Obwód alarmu kojarzy się najczęściej z budzikiem. To poprawne skojarzenie, ale układ czasowego alarmu można wykorzystać znacznie szerzej: jako prosty zegar z wyjściem akustycznym, sterownik sygnału przypomnienia albo moduł załączający inne urządzenie o określonej godzinie.
Opisany projekt opiera się na układzie LM8560, czyli popularnym scalonym sterowniku zegara LED. Taki obwód może wyświetlać aktualny czas, obsługiwać alarm, funkcję uśpienia i drzemki oraz generować sygnał, który po wzmocnieniu uruchamia brzęczyk lub mały głośnik.
Jeśli szukasz prostego projektu z funkcją odmierzania czasu, budzik cyfrowy jest dobrym punktem wyjścia. Poniżej omawiamy elementy, sposób pracy i najważniejsze założenia projektowe takiego obwodu.
Zacznijmy od podstaw.
Co to jest obwód budzika?
Obwód budzika to układ elektroniczny, który odmierza czas i po osiągnięciu ustawionej godziny uruchamia sygnał alarmowy. W wersji cyfrowej zwykle składa się ze sterownika zegara, wyświetlacza LED, przycisków nastaw, prostego zasilacza oraz toru audio odpowiedzialnego za dźwięk.
Podobne rozwiązania można stosować nie tylko w klasycznych budzikach. Sprawdzają się także w prostych aplikacjach czasowych, na przykład jako:
czasowy sterownik urządzeń domowych,
prosty zegar pokazujący aktualny czas,
układ regularnie włączający odtwarzacz lub sygnalizator,
dzwonek szkolny, zakładowy albo sygnał przerwy,
cyfrowy zegar z wyświetlaczem LED lub innym modułem wskazań.
Jakie elementy są potrzebne do obwodu budzika?
Zanim przejdziemy do schematu, warto uporządkować listę podstawowych komponentów. Typowy układ z LM8560 wymaga elementów zasilania, elementów nastawczych, wyświetlacza oraz prostego wzmacniacza audio.
C1 (470 µF)
R5 (10 kΩ)
C2, C3 (10 nF)
D1, D2, D3
IC1 (LM8560)
C4 (10 µF)
R4 (91 kΩ)
IC2 (LM386)
R2, R3 (120 kΩ)
C5, C6
Wyświetlacz LED sterowany multipleksowo
R1 (100 kΩ)
C7 (kondensator elektrolityczny, wartość zgodna ze schematem)
T1 (transformator 0-12 V / 500 mA)
Przyciski chwilowe S1, S2, S3 i S4
P1 (potencjometr 10 kΩ)
BZ1 lub SP1, czyli brzęczyk albo mały głośnik
Schemat i projekt obwodu alarmu
Na poniższym schemacie widać podział układu na trzy główne bloki: zasilanie z transformatora, sterownik zegara LM8560 z wyświetlaczem LED oraz tor alarmu z prostym wzmacniaczem audio.
Schemat ideowy cyfrowego budzika
IC1 (LM8560)
IC1 jest głównym elementem całego projektu. LM8560 to układ scalony przeznaczony do zegarów cyfrowych z wyświetlaczem LED. Steruje multipleksowanym wyświetlaczem, zlicza czas na podstawie częstotliwości sieci 50/60 Hz i obsługuje funkcje typowe dla budzika, takie jak ustawianie czasu, ustawianie alarmu, drzemka oraz tryb uśpienia.
Wyświetlacz LED sterowany multipleksowo
Cyfrowy wyświetlacz LED
Wyświetlacz pokazuje godziny i minuty, a w czasie konfiguracji również ustawienia alarmu. W typowym rozwiązaniu z LM8560 używa się czterocyfrowego, siedmiosegmentowego wyświetlacza LED sterowanego w trybie multipleksowym. Dzięki temu układ scalony może bezpośrednio obsługiwać wskazania bez dodatkowego, rozbudowanego sterownika wyświetlacza.
IC2 (LM386)
IC2 wzmacnia sygnał alarmowy. LM386 jest niskonapięciowym wzmacniaczem mocy audio, dlatego dobrze nadaje się do napędzania małego głośnika lub brzęczyka w prostym budziku. Sygnał z wyjścia alarmowego LM8560 trafia do toru audio, a potencjometr P1 pozwala regulować poziom dźwięku.
S1-S4 (przyciski nastawcze)
Przyciski S1, S2, S3 i S4 służą do obsługi zegara. Za ich pomocą ustawia się godzinę, minuty i czas alarmu, a także wyłącza lub kasuje alarm. W praktycznym projekcie warto użyć przycisków chwilowych o dobrej trwałości mechanicznej, ponieważ są to elementy najczęściej dotykane przez użytkownika.
Brzęczyk lub głośnik
Element sygnalizacji dźwiękowej
Element wykonawczy w torze audio odpowiada za słyszalny alarm. W najprostszym wariancie może to być brzęczyk, a w wersji z LM386 także mały głośnik. Dobór zależy od wymaganej głośności, charakteru dźwięku i dostępnego miejsca w obudowie.
Diody (D1, D2 i D3)
Diody prostownicze i przełączające
Każda dioda pełni w układzie określoną funkcję. D1 wraz z kondensatorem C1 tworzy prosty zasilacz prądu stałego dla części sterującej. Po wyprostowaniu i filtracji napięcie zasila układ LM8560.
