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Systme d'illumination des chevrons de la Porte des toiles de la galaxie Pgase

- Une ide, comme a, tant qu’ fabriquer une maquette de la porte des toiles, autant que les lumires de ses 9 chevrons puissent s’allumer comme l’cran

        Aprs maintes recherches sur la manire exacte dont la squence doit s'effectuer (cf. le gif anim modifi par mes soins ci-dessus), j'ai rflchis un montage lectronique simple pouvant la raliser.

Etude, conception et ralisation


                1 - Principe:
       
    Un simple circuit intgr NE555 mont en astable ajust une frquence d'1Hz cadence deux registres dcalage 74HC164 mmorisants successivement sur chacune de ses sorties un "1" logique, pour piloter des LED bleu de 3mm de diamtres; en fin de course, les registres sont "resets" pour que la squence reprenne en boucle.

Le schma a t modlis sur le logiciel de CAO Kicad, Logiciel libre made in france de Mr  Jean-Pierre Charras de IUT de Saint Martin d'Hres.


Voici donc le schma, et en PDF plus ar ici
Ainsi que la documentation constructeur du NE555 et 74HC164


                2 - Etude:

Intressons nous donc la structure en astable :
    Le Circuit NE555 configur en astable permet de gnrer des signaux carrs frquence et priode choisie.
Dans ce montage, il servira de signal "d'horloge".
Cette horloge dcidera de la vitesse d'allumage des Diodes Electro-Luminescente bleu (DEL o LED)


    Le montage du NE555 (IC1) en astable est dtermin par les composants qui l'entourent, savoir les rsistances R1 et R2, et le condensateur C1.
    Il suffit de se reporter la documentation du constructeur pour savoir comment connecter ces composants de rglages.
    La doc donne aussi des formules mathmatiques pour calculer la valeur de ces composants en fonction de la frquence voulue.

Ici je dsire 1Hz, c'est dire un cycle de signal d'horloge toutes les secondes, donc pour qu'une LED s'allume chaque seconde.
j'utilise la formule donne :

                F = 1,44 / (R1 + 2R2) C1

En fixant C1 = 1F
J'ai calcul R1 = 1M Ohm et R2 = 220K Ohm

Le constructeur donne les deux autres composants C2 et R3 ajouter pour d'autres raisons qui ne nous inquitent pas ici.

La sortie de cette premire structure (OUT, patte N3) sera connecte  aux entres d'horloges des registres dcalage, entres sries et sorties parallles 74HC164.


La Structure des registres dcalage :

    Je ne vais pas ici vous barber avec la thorie de la chose, ce site explique trs bien le principe de fonctionnement de ce genre de circuit.


Simulation d'une squence :

- IC2 reoit l'horloge sur CLK et comme les deux entres A et B de IC2 sont l'tat haut (car connecte l'alimentation 6V), un tat haut est envoy sur la sortie Qa; il ne se passe rien, cette sortie est dans le vide pour simuler la porte des toiles non activ.
- Au cycle d'horloge suivant, cd une seconde aprs, la sortie Qb prend l'tat de Qa (d'o le nom de IC2, " dcalage") cd l'tat haut; il ne se passe rien.
- Au cycle d'horloge suivant, la sortie Qc prend l'tat de Qb; il ne se passe rien.
- Au cycle d'horloge suivant, la sortie Qd prend l'tat de Qc; il ne se passe rien.
- Au cycle d'horloge suivant, la sortie Qe prend l'tat de Qd, cd l'tat haut; le courant passe et la LED D1 s'allume et reste allume car l'tat est mmoris par le registre, d'o son nom).
- Au cycle d'horloge suivant, la sortie Qf prend l'tat de Qe, la LED D2 s'allume.
- Au cycle d'horloge suivant, la sortie Qg prend l'tat de Qf, la LED D3 s'allume.
- Au cycle d'horloge suivant, la sortie Qh prend l'tat de Qg, la LED D4 s'allume; l'tant haut de Qh est envoy la l'entre A de IC3.
Par ce biais, un tat haut (6v) est donc prsent sur l'entre A; et sur l'entre B car dj connect au 6V.
IC3 peut donc se mettre en marche !

