Уявіть собі сірник, яка після чирканья по коробку спалахує, але не загоряється. Який зиск від такої сірники? Вона стане в нагоді в театральних постановках і її можна давати дітям (які не повинні грати з вогнем). Електронна сірник – це саме такий пристрій, оскільки ви повинні чиркнути по коробку і тільки тоді вона “спалахне”. Для цього в пристрої є котушка індуктивності (на сірнику) і прихований магніт (всередині коробка). На рис. 5.17 зображена блок- схема нашої сірники.

Рис. 5.17. Блок-схема електронної сірники

Специфікація проекту

Мета – створити “акумуляторну сірник”, для запалювання якої потрібно чиркнути по коробку. Електронна сірник, як і звичайна, повинна запалюватися на короткий час і потім гаснути. Це, здавалося б, абсолютно марна пристрій, тим не менш, знаходить безліч застосувань (як у театрі, так і для дітей).

Опис пристрою

Оскільки сірник повинна загорятися після чирканья по коробку, то виникають два питання: як подати живлення на неї і як створити сигнал запуску, запалювати сірники. Для живлення сірники є кілька способів. Цілком природним варіантом можуть бути батарейки. Однак при цьому потрібно вмикач і, що ще важливіше, вирішення проблеми, ‘як сірник вимикати? Зрозуміло, програма мікроконтролера може вимкнути сірник через певний час, але від цього процес горіння сірника позбудеться елемента випадковості. Тому батарею ми вирішили замінити іоністорів. Іоністор може запасти велику кількість енергії, якої вистачить для живлення пристрою. Перевага такого підходу в тому, що іоністор буде природним чином розряджатися через схему, і таким чином сірник згасне сама.

Друге питання: як запустити горіння сірника. Для цього використовується простий трюк з котушкою індуктивності. Як ми вже знаємо, переміщення котушки в магнітному полі створює напругу на її висновках. Якщо швидкість зміни магнітного поля досить велика, то генерується напруги буде достатньо для виклику переривання мікроконтролера, а далі мікроконтролер зробить все, що нам потрібно.

На рис. 5.18 приведена принципова схема пристрою. Для живлення сірники обраний іоністор на 10 Ф. Його напруга робоче 2,7 В, т. Е. Його можна зарядити до цієї напруги, що дозволяє запасти заряд в 27 кулонів. Для зарядки иони- стору передбачена зовнішня батарея (найкраще підходять дві послідовно з’єднані лужні або нікель-металогідридні батареї по 1,5 В). Іоністор підключений до перетворювача МАХ756, який видає 5 В. МАХ756 можна налаштувати і для видачі 3,3 В, але нам потрібно управляти білим світлодіодом, а для цього 3,3 В недостатньо. Для роботи перетворювач використовує котушку L1 (22 мкГн) і діод Шотткі (1Ν5819). Після того як іоністор зарядиться вище 1,2 В, перетворювач видає напругу 5 В на мікроконтролер Tinyl3. Мікроконтролер отримав харчування і чекає зовнішнього запуску. Сигнал запуску приходить з котушки L2, індуктивність якої набагато більше- 150 мГн. Коли сірник чиркають по коробку з прихованим магнітом, котушка видає сплеск напруги. Діод захищає мікроконтролер від викидів негативною полярності. Після запуску мікроконтролер виконує код програми, яка випадковим чином запалює світлодіод (точно так само, як у проекті світлодіодним свічки). Світиться світлодіод споживає набагато більше енергії, ніж мікроконтролер, тому іоністор швидко розряджається. Після падіння напруги іоністори нижче 0,7 В перетворювач вимикається, мікроконтролер припиняє роботу і сірник “гасне”. У пристрої використано білий десятиміліметрового світлодіод, але підійде і п’ятиміліметровий.

Рис. 5.18. Принципова схема електронної сірники

Конструкція

Компонування плати в програмі EAGLE (і принципову схему) можна завантажити за посиланням: www.avrgenius.com/tinyavrl.

Друкована плата для цього пристрою нестандартна (через специфічних вимог). Плата (рис. 5.19) спроектована так, щоб вона була довгою і вузькою (що нагадує сірник) і укладена в прозору трубку з оргскла (рис. 5.20). Спочатку на плату були припаяні всі компоненти в корпусах SMD, а потім всі інші компоненти. Довжина трубки обрана такою, щоб світлодіод виступав з неї. Світлодіод залитий термоклеем, який можна забарвити в червоний колір.

Рис. 5.19. Друкована плата електронної сірники

Рис. 5.20. Електронна сірник в зборі

Програмування

Відкомпільований код проекту (разом з файлом MAKEFILE) можна завантажити за посиланням: www.avrgenius.com/tinyavrl.

Тактова частота дорівнює 1,6 МГц. Головний нескінченний цикл програми приведений в лістингу 5.5. Якщо змінна mode має значення on, то система генерує

псевдовипадкову змінну l’fsr (за допомогою 32-розрядного зсувного регістру LFSR з відводами від 32-го, 31-го, 29-го та першого розрядів). Це значення записується в змінну temp (щоб зберегти останнім стан LFSR), а значення temp виводиться на PORTB. Затримка системи теж залежить від temp і тому вона також псевдовипадковий.

while(1)

{

ί = 1; // 3το зроблено для ігнорування всіх переривань до цього if (mode == ON)

{

// Галуа

lfsr = (lfsr » 1) 74 (-(lfsr Sc lu) Sc OxdOOOOOOlu);

/ * Відводи 32 31 29 1 * / temp = (unsigned char) lfsr;

DDRB= -temp;

PORTB = temp;

temp = (unsigned char)

(lfsr » 24);

_delay_loop_2 (temp«7) ;

}

}

Значення змінної mode глобально встановлюється в off. Головна програма встановлює змінну i в 1. Коли сірником чиркають по коробку, в котушці виникає імпульс напруги, який перериває процесор, і виконується процедура обробки переривання pcinto. У коді цієї процедури значення mode встановлюється в on, а маски gimsk і pcmsk встановлюються в охоо за допомогою процедури обробки переривання (лістинг 5.6). Після повернення в головну програму в нескінченному циклі виконується код LFSR, який запалює світлодіод випадковим чином.

ISR (PCINTO_vect)

{

if (i==l)

{ mode = ON;

GIMSK = 0x00;

PCMSK = 0x00;

}

}

Решті код – різні ініціалізації, які задають значення для використовуваних в програмі масок і змінних.

Робота пристрою

Для користування сірником потрібно мати спеціальний коробок з прихованим магнітом. Полярність магніту (який полюс магніту спрямований назовні) також важлива. Іоністор в сірнику потрібно спочатку зарядити. Для цього ми використовуємо дві з’єднані послідовно батарейки розміру АА. Після підключення батарейок до иони- сторі для його повної зарядки може знадобитися деякий час. Після зарядки іоністори (це можна перевірити, вимірявши напругу на ньому, яке для нормальної роботи сірники повинно бути не менше 2 В) можна чиркнути сірником по коробку. Як ви здогадуєтеся, не обов’язково “фізично” чиркати сірником по коробку. Якщо ви швидко махнете сірником поруч з коробкою, в котушці з’явиться сплеск напруги і пристрій спрацює. Якщо вам не вдається змусити сірник працювати належним чином, подивіться відеозапис за посиланням: www.avrgenius.com/tinyavrl.

Джерело: Гадре, Д., Цікаві проекти на базі мікроконтролерів tinyAVR / Дхананья Гадре, Нігула Мелхотра: Пер. з англ. – СПб .: БХВ-Петербург, 2012. – 352 с .: іл. – (Електроніка)