППЗУ DD4 будут сформированы на­пряжения, соответствующие уровню логической 1, что вызовет свечение всех четырех светодиодов оптронных пар DAI, DA2. В результате откроются все фототранзи­сторы оптронных пар, управляющие работой тиристоров VS1VS4, что приведет к одновременному открытию всех тиристоров и свечению всех четырех ламп накали­вания HL1HL4 или групп ламп. Постоянное свечение всех четырех источников света будет продолжаться до тех пор, пока переключатель SB2 не будет возвращен в исходное состояние. Этот режим дает возможность оператору быстро определить наличие и расположение перегоревших ламп, оперативно заменить или проверить их работу.

Блок питания многофункционального автомата све­товых эффектов собран по схеме, показанной на рис. 1, с применением унифицированного силового трансформа­тора ТПП-221-127/220-50 и вырабатывает два питающих напряжения: +5 В — для питания микросхем DD1DD4 и светодиодов оптронных пар DAI, DA2 (ток потребле­ния по этой цепи составляет 100 мА) и +10 В — для питания фототранзисторов и управления тиристорами VS1VS4 (ток потребления по этой цепи составляет 100… 120 мА). Оба источника гальванически развязаны. Силовой трансформатор блока питания может быть из­готовлен и самостоятельно, например, на сердечнике ти­па Ш 16×20 или ином с площадью сечения не менее 320 мм2. Первичная (сетевая) обмотка трансформатора (выводы 2, 9 по схеме рис. 1) содержит 2800 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,15 мм.

Вторичные обмотки (выводы 15, 20 и 14, 17 по схеме рис. 1) содержат, соответственно, 100 и 200 витков про­вода ПЭВ-1 диаметром 0,5 и 0,27 мм. Напряжения на вторичных обмотках и количество их витков могут отли­чаться от указанных на ±10 %.

В описанном устройстве использованы широко рас­пространенные микросхемы общего применения [4], стандартные радиотехнические элементы и унифициро­ванные узлы. Основой автомата являются микросхемы серий К564 и К155: DD1 — К564ЛА7, четыре логических элемента И-НЕ; DD2, DD3 — К564ИЕ11, четырехразряд­ный реверсивный двоично-десятичный счетчик; DD4 — К155РЕЗ, тридцатидвухадресное восьмиразрядное про­граммируемое постоянное запоминающее устройство. Для развязки цепей управления в устройстве использо­ваны оптронные пары светодиод — фототранзистор К249КП1 (DAI, DA2). В блоке питания использована сборка выпрямительных диодов, включенных по мосто­вой схеме, КЦ407А (VD1). Можно также использовать и мостик из любых других выпрямительных диодов с подходящими электрическими параметрами. Электроли­тические конденсаторы СЗ, С4 могут быть К50-6, К50-3. Конденсаторы Cl, C2 — керамические КМ, КД, КТ. Ре­зисторы — МЛТ-0,25 или любые другие малогабаритные. Переключатели — тумблер ТП1-2, ТВ1-2 или малогаба­ритные МТ1.

При отсутствии микросхем серии К564 можно при­менить однотипные микросхемы серии К561 или, в край­нем случае, микросхемы серии К155. Микросхему К564ЛА7 можно заменить на К155ЛАЗ, К564ИЕ11 — на К155ИЕ7. Схема включения этих микросхем показана на рис. 2 и 3. В этом случае потребляемый ток от источ­ника питания с напряжением +5 В составит около 0,5 А, а схема блока питания может быть взята из [1] или [2].

clip_image004

Рис. 2. Схема включения микросхемы К155ЛАЗ

Для управления лампами накаливания применены тиристоры КУ202Н, при этом ток нагрузки (цепи ламп накаливания) в каждом канале не должен превышать 2 А при мощности ламп в каждом канале около 200 Вт. При необходимости получить в нагрузке более высокую мощность тиристоры КУ202Н должны быть заменены на КУ208Г, тогда допускаемая сила тока в цепи ламп нака­ливания возрастает до 5 А. Суммарная мощность ламп в каждом канале при этом может быть увеличена до 500 Вт. Использование в схеме тиристоров Т10-10 дает возможность увеличить максимальный ток в каждом из каналов до 10 А и, соответственно, довести мощность ламп до 1,2 кВт на канал. Лампы накаливания, вклю­ченные в цепи тиристоров в качестве нагрузки, должны быть рассчитаны на рабочее напряжение 120…130 В. При этом возможны различные варианты включения ламп посредством их последовательно-параллельного соедине­ния при условии, что суммарная мощность ламп в цепи не превышает допускаемой величины для тиристоров использованного в устройстве типа.