- Au cycle d'horloge suivant, la sortie Qa prend l'tat haut dtermin par ses entre A et B, la LED D5 s'allume.
- Au cycle d'horloge suivant, la sortie Qb prend l'tat de Qa, la LED D6 s'allume.
- Au cycle d'horloge suivant, la sortie Qc prend l'tat de Qb, les LED D7, D8 et D9 s'allument.
- Au cycle d'horloge suivant, la sortie Qd prend l'tat de Qc; il ne se passe rien, cette sortie est dans le vide pour simuler la porte des toiles qui reste activ; donc toutes les LED restent allumes.
- Au cycle d'horloge suivant, la sortie Qe prend l'tat de Qd, il ne se passe rien; toutes les LED restent allumes.
- Au cycle d'horloge suivant, la sortie Qf prend l'tat de Qe, il ne se passe rien; toutes les LED restent allumes.
- Au cycle d'horloge suivant, la sortie Qg prend l'tat de Qf, il ne se passe rien; toutes les LED restent allumes.
- Au cycle d'horloge suivant, la sortie Qh prend l'tat de Qg; l'tat haut est transmis la base "B" du transistor Q1, qui passe l'tat satur; ainsi la tension metteur-collecteur "EC" passe l'tat bas, qui est son tour transmis aux entres "Reset" de IC2 et IC3.
Ce qui pour effet de rinitialiser IC2 et IC3, donc toutes les sorties Qa Qh passent l'tat bas (0V) en mme temps.
La porte des toiles vient de se dsactiver.
Et tout peut recommencer l'infini 


Protection des LED :

    En ce qui concerne les LEDs de D1 D9 (comme les 9 chevrons), une rsistance de protection leurs t adjointe.
Celles-ci se calculent grce la loi d'Ohm U=RI, avec U la tension en Volt, R la rsistance en Ohm et I l'intensit en Ampres.



Caractristique d'une LED bleu:
Haut rendement : 2000 mcd typ. @ 20 mA
VF = 3,6 V typ. @ 20 mA - l = 430 470 nm

Du schma ci-dessus, l'on dduit l'quation:
VR = VE - VF, avec VR la tension dans la rsistance, VF la tension dans la diode, VE l'alimentation du circuit 6V.
La loi d'ohm exprime R = VR / I
                                    Donc,  R = (VE - VF) / I
                                                R = (6 - 3,6) / 0,02
                                                R = 120 Ohm


                3 - Exprimentations:

    Une fois le schma thorique termin, il est temps de passer la pratique, en cblant le montage  l'aide d'une plaquette test de labo.
   
     
Le montage sur la platine de test et le rsultat en vido



                4 - Fabrication de la carte Electronique:

    Toujours grce Kicad, avec cette fois sa partie "diteur de circuits imprims", j'ai effectu le routage de toutes les pistes partir de ce Schma en PDF, pour ainsi obtenir Le Typon cot composants et Le Typon Cot cuivre.
Le Projet Kicad permettra ceux qui le veulent, de modifier leurs sauce mes schmas.


Le typon cot cuivre sur papier calque

    Pour la ralisation de la plaque de circuit imprim, je vous laisse vous documenter... (exemple sur ce site)
Mais pour faire court, il s'agit d'imprimer le typon cot cuivre en "miroir" sur un papier calque ou transparent, de placer celui-ci sur une plaque epoxy/cuivre photo-sensible aux UV, d'insoler cela 3 minutes sous des neons UV, puis de rveler l'insolation avec de l'acide; ensuite un bain de perchlorure de fer chauff va manger tout le cuivre, sauf aux endroits insols.
Phase finale, avec de l'alcool, on retire la couche protectrice des pistes qui apparaissent alors brillantes.

 
Voici donc le rsultat avant perage

 
Puis aprs perage

   
Implantation des rsistances, puis soudures; on peut couper les papattes

 
Idem pour le reste des composants


Et enfin le connecteur d'alimentations et autres annotations utiles

 
Et voilou !


