Схема светофора своими руками

2350 ›
Блог ›
Светофор своими руками

Дочка – человек у меня сугубо технический – в куклы никогда не играла. Одни из её любимых игрушек – автомобили! Её «личный автопарк» давно уже перевалил за сотню автомашин… С малых лет увлекается сборкой автомобилей из конструкторов.

Аня занимается в кружке дизайна и моделирования на станции юных техников недалеко от дома. Представляете, там же, 27 лет назад и я занимался в авиамодельном кружке! А ещё лет 10 ранее в этом же кружке занимался Лёня Якубович… да, тот самый.

2009 год. Кружок моделирования. С преподавателем. Единственная девочка…

Сейчас Ане 9 лет – очень любит что-нибудь мастерить, пилить, выжигать, клеить. В последнее время «пробует свои силы» в дизайне: разрабатывает и изготовляет трёхмерные макеты (квартир, домов, городов и т.п.). Недавно получила грамоту за макет детской площадки.

Решили мы с ней «оживить» один из создаваемых ей макетов: «А не собрать ли нам светофор»? Идея понравилась обоим. Мне давно хотелось вовлечь её в электронику, а ей – научиться паять (и вообще, она без ума от радиодеталей). Что ж, решено – сделано!

Стоит отметить, за свои 35 лет занятий электроникой, мне ни разу не попадалась на глаза схема светофора… Первая мысль – взять микроконтроллер, написать программку… – отпала: ребёнку сложно объяснить как работает процессор и как исполняется программа. Нужно собирать на простой логике. А когда подрастёт, переделает схему на контроллере – заодно вовлечётся в «программирование» и «почувствует» все преимущества микропроцессоров над простой логикой.

Хотел полезть в интернет, но схема родилась сама-собой: проснувшись в субботу утром, мне показалось, что где-то я её видел, (видимо во сне) генератор – счётчик – дешифратор – диодная матрица… (Кстати, позднее я полазил по интернету – схем светофора нет! Так что держите – эксклюзив. Окончательная схема чуть ниже.)

Вечером сели, набросали схемку. Пришлось полистать несколько книжек, чтобы выбрать подходящие микросхемы и посмотреть их цоколёвку. Параллельно объясняю Ане, как работает счётчик, дешифратор. Рисуем с ней диаграммы: дочка довольно легко смогла понять как счётчик считает импульсы и выдаёт их в коде 1-2-4-8, как работает дешифратор и зачем нужна диодная матрица, под конец начинает сама подсказывать.

Вот окончательная схема.

Тактовый генератор, собранный по стандартной схеме на трёх элементах И-НЕ (К555ЛА3), вырабатывает импульсы с частотой следования около 1 Гц. Это минимальное время свечения одного цвета (например, жёлтого) – 1 секунда. Далее импульсы подаются на счётный вход двоичного счётчика (К555ИЕ5). Счётчик «считает» их от 0 до 15-ти и выдаёт в коде 1-2-4-8 на вход 16-ти разрядного дешифратора (К155ИД3). В зависимости от «числа», выданного счётчиком, на соответствующем выходе дешифратора формируется логический 0.

Для начальной установки счётчика в нулевое состояние добавили схему сброса (Reset), на 4-ом логическом элементе И-НЕ. Он формирует переход из логического 0 в логическую 1 после включения питания. Reset завели и на дешифратор, чтобы он не выдавал сигналы на выходы, до сброса счётчика.

Диодная матрица «определяет» время свечения каждого цвета: в течении первого импульса (выход дешифратора 0), т.е 1 секунду, горит жёлтый свет, следующие 7 импульсов (вых. 1 — 7) зажигают зелёный, затем снова жёлтый – на один импульс (вых. 8), и снова 7 импульсов (вых. 9 — 15) – горит красный. Когда счёт закончен, всё начинается с нуля!

Сигналы с диодных матриц подаются на токовые ключи, которые подают питание на светодиоды соответствующих цветов в светофорах макета.

