71_031.pdf

Szkoła Konstruktorów

K o n s t r u k t o r ó w

Rozwiązanie zadania powinno zawierać schemat elektryczny i zwięzły opis działania.

Model i schematy montażowe nie są wymagane, ale przysłanie działającego modelu lub jego

fotografii zwiększa szansę na nagrodę.

Ponieważ rozwiązania nadsyłają Czytelnicy o różnym stopniu zaawansowania, mile widziane

jest podanie swego wieku.

Ewentualne listy do redakcji czy spostrzeżenia do erraty powinny być umieszczone na oddzielnych

kartkach, również opatrzonych nazwiskiem i pełnym adresem. Prace należy nadsyłać w terminie

45 dni od ukazania się numeru EdW (w przypadku prenumeratorów – od otrzymania pisma pocztą).

Zadanie nr 69

sobie przystawkę w postaci leżącego obok

miernika małego pudełka z przyciskiem.

Przystawka dołączona jest kabelkiem do ob−

wodu baterii miernika i dodatkowy układ

w przystawce zasilany jest z baterii miernika.

Naciśnięcie przycisku włącza miernik na

przykład na minutę. To by była wersja pod−

stawowa. W wersji „de luxe” kilkukrotne na−

ciśnięcie przycisku ustawiałoby dłuższy czas

pracy miernika, np. tyle minut, ile razy wci−

śnięty był przycisk, albo czas wydłużany był−

by w postępie geometrycznym: 1min, 2min,

4min, 8min, itd.

Takie są moje wyobrażenia, ale mam

nadzieję, że zaproponujecie coś jeszcze inne−

go. Na pewno przyrząd musi być przydatny

w praktyce , uczulam na tę sprawę.

Jeśli chodzi o drugi temat, układ sygnali−

zacji wyczerpywania się baterii zasilającej,

możliwości jest wiele. Może po obniżeniu się

napięcia poniżej określonej granicy sygnali−

zator włączy się na stałe. Pomysłodawca tego

zadania napisał: Spotkałem się z urządze−

niem, które w następujący sposób informo−

wało o potrzebie wymiany baterii: urządze−

nie sygnalizuje wyczerpanie baterii krótkim

sygnałem dźwiękowym, powtarzanym w od−

stępach 60 sekundowych.

Na pewno warto wykorzystać sygnaliza−

tor akustyczny − brzęczyk piezo. Nie powi−

nien piszczeć ciągle, tylko informować o ko−

nieczności wymiany baterii co jakiś czas,

krótkim dźwiękiem. Urządzenie powinno

w spoczynku (czy raczej w stanie czuwania)

pobierać jak najmniejszy prąd. Czy będzie

ono podłączone do baterii ciągle, czy będzie

co minutę (lub rzadziej) sprawdzać stan bate−

rii, to już wasza sprawa.

Niech w wersji podstawowej układ będzie

przeznaczony do monitorowania baterii 9−

woltowej. W układzie należy przewidzieć re−

gulację progu zadziałania sygnalizacji w za−

kresie napięcia baterii 6,5...8,5V. Niektóre

układy będą pracować poprawnie jeszcze

przy 6 woltach, inne muszą być zasilane na−

pięciem ponad 8V.

Jeszcze lepiej byłoby skonstruować sy−

gnalizator dwustopniowy. Opisane krótkie

dźwięki sygnalizowałyby zbliżanie się do

końca życia baterii, a obniżenie się napięcia

poniżej minimalnej dopuszczalnej granicy

powodowałoby przełączenie się w tryb

dźwięku ciągłego, świadczącego, że urządze−

nie nie pracuje poprawnie.

Inną możliwością jest zaprojektowanie

układu, który byłby uruchamiany jednorazo−

wo przy każdym włączeniu zasilania układu.

W ciągu, powiedzmy, pół sekundy testowane

byłoby napięcie baterii (przy zwiększonym

obciążeniu). W przypadku właściwego na−

pięcia zapalałaby się na np. sekundę dioda

zielona, a przy zbyt niskim włączałby się

ostrzegawczy dźwięk. Taki sposób pracy

nadaje się tylko do niektórych urządzeń,

a zupełnie nie nadaje się do sprawdzania ba−

terii rezerwowej w systemach alarmowych

czy podobnych, gdzie bateria stale dołączona

jest do układu. Niemniej taka koncepcja też

jest godna uwagi.

