Схема для светофор игрушки
Обновлено: 28.04.2024
Во время очередного похода в игрушечный магазин выяснилось, что у нас дома нету очень полезной и главное просто необходимой вещи – светофора. Откровенное китайское г…но за нормальные деньги покупать желание не возникло.
Порыскав как обычно в инете, выяснил, что данная мысль, сделать светофор своими руками посетила не меня одного. Из предложенных самоделок ничего не понравилось: то четыре батарейки питания, то светодиоды какие-то маленькие, то лишние провода с тумблерами и т.п. Устраняя то, что не понравилось у других светофоростроителей, нарисовал схему:
Схема светофора питается от одной батарейки или аккумулятора (я использую старый аккумулятор на котором машинки уже не ездят, фотоаппарат делал снимков десять и тух, короче аккумулятор в мусорку просился). Преобразователь NCP1400 или NCP1402 разряжает элемент питания практически до нуля. Заряженного старого аккумулятора хватает на несколько месяцев. Импульсный преобразователь мне понравился тем, что схема содержит минимум деталей, не высокая цена, короче рекомендую. Главный критерий при выборе процессора – чтобы лишние ноги с платы не свисали. Был выбран PIC 12F508, но оказалось, что PIC12F509 дешевле – странно, ну и ладно. Светодиоды диаметром 10 мм самые яркие, можно 8 мм. Падение напряжения на светодиодах разной цветности – разное, интенсивность свечения тоже разная, поэтому резисторы на каждый цвет подбирались, чтобы выровнять яркость свечения на глаз (на фото сильно не приглядывайтесь, так как фотоаппарат имеет свое понятие о цвете и балансе белого, короче – врет).
Для уменьшения размеров всей игрушки плату пришлось делать двухстороннюю. Изготовили её по утюжной технологии и не с первого раза, но все-таки получилось неплохо.
Порядок сборки такой: собрать необходимые детали, изготовить плату, спаять преобразователь напряжения и проверить его работу
Затем запаять оставшиеся детальки, должно получится как на картинке, чтобы было чисто и красиво нужно плату помыть спиртом. Следует обратить внимание на переходные отверстия, которые запаиваются проволочкой, а также светодиоды пропаиваются с двух сторон.
Далее программируем микроконтроллер
Первые "дорожные" испытания
И вот теперь начинается самое интересное – корпус. Долго бы жил светофор во временном корпусе, если бы он не разваливался и светодиоды не гнулись. Подобрать корпус не удалось и пришлось вручную выпиливать каждую детальку из какого-то пластика (отходы рекламной мастерской), аккуратно обтачивать и, наконец, клеить дихлорэтаном.
Получилось достаточно прочно и красиво
Режимы работы
Микроконтроллер благополучно спит (sleep режим) пока не будет нажата кнопка.
При нажатии кнопки включается режим обычного светофора. Если в режиме автоматического переключения кратковременно нажать кнопку – включится режим ручного переключения, т.е. следующее переключение только после нажатия кнопки.
Если кнопку удерживать, будет включен режим мигающего желтого.
Дальнейшее удержание кнопки приведет к включению режима ночничок. Кратковременные нажатия кнопки в этом режиме будут перебирать комбинации включенных светодиодов.
Продолжительное удержание кнопки приведет к переходу в режим сна.
Работа в любом режиме около 20 мин приведет к выключению светофора. Время отсчитывается от последнего нажатия кнопки.
Проект получился достаточно удачный. У кого руки не дрожат, тот может для себя сделать - все необходимые файлы есть (нет размещения элементов, но с такой сложной схемой это не проблема).
От автора:
Возишься вечерами, рисуешь, программу пишешь, пластмассу пилишь и вот малой выходит с мамой в магазин вечером, когда только темнеть начинает, несет впереди себя яркий светофор - далеко видать, мигает. Все оглядываются - интересно, а малышня пищит: "Мама, мама я тоже такой хочууу!". А малый довольный идет:
- Мальчик ты где такой светофор взял?
- Папа сделал.