Pozostałe diody są związane ze sterowaniem wyświetlaczem i sygnałami przełączającymi. W układach tego typu pomagają poprawnie prowadzić sygnały do elektrod wyświetlacza LED, aby multipleksowanie cyfr działało stabilnie i bez zakłóceń widocznych dla użytkownika.
T1 (transformator)
Transformator sieciowy
Transformator obniża napięcie sieciowe 220-240 V AC do bezpieczniejszego napięcia wtórnego, w tym przykładzie około 12 V AC. Ponieważ układ jest zasilany z sieci, montaż i uruchamianie wymagają zachowania zasad bezpieczeństwa oraz odpowiedniej izolacji części pierwotnej.
Jak działa obwód budzika?
Zasada działania jest prosta. Napięcie sieciowe trafia najpierw na transformator T1, który obniża je do około 12 V AC. To napięcie zasila dalszą część układu, ale zanim trafi do elektroniki sterującej, musi zostać wyprostowane i odfiltrowane.
Dioda D1 i kondensator C1 tworzą prosty zasilacz dla układu scalonego. Po prostowaniu napięcie stałe trafia na wejście zasilania LM8560. Układ wykorzystuje również częstotliwość sieci 50/60 Hz jako odniesienie czasu; sygnał ten jest doprowadzany przez odpowiedni rezystor do wejścia zegarowego układu.
Następnie LM8560 steruje wyświetlaczem LED i pokazuje aktualny czas. Diody D2 i D3 współpracują z liniami sterującymi wyświetlacza, a przyciski S1 i S2 służą do ustawiania wskazań. Po poprawnym podłączeniu zasilania na wyświetlaczu powinny pojawić się cyfry godzin i minut.
Jak ustawić czas?
Do nastawiania czasu służą przyciski S1 i S2. Pierwszy zmienia godziny, drugi minuty. Po każdej zmianie LM8560 aktualizuje wskazanie na wyświetlaczu, dlatego użytkownik od razu widzi wprowadzoną wartość.
Dwukropek rozdziela godziny i minuty. Czterocyfrowy wyświetlacz siedmiosegmentowy pokazuje dwie cyfry godziny i dwie cyfry minut, a sterowanie multipleksowe sprawia, że wszystkie cyfry wyglądają na świecące jednocześnie, mimo że w rzeczywistości są odświeżane sekwencyjnie.
Jak odróżnić czas alarmu od aktualnego czasu?
Do przejścia w tryb ustawiania alarmu służy S3. Po jego naciśnięciu lub przytrzymaniu układ przełącza wyświetlacz z bieżącego czasu na czas alarmu. Godzinę alarmu ustawia się przyciskiem S1, a minuty przyciskiem S2.
Po zakończeniu nastaw układ przechodzi w tryb czuwania. Gdy aktualny czas zrówna się z zaprogramowanym czasem alarmu, na wyjściu alarmowym LM8560 pojawia się sygnał. W prostych konstrukcjach może on sterować brzęczykiem, ale w tym projekcie jest dodatkowo wzmacniany przez LM386.
Potencjometr P1 reguluje poziom sygnału podawanego na wzmacniacz audio, a więc również głośność alarmu. Przycisk S4 służy do wyłączenia lub skasowania alarmu. W zależności od sposobu podłączenia może zatrzymać dźwięk po jego uruchomieniu albo dezaktywować alarm przed osiągnięciem ustawionej godziny.
Funkcję drzemki należy realizować zgodnie z aplikacją układu LM8560. Nie wymaga ona dokładania drugiego identycznego sterownika zegara; potrzebne są natomiast właściwie podłączone przyciski i elementy pomocnicze przewidziane w nocie katalogowej lub schemacie referencyjnym.
Kroki do zbudowania cyfrowego budzika
Obwód elektroniczny cyfrowego budzika
Ważne punkty projektowe
Przy budowie takiego układu najpierw sprawdź część zasilania bez włożonego układu scalonego. Upewnij się, że napięcie po prostowaniu mieści się w dopuszczalnym zakresie dla zastosowanych elementów, a kondensatory elektrolityczne mają właściwą polaryzację i odpowiedni zapas napięcia.
Drugim krokiem jest poprawne podłączenie wyświetlacza. Wyświetlacze LED występują w różnych konfiguracjach wyprowadzeń, dlatego przed lutowaniem porównaj pinout modułu z dokumentacją LM8560 i schematem. Błąd w tym miejscu zwykle nie uszkadza od razu układu, ale powoduje nieczytelne lub zamienione wskazania.
W części audio zwróć uwagę na prowadzenie masy i rozmieszczenie kondensatorów przy LM386. Wzmacniacz może wzbudzać się lub zbierać zakłócenia, jeśli ścieżki sygnałowe są zbyt długie albo przebiegają blisko części zasilania sieciowego. Dla prototypu wystarczy płytka uniwersalna, ale przy docelowym urządzeniu lepszym rozwiązaniem jest zaprojektowanie małej płytki PCB.
Zakończenie
Obwód budzika z LM8560 to prosty, ale praktyczny projekt pokazujący współpracę zasilacza, układu czasowego, wyświetlacza LED i toru audio. Może działać jako klasyczny budzik, sygnalizator czasowy albo punkt wyjścia do bardziej rozbudowanego sterownika.
Jeżeli planujesz wykonać taki układ jako prototyp lub małą serię, zadbaj o poprawny schemat, bezpieczne zasilanie i czytelny projekt PCB. OurPCB może pomóc w produkcji płytek i montażu elektroniki, gdy projekt będzie gotowy do wykonania.