                5 - Erratum:

    En cblant une partie de la maquette de la porte des toiles, j'ai voulu tester ce que l'allumage donnerait au travers des chevrons...
Et me suis aperu que les chevrons 7, 8 et 9, ceux l mme qui doivent s'illuminer en mme temps, car branchs sur la mme sortie N5 de IC3, brillaient moins que les autres...
Mais pourtant je n'avais pas remarqu cela "l'air libre" !!
Et pour cause, elle brillent toutes tellement fort qu'on ne peut en fait voir une diffrence qu'au travers d'un lment diffusant.
J'ai donc stopp l'opration du cblage, craignant de devoir le modifier, chose impossible une fois mes chevrons colls...

    Aprs mre rflexions, j'ai finis par trouver mon erreur de dbutant.
J'ai branchs toutes les Leds directement aux sorties des registres dcalages, ayant vu que le courant qu'elles fournissaient t suffisant, tests l'appuis.
Ensuite, pour que les 3 LED aient la mme intensit lumineuse, je les avaient branches ensemble en parallle. ( en //  le voltage consomm reste le mme et le courant consomm est multipli d'autant d'lment .... en srie, c'est le voltage qui est multipli et le courant qui reste inchang, de la valeur d'un lment... et comme le voltage est fixe, forcment il se divise)
Alors pourquoi veut pas !

    Tout simple... en zieutant attentivement la documentation des registres 74HC164, il est crit que chaque sorties ne sait fournir que 25mA...
Chaque LED consommant 20mA,  et donc 60mA pour les 3LED, pour les raisons voques ci-dessus, le problme tait clair ! et net ! Je demandais navement la sortie N5 de me donner quelque chose qu'elle n'avait pas.

    La solution donc, consiste cbler la rsistance R10, correspondant la sortie N5 en "pull-up" au 6V, permettant alors d'utiliser le courant de l'alimentation principale (les pipiles) plutt que celui du registre IC3.
Pour tre carr, j'aurais d faire de mme pour toutes les sorties comportant les leds... mais bon, pas grave dans le cas prsent.

  
Voil donc un aperu de la partie du schma modifi, et la modif bidouille sur le Circuit imprim... et la nouvelle mouture du Schema complet.

                6 - Nomenclature:

Voici la liste des composants ncessaires :
R1 = 1M Ohm
R2 = 220K Ohm
R3 = 100K Ohm
R4 = R5 = R6 = R7 = R8 = R9 = 120 Ohm
R10 = 43 Ohm
R11 = 100 Ohm

C1 = 1F
C2 = 10nF

D1 = D2 = D3 = D4 = D5 = D6 = D7 = D8 = D9 = LED bleu (VF = 3,6 V typ. @ 20 mA)

Q1 = BF422

IC1 = NE555
IC2 = IC3 = 74HC164

J1 = DB9 Femelle
J2 = DB9 Mle

- Maintenant, reste intgrer tout la maquette

6 Messages

  • Illumination Stargate Atlantis

    3 novembre 2008 20:59, par KaitoKito

    Superbe montage, bien dtaill, et trs claire, mme pour quelqu’un comme moi qui n’a que les bases en lectronique.

    L’effet est superbe, surtout sur le diorama prsent a la Chibi Japan Expo 2008 d’il y a quelques jours, encore mes compliments a ce sujet :)

    KaitoKito.

    • Illumination Stargate Atlantis 6 novembre 2008 20:41, par MaKoTo

      Merci encore, et pour ta visite la Chibi galement !
      fait toujours plaisir de pouvoir discuter en "direct live" autour de ses passions ^^

      En esprant voir tes projets se concrtiser aussi avec succs !

      • Illumination Stargate Atlantis 11 septembre 2011 13:49, par Bini adou

        slt je suis bini adou eleve en terminale F2 au lycee technique,merci d’avoir mit votre cablage sur ce site mais j’aimerai avoir d’autres cablage si c’est possible

    • Illumination Stargate Atlantis 11 septembre 2011 13:57, par Bini adou

      exellent travail vous etre incroyables car tout est bien precis et detailler

  • Illumination Stargate Atlantis

    9 mars 2013 11:35, par Megawatt

    Montage trs intressant. Je vais l’intgrer moi aussi a une porte des toiles. A dfaut d’avoir trouv une carte programmable via PC, je me retourne vers cette solution.
    Par contre je butte un peu peu sur le choix du Condo 10nf.

    En tout cas un grand bravo. Ton travail est remarquable.

    Voir en ligne :  :)




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