orologio 3d a led

Gadget
COSTRUIAMO UN
OROLOGIO 3D
A LED
Rivisitazione in
chiave moderna
della meridiana:
funziona senza
sole e disegna
tre ombre,
corrispondenti
ad ore, minuti e
secondi.
di BORIS LANDONI
S
e vi domandassimo come
è fatto un orologio senza
lancette, senza parti in movimento, instintivamente il grosso
di voi risponderebbe che è un
orologio a cristalli liquidi, con
display a LED o con le nixie, o
che magari proietta le ore su un
muro. Ebbene, quasi nessuno
immaginerebbe che c’è un altro
modo per realizzare un orologio
allo stato solido, a parte usare la
meridiana, s’intende; in queste
pagine vi spieghiamo come farlo.
Più esattamente vi proponiamo
il progetto di un orologio che
funziona ad ombre, il cui principio di funzionamento è analogo
a quello della meridiana, solo che
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Schema a blocchi
nel circuito e può essere impostata mediante comuni pulsanti,
tramite una procedura molto
semplice. Per rendere più evidenti le lancette conviene impiegare
diodi luminosi a ristretto angolo
di emissione, in modo che la luce
punti dritta verso l’astina centrale invece che vedersi dal davanti;
infatti in questo caso disturberebbe la visione del quadrante,
mentre usando LED trasparenti a
ristretto angolo di emissione essi
non fanno praticamente luce di
lato ed appaiono spenti.
ANELLO SECONDI
ANELLO MINUTI
ANELLO ORE
SOSTEGNO
catodi
anodi
UNITÀ BASE
funziona senza il sole, in quanto l’ora si legge meglio al buio.
Inoltre, rispetto alla meridiana
presenta il vantaggio di mostrare, oltre alle ore, i minuti e i
secondi. Il nostro orologio sfrutta
una struttura provvista di diodi
luminosi che proiettano luce in
modo da disegnare delle lancette
virtuali. L’idea che sta alla base è
molto originale e si basa sul proiettare luce verso un’asta posta
al centro del quadrante, in modo
che l’ombra creata disegni la
lancetta. Il nostro orologio dispone di tre strati di led disposti in
cerchio e puntati verso l’interno
del quadrante, ognuno destinato
a proiettare una lancetta sul fondo, perciò visualizza ore, minuti
e secondi. Certo, a guardarlo
non si direbbe che si tratta di un
orologio, ma sembra piuttosto un
soprammobile...una torta elettronica di Led a più strati, la miniatura di un’arena o il fantascientifico Stargate dell’omonimo film.
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Ottobre 2010 ~ Elettronica In
COME FUNZIONA
Il nostro orologio sfrutta un
principio molto semplice: quello
della proiezione dell’ombra creata dall’illuminazione di un’asta
perpendicolare al quadrante
mediante diodi luminosi posti
leggermente inclinati rispetto
al piano del quadrante stesso;
l’inclinazione dipende dalla
lunghezza che si vuol dare alle
lancette. I LED sono su tre piani,
cioè uno per le ore, uno per i minuti e l’ultimo per i secondi. Ogni
piano conta 12 diodi, in modo
da poter proiettare le 12 ore, i
minuti a scatti di 5 ed i secondi
anch’essi a scatti di 5. Ogni fila
viene accesa indipendentemente
e il diodo illuminato illumina
l’asta posta al centro del quadrante, proiettando l’ombra corrispondente alla propria lancetta.
L’ora viene mantenuta in un
modulo RTC (Real Time Clock)
ossia un vero e proprio orologio
digitale appositamente installato
SCHEMA ELETTRICO
Il circuito che controlla l’orologio è abbastanza semplice e
viene gestito interamente da
un microcontrollore, che ha la
funzione di interrogare ciclicamente il modulo RTC siglato
U3 e preparare i dati in modo
da visualizzare l’ora nel formato sessagesimale; in pratica il
firmware del micro non fa altro
che estrarre dai dati sull’orario
il valore delle ore, quello dei minuti e quello dei secondi, quindi
accendere un LED per ciascuno.
Il fatto che, poi, il led non sia
visibile direttamente ma disegni
un’ombra, è irrilevante ed ha
senso solo ai fini dell’orientamento dei LED, ognuno dei quali
deve accendersi nella direzione
opposta a quella corrispondente.
Ad esempio se bisogna indicare
le 3, dei 12 riservati alle ore deve
essere acceso quello delle 9, in
quanto proietta luce contro l’asta
posta al centro del quadrante
fino a mostrare un’ombra che
punta sulle 3. Tutto chiaro?
Bene, vediamo adesso come si
ottiene la proiezione: per risparmiare elettricità e soprattutto
linee di I/O, abbiamo optato per
un controllo in multiplex; diversamente, per accendere 12 diodi
per le ore, altrettanti per i minuti
ed altri 12 per i secondi, sarebbe-
anche in questo caso la caduta
a circa 0,5 V. In totale si perde 1
volt, il che è più che accettabile.
I line-driver che chiudono a
massa i catodi dei LED sono
contenuti in due integrati
ULN2003, ognuno dei quali ne
contiene sette, composti ciascuno
da una coppia di transistor NPN
connessa a Darlington, la cui
[schema elettrico - unità base]
ro occorse ben 36 linee, che il micro con cui abbiamo voluto gestire il circuito (il noto PIC16F876A)
non può offrirci. Senza contare
che aggiungendo i pulsanti per le
impostazioni (tre, in questo caso)
e l’interfaccia di comunicazione
seriale usata per acquisire i dati
del modulo RTC, le linee di I/O
di cui il microcontrollore dovrebbe disporre salirebbero a più di
40.
Con la tecnica multiplex riusciamo a limitare ad appena 15 le
linee richieste dal controllo del
visualizzatore: 12 per i LED e tre
per accendere alternativamente
lo strato delle ore, quello dei minuti e quello dei secondi. Le linee
corrispondenti ai tre gruppi di 12
LED sono RA0, RA1, RB0, RB1,
RB4, RB5, RB6, RB7, RC0, RC1,
RC2, RC3; tutte sono state dotate
di un line-driver composto da
un Darlington NPN, dato che
la corrente erogabile dai pin di
I/O del microcontrollore da sola
non basterebbe. Questo perché
altrimenti la caduta su di esse
potrebbe impedire di raggiungere il valore di corrente necessario
a far illuminare i diodi correttamente. Infatti per gestire i LED in
multiplex ognuno deve essere comandato da una linea che chiude
verso massa il catodo ed una che
alimenta l’anodo; considerando
che le linee di I/O del PIC16F876
in corrispondenza dei 25 mA che
ci servono a far funzionare i LED
con una discreta luminosità possono causare una caduta anche
di 1,5 volt su ogni I/O, sarebbe
difficile ottenere la tensione che
serve a far illuminare i LED, in
special modo quelli blu, che a 25
mA richiedono circa 3,5 V.
Inserendo un line-driver verso
massa riduciamo la caduta a
linea attivata a circa 0,5 V; alimentando l’anodo di ogni LED
con un transistor NPN invece che
con un I/O del micro, riduciamo
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