Информационная емкость используемого в устрой­стве ППЗУ К155РЕЗ позволяет управлять работой вось­ми независимых источников света при соответствующем расширении схемы управления лампами накаливания. Для этого необходимо добавить еще два оптоэлектрон-ных ключа К249КП1 и четыре тиристора КУ202Н, что позволит еще более разнообразить перечень реализуе­мых устройством световых эффектов. При этом дополни­тельные оптоэлектронные ключи подключаются к выхо­дам Q5, Q6, Q7, Q8 ППЗУ DD4, а соот­ветствующие выхо­ды оптоэлектронных ключей через рези­сторы подключаются к управляющим вхо­дам четырех допол­нительных тиристоров, включенных в цепи управления дополнительных четырех ламп накаливания.

clip_image006

Рис. 3. Схема включения микросхемы К155ИЕ7

Карта программирования ППЗУ представлена в табл. 1 (рис. 4). При таком программировании ППЗУ реализуются перечисленные выше световые эффекты. Возможны и иные варианты программирования ППЗУ для реализации иных световых эффектов. Поскольку устройство может обеспечить любую программу пере­ключения четырех источников света, то конкретный вы­бор программы определяется исключительно эстетиче­скими запросами и фантазией пользователя.

clip_image008

Рис. 4. Карта программирования ППЗУ (табл. 1)

Программирование ППЗУ на микросхеме DD4 К155РЕЗ осуществляется путем подачи одиночных про­граммирующих импульсов на выход соответствующего программируемого разряда и на вывод питания. При этом пережигаются соответствующие перемычки во внут­ренней шифраторной матрице микросхемы DD4 К155РЕЗ, что эквивалентно записи в нужные разряды единиц. Чаще всего программирование осуществляется с помощью автоматических и полуавтоматических уста­новок, в которых предварительно откорректированные программы записи переносятся в намять. В любитель­ских условиях, когда нет необходимости в программиро­вании большого числа микросхем, целесообразно исполь­зование ручного программатора с двумя переключателя­ми, первым из которых устанавливают адрес слова, а вторым — номер разряда. Схема программатора и по­рядок программирования с наглядным примером поль­зования картой программирования подробно и доступно изложены в [3].

Монтаж схемы можно производить на макетной пла­те для микросхем либо на специально изготовленной печатной плате. При отсутствии ошибок в монтаже авто­мат налаживания не требует и начинает работать сразу же после включения питания.

При практической реализации устройства большое значение имеет взаимное расположение источников све­та. Весьма эффективно совместное использование описан­ного устройства в сочетании с цветомузыкальными уста­новками, например [5], при условии, что цветомузыкаль-ная установка имеет не менее четырех независимых каналов. Комбинация описанного автомата с цветомузы-кальной установкой позволяет получить разнообразные аудиовизуальные программы высокой сложности и насыщенности при использовании общих для цветомузы-кальной установки и автомата световых эффектов источ­ников света. Так, например, при сопровождении музы­кальных произведений просмотром цветовых эффектов с помощью цветомузыкальной установки в паузах целе­сообразно переключать источники света на выход авто­мата световых эффектов, что позволит получить большее разнообразие светодинамических композиций. Возможно также кратковременное переключение источников света на выход автомата световых эффектов и во время испол­нения музыкального произведения. Однако при выпол нении соединений источников света следует использовать для их перекоммутации контактные коммутаторы (сильноточные переключатели), чтобы избежать возмож­ные замыкания управляющих цепей автомата световых эффектов и цветомузыкальной установки. Цветомузы-кальная установка и автомат световых эффектов при этом функционируют как два отдельных независимых устройства, работающих на единую общую нагрузку — цепи ламп накаливания. Поэтому переключатель нагруз­ки (два положения, четыре направления) должен обес­печивать возможность подключения ламп в первом по­ложении к выходу цветомузыкальной установки, а во втором — к выходу автомата световых эффектов. В обоих случаях под выходами устройств подразумева­ются выводы их цепей управления, к которым подклю­чены лампы нагрузки. Таким образом, введение в систе­му переключателя позволит в произвольный момент вре­мени осуществить перекоммутацию ламп нагрузки и тем самым сменить функцию системы (сопровождение музыки цветовыми эффектами либо реализация свето­вых эффектов).

Литература

1. Казлаускас Р. Автомат световых эффектов. — Радио, 1982, № 11, с. 55.

2. Карапетьянц К. «Бегущие огни» из четырех гирлянд. — Радио, 1983, № 11, с. 53 — 54.

3. Пузаков А. ППЗУ в спортивной аппаратуре. — Радио, 1982, № 1, с. 22.

4. Аналоговые и цифровые интегральные схемы. / Под ред. С. В. Якубовского. — М.: Советское радио, 1979.

5. Поздняков Ю. Объемная цветомузыкальная установка. — В помощь радиолюбителю. Вып. 67, с. 67.

Оставить комментарий

Устройство витков выходе генератора импульсов микросхемы мощности нагрузки напряжение напряжения питания приемника пример провода работы радоэлектроника сигнал сигнала сигналов сопротивление схема теория транзистора транзисторов управления усиления усилитель усилителя устройства частоты