Knight 2000
Nemcsak a gyerekek, de a legtöbb felnőtt is csodálva nézi szombat koraesténként a televízió képernyőjén feltűnő csodaautót a Knight 2000-t, a K.I.T.T. névre (a sző szoros értelmében) hallgató komputerével. Bár a történetek meséje kissé túlidealizált, de az autó filmbeli képességei tényleg lenyűgözöek. A jövő évszázad elektronikájának, automatikájának - úgy tűnik - szinte korlátlan lehetőségeit villantja elénk a jelenlegi képzeletünk szárnyain. Addig is míg a látott „csoda" megvalósulhat, elébe mehetünk az eseményeknek: garantált siker lesz gyermekeink körében, ha legalább egy pici szeletével meglepjük őket. Ha a beszélő számítógépet nem is, de a pásztázó kereső, figyelőfényt könnyedén elkészíthetjük számukra. Biciklire, lábhajtású autóra szerelve nagy örömöt szerezhetünk vele.
A megoldás nem túl bonyolult. Egy olyan futófényt kell készíteni, amelynél a fény oda-vissza mozog a két végpont között. A feladatot még egy kicsit fűszerezi az a dolog, hogy nem csak egy fénypontnak kell világítania egyszerre, hanem egyidőben - kisebb fényerővel - mindig a tőle balra illetve jobbra eső fénypontnak is. A Knight 2000 futófény összesen 9 különálló fénypontból áll, ezzel is egyszerűsítve a megoldást.
Minden kimenet vezérel közvetlen vagy valamilyen közvetett módon egy-egy fényforrást. Kész is a futófény! Igen ám, de ezzel még nem tettünk eleget a célkitűzésünknek. Hiszen a fény ebben az esetben elindul, mondjuk balról jobbra, végigfut a soron, majd visszaugrik a kiinduló baloldali helyzetbe, és innen kezdődik újra a folyamat. A feladat maradéktalan megoldásához az szükséges, hogy a fénypont oda-vissza pásztázzon. Ez egyszerűen megvalósítható. Nincs más teendő, mint az integrált áramkör kimeneteit két csoportra osztani. Az első csoport (01 -5) a balról jobbra tartó fénypont eltolást vezérli, míg a második csoport (O6-0) a visszafelé irányú mozgást adja. Ha a két kimenetcsoportot OR-kapcsolatba hozzuk, akkor elértük célunkat.
A Knight 2000 futófény kapcsolási rajzát a 1. ábra mutatja. A kapcsolást funkcionálisan három részre oszthatjuk. Nevezetesen az ütemet adó óragenerátorra, a futófényt vezérlő áramkörre, valamint a fényerőt szabályozó fokozatra.
Az óragenerátort az IC1, CD4093 típusú IC két Schmitt-triggerre alkotja. A működési frekvenciát az R1-C1,2 elemek határozzák meg. A kapcsolási rajzon megadott értékkel jól lehet utánozni a filmbeli pásztázás gyakoriságát. (Az R1-et egyszerűen egy 220 kohm-os trimmerpotenciométerrel helyettesítve könnyedén be lehet állítani a kívánt frekvenciát.) Az óragenerátor kimenetén (IC1 10-es lába) szabályos négyszögjeleket kapunk.
A négyszögjelek felfutó élei vezérlik az IC2 számlálót. A CD4017 CPO bemenetére érkező első impulzus hatására az IC Ol kimenetén H szint jelenik meg. Ez a mintegy 4,5 V-os feszültség nyitásba vezérli a T1 tranzisztort, minek hatására a D1 LED teljes fényerővel világítani kezd. (Egyelőre tekintsünk el az R7....14 ellenállások jelenlététől!) A második impulzus hatására az Ol kimenet L-re vált és O2 lesz H szinten. Ekkor T1 zár, T2 kinyit és D3 LED kezd világítani. A CPO bemenetre érkező impulzusok hatására sorrendben kigyullad a D5, majd D7 és utána D9. A hatodik bemeneti impulzus hatására a 06 kimeneten jelentkezik H szint. Mint a rajzon látható, ez a kimenet közvetlenül össze van kötve az O5 kimenettel. Ebből következően a D9 két impulzus ideje alatt is világítani fog. A hetedik impulzus beérkezésekor a 07 lesz aktív. Ez a kimenet az O4-gyel van összekötve, tehát most ismét a D7 fog világítani. Ez a folyamat így megy tovább egészen a tizedik impulzusig. (08 az O3-mal, 09 az O2-vel, 00 az Ol-gyel van összekötve.) A megfelelő kimenetek összekapcsolásának hatására tehát a fénypont elkezd visszafelé, jobbról balra mozogni. A tizenegyedik impulzustól kezdve az egész kezdődik elölről. A fényjelenség így folyamatosan pásztázónak látszik. (A CD4017B típus kimenetei meglehetősen jól védettek, ezért lehetséges minden külön elem nélkül is a közvetlen összekötésük.)
Szólni kell még az R7...R14 ellenállások, illetve az eddig fel nem sorolt LED-ek szerepéről. A páros pozíciószámú LED-ek fizikailag a páratlan pozíciószámúak között helyezkednek el, egyvonalban. Az R7...R14 ellenállások gondoskodnak arról, hogy ne csak kizárólag a vezérelt fénydiódák világítsanak, hanem a szomszédosán elhelyezettek is, mégpedig minél távolabb vannak az éppen kigyújtottól, annál kisebb fényerővel. A bekapcsolt LED-ek áramát mindenképpen korlátozni kell. Ezt egy áramgenerátorral lehet egyszerűen megoldani, így megtakarítható a LED-ek külön-külön előtétellenállása. Telepkímélés szempontjából a kapcsolásban egy különleges megoldást választottunk. A T6-T7 tranzisztorok egy komplementer-Darlingtont alkotnak. A Darlington vezérlését az LR fotoellenállás végzi. A D10 zenerrel és az R16-tal kiegészítve a komplexumot egy fényvezérelt áramgenerátorhoz jutunk. Ez úgy vezérli a LED-eken átfolyó áramot, hogy azoknak fényereje világosban nagyobb, sötétebb környezetben pedig kisebb legyen. A fotoellenállással párhuzamosan kapcsolt R15 a teljes sötétség melletti minimalis alapfényeröt állítja be. A maximális fényerőt az R16 ellenállással lehet beállítani. A kapcsolási rajzon megadott 33 ohm használata esetén kb. 18 mA-re adódik -teljes külső fény esetén - a LED-ek összárama, így a kis játékszer fényereje mindig alkalmazkodik a környezeti megvilágításhoz. Ez a megoldás azon túl, hogy a szemnek is kellemes, még a telepek élettartamát is meghosszabbítja.
A kapcsolást egyoldalon fóliázott nyomtatott áramköri lapra építettük meg. A nyáklap hosszúsági méretét elsősorban a felhasznált LED-ek mérete határozza meg. Ezek 10 mm átmérőjű, nagy fényerejű, átlátszó tokozású piros fényű LED-ek voltak. (A fényjátékot kisméretű játékautóba is be lehet építeni, ekkor a felhasznált LED-ek természetesen kisebbek, a nyákot pedig arányosan zsugorítani lehet. Az eredeti rajzolat vonalvezetése ehhez jó támpontot nyújt.)
A 2. ábrán látható beültetési rajz alapján elkészített nyomtatott áramkört az elemekkel együtt egy 135 x 90 x 40 mm méretű, polisztirolból készült dobozba szereltük. A doboz elülső oldalán 12 mm szélességű csíkban kivágást készítettünk a LED-sor számára. Erre a kivágásra kívülről egy vörös színű plexicsíkot ragasztottunk. A tápellátást szolgáló három darab baby elem számára a teleptartó szintén polisztirol anyagú doboztetőből készült, ragasztással. Az érintkezőknek 0,1 mm vastag foszforbronzlemezt használtunk.
Végezetül célszerű néhány szót szólni a felhasználható alkatrészekről. Az alkalmazható LED-ekről már a korábbiakban írtunk. AT1...T6 tranzisztorok helyén szinte bármilyen műanyagtokozású npn tranzisztort felhasználhatunk, az egyetlen megkötés, hogy legalább 50 mA kollektoráramot elviseljenek. Ugyanez vonatkozik a T7-re, de ez a tranzisztor pnp struktúrájú legyen. A D10 helyén két darab sorba kapcsolt szilícium-diódát is alkalmazhatunk, ebben az esetben is nyitóirányban kell a diódákat beforrasztani az áramkörbe.
A „legkeményebb falat" a fotoellenállás helyettesítése. A megadott típus Tesla gyártmány. (Ez állt rendelkezésre!) Mért ellenállása sugárzó napfényben kb. 250 ohm, míg teljes sötétben kb. 800 kohm volt. Helyettesíthető bármilyen hasonló adatokkal rendelkező fotoellenállással is. Végszükségben, ha semmilyen fotoellenálláshoz nem tudunk hozzájutni, akkor az, az R15-tel és aT7-telel is hagyható. Helyettük mindössze egy 2,2 kohm-os ellenállást kell beforrasztani a nyákba aT7 eredeti kollektor- és emitterpontja közé. Ekkor persze fényerőszabályozás nem lesz, a LED-ek mindig teljes fényerővel fognak világítani.
A kapcsolás 4,5 V-os tápfeszültségről - a külső fényviszonyoktól függően - 5...20 mA áramot vesz fel. Ennek a csekély fogyasztásnak köszönhetően a tápláló baby elemek élettartama meglehetősen hosszú.