Padající sněhové vločky - Kapající rampouchy

Poslední dobou se v oknech o Vánocích začaly objevovat ozdoby s efektem nazývaným padající sněhové vločky nebo kapající rampouchy. Ceny hotových výrobků jsou ale hodně vysoko a tak jsem začal přemýšlel, jak si něco podobného vyrobit. 

Již na začátku jsem zavrhl použití součástek s povrchovou montáží. Chtěl jsem, aby zapojení bylo možné použít jako konstrukci pro mírně pokročilé mladé elektroniky v různých zájmových kroužcích. Jako první mne napadlo připojit LEDky přímo na výstup mikrořadiče od Atmelu, ale fyzická velikost plošného spoje mne odradila. Toto řešení je vhodné a používané u konstrukcí typu blikající srdce, ale pro dlouhý "rampouch" se nehodí. 

Druhou možností byla konstrukce založená na rozšíření klasického multivibrátoru s tranzistory, která vyšla loni v Hamíkovi https://hamik5.webnode.cz/_files/200000255-02da903d44/hamikuvkoutek88.pdf. I tuto cestu jsem zavrhl, protože efekt byl pevně dán zapojením a nešlo jej modifikovat.

Teprve nedávno jsem objevil multiplexované zapojení LED nazývané Charlieplex, které díky antiparalelnímu zapojení umožňuje řídit 20 LEDek pomocí pouhých 5 vývodů. Teorii nalezne případný zájemce na anglické Wikipedii https://en.wikipedia.org/wiki/Charlieplexing, ale vysvětlení mi nepřijde příliš názorné. Pro pochopení bohatě postačí, když si nakreslíte 5 vrcholů pěticípé hvězdy a každý vrchol propojíte čárou s ostatními vrcholy. Tento obrazec nazývají matematici úplný graf, protože k jeho deseti čarám se už nedá žádná přidat, aniž by se nějaká čára zdvojila. My ale místo každé čáry zapojíme antiparalelně 2 diody a tím pádem můžeme řídit až 20 LEDek pomocí 5 pinů, takže nám bohatě stačí nejjednodušší mikrořadiče v pouzdru DIL8.

Díky tomu, že pro Arduino IDE jsou k dispozici i další jádra (ATTinyCore pro ATtiny 25/45/85 a MicroCore pro ATtiny13A), není nutné efekt programovat v assembleru anebo v jazyce C. Lze tedy použít amatérům známé a dostupné prostředí Arduino IDE, i když je potřeba počítat s nižším komfortem daným malou pamětí mikrořadiče. 

Abych nezačínal úplně od začátku, prohledal jsem Internet a na GitHubu jsem nalezl Geoffův program https://github.com/strykeroz/ATTiny85-20-LED-snowflakes, který pro požadovaný efekt používá mikrořadiče ATtiny85, resp. ATtiny45 (pro ATtiny25 je program už příliš velký, protože používá knihovnu Arduina pro generování náhodných čísel). 

Navrhl jsem zapojení a plošný spoj o rozměrech 257 x 12 mm. Geoffův program s ním lze použít bez jakýchkoliv softwarových úprav. Následně jsem navrhl i vlastní program, který používá jednodušší metodu generování náhodného čísla, takže je možné použít levnější a snadněji dostupné ATtiny13A. Je zcela na čtenáři, který z uvedených programů použije.

Pro zajištění odolnosti při připojení napájecího napětí opačné polarity je vstup vybaven ochrannou diodou D1. Vstupní napětí je rovněž stabilizováno obvodem 78L05 (IC2). Protože celkový úbytek na diodě D1 a stabilizátoru IC2 je cca 2,4 volty, je vhodné ozdobu napájet napětím 7,5 - 15 V. V praxi se ale ukázalo, že ozdoba spolehlivě pracuje i při napájení 5 V, tj. z USB portu počítače anebo nabíječky mobilního telefonu. Pokud by bylo potřeba použít ještě nižší napětí, lze stabilizátor IC2 vynechat, přičemž jeho krajní vývody se propojí (vstupní napětí bude napájet přímo mikrořadič IC1). V ještě větší nouzi lze přemostit i ochrannou diodu D1. Pokud bude naopak nutné použít vyšší napájecí napětí, nezapomeňte příslušně dimenzovat kondenzátor C1. Maximální vstupní napětí pro stabilizátor IC2 je sice 30 V, ale nedoporučují použít více než 24 V z důvodu ochrany před úrazem elektrickým proudem.   

Přeji mnoho úspěchů při stavbě a v případě potřeby jsem k dispozici na mailu kaspar(taková zatočená věc)pk.cz

Pavel Kašpar

Upozornění ke stavbě :

S ohledem na minimalizaci rozměrů jsou součástky z obou stran plošného spoje. Doporučuji se nejprve podívat na fotografie a řídit se potiskem plošného spoje. Nejdůležitější je zapájet stabilizátor IC2 (78L05) před zapájením patice pro mikrořadič IC1 - každá součástka je z jiné strany a po zapájení patice je přístup ke stabilizátoru velmi omezený. 

Při programování mikrořadiče nezapomeňte nastavit Fuses pomocí funkce "Vypálit zavaděč" v Arduino IDE ! Název funkce je na první pohled nelogický, protože do ATtiny13 se zavaděč vypálit nedá, ale u vyšších mikrořadičů to jde a kromě zavaděče se touto funkcí nastavují i Fuses pro selekci zdroje a frekvence hodin.