آموزش ساخت مدار چراغ راهنمایی

در این پروژه ساخت مدار چراغ راهنمایی را خواهیم آموخت , میخواهیم مداری طراحی کنیم که چراغ های راهنمایی یک چهارراه را کنترل کند. این مدار با استفاده از آیسی تایمرِ 555 و شمارنده یِ 10 بیتی طراحی شده است. تایمر وظیفه یِ تولید پالس را به عهده دارد و این پالس ها به شمارنده یِ ده بیتی اعمال می شود.
شمارنده یِ ده بیتی, یک حافظه یِ ده تایی دارد و میتواند تا 10 پالس را بشمارد. به این صورت که شمارنده , هر قُله ی(پیک) کلاکِ ورودی را یک “رویداد” تلقی میکند و به حافظه میسپارد.همچنین تعدادِ رویدادهایی را که شمارش کرده و در حافظه یِ خود ثبت کرده است را با فعالسازیِ یکی از پایه هایِ خروجیِ خود نشان میدهد. چنانچه علاقمند به دوره های الکترونیک و رباتیک هستید و تمایل دارید به صورت حرفه ای در این زمینه کار کنید میتوانید از کلاس رباتیک مجموعه آموزشی چالیک استفاده کنید.

قطعات مورد نیاز برای مدار ساخت مدار چراغ راهنمایی

– منبع تغذیه با ولتاژِ 9 تا 12 ولت
– آیسیِ تایمرِ 555
– مقاومت 1کیلواهم, 10 کیلواهم و سه عدد مقاومت 220 اهم
– خازنِ 10 میکروفاراد و 100 میکروفاراد
– LED به رنگ هایِ قرمز, زرد و سبز از هر کدام 4عدد
– آیسیِ شمارنده یِ ده بیتی CD4017
– دیود IN4007 (8عدد)

دیاگرام و توضیحات ساخت مدار چراغ راهنمایی چهارراه

دیاگرامِ مدار چراغ راهنمایی چهارراه,با استفاده از آیسی تایمر 555 در تصویر بالا نمایش داده شده است. در اینجا تایمر پالس هایی به مدت زمانِ تقریبا 100میلی ثانیه تولید میکند. به این صورت که زمانِ بالا بودن( روشن بودن, سطح منطقی 1) 50 میلی ثانیه و زمانِ پایین بودن ( خاموش بودن, صفرِ منطقی) نیز 50 میلی ثانیه است. این محدوده یِ زمانی را میتوان با تغییرِ ظرفیتِ خازن, دستکاری کرد. البته چراغ راهنماییِ واقعی, هر 2 دقیقه تغییرِ وضعیت میدهد اما ما در اینجا برای تست, این زمان را کاهش داده ایم.
تغییرِ زمانبندی, به زمانِ حقیقی برای تغییرِ وضعیتِ چراغ راهنمایی , توسطِ جایگزینیِ خازنِ 10میکروفاراد با یک خازنِ 470 میکروفاراد, انجام میشود. با اتصالِ تغذیه به مدار, تایمر بعنوانِ یک تولیدکننده یِ موجِ مربعی عمل میکند و این موجِ مربعی بعنوانِ کلاک (پالسِ ساعت) به شمارنده یِ ده بیتی اعمال میشود. در ادامه, شمارنده یِ بیتی تعدادِ پالس هایِ ساعت را شمارش کرده و پایه یِ خروجیِ متناظر با آن را فعال می کند. بعنوانِ مثال, اگر تعدادِ 3 پالس را بشمارد پایه یِ Q2 و اگر 5 پالس را شمارش کند پایه یِ Q4 را روشن می کند. بنابراین هر 100 میلی ثانیه که کلاکِ ورودی به قُله میرسد, حافظه یِ آیسی یک شماره بیشتر شده و به همین صورت پایه ی خروجی با یک شماره بالاتر فعال میشود.
نقشِ دیودها محافظت از خروجی هایِ آیسیِ شمارنده در مقابلِ اتصال کوتاه می باشد. به این صورت که تصور کنید شمارنده تعدادِ 2 پالس را شمرده باشد و خروجی Q1 روشن باشد (زمانی که Q1 روشن است خروجی هایِ دیگر از جمله Q0 و Q1 خاموش هستند). حال اگر دیودها وجود نداشته باشند, پایه یِ Q1 ولتاژِ مثبت داشته و مستقیما به پایه Q0 با ولتاژ صفر اتصال کوتاه میکند.
زمانی که هرکدام از خروجی هایِ Q0, Q1, Q2, Q3 فعال باشند, چراغِ سبز در شمال و جنوبِ چهارراه و همزمان با آن چراغِ قرمز در شرق و غربِ چهارراه روشن هستند. حال اگر فرض کنیم فرکانسِ کلاکِ ورودیِ شمارنده 1هرتز باشد, چراغِ شمال و جنوبِ چهارراه به مدت 4ثانیه روشن بوده و در این مدت, چراغِ شرق و غرب در وضعیتِ قرمز است.
زمانی که Q4 فعال میشود, چراغِ زرد در شمال و جنوبِ چهارراه و همزمان با آن چراغِ قرمز در شرق و غرب روشن میشوند. پس با فرضِ فرکانسِ ورودی 1هرتز, چراغ زرد در شمال و جنوبِ چهارراه به مدت 1 ثانیه روشن بوده تا خودروهایِ عبوری سرعتشان را کاهش دهند, در این مدت, کماکان چراغِ شرق و غرب در وضعیتِ قرمز-عبور ممنوع- باقی میماند.
هنگامیکه خروجی هایِ Q5, Q6, Q7 و Q8 روشن هستند, چراغِ سبز در شرق و غربِ چهارراه و همزمان با آن, چراغِ قرمز در شمال و جنوبِ چهارراه روشن باقی میمانند. با فرضِ 1هرتزبودنِ فرکانسِ کلاکِ ورودی, چراغِ شرق و غربِ چهارراه به مدت 4 ثانیه در وضعیتِ سبز(عبور آزاد) بوده و در همین مدت چراغِ شمال و جنوبِ چهارراه در وضعیتِ قرمز (عبور ممنوع) قرار دارد.
زمانیکه Q9 فعال میشود, چراغِ زرد در شرق و غرب, و قرمز در شمال و جنوبِ چهارراه روشن است. با فرضِ فرکانسِ کلاکِ 1هرتز, چراغِ زرد در شرق و غربِ چهارراه به مدتِ 1ثانیه روشن مانده تا اخطارِ کاهشِ سرعت بدهد, همزمان در این مدت چراغِ قرمز در شمال و جنوبِ چهارراه در وضعیتِ قرمز(عبور ممنوع) قرار دارد.

این چهار مرحله بطورِ مداوم تکرار میشوند و چراغ هایِ راهنمایی یک چهارراه را کنترل میکنند.