ALBERELLO DI NATALE

 Introduzione

Mi è capitato tra le mani un alberello di Natale di mini dimensioni (altezza 30cm) con rami e fogliame di plastica alquanto miserello.

Mi sono chiesto: perché non abbellirlo con luminarie varie e funzioni programmabili?

La prima idea è stata: una striscia di led commerciale fa tutte le funzioni e gli effetti possibili ma è troppo ingombrante per le dimensioni dell’alberello. Allora si può ricorrere ai led singoli attaccati ai vari rami di fattura RGB per sfruttare la varietà di colori. Bene, ma quanti devono essere e come pilotarli? Il circuito deve essere di dimensioni ridotte, dentro una scatola che funge anche da supporto all’albero, quindi sono esclusi chip esterni di memoria, shift register ed altro lasciando solo al microcontrollore la gestione di accensione in multiplex. Una soluzione è gestire i terminali RGB di ogni led con 3 porte del micro e creare gruppi di led da attivare in multiplex. In questo modo sono stati creati 4 gruppi di 7 led ciascuno. I 3 anodi led sono multiplati nei 4 gruppi e i catodi messi in comune per ogni gruppo. Gli anodi sono pilotati con resistenze di limitazione corrente e i catodi con driver a transistor di potenza. Così è possibile attivare tutti i led di un gruppo contemporaneamente perché la corrente di ogni porta è limitata dalle resistenze e la somma di tutte correnti è assorbita dal driver di potenza. Giocando sul multiplex di ogni gruppo è possibile vedere accesi tutti i led.

Le funzioni luminose sono limitate solo dalla fantasia del progettista.

Sono previsti 23 programmi di luci impostabili da tastiera e variabili in ritmi d’accensione con variazioni di 6 colori.

• Tutti i led accesi (bianchi, rossi, verdi , blu, gialli, magenta) fissi o con lampeggio variabile
• Un solo led acceso alla volta in ordine sequenziale (scelta colore e tempi)
• Un led per ogni gruppo acceso in ordine sequenziale (scelta colore e tempi)
• Sequenza di colore di ogni effetto precedente
• Accensione con colore casuale di un led (scelta tempi) 

Ovviamente si può procedere all’infinito ma con solo 28 led non è possibile eseguire fantasmagorie strabilianti.

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Il microcontrollore è il PIC18F4620 esclusivamente per avere una riserva di memoria nel creare gli effetti luminosi. Gli anodi dei led sono pilotati con livelli alti dalle porte del micro tramite resistenze 330 ohm e i catodi in assorbimento di corrente dai driver ULN2003. I 4 terminali dei led rappresentano i connettori di collegamento con i led sull’albero o il supporto dei led stessi per i test iniziali. I tasti eseguono i comandi di gestione programmi, tempi di lampeggio, inizio e fine.

Il circuito stampato è stato inserito in una scatola di plastica di dimensioni 10x10cm.  

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Sul coperchio è stato fissato l’albero mediante un piedino di mobile cucina con flangia di fissaggio esterna.  

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L’albero è stato fissato con colla in un tubo di 2cm di diametro inserito all’interno del piedino e fissato in fondo con vite.

In questo modo il piedino sostiene tutto il fusto visibile dell’albero e lascia al suo interno lo spazio per i fili di collegamento. Fortunatamente il piedino ha nervature di sostegno sufficienti per compensare i fori eseguiti per il passaggio dei fili all’interno della scatola.

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Osservando il circuito stampato si notano i 28 connettori a 4 pin (sono i pin torniti per zoccoli di integrati) dei led. Questi sono distribuiti in 4 gruppi di 7 che rappresentano i piani orizzontali dei led fissati all’estremità dei rami.

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Se si inseriscono provvisoriamente i led fisici nei connettori è possibile verificare le funzioni luminose direttamente durante i test di funzionamento. Ciò ha semplificato (è un eufemismo) il cablaggio perché i 4 fili di ogni led sono riportati al rispettivo connettore. Il cablaggio è stato eseguito con fili verde AWG 30 attorcigliati. Non è stato semplice far confluire 112 (28x4) fili sparsi sui rami alla base e collegarli nell’ordine giusto ai connettori.

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Il circuito stampato è a doppia faccia di dimensioni 90x80cm.

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Per rendere funzionale lo stampato occorre collegare con filo i terminali 4 di SW5 con 2 di SW6 (per risparmiare il doppia faccia)

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• Impostazione programma di visualizzazione
• Esecuzione

Il programma si imposta con i tasti Progr+ e Pogr-. Ad ogni premuta del tasto Progr+ il numero d’ordine del programma si incrementa di un’unità. Ad ogni premuta del tasto Progr- si decrementa di un’unità. Per segnalare il programma scelto sono utilizzati i 7 led del primo gruppo con accensione singola in rosso e successivamente in verde, blu e giallo nelle sequenze successive.

Una volta scelto il programma questo viene avviato con il tasto Start. Con il tasto Stop il programma è chiuso con reset di tutti i parametri precedentemente impostati.

Durante l’esecuzione di un programma è possibile variare i tempi di lampeggio o velocità di esercizio con i tasti Tempo+ e Tempo-. Se si passa direttamente da un programma all’altro durante l’esecuzione la configurazione del tempo viene mantenuta. 

• tutti i led accesi contemporaneamente bianco, rosso, verde, blu, giallo, magenta
• led di segnalazione 1÷6 rosso
• i tasti Tempo impostano un lampeggio da fisso a sempre più veloce

• sono eseguiti in sequenza i programmi 1÷6
• led di segnalazione 7 rosso
• i tasti Tempo impostano un lampeggio da fisso a sempre più veloce

• si accende solo un led alla volta in sequenza bianco, rosso, verde, blu, giallo, magenta
• led di segnalazione 1÷6 verde
• i tasti Tempo impostano un lampeggio sempre più veloce

• sono eseguiti in sequenza i programmi 8÷13
• led di segnalazione 7 verde
• i tasti Tempo impostano un lampeggio sempre più veloce

• si accendono i 4 led dei gruppi in sequenza bianco, rosso, verde, blu, giallo, magenta
• led di segnalazione 1÷6 blu
• i tasti Tempo impostano un lampeggio sempre più veloce

• sono eseguiti in sequenza i programmi 15÷20
• led di segnalazione 7 blu
• i tasti Tempo impostano un lampeggio sempre più veloce

• si accende un led di colore casuale
• led di segnalazione 1 giallo
• i tasti Tempo impostano un lampeggio sempre più veloce

• si accendono 4 led dei gruppi con colore casuale
• led di segnalazione 2 giallo
• i tasti Tempo impostano un lampeggio sempre più veloce

Tra i vari programmi è poco significativo l’accensione sequenziale di un singolo led a causa del numero ridotto delle luci e la mancanza di una simmetria verticale. Sono invece di effetto le accensioni contemporanee e i lampeggi. Si può vedere un breve video di esempio QUI.

Questo progetto è nato per caso e per soddisfare la presenza di un albero di Natale di emergenza con un minimo di spettacolarità. La vera sfida è stato realizzare il cablaggio di 28 gruppi di 4 fili che partivano dai led in punta ai rami e arrivavano ai rispettivi connettori sullo stampato passando per le strozzature del supporto del fusto. Ogni filo doveva essere individuato come segnale di colore e quale gruppo di 4 come led da illuminare.

Certamente, le strisce di led sono comode e ricche di effetti ma in questo caso non hanno potuto essere utilizzate per la separazione fisica dei punti luminosi sui rami e per la rigidità meccanica di posizionamento. Comunque è stato divertente.

 

 

 

 

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