Jak zawsze czekam też na propozycje czę−

ściowe i dobre idee ogólne. Jestem przekona−

ny, że i tym razem zaproponujecie wiele inte−

resujących rozwiązań.

Proszę też o przysyłanie tematów kolej−

nych zadań. Autorzy opublikowanych propo−

zycji otrzymują nagrody rzeczowe.

W zadaniu 69 macie do wyboru dwa odrębne

tematy. Oczywiście można zająć się obydwo−

ma. Generalnie problem dotyczy multime−

trów i innych mierników. Często przyrządy

te, zasilane z małej baterii 9−woltowej, pozo−

stają niepotrzebnie włączone przez długi czas

co skutkuje szybkim wyczerpaniem baterii.

W tym wypadku chodzi o zaprojektowanie

praktycznej przystawki, oszczędzającej prąd.

Takie zadanie zaproponował Radosław

Szycko z Goleniowa.

Drugi problem dotyczy najróżniejszych

przyrządów, które nie mają wskaźnika wy−

czerpywania się baterii. Bateria na skraju wy−

czerpania zasila jeszcze przyrząd, ale wska−

zania są już nieprawidłowe, a użytkownik

o tym nie wie. Tu zadanie polega na zapro−

jektowaniu układziku, który poinformuje

o tym, że napięcie baterii spadło poniżej do−

puszczalnej granicy. Taki temat zapropono−

wał dawno temu Rafał Połujański ze Szcze−

cina. Oczywiście, taki sygnalizator da się

wbudować tylko do niektórych urządzeń fa−

brycznych, bo są one zwykle gęsto upakowa−

ne i w obudowie nie ma miejsca na jakiekol−

wiek dodatki. Taki sygnalizator będzie zna−

komitym uzupełnieniem wielu urządzeń wła−

snej konstrukcji, gdzie prościutki sygnaliza−

tor stanie się integralną częścią układu.

Oto oficjalny temat zadania:

Zaprojektować układ wyłączający

multimetr np. po jednej minucie lub

sygnalizator wyczerpywania się bate−

rii zasilającej.

Jeśli chodzi o pierwszy temat, wyobrażam

Elektronika dla Wszystkich

S z k o ł a

Szkoła Konstruktorów

Rozwiązanie zadania nr 65

geniuszu”, do wpadnię−

cia od razu na genialny,

prosty i skuteczny po−

mysł. Tu zaskakują

mnie najmłodsi, nie

skażeni rutyną, przy−

zwyczajeniami i ciężką

„rzemieślniczą” trady−

cją. Często w ich pra−

cach znajduję fanta−

styczne idee czy szcze−

góły. Bardzo się cieszę

z takich prac. Wszelkie

takie „przebłyski ge−

niuszu” nagradzam do−

datkowymi punktami, upominkami, czasem

nawet nagrodą.

Zachęcam do starannego przeanalizowa−

nia wszystkich opisanych rozwiązań. Na

końcu artykułu znajdziecie jeszcze dodatko−

we uwagi co do praktycznej realizacji posta−

wionego zadania. Jak zwykle, w artykule nie

zmieściły się wszystkie godne uwagi sche−

maty. Znajdziecie je w postaci Nazwisko.gif

na naszej stronie internetowej pod adresem:

www.edw.com.pl/library/pliki/szko65.zip

Temat zadania 65 brzmiał: Zaprojekto−

wać układ wskaźnika poziomu wody i ste−

rownika pompy do zbiornika na działce.

Już na początku chcę poinformować, że

wyjątkowo mile zaskoczyliście mnie nade−

słanymi pomysłami. Także najmłodsi uczest−

nicy przedstawili pomysły znakomite, choć

często nie do końca dopracowane. Temat

okazał się na tyle atrakcyjny, że kilkadziesiąt

osób poświęciło ogromną ilość czasu na

opracowanie najróżniejszych rozwiązań

i wykonanie modeli. Bardzo się z tego cieszę;

mam też świadomość, że nagrody, jakie mo−

gę przyznać z funduszy przeznaczonych na

Szkołę Konstruktorów, nie rekompensują

trudu włożonego w zaprojektowanie i wyko−

nanie układów. Bardzo budujące są fragmen−

ty Waszych prac, gdzie opisujecie ekspery−

menty, nie zawsze udane. Oto przykład:

(...) nie wiem, czy moje niepowodzenie

wynika z małego doświadczenia, w projekto−

waniu układów czy też ze zwykłej „złośliwo−

ści przedmiotów martwych”. Mimo to nie za−

mierzam się poddawać i nadal będę konstru−

ował nowe układy i wymyślał nowe rozwiąza−

nia istniejących problemów. (...)