Предыстория
История с создания этого светофора начиналась так. В один прекрасный день, супруга привела ребёнка из садика всего в слезах. Оказывается папа одного из мальчиков сделал светофор, и мальчик принёс этот светофор в садик, моё чадо хотело поиграть с ним, а ему не давали (может и давали, но по его мнению, мало).
Светофор получился прикольный, жена сфотографировала его на мобильный, вот это фото:
В итоге, моя малышня говорит: «Папа сделай мне такое же». Что мне остаётся, маленький ребёнок просит, значит надо делать, тем более самому было интересно сделать такую игрушку.
Схема и скетч
Я решил сделать немного другой светофор, он будет для автомобилей, и для пешеходов. Управлять светофором будет конечно же микроконтроллер, в данном случае Arduino Pro Micro (можно использовать любую другую Arduino плату). Схема простая до безобразия:
Первые три светодиода — это красный, желтый и зелёный свет для машин, остальные красный и зелёный для пешеходов.
Найден в интернете, с моими небольшими правками
На макетной плате собрал схему, всё работает как надо:
Светодиоды покупались — тут, плата Arduino Pro Micro покупалась — тут, резисторы советские МЛТ — нашлись в закромах.
Надо делать самое сложное — корпус.
Сборка
Были у меня светорассеиватели от сломанного китайского прожектора:
Отталкиваясь от размера светорассеивателей прикинул размер будущего светофора. Корпус решил делать из листового вспененного ПВХ толщиной 4 мм, такой используется в наружной рекламе, материал лёгкий и достаточно прочный. В иллюстраторе набросал элементы корпуса будущего светофора:
Может кому понадобится, ссылка на раскрой светофора — тут
Так как ЧПУ у меня пока нет, придется вырезать всё вручную. Напечатал раскройку корпуса на самоклеящейся бумаге, наклеил на лист ПВХ:
Берём нож и вырезаем, вспененный ПВХ режется довольно легко:
Пробуем собрать детали светофора:
Сверлим отверстия и примеряем светорассеиватели, за одно прикидываем какого размера и формы надо сделать козырьки:
С помощью цианакрилата и соды склеиваем корпус, содой засыпаем щели и пропитываем клеем:
Зачищаем сначала 100-й, потом 240-й, в конце 360-й наждачной бумагой, корпус приобретает такой вид:
Тоже самое делаем с основанием будущего светофора:
Стойку для светофора выточил из полипропиленовой трубы диаметром 20 мм:
Примеряем детали вместе, извиняюсь за беспорядок на столе:
Козырьки для светофора решил вырезать из пластиковой бутылки, зачищаем перед покраской:
Грунтуем, красим и покрываем лаком:
Приклеиваем светодиоды, и устанавливаем светорассеиватели на место:
Элементом питания для игрушки будет литий-ионный аккумулятор 16340, по известной технологии изготавливаем для него «холдер»:
Забегая вперед, скажу, максимальное потребление схемы когда горит одновременно красный и желтый свет около 50 мА. Аккумулятора хватит на долго, тем не менее его всегда можно достать и зарядить.
На макетной плате собираем остальную часть схемы:
Пробный пуск:
Сделал гифку для наглядной демонстрации как работает светофор, время свечения каждого цвета разумеется можно менять, отредактировав скетч:
Вот такая получилась игрушка, ребёнок очень доволен — папе приятно.
Всем удачных поделок, спасибо за внимание.
Дочка – человек у меня сугубо технический – в куклы никогда не играла. Одни из её любимых игрушек – автомобили! Её «личный автопарк» давно уже перевалил за сотню автомашин… С малых лет увлекается сборкой автомобилей из конструкторов.
Аня занимается в кружке дизайна и моделирования на станции юных техников недалеко от дома. Представляете, там же, 27 лет назад и я занимался в авиамодельном кружке! А ещё лет 10 ранее в этом же кружке занимался Лёня Якубович… да, тот самый.
2009 год. Кружок моделирования. С преподавателем. Единственная девочка…
Сейчас Ане 9 лет [на момент написания статьи, 2011 г.] – очень любит что-нибудь мастерить, пилить, выжигать, клеить. В последнее время «пробует свои силы» в дизайне: разрабатывает и изготовляет трёхмерные макеты (квартир, домов, городов и т.п.). Недавно получила грамоту за макет детской площадки.
Решили мы с ней «оживить» один из создаваемых ей макетов: «А не собрать ли нам светофор»? Идея понравилась обоим. Мне давно хотелось вовлечь её в электронику, а ей – научиться паять (и вообще, она без ума от радиодеталей). Что ж, решено – сделано!
Стоит отметить, за свои 35 лет занятий электроникой, мне ни разу не попадалась на глаза схема светофора… Первая мысль – взять микроконтроллер, написать программку… – отпала: ребёнку сложно объяснить как работает процессор и как исполняется программа. Нужно собирать на простой логике. А когда подрастёт, переделает схему на контроллере – заодно вовлечётся в «программирование» и «почувствует» все преимущества микропроцессоров над простой логикой.
Хотел полезть в интернет, но схема родилась сама-собой: проснувшись в субботу утром, мне показалось, что где-то я её видел, (видимо во сне) генератор – счётчик – дешифратор – диодная матрица… (Кстати, позднее я полазил по интернету – схем светофора нет! Так что держите – эксклюзив. Окончательная схема чуть ниже.)
Вечером сели, набросали схемку. Пришлось полистать несколько книжек, чтобы выбрать подходящие микросхемы и посмотреть их цоколёвку. Параллельно объясняю Ане, как работает счётчик, дешифратор. Рисуем с ней диаграммы: дочка довольно легко смогла понять как счётчик считает импульсы и выдаёт их в коде 1-2-4-8, как работает дешифратор и зачем нужна диодная матрица, под конец начинает сама подсказывать.
Вот окончательная схема.
Тактовый генератор, собранный по стандартной схеме на трёх элементах И-НЕ (К555ЛА3), вырабатывает импульсы с частотой следования около 1 Гц. Это минимальное время свечения одного цвета (например, жёлтого) – 1 секунда. Далее импульсы подаются на счётный вход двоичного счётчика (К555ИЕ5). Счётчик «считает» их от 0 до 15-ти и выдаёт в коде 1-2-4-8 на вход 16-ти разрядного дешифратора (К155ИД3). В зависимости от «числа», выданного счётчиком, на соответствующем выходе дешифратора формируется логический 0.
Для начальной установки счётчика в нулевое состояние добавили схему сброса (Reset), на 4-ом логическом элементе И-НЕ. Он формирует переход из логического 0 в логическую 1 после включения питания. Reset завели и на дешифратор, чтобы он не выдавал сигналы на выходы, до сброса счётчика.
Диодная матрица «определяет» время свечения каждого цвета: в течении первого импульса (выход дешифратора 0), т.е 1 секунду, горит жёлтый свет, следующие 7 импульсов (вых. 1 — 7) зажигают зелёный, затем снова жёлтый – на один импульс (вых. 8), и снова 7 импульсов (вых. 9 — 15) – горит красный. Когда счёт закончен, всё начинается с нуля!
Сигналы с диодных матриц подаются на токовые ключи, которые подают питание на светодиоды соответствующих цветов в светофорах макета.
Немного поразмыслив, решили ввести «ночной» режим – «мигающий жёлтый». Для этого в схему ввели переключатель, который устанавливает сигнал сброса, запрещая дешифратору выдавать сигналы на выход (светофор гаснет), а токовый ключ жёлтого света подключает непосредственно к тактовому генератору.
Затем, ввели и «ручной» режим, что бы можно было «заморозить» любой свет на сколько угодно времени – «полицейский» режим. Для этого переключатель отсоединяет тактовый генератор от входа счётчика, не устанавливая режим сброса. Получили 3 режима работы.
Светодиод, индицирующий включение светофора, решили подключить к выходу тактового генератора, чтобы он не просто светился при включении питания, а мигал, индицируя работу задающего генератора – получили своего рода «Debugger».
Подобрали подходящий корпус, выключатели, светодиоды. Отпилили кусок макетной платы подходящего размера. Питание решили сделать от 4-х пальчиковых батареек, для этого нашёлся удачный батарейный отсек.
Покопавшись в «закромах» нашли и нужные микросхемы.
