Na zajęciach w ramach projektu "Partnerzy w Nauce", postanowiliśmy zająć się elektroniką i jej praktycznymi zastosowaniami, rozszerzając, pogłębiając naszą wiedzę i wymieniając się nią w grupie.
Jednym z realizowanych ostatnio projektów jest model skrzyżowania drogowego. Jest to realistyczne odwzorowanie prawdziwej sygnalizacji świetlnej. Samodzielnie zaprojektowaliśmy i zbudowaliśmy układ elektroniczny, który nadawałby się również do pracy na prawdziwym skrzyżowaniu. Sygnalizację można zapalać w czasie rzeczywistym, poprzez odpowiednie oprogramowanie i interfejs w komputerze PC. Istnieje także możliwość samodzielnej pracy modelu według sekwencji wcześniej zaprogramowanej.
Nasz model odwzorowuje standardowe skrzyżowanie dwóch prostopadłych, przecinających się dróg oraz czterech przejść dla pieszych. W roli żarówek użyliśmy diod LED. Podstawę skrzyżowania stanowi drewniana płyta o wymiarach[x]*[y]. Jezdnia została wykonana z maku imitującego asfalt.
Sygnalizatory zostały zrobione z przygotowanej przez nas płytki drukowanej. W celu nadania im lepszego wyglądu pokryliśmy je czarnym papierem. Każda diodę podłączyliśmy przewodem do układu sterującego co było dość pracochłonne. W ostatniej fazie budowy wytrawiliśmy płytkę drukowaną sterownika, niestety nie osiągnęliśmy pożądanych efektów za pierwszym razem i operację trzeba było powtórzyć. Po udanym złożeniu elektroniki, mogliśmy przystąpić do części programowej. Aplikacja uruchamiana na komputerze została napisana w języku Pascalu ze względu na jego prostotę. Płytka sterownika komunikuje się z komputerem przez port LPT(lub Centronics). Układ elektroniczny naszego modelu po dostosowaniu do pracy z żarówkami dużej mocy (np. używając tranzystorów) nadawałby się do sterowania sygnalizacją na prawdziwym skrzyżowaniu.
REJESTR PRZESUWNY 74HC595
Do sterowania każdą z diod potrzebny jest przewód- w naszym wypadku ich liczba to 28 (nie licząc oczywiście wspólnej masy). Do mikrokontrolera, bądz komputera nawet fizycznie nie da się podłączyć takiej liczby przewodów. Powyższy układ służy do tego, aby sterować wszystkimi lampkami przy użyciu trzech przewodów. Na pierwszy jego pin podajemy 0 lub 1 (podłączamy napięcie albo nie). Będzie to odpowiadało temu, czy pierwsza dioda ma świecić. Następnie zatwierdzamy wybór podaniem napięcia na drugi pin. Potem ustawiamy w podobny sposób stan drugiej żaróweczki i analogicznie wszytskich 28. Na koniec potwierdzamy ustawienie trzecim pinem wyświetlając kombinację na skrzyżowaniu.
Rejestr przesuwny to układ scalony służący do konwersji danych szeregowych na dane równoległe. Aby wprowadzić do rejestru dane i sprawić aby pojawiły się na wyjściach trzeba ustawić pin o oznaczeniu DS do stanu jaki ma mieć wyjście Q7, czyli najstarszy bit, następnie należy podać jeden takt zegarowy na pin SH_CP, całą czynność należy przeprowadzić osiem razy aby uzyskać pożądany efekt na każdym z wyjść. Niestety to nie wszystko, aby stany pojawiły się na końcówkach trzeba na koniec transmisji podać jeden takt zegarowy na pin ST_CP. Wejście MR musi być podciągnięte do napięcia zasilania, natomiast OE powinno zastać ściągnięte do potencjału masy (0V). Rejestr widoczny na rysunku można zasilać napięciem około 5V. Pin Q7’ jest przeznaczony do łączenia rejestrów w kaskady, możemy połączyć ich nieskończenie wiele, a wprowadzanie danych odwołuje się do powtórzenia operacji więcej razy. W naszym skrzyżowaniu zostały użyte cztery takie rejestry, dzięki czemu możemy sterować 32 wyjściami, które są połączone z diodami LED.
LPT czyli IEEE 1284
Jest to port równoległy komputera PC. Posiada on 25 pinów z czego do sterowania modelem skrzyżowanie używamy ośmiu, są one podłączone do poszczególnych linii rejestrów przesuwnych. Na każdej z ośmiu linii danych (piny od 2 do 9) możemy wystawić 1 (+5V) lub 0 (0V), dzięki czemu możemy wprowadzać dane do rejestrów przesuwnych. Dzięki użyciu systemu Windows 98, dostęp do poszczególnych pinów jest wyjątkowo prosty. W projekcie sterownika zostały wykorzystane wszystkie linie. Trzy z nich służą do programowania mikrokontrolera, który umożliwia samodzielną pracę urządzenia, a pozostałe zostały podłączone do rejestrów. Na rysunku widoczny jest opis pinów owego portu. W celu ustawienia konkretnych stanów na porcie trzeba użyć polecenia „port[$378]:=dana;” w języku Pascalu. Gdzie dana to liczba odpowiadająca stanowi wyjść. To co nas interesuje to piny o oznaczeniu ground, musimy je połączyć z masą(0V) w naszym sterowniku, aby prąd mógł „wrócić” do komputera. Pozostałe wyprowadzenia nas nie interesują, są one przeznaczone do pracy z drukarką, więc dla nas nie mają większego znaczenia. Niestety ten rodzaj portów został wyparty przez USB, którego obsługa jest o wiele bardziej skomplikowana.
Autorzy:
Ryszard Buchalik
Konrad Lebek
Tomasz Chyrowicz