Takie oświadczenia utwierdzają mnie

w przekonaniu, że nasza Szkoła jest napraw−

dę potrzebna.

A teraz przejdźmy do rozwiązań zadania

65. Podzieliłem je na kilka oddzielnych grup.

Do pierwszej zaliczyłem układy najprostsze,

mające sterownik pompy, a nie zawierające

elementów pamiętających. Druga grupa to

układy z enkoderem i pamięcią, gdzie sygnał

jednego z N kontaktronów jest zamieniany

na liczbę binarną, a potem dalej przetwarza−

ny. Trzecia grupa obejmuje układy z szere−

giem elementów pamięciowych. Czwarta

grupa to układy licznikowe, piąta to rozwią−

zania z wykorzystaniem mikroprocesorów

i ostatnia, szósta, to pozostałe rozwiązania,

wykorzystujące jeszcze inne pomysły.

Oceniając prace brałem pod uwagę nie tyl−

ko wiek uczestników. Istotną kwestią był sto−

pień skomplikowania projektu. Jak zawsze

celem jest zrealizowanie postawionego zada−

nia w sposób możliwie prosty i tani. Lepszy

oraz bardziej dopracowany projekt będzie

prostszy od niedopracowanego. Oczywiście

nie chodzi tu o złotówkę lub dwie, o jeden

układ scalony mniej lub więcej. Po co jednak

komplikować układ, gdy zadanie można zre−

alizować prościej? Sam często tego doświad−

czam projektując najróżniejsze układy. Czę−

sto gotowy model idzie do kosza, bo „po dro−

dze” okazało się, że problem można rozwią−

zać zdecydowanie prościej, bardziej przejrzy−

ście i elegancko, bez żadnych, jak mówią nie−

którzy, „kombinacji alpejskich”. Czasem ta−

kich przebłysków jest kilka i układ jest kilka−

krotnie upraszczany. Zadania Szkoły dają

znakomitą okazję do „zabłyśnięcia iskierki

Rys. 2

Fot. 2 Układ

Łukasza Kwiatkowskiego

Rys. 1

W zasadzie układ tego typu spełnia wa−

runki zadania, bo świeci linijka diod i zapew−

nione jest sterowanie pompy. Jednak po pew−

nym czasie eksploatacji da o sobie znać koro−

zja lub zabrudzenie elektrod oraz, co gorsze,

upływność miedzy elektrodami. Choć nie je−

stem entuzjastą tego typu rozwiązań, chcę

pochwalić najmłodszych Kolegów, bo nie−

które z zaproponowanych przez nich szcze−

gółów są naprawdę godne uwagi.

Na przykład 11−letni Karol Sikora z Kosza−

lina do sterowania pompy chce wykorzystać je−

den tyrystor w sposób pokazany na rysunku 2a .

Artur Jackowski z Międzyrzeca Podlaskiego

proponuje dwa przekaźniki według rysunku

2b – jego model można zobaczyć na fotografii

1 . Fotografia 2 przedstawia model 12−letniego

Łukasza Kwiatkowskiego z Krakowa, zreali−

zowany na podobnej zasadzie, przy czym ob−

wód sterowania przekaźnika trzeba dopraco−

wać. Fotografia 3 pokazuje model 12−letniego

Piotra Cieślińskiego z Krakowa, a rysunek

2c koncepcję obwodu sterowania pompy.

Fot. 1 Model Artura Jackowskiego

Fot. 3 Model Piotra Cieślińskiego

Układy najprostsze

Kilka osób proponuje wykorzystanie szeregu

rezystancyjnych czujników obecności wody.

Kolejne elektrody umieszczone byłyby jedna

nad drugą. Koniecznym uzupełnieniem jest

sterownik pompy w postaci elementu pamię−

tającego. Idea pokazana jest na rysunku 1 .