Немного поразмыслив, решили ввести «ночной» режим – «мигающий жёлтый». Для этого в схему ввели переключатель, который устанавливает сигнал сброса, запрещая дешифратору выдавать сигналы на выход (светофор гаснет), а токовый ключ жёлтого света подключает непосредственно к тактовому генератору.

Затем, ввели и «ручной» режим, что бы можно было «заморозить» любой свет на сколько угодно времени – «полицейский» режим. Для этого переключатель отсоединяет тактовый генератор от входа счётчика, не устанавливая режим сброса. Получили 3 режима работы.

Светодиод, индицирующий включение светофора, решили подключить к выходу тактового генератора, чтобы он не просто светился при включении питания, а мигал, индицируя работу задающего генератора – получили своего рода «Debugger».

Подобрали подходящий корпус, выключатели, светодиоды. Отпилили кусок макетной платы подходящего размера. Питание решили сделать от 4-х пальчиковых батареек, для этого нашёлся удачный батарейный отсек.

Покопавшись в «закромах» нашли и нужные микросхемы.

В процессе подбора деталей, попался на глаза старенький адаптер от «умершего» Ethernet-хаба, выдающий 9 В. «А что, севшие батарейки – причина окончания игры? Нет!» — подумали мы. И решили сделать «второе питание», добавив в схему 5-ти вольтовый стабилизатор (7805). Нашлось и подходящее гнездо, для подключения адаптера.

Определились с примерным расположением деталей в корпусе. На сегодня всё – спать.

В воскресенье снова садимся за работу. Изготавливаем переднюю панель: вырезаем отверстия под выключатель питания, светодиод и переключатель режимов.

Задняя панель: гнездо адаптера и выход проводов к макету.

Начинаем распайку элементов: дочка принимает самое активное участие – я вставляю элемент, загибаю выводы, откусываю лишнее, а она запаивает. Подсказываю что и как в процессе работы. Блин, паяет! И довольно аккуратно! Я разделяю её радость – сам взял паяльник в руки в 5 лет и до сих пор…

Собираем по частям и проверяем отдельно работоспособность каждой: сначала цепи питания и стабилизатор – есть 5 В. Затем спаиваем генератор – светодиод мигает. Затем счётчик с дешифратором – сигналы на выходе проверяем с помощью светодиода.

Дочка самостоятельно паяет диодную матрицу. Случайно забыла подпаять один диод. Я спрашиваю: «А что будет, если его не запаять»? «Этот цвет мигнёт один раз и потом снова загорится!» Я в отпаде…

Подключаем переключатель режимов, допаиваем ключи тока на выход и подсоединяем три светодиода. Не работает…

Начинаем разбираться: генератор выдает на выходы импульсы с «грязными» фронтами. Каждое переключение сопровождается «звоном» – пачкой импульсов высокой частоты. Это следствие применения высокой ёмкости в генераторе: уровень на входе элемента меняется очень медленно и он, находясь в «неопределённом» состоянии успевает несколько раз переключиться. Эх, тут бы лучше всего вместо ЛА3 применить триггеры Шмидта – К555ТЛ3, но под рукой её нет. Поэтому пришлось на выход тактового генератора напаять интегрирующую цепочку из двух конденсаторов и резистора – она немного «валит» фронты, очищая их от «звона».

И вот долгожданные «красный – жёлтый – зелёный». Ура! Работает!

Пробуем запуститься на батарейках… И тут засада: свежие DURACELL выдают в сумме 6,65 В – многовато для 155/555 серии. Проверяем – счётчик начинает сбиваться. Пришлось переделать цепь питания, включив батарейку тоже через стабилизатор питания. В процессе измеряем и потребляемый ток – менее 100 мА, и в целях экономии заменяем мощный 7805 на маломощного «братишку» 78L05.

Всё, теперь можно закрывать корпус.


