Stoper na szkolna olimpiade cz1, ogólna elektronika, Projekty na NE555

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Stoper na szkolną olimpiadę
P R O J E K T Y
Stoper na szkolną
olimpiadę, część 1
kit AVT−447
Trzeba przyznaÊ, øe uk³ady
publikowane dotychczas w†EP
zaspokaja³y przede wszystkim
potrzeby elektronikÛw -
hobbystÛw i†zawodowcÛw,
a†pozosta³e grupy
zainteresowaÒ by³y pomijane.
Przyk³adem s³abo
ìdopieszczonejî grupy s¹
sportowcy. Nie
skonstruowaliúmy, jak dot¹d,
ani jednego urz¹dzenia
dedykowanego klubom
sportowym i†szko³om.
A†przecieø i†w†tej
dziedzinie elektronika zajͳa
od dawna naleøne jej
miejsce. Przecieø obecnie
øadne zawody sportowe nie
mog¹ siÍ odbyÊ bez jej
udzia³u.
W pierwszej czÍúci
prezentujemy opis
podstawowego elementu
urz¹dzenia - cyfrowego
licznika czasu.
Chcia³bym zaproponowaÊ Czy-
telnikom budowÍ elektronicznego
stopera do pomiaru czasu trwania
biegÛw i†innych dyscyplin spor-
towych rozgrywanych ìna czasî.
Z†pewnoúci¹ wielu z†Was skwitu-
je ten pomys³ lekcewaø¹cym wzru-
szeniem ramion: jaki sens ma
budowa uk³adu, ktÛry moøna za
kilka z³otych kupiÊ w†kaødym
sklepie ze sprzÍtem sportowym?
Do wyboru mamy rozmaite stope-
ry: z†odczytem analogowym i†bar-
dziej nowoczesne z†odczytem cyf-
rowym.
To prawda, ale nie ca³a praw-
da. Nie s³ysza³em bowiem o†sto-
perze, ktÛry w³¹cza³by siÍ samo-
czynnie po wystrzale z†pistoletu
startowego. Nic mi takøe nie
wiadomo, aby za niewielkie pie-
ni¹dze moøna by³o kupiÊ stoper,
ktÛry samoczynnie zatrzymywa³-
by siÍ po przekroczeniu przez
pierwszego zawodnika linii mety.
Konia z†rzÍdem temu, kto wskaøe
mi miejsce zakupu stopera, ktÛ-
rego pole odczytowe umoøliwia-
³oby obserwacjÍ wynikÛw zawo-
dÛw przez publicznoúÊ, z†odleg-
³oúci kilkunastu czy nawet kilku-
dziesiÍciu metrÛw! Takie urz¹-
dzenia s¹ oczywiúcie produkowa-
ne i†to przez czo³owych produ-
centÛw sprzÍtu pomiarowego, ale
koszt ich zakupu z†pewnoúci¹
przekracza moøliwoúci ma³ego
klubu sportowego czy teø szko³y
o†profilu sportowym. Tym w³aú-
nie uøytkownikom dedykowane
jest przede wszystkim propono-
wane urz¹dzenie.
W†artykule opiszemy uk³ad
stopera wyposaøonego w†typowe
wyúwietlacze LED i†uk³ady nim
steruj¹ce. Jest to wersja urz¹dze-
nia przeznaczonego dla sÍdziego
i†nie umoøliwiaj¹ca obserwacji
wynikÛw przez widzÛw. Ale juø
w†poprzednim numerze EP,
w†dziale ìMiniprojektyî, opisa-
liúmy budowÍ uniwersalnego wy-
úwietlacza o†duøych rozmiarach,
do wspÛ³pracy z†ktÛrym nasz
stoper jest w†pe³ni przygotowa-
ny.
Wystarczy wykonaÊ prost¹, do-
datkow¹ instalacjÍ i†wyúwietlony
wynik biegu bÍdzie widoczny dla
publicznoúci zgromadzonej nawet
na niewielkim stadionie. Wyúwiet-
lacz opisany w†lipcowym numerze
EP przyda siÍ nam takøe wtedy,
kiedy bÍdziemy budowaÊ uk³ad
do wyúwietlania wynikÛw me-
czÛw.
Proponowany uk³ad odznacza
siÍ wielk¹ prostot¹ i†³atwoúci¹
Elektronika Praktyczna 8/98
63
Stoper na szkolną olimpiadę
wykonania. Zosta³
zaprojektowany
tak, aby mogli go
wykonaÊ nie tylko
elektronicy zawo-
dowcy i amatorzy,
ale takøe osoby
bardziej pasjonu-
j¹ce siÍ sportem
niø technik¹. Do
wykonania urz¹-
dzenia nie s¹ po-
trzebne øadne
kosztowne przy-
rz¹dy pomiarowe,
ani bogato wypo-
saøony warsztat.
Wystarczy umie-
jÍtnoúÊ dobrego
lutowania i†trochÍ
uwagi, aby wyko-
naÊ precyzyjny
przyrz¹d nie wy-
magaj¹cy jakiekol-
wiek uruchamia-
nia czy regulacji.
Zastosowane przy
konstruowaniu
stopera elementy
s¹ tanie i†³atwo
dostÍpne.
Opis dzia³ania
Schemat elekt-
ryczny g³Ûwnego
bloku stopera po-
kazano na
rys. 1
.
Z†pozoru schemat
moøe wydawaÊ siÍ
nieco skompliko-
wany, ale z†pew-
noúci¹ kaødy za-
uwaøy, øe sk³ada
siÍ on z†kilku po-
wtarzaj¹cych siÍ
blokÛw funkcjonal-
nych. OmÛwimy je
kolejno.
Pierwszym blo-
kiem, odpowie-
dzialnym za pre-
cyzjÍ dzia³ania
urz¹dzenia, jest ge-
nerator kwarcowy
Q1 wraz z†dzielni-
kiem czÍstotliwoú-
ci. W†uk³adzie za-
stosowano tani
i†³atwo dostÍpny
generator o†czÍstot-
liwoúci 1MHz. Po-
niewaø do stero-
wania stoperem
potrzebna jest czÍs-
totliwoúci 100Hz,
Rys. 1. Schemat elektryczny stopera.
64
Elektronika Praktyczna 8/98
Stoper na szkolną olimpiadę
Podstawowe dane techniczne układu
stopera:
wystÍpuje na nim stan niski,
wymuszony przez po³¹czenie z
mas¹ za pomoc¹ rezystora R2. Po
strzale z†pistoletu startowego na
wejúciu Start pojawi siÍ na krÛt-
ko stan wysoki, co spowoduje, øe
po nadejúciu najbliøszego dodat-
niego zbocza sygna³u zegarowego
na wejúcie CLK IC13A przerzut-
nik ten w³¹czy siÍ. OpÛünienie
tego w³¹czenia moøe w†najgor-
szym przypadku daÊ b³¹d
0,000001s, co nie ma øadnego
znaczenia w†amatorskich, a†na-
wet zawodowych spotkaniach
sportowych. Konsekwencj¹ w³¹-
czenia przerzutnika IC13A bÍdzie
pojawienie siÍ stanu niskiego na
wejúciu zeruj¹cym (RST) licznika
IC11B i†rozpoczÍcie odmierzania
czasu.
Liczniki IC8A i†IC8B zliczaj¹
setne i†dziesi¹te czÍúci sekundy,
a†licznik IC5A pe³ne sekundy.
Problem, na szczÍúcie b³ahy, mie-
liúmy jedynie z†kolejnym liczni-
kiem odmierzaj¹cym dziesi¹tki
sekund. Minuta ma bowiem 60
sekund, a†wiÍc licznik IC5B nie
moøe liczyÊ do 10, ale musi byÊ
wyzerowany po osi¹gniÍciu sta-
nu ì6î, czyli 0110
(BIN)
. Do wy-
krywania tego stanu s³uøy bram-
ka IC12C. Pojawienie siÍ na
wejúciach tej bramki stanÛw wy-
sokich spowoduje powstanie na
jej wyjúciu stanu niskiego, ktÛry
po zanegowaniu przez bramkÍ
IC12B spowoduje natychmiasto-
we wyzerowanie licznika IC5B
i†rozpoczÍcie przez niego cyklu
zliczania od pocz¹tku. Kolejne
liczniki zliczaj¹ minuty (IC2A)
i†dziesi¹tki minut - IC2B.
Pojawienie siÍ w†dowolnym
momencie pracy stopera stanu
wysokiego na wejúciu Stop, zwyk-
le doprowadzanego z†wyjúcia toru
fotokomÛrki, spowoduje wy³¹cze-
nie przerzutnika IC13A i†dopro-
wadzenie stanu wysokiego na wej-
úcie zeruj¹ce licznika IC11B,
a†w†konsekwencji wstrzymanie zli-
czania. Zarejestrowany wynik
bÍdzie wyúwietlany na wyúwiet-
laczach DP1..DP6 aø do momentu
jego skasowania za pomoc¹ przy-
cisku RESET.