Elektronika dla Wszystkich

Szkoła Konstruktorów

Enkodery i pamięć

Znalazłem cztery godne uwagi projekty z en−

koderami i pamięcią. Radosław Koppel

z Gliwic proponuje wykorzystać enkoder

z bramek OR oraz dwie kostki CMOS 40174

zawierające po 6 przerzutników D. Oryginal−

ny schemat pokazany jest na rysunku 3 .

Zwarcie dowolnego kontaktronu daje też im−

puls na wyjściu bramki U3B, co powoduje

wpisanie nowej zawartości do przerzutników

D i zaświecenie odpowiednich diod. Dodat−

kowe przyciski S1, S2 służą do ręcznego ste−

rowania pompą.

Podobne rozwiązanie nadesłał Mariusz

Nowak z Gacek – model pokazany jest na fo−

tografii 4 , a oryginalny schemat i opis można

znaleźć na stronie internetowej ( Nowak1.zip ).

Mariusz umieścił bramki OR z 3 kostek 4071

nie przed przerzutnikami D z kostek 40174,

tylko za nimi, dlatego na wejściu musiał do−

dać 12−wejściową diodową bramkę OR.

Rys. 3

Podobnie rozbudował

układ Marcin Wiązania

z Gacek. W modelu, po−

kazanym na fotografii 5 ,

wykorzystał w roli pa−

mięci dekoder 4515. Na

wejściu pracują dwa en−

kodery priorytetowe

4532. Zamieniają one sy−

gnał z któregoś z 16 kon−

taktronów na liczbę czte−

robitową, a przy okazji

wytwarzają impuls zapi−

su do pamięci. Chwilowy

sygnał z enkoderów jest

zapamiętany w wewnę−

trznym zatrzasku dekode−

ra 4515. Dekoder ten ma

16 wyjść i na jednym

z nich występuje stan ak−

tywny (zero logiczne).

Aby zaświecić nie jedną

diodę, tylko linijkę diod,

Marcin zastosował cztery

kostki 4081 z bramkami AND. Pełny schemat

na stronie internetowej jako Wiazania1.zip .

Nieco inną drogą poszedł Dariusz Dreli−

charz z Przemyśla. Jego konstrukcja ma for−

mę modułową. Wspólny we wszystkich we−

rsjach jest enkoder z pamięcią oraz sterownik

pompy. Moduły te są pokazane na fotografii 6 .

Dwa z trzech zaproponowanych wyświetla−

czy można zobaczyć na fotografii 7 . Zbudo−

wał „na piechotę” enkoder 10 na 4 z pamięcią

z wykorzystaniem sieci diod i przerzutników

RS. Na wyjściu modułu występuje liczba

czterobitowa, odpowiadająca ostatnio uru−

chomionemu kontaktronowi. Pewne szcze−

góły z tego oryginalnego rozwiązania kwali−

fikują się do drugiej klasy Szkoły – rubryki

Co tu nie gra? . Jednak w sumie pracę Dariu−

sza oceniłem wysoko. Najbardziej podobał mi

się pomysł wyświetlania wyniku w procen−

tach, na trzech wyświetlaczach 7−segmento−

wych. Schemat tego modułu można zobaczyć

na rysunku 4 . Układ jest prosty, bo rozdziel−

czość wynosi 10%, a jedynka na trzecim wy−

świetlaczu (dolnym na schemacie) zaświeca−

na jest wtedy, gdy w enkode−

rze jest liczba 0 − wskazanie

wynosi 100 %. Takie niety−

powe, a ciekawe rozwiąza−

nie jest możliwe dzięki

odpowiedniemu rozmie−

szczeniu kontaktronów

(kontaktron górny nr 10

ma być dołączony do

wejścia 0) enkodera.

Drugi wyświetlacz Dariu−

sza zawiera przetwornik

D/A w postaci drabinki re−

zystorów R−2R i kostkę

LM3914. Dalsze szcze−

góły na stronie interneto−

wej – Drelicharz.zip .

Fot. 5 Układ 1 Marcina Wiązani

Fot. 6 Moduły Dariusza Drelicharza

Fot. 4 Układ 1 Mariusza Nowaka

Rys. 4

Elektronika dla Wszystkich

Szkoła Konstruktorów

miętających o podobnym zachowaniu. Pod−

stawowa idea pokazana jest na rysunku 6 . Co

prawda występuje tu swego rodzaju histereza

(o jedną lampkę), ale nie ma to znaczenia.