Светофор ставится «на прогон» до утра, а мы начинаем изготавливать «светофорчики». В макете Т-образный перекрёсток. По нашему замыслу требуется 5 светофоров: по одному в каждом направлении на одну улицу, один на примыкающую проезжую часть и два на пешеходный переход.

Для светофорчиков изготавливаем маленькие платки из обрезков макетной платы. Аня запаивает туда гасящие резисторы, провода и светодиоды. В качестве стоек отлично подошла соломка для газировки – провода проходят внутри неё.

Теперь осталось дождаться следующих выходных.

И так, в субботу идём с ней на кружок, где она делает макет с перекрёстком. Макет пока ещё «сырой» – белый пенополистирол: здания ещё не раскрашены, окон нет, деревья «не посажены» – самое время установить светофоры. Размечаем точки, делаем отверстия и вклеиваем светофорчики.

Провода пропускаем снизу и сводим их в одну точку, где будет установлена плата с клеммами, для подключения блока управления. По окончании, «клеммник» будет «замаскирован» под киоск.

Помогаю зачистить провода, определяем на каком светофоре какие цвета должны гореть и в этой же последовательности Аня распаивает провода.

Подключаем провода от блока, включаем питание… Макет ожил! В одном направлении красный, в другом зелёный, пешеходам пока стоять – им тоже красный. Затем всем жёлтый и цвета меняются… Перекрёсток стал регулируемым!



Бумажные чудеса

Если отнестись к заданию творчески, то из бумаги можно сотворить немало оригинальных вещей, причем не нужна дизайнерская или дорогая бумага – пригодится то, что есть в каждом доме.

Аппликация

На прямоугольном куске картона рисуем круги, соблюдая между ними одинаковый интервал. Круги можно рисовать циркулем или по шаблону, обводя выбранный предмет (чашку, блюдце, банку). Затем можно действовать по одному из вариантов.

Вариант 1.

Берем 3 листа цветной бумаги – красный, желтый и зеленый — и рвем на небольшие кусочки. Каждый круг намазывается клеем ПВА, заполняется бумажными кусочками.

Вариант 2.

Можно вырезать из бумаги 3 цветов сердечки разного размера. Сердечки сложить пополам и приклеивать на одну половинку. Красиво получается, если сердечки выкладывают в симметричном порядке, образуя цветочек.

Вариант 3.

Заполнить сигнальные круги на светофоре можно, нарезав цветную бумагу маленькими квадратами, затем каждый квадратик надо накрутить на стержень от ручки и приклеить торцевой частью на круг. Получится пушистый светофор!

Важно! Для подобных аппликаций можно использовать не только бумагу, но и все, что есть под рукой, – яичную скорлупу, пряжу, мех, фетр. Главное, чтобы имелось 3 цвета – красный, желтый, зеленый. Такая поделка поможет ребенку навсегда запомнить, что светофор наш лучший друг!

Оригами

Объемный светофор получается методом кусудама. Потребуется бумага 3 цветов и ножка-подставка.

Бумага нарезается на квадраты размером 5х5 см. Модули собираются по схеме, затем 3 модуля складывают вместе. На 1 шар потребуется 24 заготовки. Из модулей собирается шар, его надо закрепить на ножку.

Коробки

Это замечательный материал, из которого получаются интересные детские шедевры. Из коробок получаются разнообразные светофоры:

Вариант 1.

Прямоугольную коробку из-под каши, чая оклеить черной бумагой или покрасить черной краской. На одной стороне наклеить 3 круга (красный, желтый, зеленый), вырезанных по шаблону.

Чтобы такой светофор было удобно переносить в игре, надо обрезать верх, по бокам сделать дырочки и вставить в них веревочку.

Вариант 2.

Готовим коробку, как указано выше, а светофорные цвета сделать из оригами, наклеив модули.

Вариант 3.

Взять 3 коробка от спичек, склеить между собой (можно использовать клей или самоклеящуюся бумагу). Получившийся модуль обернуть черной бумагой и закрепить клеем. Выделить белым маркером или полосками белой бумаги светофорные ячейки, в каждую вклеить сигнал нужного цвета.

