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SEMPLICE SEMAFORO A LED tipo: livello:
un utile spunto didattico, questo circuito simula l'andamento di un semaforo usando solamente integrati logici
 
 



Impianto semaforico a led



Componenti utilizzati

o      NE555 (configurazione multivibratore astabile)

o      74LS121 (multivibratore monostabile)

o      3 x Led (1 Rosso, 1 Giallo, 1 verde)

o      Condensatore elettrolitico 220μF   25v

o      Condensatore elettrolitico 1000μF 25v

o      Condensatore elettrolitico 10μF     25v

o      3 x Resistore 220Ω         ¼ W

o      2 x Resistore 15KΩ         ¼ W

o      Resistore 330KΩ             ¼ W

o      Trimmer rotativo da c.s. 100KΩ

 

Cenni teorici necessari a comprendere il circuito

Multivibratore astabile: Un multivibratore caratterizzato dall’assenza di uno stato di stabilità, infatti l’uscita oscilla a intervalli di tempo regolari da un valore HIGH a un valore LOW. Per realizzare tale processo si sfruttano i processi di carica e di scarica di una capacità. La forma di uscita è di tipo rettangolare, con rapidi fronti di salita e di discesa.

Multivibratore monostabile: Un multivibratore caratterizzato dalla presenza di uno stato di stabilità. In caso di assenza di comandi dall’ingresso un monostabile mantiene il suo valore di stabilità all’infinito. Non appena viene posto un segnale di comando all’ingresso il monostabile cambia di valore la sua uscita per un periodo di tempo programmabile. Al termine di questo periodo lo stato dell’uscita ritornerà alla posizione stabile. Per realizzare tale processo si sfruttano i processi di carica di una capacità. La forma di uscita è di tipo rettangolare, quindi con rapidi fronti di salita e di discesa.

Timer 555: Detto comunemente Timer 555, l’NE555 è un integrato monolitico formato da 4+4 piedini, quindi di tipo DIP a 8 piedini. Internamente è formato da tre resistenze da 5KΩ collegate in serie, poste tra Vcc e massa. Troviamo inoltre due amplificatori operazionali utilizzati come comparatore, da un latch di tipo SR e da un transistor di tipo BJT. I suoi usi sono svariati, tra essi citiamo la configurazione come multivibratore astabile, multivibratore monostabile, modulatore di impulsi, conversioni tensione - frequenza, ecc.


Schema elettrico

 
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Funzionamento del circuito

Questo progetto prevede la realizzazione di un impianto semaforico automatico che accende tre led nella sequenza di cui tutti siamo abituati.

Analizziamo ora lo schema proposto. Vi è un integrato NE555 utilizzato come multivibratore astabile, alimentato con una vcc pari a 5v. Vengono calcolati valori di resistenze e di capacità tali da avere un tempo di carica molto maggiore di quello di scarica, in modo di avere un piccolo periodo di tempo in cui il segnale di uscita si trovi a livello basso. Il periodo dell’onda rettangolare scelta è di 54.9 secondi, mentre il tempo in cui si deve mantenere alto il segnale di uscita è 52.6 secondi. Da ciò si ricava che il periodo in cui il segnale di uscita è basso è pari a 2.3 secondi.

All’uscita dell’astabile è collegato un diodo led di colore giallo, che ha l’anodo collegato a vcc e il catodo attraverso una resistenza di 220Ω collegato all’uscita dell’astabile. Ricordando che un diodo funziona se l’anodo è a potenziale maggiore del catodo, quindi quando l’astabile ha in uscita il valore zero il diodo led si accende, mentre quando all’uscita dell’astabile abbiamo vcc il diodo led rimane spento visto che ha sia l’anodo che il catodo allo stesso potenziale, quindi una differenza di potenziale ai suoi capi pari a zero. Tutto questo vale anche per il led verde e per il led rosso, collegati alle uscite Q e Q negato del multivibratore monostabile (74LS121). Tali led, essendo collegati a due uscite negate tra di loro non si potranno quindi mai accendere contemporaneamente. Praticamente tutti e tre i led si accenderanno quando ai loro capi si ha un livello basso, poiché in tutti i led l’anodo è collegato, attraverso la resistenza limitatrice, a Vcc. Quindi, nel caso in cui Q sia pari a 0 sarà acceso il led verde, mentre quello rosso si accenderà quando l’uscita Q negata sarà pari a 0. Quando l’uscita dell’astabile è bassa si ha il led verde e il led giallo acceso, quando l’uscita dell’astabile diventa alta, il led giallo si spegne e viene comandato il monostabile che spegne il led verde e accende il led rosso. Tale led rimarrà acceso per tutta la durata dell’impulso del monostabile, quando questo si porterà a un livello basso si spegnerà il led rosso e si accenderà quello verde, risultando soggetto a una d.d.p. tra Vcc e Q. In pratica la sequenza di accensione sarà: Verde - Verde e Giallo – Rosso. Nel circuito è presente un Trimmer da 100KΩ, che, utilizzato in configurazione di resistenza variabile,  al variare del suo valore cambia la durata dell’impulso del monostabile e quindi i tempi di accensione del led rosso e del led verde.

  Schema di collegamento

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Procedimento

io ho realizzato il circuito proposto su bread board, inserendo per primi gli integrati e sviluppando attorno ad essi tutto il circuito. I collegamenti tra i componenti sono realizzati con degli spezzoni di filo rigido colorato, della sezione di 0.25 mm2. Durante il montaggio prestiamo attenzione al verso di inserimento, e quindi della polarità, dei condensatori elettrolitici, che si potrebbero danneggiare se sottoposti ad una d.d.p. non correttamente polarizzata. Il corretto collegamento è assicurato dalla presenza di una striscia di colore bianco con su inciso il segno – in corrispondenza del terminale che deve essere sottoposto ad una d.d.p. minore rispetto all’altro terminale. Stessa cura nel montaggio va eseguita durante l’inserimento dei diodi led, i cui due terminali non sono invertibili a piacimento.

Terminato l’assemblaggio del circuito colleghiamo le linee di alimentazione ad un alimentatore stabilizzato con tensione di uscita variabile, impostata al valore di 5v.


Conclusioni

Il circuito mostrato esegue bene il compito per il quale è stato progettato, infatti riproduce in maniera verosimile il classico semaforo a cui tutti siamo abituati. Sebbene il circuito mostrato si sarebbe risolto in maniera forse più semplice con l’ausilio di un microcontrollore integrato (ad esempio la famiglia PIC), il circuito proposto è di facile realizzazione e intuitivo nel montaggio. Rappresenta un concreto esempio di elettronica applicata alla vita di tutti i giorni, che rende meno marcato il distacco tra quanto avviene in laboratorio e quanto solitamente siamo abituati alle applicazioni presenti nelle nostre case. Con piccole modifiche, inoltre può essere adattato per un utilizzo più concreto rispetto a quanto offerto da un circuito montato su bread board, ad esempio gestire uno scambio ferroviario in un plastico, alimentando, oltre il led verde, anche un relais con l’uscita Q dell’integrato monostabile. Tale relais, per esempio può abilitare il passaggio di corrente nella zona di binari presente prima del semaforo stesso, quindi vedremo che allo scattare del verde anche il trenino si muoverà simulando quanto realmente avviene. Ma questo è solo un esempio, in quanto sostituendo i led con dei Triac o dei transistor di potenza, ad esempio, è possibile alimentare delle lampade ben più esose di corrente rispetto a quella disponibile all’uscita degli integrati.





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Questa pagina è stata creata da mansell
il 30/03/2007 ore 11:33
ultima modifica del 31/01/2009 ore 22:49
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