В процессе подбора деталей, попался на глаза старенький адаптер от «умершего» Ethernet-хаба, выдающий 9 В. «А что, севшие батарейки – причина окончания игры? Нет!» — подумали мы. И решили сделать «второе питание», добавив в схему 5-ти вольтовый стабилизатор (7805). Нашлось и подходящее гнездо, для подключения адаптера.
Определились с примерным расположением деталей в корпусе. На сегодня всё – спать.
В воскресенье снова садимся за работу. Изготавливаем переднюю панель: вырезаем отверстия под выключатель питания, светодиод и переключатель режимов.
Задняя панель: гнездо адаптера и выход проводов к макету.
Начинаем распайку элементов: дочка принимает самое активное участие – я вставляю элемент, загибаю выводы, откусываю лишнее, а она запаивает. Подсказываю что и как в процессе работы. Блин, паяет! И довольно аккуратно! Я разделяю её радость – сам взял паяльник в руки в 5 лет и до сих пор…
Собираем по частям и проверяем отдельно работоспособность каждой: сначала цепи питания и стабилизатор – есть 5 В. Затем спаиваем генератор – светодиод мигает. Затем счётчик с дешифратором – сигналы на выходе проверяем с помощью светодиода.
Дочка самостоятельно паяет диодную матрицу. Случайно забыла подпаять один диод. Я спрашиваю: «А что будет, если его не запаять»? «Этот цвет мигнёт один раз и потом снова загорится!» Я в отпаде…
Подключаем переключатель режимов, допаиваем ключи тока на выход и подсоединяем три светодиода. Не работает…
Начинаем разбираться: генератор выдает на выходы импульсы с «грязными» фронтами. Каждое переключение сопровождается «звоном» – пачкой импульсов высокой частоты. Это следствие применения высокой ёмкости в генераторе: уровень на входе элемента меняется очень медленно и он, находясь в «неопределённом» состоянии успевает несколько раз переключиться. Эх, тут бы лучше всего вместо ЛА3 применить триггеры Шмидта – К555ТЛ3, но под рукой её нет. Поэтому пришлось на выход тактового генератора напаять интегрирующую цепочку из двух конденсаторов и резистора – она немного «валит» фронты, очищая их от «звона».
И вот долгожданные «красный – жёлтый – зелёный». Ура! Работает!
Пробуем запуститься на батарейках… И тут засада: свежие DURACELL выдают в сумме 6,65 В – многовато для 155/555 серии. Проверяем – счётчик начинает сбиваться. Пришлось переделать цепь питания, включив батарейку тоже через стабилизатор питания. В процессе измеряем и потребляемый ток – менее 100 мА, и в целях экономии заменяем мощный 7805 на маломощного «братишку» 78L05.
Всё, теперь можно закрывать корпус.
Светофор ставится «на прогон» до утра, а мы начинаем изготавливать «светофорчики». В макете Т-образный перекрёсток. По нашему замыслу требуется 5 светофоров: по одному в каждом направлении на одну улицу, один на примыкающую проезжую часть и два на пешеходный переход.
Для светофорчиков изготавливаем маленькие платки из обрезков макетной платы. Аня запаивает туда гасящие резисторы, провода и светодиоды. В качестве стоек отлично подошла соломка для газировки – провода проходят внутри неё.
Теперь осталось дождаться следующих выходных.
И так, в субботу идём с ней на кружок, где она делает макет с перекрёстком. Макет пока ещё «сырой» – белый пенополистирол: здания ещё не раскрашены, окон нет, деревья «не посажены» – самое время установить светофоры. Размечаем точки, делаем отверстия и вклеиваем светофорчики.
Провода пропускаем снизу и сводим их в одну точку, где будет установлена плата с клеммами, для подключения блока управления. По окончании, «клеммник» будет «замаскирован» под киоск.
Помогаю зачистить провода, определяем на каком светофоре какие цвета должны гореть и в этой же последовательности Аня распаивает провода.
Подключаем провода от блока, включаем питание… Макет ожил! В одном направлении красный, в другом зелёный, пешеходам пока стоять – им тоже красный. Затем всем жёлтый и цвета меняются… Перекрёсток стал регулируемым!