Tego typu rozwiązania zaproponowało

kilku Kolegów, na przykład 17−letni Krzy−

sztof Żmuda z Chrzanowa ( Zmuda.gif ), czy

14−letni Radosław Ciosk z Trzebnicy, który

prawidłowo zaprojektował układ z przerzut−

nikami RS z bramek NAND 4093

( Ciosk.gif ), gdzie kontaktrony włączone są

między minus zasilania a wejścia przerzutni−

ków. 15−letni Paweł Kowalski z Krakowa

oprócz układu podstawowego z przerzutnika−

mi RS zaproponował (po konsultacji z młod−

szym bratem) dodatkowo „ruchome” świecą−

ce strzałki, pokazujące zmiany poziomu wo−

dy ( Kowalski.gif ). Co prawda zaproponowa−

ny sposób sterowania strzałkami nie

odzwierciedla rzeczywistych zmian poziomu

wody, jednak cenne jest to, że Paweł wymy−

ślił interesujący dodatek.

Młody Paweł Broda z Rzeszowa jak naj−

bardziej słusznie chce wykorzystać przerzut−

niki RS. Niestety, przewidział dodatkowe

diody, które zamiast pomóc – zaszkodzą.

Niemniej, w pracy Pawła widzę twórczy wy−

siłek i zachęcam go do dalszych praktycz−

nych prób i zgłębiania tajników elektroniki.

Układ z przerzutnikami RS z bramek ko−

stek 4001 zbudował Jakub Jagiełło z Gorzo−

wa Wlkp. Model pokazany jest na fotografii 8 .

Opis w niecodziennej formie ( Jagiello.exe )

można ściągnąć ze strony internetowej EdW.

Interesujący pomysł zaprezentował Se−

bastian Mankiewicz z Poznania. Ostatni,

górny kontaktron nie tylko ustawia „górny”

przerzutnik, ale też... zeruje „najniższy”

przerzutnik, dzięki czemu ten „najniższy”

można wykorzystać do sterowania pompy –

patrz rysunek 7 . Niestety, jak napisał pomy−

słodawca, model nie pracuje poprawnie –

przyczyną jest brak rezystorów między masą

a wejściami przerzutników oraz w bazie

tranzystora. Pomimo tego oczywistego błę−

du wysoko oceniam tę prostą propozycję.

Fotografia 9 pokazuje model

15−letniego Piotra Romysza

z Koszalina. Piotr wykorzystał

kostki 4013 ale w odróżnieniu od

innych Kolegów, wykorzystał nie

tylko wejścia RS przerzutników,

lecz także wejścia zegarowe CL.

Oryginalny schemat pokazany

jest na rysunku 8 . Przerzutniki

pracują tu w niecodzienny, „od−

wrotny” sposób – wpisanie zera

przez wejście CL zaświeca lamp−

kę i wszystkie „niższe” lampki.

Trzeba o tym pamiętać przy

analizie schematu. Bardzo wyso−

ko oceniłem tę propozycję mło−

dziutkiego elektronika, choć

podanie sygnału wprost ze styku

kontaktronu na wejście CL jest

Fot. 8 Model Jakuba Jagiełły

Fot. 7 Wyświetlacze

Dariusza Drelicharza

Układy szeregowe

W tej grupie było najwięcej rozwiązań. Na−

zwałem je „układami szeregowymi”, bo za−

wierają szereg elementów pamiętających. Do

tej grupy należy zaliczyć propozycje Jaro−

sława Tarnawy z Godziszki i Marcina Ma−

licha z Wodzisławia Śl., którzy proponują

wykorzystanie przerzutników T według ry−

sunku 5 . Pierwszy impuls z danego kontak−

tronu podany przy wzroście poziomu wody

ma ustawić przerzutnik i włączyć lampkę,

drugi impuls podczas spuszczania wody ma

wyzerować przerzutnik i zgasić lampkę.

W zasadzie idea jest słuszna, ale można się

obawiać, czy taki prosty sposób zda prak−

tyczny egzamin, np. gdy woda w zbiorniku

będzie falować podczas napuszczania i kon−

taktron wytworzy kilka impulsów.

