ساخت فلاشر پلیسی LED

در این آموزش نحوه طراحی و ساخت فلاشر پلیسی LED با استفاده از آی سی NE555 و آی سی ۴۰۱۷CD را آموزش می دهیم. این مدار به گونه ای طراحی شده که شباهت زیادی به فلاشرهای پلیسی واقعی دارد و فقط به صورت ساده خاموش و روشن نمی شود.

تصویر ۱. نمونه مدار مونتاژ شده فلاشر پلیسی LED بر روی برد سوراخ دار

بررسی آی سی NE555

آی سی تایمر NE555 یکی از جذاب ترین و پرکاربردترین آی سی های موجود در دنیای الکترونیک می باشد. با استفاده از این آی سی می توان شکل موج های مختلف را تولید کرده و از آن در مدارات و پروژه های مختلف استفاده کرد، مانند: نوسان ساز آستابل(Astable Multivibrator)، نوسان ساز بای ستابل(Bistable Multivibrator)، نوسان ساز مونو استابل(Monostable Multivibrator)، اشمیت تریگر، ژنراتور PWM، مدار چشمک زن LED و بسیاری کاربردهای دیگر… .

یکی از کاربردهای آی سی NE555 در ساخت فلاشر پلیسی LED می باشد. در ساده ترین حالت فلاشر پلیسی، LED ها به صورت پشت سر هم خاموش و روشن می شوند، اما با کمی بررسی و تغییر در این مدار، همان طور که گفته شد می توان این فلاشر پلیسی را به واقعیت نزدیک تر کرد.

بررسی آی سی CD4017

آی سی CD4017 یک آی سی گیت منطقی می باشد که شامل تعدادی فلیپ فلاپ نوع D بوده و از آن برای شمارش دهدهی استفاده می شود. در تصاویر زیر وضعیت پین های خروجی و دیاگرام زمانی آی سی CD4017 را مشاهده می کنید:

تصویر ۲. پین های خروجی آی سی CD4017

تصویر ۳ . دیاگرام زمانی پین های آی سی CD4017

با بررسی دیاگرام زمانی آی سی CD4017 می توان نحوه عملکرد آن را متوجه شد. با توجه به این دیاگرام که در تصویر ۳ آمده است، پین RESET باید در وضعیت LOW قرار داشته باشد، تا خروجی های آی سی فعال باشند. در ابتدا با روشن شدن آی سی، خروجی “۰” در وضعیت HIGH قرار دارد. با اعمال کلاک پالس به ورودی clock، به ازای هر لبه بالارونده در کلاک، مقدار HIGH به ترتیب به خروجی های “۱” تا “۹” منتقل می شود. برای اینکه لبه بالارونده در کلاک پالس، باعث ایجاد تغییر در خروجی شود، باید پین clock enable در وضعیت LOW قرار داشته باشد. در صورتی که این پین در وضعیت HIGH قرار بگیرد، پین های خروجی وضعیت فعلی خود را حفظ می کنند.

شماتیک مدار فلاشر پلیسی LED

در تصویر ۴ شماتیک مدار و نحوه اتصال بخش های مختلف آن را مشاهده می کنید:

تصویر ۴ . شماتیک مدار فلاشر پلیسی LED

قطعات مورد نیاز

نام قطعه	تعداد
آی سی تایمر NE555	۱ عدد
آی سی CD4017	۱ عدد
LED 5mm رنگ آبی	۱۲ عدد
LED 5mm رنگ قرمز	۱۶ عدد
مقاومت ۱۰ کیلو اهم	۳ عدد
مقاومت ۱۰۰ اهم	۱ عدد
مقاومت ۲۲ اهم	۱ عدد
پتانسیومتر ۱۰۰ کیلو اهم	۱ عدد
خازن الکترولیت ۱ میکرو فاراد	۱ عدد
خازن عدسی ۱۰ نانو فاراد	۱ عدد
دیود ۱N4148	۶ عدد
ترانزیستور PN2222 NPN	۲ عدد
سوکت آی سی ۸pin	۱ عدد
سوکت آی سی ۱۶pin	۱ عدد
ترمینال پیچی KF301-2pin	۱ عدد

اتصالات سخت افزاری مدار

پین های شماره ۴ و ۸ آی سی NE555 که به ترتیب مربوط به RESET و VCC هستند، به تغذیه مثبت مدار(VCC) که در اینجا می تواند بین ۹ تا ۱۲ ولت باشد، متصل می شوند.

پین شماره ۷ که پین Discharge است، توسط یک مقاومت ۱۰ کیلو اهم به VCC متصل می شود. پین شماره ۶ پین Threshold است، یک پتانسیومتر ۱۰۰ کیلو اهم مابین پین های ۶ و ۷ متصل می شود. همچنین پین شماره ۲ که پین Trigger است، به پین شماره ۶ متصل می شود.

خازن ۱uf که مربوط به charge/discharge است، بین پین شماره ۶ و زمین قرار گرفته است.

پین شماره ۵ که پین Control Voltage است، مورد استفاده قرار نمیگیرد و توسط یک خازن ۱۰ نانو فاراد به زمین منصل می شود.

