Gadget IL CUSCINO DI S. VALENTINO di BORIS LANDONI L a festa degli innamorati di tutto il mondo (ed anche, è inevitabile, del commercio che gli gira intorno...) è, come ogni anno, il momento per pensare a qualcosa di originale che possa fare colpo o stupire. I più fantasiosi possono attingere all’instancabile vena creativa di chi produce gadget d’ogni genere, ma noi elettronici non perdiamo l’occasione per strabiliare unendo questo e quel componente per creare animazioni di vario genere. Come ogni anno, cerchiamo di proporre un progetto a tema e stavolta abbiamo pensato a qualcosa di davvero originale, che coniuga la tradizione con la tecnologia: si tratta di un cuscino con “cucite” degli EL Wire. Il cuscino naturalmente lo scegliete voi e potete applicargli poi gli EL Wire, che sono delle strisce elettroluminescenti, disponibili anche in forma di filamenti (sempre elettroluminescenti) che utilizziamo per la prima volta con questo progetto. Nel nostro progetto utilizziamo proprio dei filamenti, cogliendo l’occasione per spiegarvi cosa sono e in che modo si accendono. Gli EL Wire, in un numero massimo di 6, vengono controllati da una scheda che descriveremo nei prossimi Ricamiamo un cuscino con un messaggio diretto alla persona amata fatto di filo elettroluminescente pilotato da una scheda che lo farà accendere creando un effetto suggestivo. Elettronica In ~ Febbraio 2016 71 paragrafi e che è basata su un microcontrollore PIC e degli integrati driver specifici. IL PROGETTO Ma andiamo con ordine: siamo partiti dall’idea di realizzare una scritta “d’amore” con degli EL Wire; la soluzione più comoda sarebbe stata quella di adottare l’immancabile scheda Arduino, visto che in commercio esistono diversi shield che permettono di realizzare vari effetti luminosi e che contengono un driver specifico funzionante a 110 Vca; tale tensione è richiesta dai filamenti o strip elettroluminescenti per accendersi. L’alta tensione poi viene pulsata ed eventualmente parzializzata mediante fototriac. Ovviamente questa soluzione va bene se gli EL Wire da pilotare sono molto lunghi e quindi al driver da utilizzare è richiesta una buona potenza. Il difetto di tale soluzione è che lo shield non integra l’elevatore di tensione, ma richiede che l’alta tensione gli sia fornita da un dispositivo esterno (che può essere opportunamente calibrato in base alle esigenze). Volendo una soluzione più economica e compatta (Arduino e gli shield occupano spazio e nel nostro cuscino non ce nè tantissimo...) abbiamo cercato cosa offriva il mercato ed abbiamo trovato una famiglia di driver per EL wire sviluppata da Microhip (www.microchip.com/ParamChartSearch/Chart.aspx?branchID=9020); alcuni driver sono stati sviluppati -e non è casuale- dopo l’acquisto di Supertex (azienda che produce e commercializza driver per fogli e strip elettroluminescenti) da parte della stessa Microchip. Quindi dove altro avremmo potuto orientare la nostra ricerca? Tra questi driver ne esistono alcuni con costi molto bassi e che non necessitano di bobine esterne per il funzionamento dei converter necessari all’elevamento di tensione; tra essi abbiamo trovato quello Il driver EL Wire di Microchip Per pilotare gli EL Wire serve una tensione relativamente alta, idealmente di un centinaio di volt, e una corrente di pochissime decine di milliampere, sufficienti a sviluppare potenze discrete. Nel nostro progetto la tensione viene fornita da un componente Microchip siglato HV852, che contiene un elevatore di tensione che alimenta un driver a ponte H realizzato a MOSFET, i cui transistor vengono fatti commutare grazie a un segnale di clock sdoppiato fornito da un oscillatore interno (o prelevabile dall’esterno tramite il piedino CLKIN) e poi elevato di livello grazie a un traslatore. L’oscillatore può lavorare a una frequenza compresa tra 50 e 500 72 Febbraio 2016 ~ Elettronica In Hz, definita dalla resistenza collegata tra il piedino REL e il positivo di alimentazione del chip; in tale range di frequenza deve rientrare l’eventuale segnale fornito da una fonte di clock esterna. Se si opta per il generatore di clock interno, la frequenza di lavoro (f) va calcolata con la formula seguente: (1,5MΩ) x (250Hz) f = ------------------------------------REL Ricordiamo che f è la frequenza della tensione alternata fornita tra i punti VA e VB, che