Niektórzy uczestnicy, bazując na takim

pomyśle i mając świadomość jego wad,

próbowali dodać rozbudowaną sieć diod i re−

zystorów zerujących „wyższe” przerzutniki

i ustawiających „niższe”. Znacznie wyżej

oceniłem propozycje wykorzystania szeregu

przerzutników RS lub innych elementów pa−

Fot. 9 Układ Piotra Romysza

Rys. 7

Rys. 5

Rys. 6

Rys. 8

Elektronika dla Wszystkich

Szkoła Konstruktorów

nieeleganckie, a nawet trochę ryzy−

kowne. Jeszcze lepiej byłoby połą−

czyć idee Sebastiana i Piotra, z tym,

że wejścia zegarowe CL należy wy−

korzystać do zaświecania „niż−

szych” lampek (bądź gaszenia „wy−

ższych”), a sygnały z kontaktronów

podawać przez obwody ochronne na

wejścia R, S.

Układy działające na podobnej,

„szeregowej” zasadzie zapropono−

wali też inni. Mariusz Ciszewski

z Polanicy Zdr. wykonał model po−

kazany na fotografii 10 . Wykorzy−

stał bramki AND (74LS08) jako ele−

menty pamiętające. Oryginalny

schemat pokazany jest na rysunku

9 . Inwertery 74LS04 pomagają gasić

„wyższe” lampki, a sieć diod gwa−

rantuje, że zaświecone zostaną

wszystkie „niższe” lampki. Warto

zwrócić uwagę, że szereg diod nie

przeszkodzi w pracy układu o do−

wolnej liczbie ogniw, zasilanego na−

pięciem 5V – stan wysoki na wyjściu

każdej „włączonej” bramki AND

dzięki rezystorowi 100

Fot. 11 Prototyp Jakuba Kallasa

Fot. 12 Układ Arkadiusza Antoniaka

pomoże

włączyć kolejny „niższy” stopień.

Michał Gawron z Mielca propo−

nuje połączyć dowolną liczbę modu−

łów z przekaźnikami i tranzystorami

– ideę ilustruje rysunek 10 . Fotogra−

fia 11 pokazuje model nadesłany

przez 13−letniego Jakuba Kallasa

z Gdyni, zrealizowa−

ny według schematu

z rysunku 11 . Warto

zwrócić uwagę, że

„dolny” przekaźnik

steruje pracą pompy.

Jestem przekonany,

że prosty układ za−

proponowany przez

Jakuba będzie się

cieszył powodze−

niem zwłaszcza

u mniej zaawanso−

wanych elektroni−

ków, którzy obawia−

ją się stosowania układów scalonych, zwła−

szcza mikroprocesorów.

Podobny prosty układ można zrealizować

jeszcze taniej, wykorzystując tyrystory. Ar−

kadiusz Antoniak z Krasnegostawu wyko−

rzystał małe tyrystory w obudowach TO−92.

Schemat pokazany jest na rysunku 12 , mo−

del na fotografii 12 . Dociekliwi Czytelnicy

zechcą się zastanowić, czy potrzebne są kon−

densatory C1 i C2.

Do omawianej grupy należałoby także za−

liczyć trzy kolejno nadsyłane propozycje

Jacka Koniecznego z Poznania, który pro−

ponuje ekwilibrystykę z bramkami XOR,

OR, kluczami analogowymi DG442 i kostką

LM3914.

Rys. 9

Rys. 10

Rys. 11

Fot. 10 Sterownik

Mariusza Ciszewskiego

Układy licznikowe

Dwa podobne układy z licznikiem dwukie−

runkowym nadesłali Łukasz Fortuna zWo−

łowej ( Fortuna.gif ) i Rafał Kobylecki

z Czarnowa ( Kobylecki.gif ). Uproszczony

schemat blokowy ilustrujący pomysł jest po−

kazany na rysunku 13 . Łukasz chce wyko−

rzystać kostkę CMOS 4510, Rafał – CMOS

4029. Wszystkie kontaktrony są tu połączone

równolegle i licznik liczy na przemian w górę

i w dół. Dekoder jest typu 1 z N i zawsze

świeci tylko jedna lampka.

Elektronika dla Wszystkich

Ω

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: