s.valentino - Elettronica In

Gadget
IL CUSCINO DI
S. VALENTINO
di BORIS LANDONI
L
a festa degli innamorati di tutto il
mondo (ed anche, è inevitabile, del commercio
che gli gira intorno...)
è, come ogni anno, il
momento per pensare
a qualcosa di originale
che possa fare colpo o
stupire. I più fantasiosi possono attingere
all’instancabile vena
creativa di chi produce
gadget d’ogni genere,
ma noi elettronici non
perdiamo l’occasione
per strabiliare unendo
questo e quel componente per creare animazioni di vario
genere. Come
ogni anno, cerchiamo di proporre
un progetto a tema
e stavolta abbiamo
pensato a qualcosa di
davvero originale, che
coniuga la tradizione
con la tecnologia: si
tratta di un cuscino
con “cucite” degli EL
Wire. Il cuscino naturalmente lo scegliete
voi e potete applicargli poi gli EL Wire,
che sono delle strisce
elettroluminescenti,
disponibili anche in
forma di filamenti (sempre elettroluminescenti)
che utilizziamo per la
prima volta con questo
progetto. Nel nostro
progetto utilizziamo
proprio dei filamenti,
cogliendo l’occasione
per spiegarvi cosa sono
e in che modo si accendono. Gli EL Wire, in
un numero massimo di
6, vengono controllati da una scheda
che descriveremo nei
prossimi
Ricamiamo un
cuscino con
un messaggio
diretto alla persona
amata fatto di filo
elettroluminescente
pilotato da una
scheda che lo
farà accendere
creando un effetto
suggestivo.
Elettronica In ~ Febbraio 2016
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paragrafi e che è basata su un microcontrollore PIC e degli integrati driver specifici.
IL PROGETTO
Ma andiamo con ordine: siamo
partiti dall’idea di realizzare una
scritta “d’amore” con degli EL
Wire; la soluzione più comoda
sarebbe stata quella di adottare
l’immancabile scheda Arduino,
visto che in commercio esistono
diversi shield che permettono di
realizzare vari effetti luminosi e
che contengono un driver specifico funzionante a 110 Vca; tale
tensione è richiesta dai filamenti
o strip elettroluminescenti per accendersi. L’alta tensione poi viene
pulsata ed eventualmente parzializzata mediante fototriac.
Ovviamente questa soluzione va
bene se gli EL Wire da pilotare
sono molto lunghi e quindi al
driver da utilizzare è richiesta
una buona potenza. Il difetto di
tale soluzione è che lo shield non
integra l’elevatore di tensione, ma
richiede che l’alta tensione gli sia
fornita da un dispositivo esterno
(che può essere opportunamente
calibrato in base alle esigenze).
Volendo una soluzione più economica e compatta (Arduino e
gli shield occupano spazio e nel
nostro cuscino non ce nè tantissimo...) abbiamo cercato cosa
offriva il mercato ed abbiamo
trovato una famiglia di driver per
EL wire sviluppata da Microhip
(www.microchip.com/ParamChartSearch/Chart.aspx?branchID=9020);
alcuni driver sono stati sviluppati
-e non è casuale- dopo l’acquisto di
Supertex (azienda che produce e
commercializza driver per fogli e
strip elettroluminescenti) da parte
della stessa Microchip. Quindi
dove altro avremmo potuto orientare la nostra ricerca?
Tra questi driver ne esistono alcuni con costi molto bassi e che non
necessitano di bobine esterne per
il funzionamento dei converter
necessari all’elevamento di tensione; tra essi abbiamo trovato quello
Il driver EL Wire di Microchip
Per pilotare gli EL Wire serve una
tensione relativamente alta, idealmente di un centinaio di volt, e una
corrente di pochissime decine di
milliampere, sufficienti a sviluppare potenze discrete. Nel nostro
progetto la tensione viene fornita
da un componente Microchip
siglato HV852, che contiene un
elevatore di tensione che alimenta
un driver a ponte H realizzato a
MOSFET, i cui transistor vengono
fatti commutare grazie a un segnale di clock sdoppiato fornito da
un oscillatore interno (o prelevabile dall’esterno tramite il piedino
CLKIN) e poi elevato di livello
grazie a un traslatore.
L’oscillatore può lavorare a una
frequenza compresa tra 50 e 500
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Febbraio 2016 ~ Elettronica In
Hz, definita dalla resistenza collegata tra il piedino REL e il positivo
di alimentazione del chip; in tale
range di frequenza deve rientrare
l’eventuale segnale fornito da una
fonte di clock esterna.