Вариант 4.

Нарисовать на картоне схему светофора, состоящую из 4 боковин и добавив 1-2 см на склейку (впрочем, подойдет и готовая узкая коробка с одинаковыми сторонами). Насадить склеенную заготовку на ножку, сделанную из карандаша. Внутрь поместить подходящий по размеру рулончик, окрашенный черной краской. На рулончике диагонально расположены квадраты сигнальных цветов.

Поворачивая такой рулончик внутри картонного корпуса, можно изучать, как светофор регулирует движение машин и пешеходов.

Важно! Из коробок можно делать светофоры в рост ребенка – такие пригодятся для детского сада. Их удобно использовать во время активных игр на знание ПДД.

Поделки из подручных материалов

Можно сделать светофор из подручных материалов.

Из пакетов

Потребуются пакеты (целлофановые или для мусора), ножницы, пластиковая крышка, скотч, нитки.

Ход работы:

  1. Пакеты кладут стопкой, обрезают дно и ручки, чтобы получить ровные прямоугольники.
  2. Из 2 пластиковых крышек или картона вырезают кольца.
  3. 2 кольца складывают вместе, обматывают целлофановыми полосками.
  4. Разрезать целлофан по внешнему контуру.
  5. Раздвинуть кольца и завязать помпон ниткой.
  6. Выровнять длину ворса помпона.
  7. Соединить между собой на нитку 3 помпона разных цветов.

Такой светофор можно повесить или прикрепить к стене. По этому принципу можно сделать механизм регулировки дорожного движения из ниток, оберточной бумаги.

Шитый светофор

Интересный вариант – сшитый из ткани светофор. Он может послужить развивающей игрушкой, если сделать цвета съемными, посадив их на липучку.

Из черной ткани выкраивают контур светофора, сшивают, проложив синтепон или флизелин. Сигнальные цвета удобнее делать из фетра.

Сладкий «красный-желтый-зеленый»

Съев вкусный светофор, каждый малыш запомнит правила перехода через улицу. Приготовить такие лакомства несложно: можно испечь печенье или взять готовое.

Главный секрет – в украшении.

Печенье, вафлю или сладкую булочку надо облить сверху шоколадом и, пока он не застыл, разложить сверху три конфетки нужных цветов (красный, желтый, зеленый). Это могут быть карамельки, цукаты или M&M. Вот и все!

Макет модель Поделки электрические Моделирование конструирование Светофор электрический с переключателем мастер-класс Гуашь Картон Клей Коробки Проволока Фанера

Доброго времени суток всем мастерам и мастерицам, а также тем, кто еще только мечтает вплотную заняться творчеством… в общем, всем, у кого так и чешутся руки сварганить что-нибудь этакое 🙂

Каждый год у сына в школе празднуют день пешехода. Это шумный и веселый концерт, песни, стихи, игры, конкурсы, и, конечно же, выставки тематических поделок!!!

Хочу поделиться с вами идеями и способами их воплощения в жизнь. Перелопатив кучу сайтов с рукотворным творчеством, мы с сыном решили не останавливаться на обычной лепке или картонной модельке. Пришлось закупиться в ближайшем строительном магазине, достать с полки позабытый набор Юный электрик…а маме — еще и вспомнить курс УПК за 9 класс «Электромонтаж», куда ее, то есть меня, сослали за плохое поведение на уроках 🙂 хе-хе, ничто, как говорится, на Земле не проходит бесследно (с)… пригодился и такой опыт тоже 🙂 папа, во время изготовления светофора отсутствующий в дальней командировке, был приятно шокирован!

Вот оно, готовое изделие, занявшее почетное первое место на школьном конкурсе поделок 🙂 Мама получила счастливого ребенка, счастливый ребенок получил приз, а его довольный класс — грамоту за безоговорочную победу! (вот как нескромно получилось 🙂 но если честно-мы все были очень довольны).