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ALBERELLO DI NATALE tipo: livello:
Trasformare un misero alberello di Natale in un sfolgorante oggetto di luci e di colori
 
 



 

 

 

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.

Funzioni luminose
 
Allora, in totale ci sono 28 led distribuiti in 4 gruppi di 7. I 4 gruppi sono stati fissati sui rami dell’albero in ordine ascendente rispettando l’ordine sequenziale numerico dei 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.

Schema elettrico

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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.

Realizzazione pratica 

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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Circuiti stampati
 
Piastra base
 

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

 Layout

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 Lato componenti

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Lato saldature

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 Montaggio componenti

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 Vista 3D

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 Tastiera
 
Il circuito stampato è a faccia semplice di dimensioni 39x27mm.
 
Layout

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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)

Lato saldature

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Programma
 
Il programma è stato sviluppato con (ma va’?) Flowcode. Il programma in sé non presenta particolari difficoltà se non quello di eliminare effetti indesiderati nell’accensione e gestione dei led. Ogni led RGB è rappresentato da un componente Flowcode che è possibile gestire con 8 configurazioni. Operando in multiplex e con pilotaggio di corrente a transistor quando si vuole accendere un solo led alla volta occorre forzare allo stato spento tutti i led non interessati con una grande quantità di stati ripetuti. Per non correre rischi di esaurimento memoria (in questo il programma non è assolutamente ottimizzato) ho utilizzato il PIC18F4620. Descrizione programma, eseguibile ed altro QUI.
 
Istruzioni d’uso
 
Il programma si articola in due fasi distinte:
  • 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. 

Programmi accensione
 
Programma 1÷6:
  • 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
Programma 7:
  • 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
Programma 8÷13:
  • 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
Programma 14:
  • sono eseguiti in sequenza i programmi 8÷13
  • led di segnalazione 7 verde
  • i tasti Tempo impostano un lampeggio sempre più veloce
Programma 15÷20:
  • 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
Programma 21:
  • sono eseguiti in sequenza i programmi 15÷20
  • led di segnalazione 7 blu
  • i tasti Tempo impostano un lampeggio sempre più veloce
Programma 22:
  • si accende un led di colore casuale
  • led di segnalazione 1 giallo
  • i tasti Tempo impostano un lampeggio sempre più veloce
Programma 23:
  • 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.

Note e considerazioni finali

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.

Grazie per l’attenzione e buon lavoro.
 

 

 

 

 



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Questa pagina è stata creata da atroxur
il 31/12/2023 ore 08:57
ultima modifica del 01/01/2024 ore 11:48
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