Lampeggianti polizia a LED

Questo progetto riguarda 2 fari a LED blu lampeggianti in stile polizia, da applicare ad esempio sulla propria bici, moto, o semplicemente da utilizzare per l’animazione di feste.

Il funzionamento è semplice e consiste nell’emissione di alcuni flash da parte dei fari che si accendono singolarmente, alternandosi. Questi sono collegati ad un apposito circuito di controllo alimentato a 12V che provvede a pilotarli. Il tutto è inserito e fissato nei contenitori appositamente realizzati con l’ausilio di una stampante 3D.

Panoramica e realizzazione del progetto

Modelli 3D dei componenti plastici

 

Le lampade

Ciascuna è costituita da 12 LED blu ad alta luminosità aventi diametro 3mm, disposti su 4 serie di 3 LED con resistenza Rled = 100Ω ciascuna.

Nonostante la corrente nominale di ciascun LED sia In = 20mA, la si vuole limitare al valore Iled = 15mA per garantirne una lunga durata nel tempo. A questo valore corrisponde una tensione ai capi Vled = 3V, pertanto, trascurando le cadute sui transistor, la tensione di alimentazione complessiva necessaria risulta:

Vlamp = Vled · #led + Rled · Iled = 3V · 3 + 100Ω · 0,015A = 10,5V

 

Schema funzionale

La prima parte del circuito costituisce un regolatore di tensione di tipo LDO (Low Dropout Regulator) a transistor con la funzione di fornire al circuito di controllo vero e proprio una tensione stabilizzata Vo = 10,5V, valore adeguato all’alimentazione delle lampade. Tale è impostato grazie ai diodi zener DZ1 e DZ2: quando infatti la tensione in uscita dal collettore del transistor Q3 raggiunge la soglia

Vo = Vdz1 + Vdz2 + Vbe(Q1) = 5,1V + 5,1V + 0,3V = 10,5V

il transistor Q1 inizia a condurre, facendo condurre meno Q2 che a sua volta fa condurre meno Q3, limitando la tensione in uscita. Se invece questa risulta minore della soglia impostata, Q1 non conduce, quindi Q2 risulta in conduzione in quanto la base non è più portata a massa, in questo modo viene portato in conduzione anche Q3 che stabilizza l’uscita sul valore di riferimento impostato. Il cuore del circuito è costituito dai 2 integrati NE555 configurati entrambi come multivibratori astabili che generano dei segnali a onde quadre caratterizzati da frequenze diverse, i cui tempi di ON-OFF sono impostati da R7, R8, C2 per il primo e R10, R11, C4 per il secondo. Il primo genera un segnale a frequenza f1=9,2Hz con la funzione di far lampeggiare le lampade, mentre il secondo genera un segnale a frequenza inferiore f2=1,5Hz con la funzione di alternare l’accensione di una lampada all’altra. Quando infatti questo è a livello alto, il transistor Q5 conduce permettendo l’accensione della prima lampada, mentre anche Q6 conduce portando a massa la base di Q7, impedendo l’accensione della seconda. Quando invece il segnale in uscita è a livello basso, si accende solo la seconda lampada in quanto Q5 e Q6 non conducono, quindi Q7 entra in conduzione.

 

Durata flash e intervallo

La frequenza dei flash è generata dal primo multivibratore ed è legata ai parametri R7, R8 e C2:

f1 = 1 / [ln(2) · C2 · (R7+R8)] = 1 / [ln(2) · 10µF · (5,6 + 10)kΩ] = 9,25Hz

Essendo il valore di R7 diverso da R8 si ha un ciclo utile del segnale generato pari a:

Ds = (100 · R7) / (R7 + R8) = (100 · 5,6kΩ) / (5,6 + 10)kΩ = 36%

Dato che le lampade sono pilotate dal transistor Q4 che è di tipo PNP, questo inverte il segnale prelevato dal multivibratore in quanto entra in conduzione quando alla base gli viene applicato il livello basso, ottenendo un ciclo utile finale:

Dl = 100% – Ds = 100% – 36% = 64%

La frequenza con cui viene alternata l’accensione delle lampade è generata dal secondo multivibratore ed è legata ai parametri R10, R11 e C4:

f2 = 1 / [ln(2) · C4 · (R10+R11)] = 1 / [ln(2) · 47µF · (10 + 10)kΩ] = 1,53Hz

Essendo il ciclo utile del segnale D = 50% in quanto R10 = R11, a questa frequenza corrisponde una durata di accensione di ciascuna lampada pari a:

Ton = 1 / (2 · f2) = 1 / (2 · 1,53Hz) = 0,325s

Nella figura è mostrato uno screenshot dell’oscilloscopio in cui si visualizza il segnale che fa lampeggiare le lampade (blu) contemporaneamente a quello che ne alterna l’accensione (giallo).

 

Scheda circuito driver

Il circuito è realizzato su di una basetta millefori 70x50mm.
Sulla sinistra si notano i morsetti di ingresso per l’alimentazione, mentre sulla destra quelli destinati al collegamento delle lampade. Qui si ha il positivo comune e i negativi separati per ogni lampada.

Un breve schema della disposizione dei componenti sulla scheda:

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