ZwrÛÊmy jeszcze uwagÍ na
prze³¹czniki S2 i†S3. Prze³¹cz-
nik S2 powinien byÊ zwarty tuø
przed strza³em startera, a†prze-
³¹cznik S3 w†momencie po-
przedzaj¹cym osi¹gniÍcie przez
pierwszego zawodnika linii me-
ty. Zastosowanie tych prze³¹cz-
nikÛw zapobiega przypadkowe-
mu w³¹czeniu stopera przez
g³oúne düwiÍki, o†ktÛre nie
trudno na stadionie sportowym.
Uniemoøliwia ono takøe wy³¹-
czenie odliczania przez osobÍ,
ktÛra mog³aby przypadkowo
przejúÊ przez liniÍ mety, co
mog³oby siÍ zdarzyÊ w†przy-
padku biegÛw na d³uøsze dys-
tanse.
Z³¹cza JP1..JP6 s³uø¹ do do³¹-
czenia do uk³adu dodatkowych
wyúwietlaczy o†duøych rozmia-
rach. SposÛb ich w³¹czenia zosta³
szczegÛ³owo opisany w†poprzed-
nim numerze EP (7/98).
Uk³ad zasilany jest z†zasilacza
stabilizowanego, zbudowanego
z†wykorzystaniem scalonego stabi-
lizatora 7805 - IC14.
Zbigniew Raabe, AVT
Urządzenie umożliwia pomiar czasu w zakre−
sie od 0,01 s do 99 min i 99,99 s z dokładnoś−
cią 0,01 s, co wydaje się być zakresem całko−
wicie wystarczającym do oceniania wyników
większości amatorskich spotkań sportowych.
Stoper może być uruchamiany za pomocą
układu odbierającego huk wystrzału z pistole−
tu startowego. Nie wyklucza to, oczywiście,
możliwości ręcznego uruchamiania stopera za
pomocą przycisku.
Stoper może być zatrzymywany sygnałem z fo−
tokomórki pracującej w podczerwieni. Prze−
cięcie wiązki światła (w podczerwieni), np.
przez pierwszego na mecie zawodnika, powo−
duje natychmiastowe zatrzymanie odliczania
czasu. Także i w tym przypadku jest możliwe
ręczne zatrzymanie stopera.
Zerowanie układu może być dokonane ręcznie,
za pomocą przycisku.
Prezentacja wyników odbywa się na sześcio−
cyfrowym wyświetlaczu LED. Specjalne złącza
umożliwiają dołączenie do układu wyświetla−
czy siedmiosegmentowych o bardzo dużych
(wysokość 20 cm) wymiarach.
Układ stopera może być zasilany z dowolnego
źródła napięcia stałego o wartości 7..16VDC,
niekoniecznie stabilizowanego. Natomiast za−
stosowanie dużych wyświetlaczy wymaga do−
łączenia osobnego zasilacza o napięciu min.
24VDC i wydajności prądowej ok. 1,5A. Speł−
nienie tego warunku może być kłopotliwe przy
zasilaniu układu z akumulatorów (w przypad−
ku sędziowania zawodów rozgrywających się
na stadionie, do którego nie doprowadzono in−
stalacji elektrycznej 220VAC). Rozwiązaniem
problemu może być bądź zastosowanie dwóch
połączonych szeregowo akumulatorów 12V
bądź przetwornicy 12/30VDC.
zastosowano prosty dzielnik czÍs-
totliwoúci przez 10000 zrealizowa-
ny na po³¹czonych kaskadowo
licznikach BCD IC10 i†IC11. Na
wyjúciu Q3 licznika IC10B otrzy-
mujemy sygna³ o ø¹danej czÍstot-
liwoúci 100Hz.
Za³Ûømy teraz, øe na-
sze urz¹dzenie jest do-
³¹czone do zasilania i†po
naciúniÍciu przycisku RE-
SET wszystkie liczniki zo-
sta³y wyzerowane. Pracuje
jedynie generator kwarco-
wy dostarczaj¹c sygna³
o†czÍstotliwoúci 1MHz na
wejúcie dzielnika czÍstot-
liwoúci i†na wejúcie zega-
rowe przerzutnika J-K
IC13A steruj¹cego prac¹
dzielnika. Wejúcie Start
stopera moøe byÊ do³¹-
czone do wyjúcia uk³a-
du wykrywaj¹cego huk
strza³u pistoletu starto-
wego i†wstÍpnie
Elektronika Praktyczna 8/98
65
[ Pobierz całość w formacie PDF ]