Продолжаем "разгребать чердаки".
На этот раз из специальной коробки я достал подаренный одноклассником на День Рождения в далеком 86-м году радиоконструктор "Светофор". Получилось, что за 28 лет я его так и не собрал.
Не беда, зато теперь с младшим сыном можем восполнить пробел.
Запасаемся терпением для пайки печатной платы и в путь!
Инструкция с принципиальной схемой. Вся элементная база — это 15 транзисторов КТ-315Б, штук 20 сопротивлений разного номинала и 4 конденсатора.
И, собственно, сам наборчик
Процесс пайки описывать не буду. Так или иначе, спаяли, промерили напряжения, и собрали основу
Вместо лампочек впаял светодиоды. И светят лучше, и батарейки с ними почти вечные
Все заработало. Пробки исчезли, аварийность снизилась.
Комментарии 5
Да, это такая тема в те времена была! Мне родители такой подарили, кажется, на новый год.Я тогда особо паяльником не владел, поэтому собирал отец.И получилось так, что он при сборке попутал местами два кондера-электролита, вместо 20мкф поставил 200мкф, поэтому я полчаса ждал, когда переключится на другой цвет.Чуть позже сам ошибку в сборке нашел.А так да, с этим радиоконструктором у меня связаны теплые воспоминания, это почти начало моей радиолюбительской практики.Спасибо за фотки!
он и с 20мкф не особо скорый. не рассчитан на современный трафик.
Радиоманьяки!))) Дождалось произведение советской электронной промышленности своего часа)
А друг тот как? помнит о подарке?
Эта самоделка может украсить макет города, использоваться в качестве игрушки, учебного пособия или даже настоящего светофора – стоит только миниатюрные лампы накаливания заменить на более мощные. Схема его достаточно проста, содержит всего три микросхемы и три транзистора, а потому повторить ее совсем несложно. Алгоритм работы при указанных на схеме номиналах деталей следующий:
Красный – 6 секунд;
Красный и желтый – 2 секунды;
Зеленый – 4 секунды;
Зеленый мигает – 2 секунды;
Желтый — 2 секунды.
Затем цикл повторяется.
Итак, наш светофор состоит из задающего генератора, собранного на элементах DD1.1 – DD1.3, двоичного счетчика до 16 (DD2) и дешифратора (DD1.4, DD3.1, DD3.2). Задающий генератор работает на частоте 1 Гц, (при желании ее несложно изменить подбором резистора R1 и конденсатора С1). Импульсы с частотой 1 Гц подаются на счетчик – делитель, который считает до 16, а на его выходах 12, 9, 8, 11 формируются сигналы с периодами 2, 4, 8,16 секунд соответственно. Далее дешифратор формирует сигналы для управления транзисторными ключами VT1 – VT3, которые в свою очередь зажигают лампы EL1 – EL3, выкрашенные соответственно в красный, зеленый и желтый цвета. Младший разряд счетчика (вывод 12) при этом дешифратору не нужен.
Вместо указанных на схеме микросхем можно использовать такие же серии К155 или 133. лампы накаливания на номинальное напряжение 6.3 В. В качестве источника питания подойдет любой блок питания на напряжение 5 В и ток не менее 200 мА – можно взять готовый (к примеру, ненужное зарядное устройство от мобильного телефона), а можно собрать и самому по одной из схем из раздела Источники питания. Ну и еще один вариант – «плоская» батарея на напряжение 4.5 В или три пальчиковых гальванических элемента, соединенных последовательно. Напряжение питания при этом будет чуть ниже паспортного для микросхем, но практически все экземпляры из этих серий будут работать нормально.
Рекомендуемый контент
Эта самоделка может украсить макет города, использоваться в качестве игрушки, учебного пособия или даже настоящего светофора – стоит только миниатюрные лампы накаливания заменить на более мощные. Схема его достаточно проста, содержит всего три микросхемы и три транзистора, а потому повторить ее совсем несложно. Алгоритм работы при указанных на схеме номиналах деталей следующий: Красный – 6 […]
Читайте также: