Двухканальный стробоскоп

Это устройство создаёт яркие вспышки двух импульсных газоразрядных ламп по заложенной программе или в такт звучащей музыке. Оно предназначено для украшения небольших вечеринок и дискотек, а также новогодних и других праздников. Обеспечена изоляция устройства управления от высоковольтных цепей, что повышает безопасность использования стробоскопа на многолюдных развлекательных мероприятиях.

Рис. 1

Стробоскоп состоит из блока управления и двух импульсных осветительных приборов. Оба прибора собраны по одной и той же схеме, изображённой на рис. 1. Источником света в каждом из них служит импульсная газоразрядная лампа ИФК-120 (VL1), разработанная для фотовспышек и в прошлом широко в них использовавшаяся. Сегодня она довольно часто применяется в любительских конструкциях стробоскопов.

Яркая вспышка лампы VL1 получается при дуговом электрическом разряде в заполняющем её газе. Предварительно электрическая энергия накапливается в подключённом параллельно разрядному промежутку лампы конденсаторе, в данном случае С2. В промежутках между вспышками конденсатор заряжается от сети переменного тока напряжением 220 В через выпрямительный диод VD1 и ограничивающую зарядный ток группу из десяти соединённых параллельно одноваттных резисторов R5—R14. В конце зарядки напряжение на конденсаторе достигает амплитуды сетевого — около 300 В.

 
Для начальной ионизации заполняющего лампу газа, инициирующей дуговой разряд, служит так называемый "поджигающий" электрод, представляющий собой металлическое напыление на наружной поверхности колбы лампы. К этому электроду подключена вторичная, повышающая обмотка импульсного трансформатора Т1. Его первичная обмотка соединена через тринистор VS1 с конденсатором С1, который заряжается одновременно с конденсатором С2. Резисторы R1 и R4 образуют делитель напряжения, не дающий напряжению на аноде тринистора VS1 достичь значения, достаточного для самопроизвольного открывания его или управляющего им фотодинистора, находящегося в блоке управления.

 
Этот фотодинистор открывается по сигналу имеющегося в блоке управления микроконтроллера и соединяет цепи +УПР и -УПР. Через резистор R2 на управляющий электрод тринистора VS1 поступает напряжение заряженного конденсатора С1 и тринистор открывается, подключая конденсатор С1 к первичной обмотке трансформатора Т1. В результате разрядки конденсатора через первичную обмотку на вторичной обмотке трансформатора формируется импульс амплитудой в несколько киловольт, поступающий на поджигающий электрод лампы VL1. В ней происходит вспышка, расходующая всю энергию, накопленную в конденсаторе С2, и разряжающая его. Далее процесс повторяется.

Рис. 2

 
Схема блока управления стробоскопа показана на рис. 2. Его основной элемент — микроконтроллер DD1 PIC12F675, который на своих выходах GP4 и GP5 создаёт согласно записанной в него программе последовательность импульсов для управления лампами-вспышками. Эти импульсы, протекая через излучающие диоды оптро-новШ и U2, приводят к открыванию фо-тодинисторов этих оптронов. Каждый открывшийся фотодинистор замыкает цепь управления осветительного прибора, к которому он подключён, что вызывает вспышку света. Светодиоды HL1 и HL2 дублируют создаваемые вспышки, позволяя налаживать блок управления и отлаживать программу микроконтроллера, не включая высоковольтные осветительные приборы.

 
Управляют режимами работы стробоскопа с помощью кнопок SB1 ("Муз./ Авто") и SB2 ("Пуск/ Стоп"), подключённых соответственно к входам GP2 и GP3 микроконтроллера. Поскольку вход GP3 не имеет внутреннего резистора, соединяющего его с плюсом питания, установлен внешний резистор R9.

 
После включения питания устройство начинает работу в автоматическом режиме. На выводах микроконтроллера 2 и 3 появляются одиночные импульсы длительностью 50 мс или серии таких импульсов. Всего в программе заложены четыре автоматически сменяющихся световых эффекта.

Первый — четыре вспышки с периодом 150 мс первого (подключённого к линиям +УПР1 и -УПР1) светового прибора, затем через паузу четыре такие же вспышки второго (подключённого к линиям +УПР2 и -УПР2) светового прибора и так далее. Повторяются 10 раз.

Второй — чередующиеся одиночные вспышки первого и второго приборов. Повторяются 30 раз.
Третий — одновременные вспышки обоих приборов. Повторяются 30 раз.
Четвёртый — чередующиеся серии из двух вспышек первого и второго приборов. Повторяются 20 раз.

 
Длительность пауз между вспышками или их сериями в пределах от 100 до 2000 мс регулируют переменным резистором R12 ("Скорость"), движок которого соединён с выводом 7 микроконтроллера, служащим входом встроенного АЦП. Программа загружает результат выполненного АЦП преобразования в счётчик циклов, определяющий длительность паузы. Чем выше напряжение на входе АЦП, тем длительнее пауза-Нажатие на кнопку SB1 ("Муз./Авто") переключает устройство в режим управления от звуковых сигналов, принимаемых микрофоном ВМ1. Микрофонный усилитель выполнен на ОУ DА 1.1, его коэффициент усиления регулируют переменным резистором R6 ("Чувствительность"). Для выделения низкочастотных составляющих звукового сигнала применён ФНЧ второго порядка на элементах R7, R8, С5, С7 и ОУ DA1.2, включённом повторителем напряжения. Частота среза фильтра при указанных номиналах — около 100 Гц.

 
Сигнал с выхода повторителя через резистор R10 поступает на вывод 6 DD1, сконфигурированный как неин-вертирующий вход встроенного в микроконтроллер компаратора напряжения. Инвертирующий вход компаратора подключён к внутреннему источнику образцового напряжения, которое установлено равным приблизительно 2 В. При включённом режиме синхронизации звуковым сигналом программа периодически проверяет состояние разряда COUT в регистре CMCON, отображающего состояние выхода компаратора. Обнаружив в нём единицу, программа формирует сигнал на генерацию вспышки или их серии согласно действующему в данный момент световому эффекту. Так происходит синхронизация вспышек световых приборов внешним звуковым сигналом.
 
Переменное напряжение 7...10 Вдля питания блока управления можно получить от любого сетевого понижающего трансформатора габаритной мощностью не менее 3...5 В-А. После выпрямления диодным мостом VD1 из него с помощью интегрального стабилизатора напряжения DA2 получается стабилизированное напряжение 5 В для питания микроконтроллера и сдвоенного операционного усилителя.
 
Световые приборы собраны в корпусах от фотовспышек "Луч-70". От них же использованы лампы ИФК-120 и импульсные трансформаторы. В каждом корпусе размещены и соединены навесным монтажом детали этих приборов. Исключение представляют диоды VD1, резисторы R5—R14 и накопительные конденсаторы С2 обоих приборов, размещённые в корпусе блока управления. Там же находятся трансформатор питания блока управления, сетевой выключатель и плавкая вставка.
 

 Рис. 3

 
Детали блока управления смонтированы на односторонней печатной плате, чертёж которой изображён на рис. 3. Для микроконтроллера на плате установлена панель, что позволяет извлекать его для перепрограммирования. Кнопки SB1 и SB2, светодиоды HL1, HL2, а также конденсатор СЮ расположены на плате со стороны печатных проводников. Для толкателей кнопок и корпусов светодиодов в верхней стенке корпуса блока предусмотрены отверстия. Переменные резисторы R6 и R12 размещены на задней стенке корпуса. Внешний вид стробоскопа спереди и сверху (сзади) показан на рис. 4 и рис. 5.
 

 
Налаживание блока управления начинают, не подключая к нему световые приборы и не вставляя в панель микроконтроллер. После проверки правильности монтажа на плату подают напряжение питания и измеряют напряжение между гнёздами 1 (+) и 8 (-) панели микроконтроллера. Оно должно быть равно 5 В. Напряжение на гнезде 7 относительно гнезда 8 должно меняться от 0 до 5 В при вращении движка переменного резистора R12.

 
Теперь можно, предварительно выключив питание, установить в панель запрограммированный микроконтроллер. При программировании следует принять меры, чтобы калибровочная константа, записанная на заводе в последнюю ячейку программной памяти микроконтроллера, не была уничтожена. Без неё программа работать не будет.

В крайнем случае константу можно восстановить, поместив в НЕХ-файл Strobo.hex строку
:0207FE00803445
перед его предпоследней строкой
:02400E00843FED
и повторив программирование микроконтроллера. Правда, такое восстановление будет не совсем точным. Программа заработает, но станет формировать интервалы времени, немного отличающиеся от заданных.

Запрограммированный микроконтроллер устанавливают в панель и включают питание блока управления. Вспышки светодиодов HL1, HL2 будут свидетельствовать о работе программы. Необходимо проверить регулировку частоты повторения вспышек переменным резистором R12 и работу кнопок SB1 и SB2. Включив ритмичную музыку, нужно убедиться, что с помощью переменного резистора R6 удаётся добиться вспышек в такт музыке.
Перед подключением к блоку управления световых приборов с лампами-вспышками необходимо тщательно проверить их монтаж.

Следует помнить, что напряжение на элементах этих устройств достигает 300 В, причём оно остаётся опасным и после отключения от сети, пока все конденсаторы не разрядятся. Особенно опасен остаточный заряд накопительных конденсаторов большой ёмкости. Перед проведением каких-либо монтажных работ в стробоскопе эти конденсаторы рекомендуется принудительно разрядить, замкнув на несколько секунд их выводы резистором сопротивлением 100 кОм и мощностью не менее 0,5 Вт. Подносить резистор к выводам нужно с помощью хорошо изолированного держателя.

После подключения световых приборов к работающему блоку управления и к сети 220 В яркие вспышки импульсных ламп должны происходить одновременно со вспышками контрольных светодиодов HL1 и HL2.

Необходимо учитывать, что яркие вспышки в темноте быстро утомляют зрение, кроме того, гарантированный ресурс ламп ИФК-120 — всего 10000 вспышек, поэтому включать стробоскоп следует лишь на непродолжительное время.

А. КУЗНЕЦОВ, г. Кадников Вологодской обл.

Радио, № 11, 2013