costituiscono le uscite del ponte e che alimentano l’EL Wire. da noi utilizzato nel progetto, che è l’HV852. Questo integrato è l’ideale per il nostro progetto e se proprio vogliamo, possiamo trovargli un piccolo difetto: quello di non poter pilotare grossi carichi, quindi la lunghezza massima di un EL wire deve essere non superiore a circa 1 metro. E qui apriamo una parentesi: le strisce o filamenti elettroluminescenti sono formati da due superfici variamente sagomate, una delle quali rivestita da materiale elettroluminescente, tra le quali si applica una differenza di potenziale di valore tale da innescare la fluorescenza; in altre parole, quando il campo elettrico supera un certo livello la struttura atomica del materiale fosforescente viene alterata e gli elettroni periferici, debolmente legati al nucleo, vengono estratti dall’azione del campo elettrico, ma poi all’inversione di polarità della tensione di alimentazione (che è alternata) ritornano nei loro legami e restituiscono l’energia ricevuta sotto forma di fotoni, generando quindi della luce. Questo fenomeno comporta un certo assorbimento di corrente che dipende dalla superficie degli elettrodi, perciò, a parità di larghezza, più un EL Wire è lungo o esteso in superficie, maggiore è la corrente che richiede. L’adozione dei driver Microchip risparmia hardware, perché utilizzando dei driver comuni bisogna innanzitutto generare il segnale di controllo, poi produrre i 110 Vca e parzializzare la tensione alternata mediante dei TRIAC disaccoppiati tipicamente mediante fotoaccoppiatori; tutto questo può essere semplificato grazie all’HV852, driver che permette di fare a meno di TRIAC (e quindi fotoaccoppiatori ed eventuali DIAC) e dei driver di potenza. Con l’eliminazione di tutti questi [schema ELETTRICO] componenti siamo riusciti ad ottenere un circuito in grado di pilotare fino a sei EL wire, il tutto gestito da un PIC16F1574, in dimensioni un po’ più ridotte di quelle di una carta di credito. SCHEMA ELETTRICO Passiamo ad analizzare il circuito elettronico, che è basato sul PIC16F1574 perché ha le caratteristiche che fanno al caso nostro: è basato su un’architettura ad 8 bit con una buona potenza di calcolo (elabora fino a 8 MIPS) e dispone di ben 4 moduli PWM indipendenti a ben 16 bit, con cui è possibile pilotare i driver per ottenere effetti luminosi particolari. Per il momento abbiamo progettato il firmware senza utilizzare i PWM, ma semplicemente costruiamo una sequenza di attivazione delle linee di I/O del microcontrollore, tutte sul registro RC, che sono RC0, RC1, RC2, RC3, RC4 ed RC5. Tutte sono inizializzate come uscite. La linea RA2 viene inizializzata come ingresso e serve al firmware per rilevare la pressione del pulsante P1, ovvero della chiusura dei contatti CNP1, che può avvenire ad opera di un dispositivo esterno che provvede al telecomando; a riposo, la linea viene mantenuta a livello logico alto dal resistore di pull-up R7. Il pulsante e in generale l’RA2 del micro, è disponibile (previa implementazione nel firmware) per scegliere tra più effetti luminosi composti dai sei EL Wire. La RA5 viene inizializzata come uscita per il comando del LED LD1, che provvederà alle segnalazioni di stato durante il funzionamento del circuito. Il firmware viene caricato on-board una volta montato il microcontrollore, tramite il consueto connettore ICSP, cui fanno capo le linee Vpp (tensione di programmazione) PGC (clock della connes- sione dati seriale) e PGD (canale dati per la programmazione). L’alimentazione dell’intero circuito viene prelevata dai contatti +/- PWR, cui si fornisce una tensione di valore compreso tra 9 e 12 volt; il diodo D1 protegge dall’inversione di polarità il resto del circuito, ovvero il regolatore integrato U8, il quale, contornato dai condensatori che filtrano l’alimentazione da disturbi impulsivi ed eventuali ripple (C7 e C8 valgono per l’ingresso e C9-C10 per l’uscita), fornisce 5 volt stabilizzati al microcontrollore e ai sei driver per EL Wire. E veniamo proprio ai driver, per spiegare come vengono utilizzati: ognuno contiene un elevatore di Elettronica In ~ Febbraio 2016 73 . e ch i ità M en s ile a ic on r tt e l E e d l ie w w it l a u r t t at lic pp a a, w .e le t t a fic n o à t at i sc o ,n i r o n ic a o n ec t a c i v t en g lo in t i . a c i on r t t le e ’ l e lo tr n I