Dzwonek do drzwi „słowik” - układ do samodzielnego wykonania (wersja 2020)

Do czego służy dzwonek "słowik"?

Prezentowany układ jest współczesną wersją układu dzwonka do drzwi o przyjemnym brzmieniu, którego pierwowzór został zbudowany z elementów przewlekanych w latach 80. ubiegłego wieku. Przedstawiono go na rysunku 1. Schemat pochodzi z lat 80. i zawiera elementy obecnie trudno dostępne (UL1111), ponadto zbudowano go z elementów przewlekanych, które obecnie zostały zastąpione elementami elektronicznymi wykonanymi w technologii montażu powierzchniowego SMD.

Na uwagę zasługuje fakt, że to układ całkowicie analogowy, ponieważ składa się tylko z elementów dyskretnych i nie zawiera żadnych układów scalonych ani popularnych mikrokontrolerów. Dzięki zastosowaniu łatwo dostępnych elementów SMD urządzenie jest mniejsze, tańsze oraz łatwiejsze w montażu. Na fotografii 2 przedstawiono układ Dzwonek „słowik” zbudowany z elementów przewlekanych na uniwersalnej płytce drukowanej według oryginalnego schematu z książki Państwa Nowakowskich.

Rys.1 Schemat oryginalnego dzwonka slowik z lat 80

Fot.2 Dzwonek Słowik zbudowany w latach 80

Jak to działa? Analiza schematu dzwonka

Dla lepszego zrozumienia budowy i działania warto przeanalizować schemat, pokazany na rysunku 3. Tranzystory bipolarne Q2 oraz Q3 tworzą przerzutnik astabilny pracujący jako generator tonu. Częstotliwość generowanego tonu możemy regulować za pomocą potencjometru POT1. Tranzystory bipolarne Q4 oraz Q5 także pracują w konfiguracji przerzutnika astabilnego. Zadaniem tego przerzutnika jest modulacja wysokości tonu generowanego przez układ zbudowany z tranzystorów Q2 i Q3. Funkcję głośnikowego wzmacniacza mocy pełni zewnętrzny tranzystor bipolarny Q1 – BD140.

Rys.3 Schemat działania układu "słowik"

W przypadku zasilania układu z transformatora dzwonkowego napięcie jest prostowane i filtrowane w układzie prostownika złożonego z elementów D1, C1. Należy wówczas pamiętać, że w układzie występuje napięcie sieci 230V. Część generacyjna układu zasilana jest napięciem stabilizowanym przez układ stabilizatora zbudowanego z elementów R1, D2 oraz C2. Złącze SW1 służy do podłączenia przycisku, za pomocą którego użytkownik włącza dzwonek.

Montaż i uruchomienie dzwonka "słowik"

Układ można zmontować na płytce drukowanej, której projekt pokazany jest na rysunku 4. Zaprojektowana płytka drukowana została wykonana jako bezpłatne próbki za pośrednictwem firmy AVT. Przedstawiono ją na fotografii 5.

Rys.4 Schemat układu dzwonka "słowik"

Standardowo montujemy układ, zaczynając od elementów najmniejszych, a kończąc na największych. Fotografia tytułowa przedstawia zmontowany model z elementami SMD. Układ nie wymaga żadnego uruchomiania. Zmontowany ze sprawnych elementów powinien od razu prawidłowo pracować. Do zasilania można użyć baterii 9V lub transformatora dzwonkowego. W drugim przypadku należy pamiętać, że w takim systemie występuje napięcie sieci 230V i zachować szczególną ostrożność.

Po wykonaniu prototypu niezbędne okazały się zmiany w projekcie płytki drukowanej. Zmiany te dotyczą elementów C1, C2 oraz CON1. Z tego powodu widoczne są różnice pomiędzy widokiem płytki przedstawionymi na rysunku 4 oraz fotografii 5.

Fot.5 Zmontowana płytka drukowana do dzwonka "słowik"

Cadstar Express - materiały do dzwonka "słowik"

W artykule wykorzystano materiały dostępne na stronie internetowej producenta programu Cadstar, firmy Zuken: https:// www.zuken.com/en/product/cadstar/.

Cadstar jest oprogramowaniem do projektowania schematów oraz obwodów drukowanych, stworzonym przez japońską firmę Zuken w roku 1988, pracującym w systemie DOS. W marcu 1994 roku pojawiła się wersja Cadstar 1.0 zgodna z systemem Windows. Od tej pory program jest stale rozwijany w angielskim oddziale Zuken’s Technology Centre o funkcjonalności pochodzące z najstarszego i jednego z najlepszych programów EDA (ang. Electronic Design Automation) – CR-5000. Do Cadstara przepisano:

• moduł P.R. Editor (P.R. oznacza Place & Route). Jest to zaawansowany moduł placement i routing PCB z wieloma funkcjami typu Push and springback (popychania elementu bądź ścieżki będącej na trasie kolizji lub przeszkadzającej w poprowadzeniu czy ułożeniu ścieżki/elementu).
• moduł Cadstar 3D. Służy nie tylko do wizualizacji w trzech wymiarach projektu płytki, ale również do wprowadzania zmian w tej płytce i dostosowywania jej do obudowy, której projekt można zaimportować w jednym z kilku standardowych formatów programów projektowych typu CAD.
• moduł analizy kompatybilności elektromagnetycznej Adviser.
• moduł kontroli i wersyfikacji sygnałowej projektu SI Verify.

Program nadal jest rozwijany i używany przez wiele firm na świecie, takich jak: Philips, Delphi, Delta Electronic (czołowy producent zasilaczy impulsowych do większości laptopów i nie tylko). W Polsce jest używany przez m.in. firmę Wabco.

Specjalnie dla hobbystów przygotowano darmową wersję Cadstar Express. Dzięki niemu można w szybki i łatwy sposób poznać podstawowe funkcje pełnej komercyjnej wersji oprogramowania Cadstar. Cadstar Express zawiera wszystkie podstawowe funkcje programu Cadstar ograniczone do 300 pinów i 50 elementów, daje także możliwość poznania narzędzia P. R. EDITOR XR 2000 do interaktywnego prowadzenia ścieżek. Największym problemem w Cadstar Express są ubogie biblioteki (tylko 14 500 elementów).

Klienci, posiadający licencję komercyjną, mają dostęp do bogatych bibliotek on-line. Biblioteki producentów, oferujące gotowe do wykorzystania elementy, są nieustannie rozbudowywane i można je pobrać z Internetu. Niedostępne elementy można również szybko i łatwo zaprojektować, korzystając ze zintegrowanych kreatorów i graficznego edytora bibliotek. Można wykorzystać także popularne generatory online np.: https://componentsearchengine.com/.

Zarówno w środowisku schematów, jak i płytek, elementy menu i często używane funkcje zostały umieszczone w tym samym miejscu i są zawsze pod ręką. Niezmiennie wyglądający interfejs grafi czny ułatwia obsługę programu. Najważniejsze funkcje są w tym samym miejscu w edytorze płytek. Standardowym wyposażeniem Cadstara jest generator plików produkcyjnych, umożliwiających wyprodukowanie płytek drukowanych.

Program obsługuje najpopularniejsze formaty: Gerber, NC Drill, DXF, IDF, PDF, ODB++, IPC-D-356, przygotowuje pliki do wierceń Excellon. Program wyposażony jest w generator raportów i danych wyjściowych dla urządzeń maszynowych Pick and Place SMD.

Do oprogramowania Cadstar Express dołączony jest 130-stronicowy podręcznik umożliwiający rozpoczęcie pracy w programie.

Możliwości bezpłatnej wersji pakietu są dość duże, a ograniczenia nie wykluczają wykonania interesującego projektu.

UWAGA: Przedstawiony projekt wykonano w wersji Cadstar Express 2019, pracującej w środowisku Windows 10 64-bit. Problemem okazał się brak możliwości eksportu schematu do pliku pdf mimo zainstalowanych różnych wirtualnych drukarek PDF. W module PCB istnieje możliwość wydrukowania płytki za pomocą opcji Manufacture -> Artwork przy wyświetlonej pożądanej warstwie.