Se si opta per il generatore di clock
interno, la frequenza di lavoro
(f) va calcolata con la formula
seguente:
(1,5MΩ) x (250Hz)
f = ------------------------------------REL
Ricordiamo che f è la frequenza
della tensione alternata fornita tra
i punti VA e VB, che costituiscono
le uscite del ponte e che alimentano l’EL Wire.
da noi utilizzato nel progetto, che
è l’HV852.
Questo integrato è l’ideale per
il nostro progetto e se proprio
vogliamo, possiamo trovargli un
piccolo difetto: quello di non poter pilotare grossi carichi, quindi
la lunghezza massima di un EL
wire deve essere non superiore a
circa 1 metro. E qui apriamo una
parentesi: le strisce o filamenti
elettroluminescenti sono formati da due superfici variamente
sagomate, una delle quali rivestita
da materiale elettroluminescente,
tra le quali si applica una differenza di potenziale di valore tale
da innescare la fluorescenza; in
altre parole, quando il campo
elettrico supera un certo livello la
struttura atomica del materiale
fosforescente viene alterata e gli
elettroni periferici, debolmente
legati al nucleo, vengono estratti
dall’azione del campo elettrico,
ma poi all’inversione di polarità
della tensione di alimentazione
(che è alternata) ritornano nei loro
legami e restituiscono l’energia
ricevuta sotto forma di fotoni,
generando quindi della luce.
Questo fenomeno comporta un
certo assorbimento di corrente
che dipende dalla superficie degli
elettrodi, perciò, a parità di larghezza, più un EL Wire è lungo o
esteso in superficie, maggiore è la
corrente che richiede.
L’adozione dei driver Microchip
risparmia hardware, perché utilizzando dei driver comuni bisogna
innanzitutto generare il segnale di
controllo, poi produrre i 110 Vca
e parzializzare la tensione alternata mediante dei TRIAC disaccoppiati tipicamente mediante
fotoaccoppiatori; tutto questo
può essere semplificato grazie
all’HV852, driver che permette di
fare a meno di TRIAC (e quindi
fotoaccoppiatori ed eventuali
DIAC) e dei driver di potenza.
Con l’eliminazione di tutti questi
[schema ELETTRICO]
componenti siamo riusciti ad
ottenere un circuito in grado
di pilotare fino a sei EL wire, il
tutto gestito da un PIC16F1574, in
dimensioni un po’ più ridotte di
quelle di una carta di credito.
SCHEMA ELETTRICO
Passiamo ad analizzare il circuito elettronico, che è basato sul
PIC16F1574 perché ha le caratteristiche che fanno al caso nostro: è
basato su un’architettura ad 8 bit
con una buona potenza di calcolo
(elabora fino a 8 MIPS) e dispone
di ben 4 moduli PWM indipendenti a ben 16 bit, con cui è possibile
pilotare i driver per ottenere
effetti luminosi particolari. Per il
momento abbiamo progettato il
firmware senza utilizzare i PWM,
ma semplicemente costruiamo una
sequenza di attivazione delle linee
di I/O del microcontrollore, tutte
sul registro RC, che sono RC0, RC1,
RC2, RC3, RC4 ed RC5. Tutte sono
inizializzate come uscite.
La linea RA2 viene inizializzata
come ingresso e serve al firmware
per rilevare la pressione del pulsante P1, ovvero della chiusura
dei contatti CNP1, che può avvenire ad opera di un dispositivo
esterno che provvede al telecomando; a riposo, la linea viene
mantenuta a livello logico alto dal
resistore di pull-up R7. Il pulsante
e in generale l’RA2 del micro, è
disponibile (previa implementazione nel firmware) per scegliere
tra più effetti luminosi composti
dai sei EL Wire.
La RA5 viene inizializzata come
uscita per il comando del LED
LD1, che provvederà alle segnalazioni di stato durante il funzionamento del circuito.
Il firmware viene caricato on-board una volta montato il microcontrollore, tramite il consueto
connettore ICSP, cui fanno capo le
linee Vpp (tensione di programmazione) PGC (clock della connes-
sione dati seriale) e PGD (canale
dati per la programmazione).
L’alimentazione dell’intero circuito viene prelevata dai contatti
+/- PWR, cui si fornisce una
tensione di valore compreso tra
9 e 12 volt; il diodo D1 protegge
dall’inversione di polarità il resto
del circuito, ovvero il regolatore
integrato U8, il quale, contornato
dai condensatori che filtrano l’alimentazione da disturbi impulsivi
ed eventuali ripple (C7 e C8 valgono per l’ingresso e C9-C10 per
l’uscita), fornisce 5 volt stabilizzati
al microcontrollore e ai sei driver
per EL Wire.
E veniamo proprio ai driver, per
spiegare come vengono utilizzati:
ognuno contiene un elevatore di
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