پین شماره ۳ آی سی NE555 که پین خروجی می باشد، به پین کلاک ورودی آی سی ۴۰۱۷ که پین شماره ۱۴ است، متصل می شود. پین شماره ۱۶ آی سی۴۰۱۷ پین تغذیه بوده و به VCC متصل می شود و پین های شماره ۸، ۱۳ و ۱۵ (VSS و Clock Inhibit و Reset) به زمین متصل می شوند.

ما در اینجا از ۶ خروجی آی سی ۴۰۱۷ برای کنترل LED ها استفاده می کنیم. خروجی های ۰، ۲ و ۴(پین های شماره ۳، ۴ و ۱۰) برای کنترل LED های قرمز رنگ و خروجی های ۵، ۷ و ۹(پین های شماره ۱، ۶، ۱۱) برای کنترل LED های آبی رنگ استفاده می شوند. همه این ۶ خروجی با استفاده از دیودهای فست ۱N4148 به LEDها متصل شده اند.

تصویر ۵ . نمونه مدار مونتاژ شده بر روی برد سوراخ دار

دلیل اینکه در این مدار تعداد LED های قرمز و آبی برابر نیست، مربوط به forward voltage و توان مصرفی آنها می باشد. مقدار forward voltage مربوط به LED 5mm قرمز رنگ تقریبا برابر با ۲ ولت و این ولتاژ برایLED 5mm آبی رنگ تقریبا برابر با ۳.۲ ولت می باشد، به همین دلیل LED های آبی رنگ در ۴ ستون سه تایی و LED های قرمز رنگ در چهار ستون چهارتایی قرار گرفته اند و در نهایت مجموع هر کدام از آنها به یک ترانزیستور PN2222 متصل می شود.

با توجه به اینکه ما در این مدار قصد ساخت فلاشر پلیسی LED واقعی را داریم، در نتیجه از تعداد بالایی LED استفاده می کنیم و چون خروجی آی سی CD4017 توانایی فراهم کردن جریان مورد نیاز برای این تعداد از LED ها را ندارد، لذا باید از ترانزیستور برای تقویت جریان استفاده کنیم.

انتخاب مقدار مقاومت ۲۲ اهم که به صورت سری با LED های آبی رنگ و مقاومت ۱۰۰ اهم که به صورت سری با LED های قرمز رنگ قرار گرفته، طبق محاسباتی انجام شده است. برای اینکه متوجه نحوه انجام این محاسبات شوید، مقاله (( نحوه محاسبه مقاومت مورد نیاز برای راه اندازی LED ها)) را مطالعه کنید و بعد از آن، به عنوان تمرین، مقادیر این مقاومت ها را خودتان حساب کنید.

در انتخاب ترانزیستور هم می توانید از هر ترانزیستور نوع NPN که توانایی فراهم کردن جریان بالاتر از ۱۰۰ تا ۱۵۰ میلی آمپر را دارد استفاده کنید(فقط به وضعیت پایه های ترانزیستور دقت کنید).

نحوه عملکرد مدار فلاشر پلیسی LED

به طور معمول آی سی NE555 در وضعیت نوسان ساز آستابل کار می کند(یعنی حالت پایدار وجود ندارد و مدار دائما بین دو حالت نوسان می کند). در این وضعیت هم Duty Cycle و هم فرکانس بین دو حالت در حال تغییر هستند. ما در این آموزش از تغییرات فرکانس استفاده می کنیم.

با توجه به قطعات به کار رفته در مدار، فرکانس خروجی مدار تقریبا بین ۶ هرتز تا ۱۵۰هرتز تغییر می کند. همچنین خروجی آی سی NE555 به عنوان کلاک ورودی آی سی شمارنده ده تایی۴۰۱۷ عمل می کند.

زمانی که سیگنال کلاک از وضعیت LOW به HIGH تغییر می کند، یعنی یک لبه بالارونده در آن ایجاد می شود، خروجی شمارنده ده تایی ۱ واحد افزایش می یابد. حال با توجه به اینکه ما فرکانس خروجی آی سی NE555 را به گونه ای تنظیم کردیم که همواره در حال تغییر است، در نتیجه خروجی شمارنده ۴۰۱۷ نیز مطابق با این فرکانس تغییر می کند.

این مدار بر روی برد سوراخ دار مونتاژ و عملکرد صحیح آن تست شده است. شماتیک و PCB پیشنهادی در این مقاله، در نرم افزار Altium Designer طراحی شده و همچنین شبیه سازی مدار در نرم افزار پروتئوس انجام شده است. شما در انتهای همین مقاله این اطلاعات را دانلود نمایید.

تصاویر PCB را در ادامه مشاهده می کنید:

تصویر ۶ . PCB طراحی شده برای مدار فلاشر پلیسی LED در حالت دو بعدی

تصویر ۷. PCB طراحی شده برای مدار فلاشر پلیسی LED در حالت سه بعدی

تصویر ۸. PCB طراحی شده برای مدار فلاشر پلیسی LED در حالت سه بعدی

تصویر ۹. PCB طراحی شده برای مدار فلاشر پلیسی LED آماده برای چاپ به روش اتو

امیدواریم این آموزش اطلاعات مناسبی را در اختیار شما قرار داده باشد. با ارائه نظرات، پیشنهادات و انتقادات خود ما را در هرچه بهتر شدن ارائه مطالب یاری کنید.

شما می توانید اطلاعات کامل این مقاله شامل موارد زیر را از بخش ((فایل PCB و اطلاعات کامل فلاشر پلیسی LED)) دانلود کنید: