Zolang ik mij kan herinneren hebben de stroboscoop lichtbakken van de politie mij gefascineerd.
Nu hebben blauwe knipperende lampen natuurlijk toch al een grote aantrekkingskracht, maar
de stroboscopen van de politie bleven mijn interesse hebben. Jarenlang heb ik geprobeerd
dit effect na te maken, wat steeds op een mislukking uitdraaide.
Ongeveer 3 jaar geleden leerde ik microcontrollers programmeren, en kon ik het lichtpatroon
in ieder geval produceren, maar stroboscopen aansturen lukte me toen nog niet.

Op het moment van schrijven is het 3 dagen geleden dat ik voor het eerst een stroboscoop
op een extern signaal heb weten te laten ontsteken, door middel van een thyristor die
aangestuurd wordt door een optocoupler, die op zijn beurt zijn pulsen krijgt van een van
de uitgangen van mijn microcontrollerschakeling.

Wel een woord van waarschuwing: stroboscopen werken met hoge spanningen, die ook na
uitschakeling nog een tijdje aanwezig blijven. Meet met een multimeter na of het apparaat
ontladen is, of ontlaad de elco's voordat je werkzaamheden verricht aan de flits-toestellen.
Uiteraard voer je werkzaamheden uit met de stekker UIT het stopcontact!

Een overzicht:

Korte uitleg over stroboscopen
De stuurschakeling voor de thyristor
De microcontrollerschakeling
Downloaden van de programmacode
Een paar foto's
Een filmpje

Een korte uitleg over stroboscopen.

Een stroboscoop is niets meer dan een glazen buis, met aan beide einden 2 electroden
ingesmolten. In de buis is een edelgas aanwezig, dat pas gaat geleiden wanneer de
spanning tussen beide electroden groot genoeg is.

De in de handel verkrijgbare simpele 20 Watt stroboscoopjes zijn makkelijk uit te leggen:
De netspanning (230 Volt) wordt zodanig gelijkgericht dat er een spanning van ongeveer 600
Volt beschikbaar is. Via een potmeter wordt geregeld hoe snel een hoogspanningscondensator
kan opladen, en zodra de condensator vol genoeg is, zal een diac gaan geleiden, de
condensator die via de potmeter opgeladen werd ontladen worden over de zogenaamde
triggertransformator, en de buis ontsteken.

De triggertransformator is te vergelijken met een bobine: een spanningsimpuls van een 'lage'
spanning op de primaire zijde, die uit weinig wikkelingen bestaat, induceert een hoge spanning
aan de secundaire zijde, die uit veel wikkelingen bestaat.

Waarom is de triggertransformator nodig? Nou, heel simpel: de spanning is, zoals al eerder
gezegd, uit het net gelijkgericht, zo'n 600 Volt. De flitsbuis zal echter pas ontsteken bij
ettelijke kiloVolts.
Door de condensator die ontlaadt over de triggertransformator wordt een spanningspiek van
rond de 100-150 Volt (in kleine flitsers) omgezet in een spanningspiek in de orde van 3
kV aan de secundaire zijde van de triggertransformator.
Die spanningspiek wordt via een derde draad of strip aan de flitsbuis gevoerd, en die zal
daarop ontsteken, waarna de energie uit de elco's in de flitsbuis 'gedumpt' wordt, en
deze een heldere flits produceert.

De diac is in dit geval het belangrijkste onderdeel in de keten: dit is een onderdeel dat
gezien kan worden als een diode, die onder een bepaalde spanning echter gesperd blijft.
Boven een bepaalde spanning (MEESTAL 30 Volt) gaat de diac ineens in geleiding, en dat zal hij
blijven totdat de stroom onder een bepaalde waarde komt. Die bepaalde waarde is de
houdstroom: zolang de stroom dus boven de houdstroom blijft, zal de diac in geleiding
blijven, daaronder dooft de diac.

Goed, de diac is dus het onderdeel dat de stroboscoop autonoom laat flitsen, met de
snelheid van dat autonome flitsen geregeld met een potmeter die vaak aan de achterkant
van de stroboscoop zit.
Wij willen het proces van wanneer de buis ontsteekt zelf gaan beheersen, en zelf bepalen
wanneer de buis flitst en wanneer niet.
Wat wij daarvoor nodig hebben is een thyristor: zeg maar een diode met een aansluiting om
de diode op commando in geleiding te sturen en te laten sperren.

Een thyristor heeft 3 aansluitingen: de Anode, Kathode en de Gate. De laatste wordt
gebruikt om de thyristor mee in geleiding te sturen van Anode naar Kathode. Door een (relatief)
klein stroompje op de gate te zetten zal de thyristor gaan geleiden, en blijven geleiden,
als de stroom maar boven de houdstroom blijft (de houdstroom staat uitgelegd bij het verhaal over de diac)
Komt de stroom onder de houdstroom, dan spert de thyristor weer.
De thyristor kan ook in geleiding gehouden worden door de gate constant van stroom te voorzien.
De aansluitingen van de thyristor die wij gebruiken zijn, wanneer het onderdeel op zijn
rug met de pootjes naar je toe ligt als volgt (vlnr): Kathode, Anode, Gate.

Goed: voor dit effect heb je 1 (het liefst 2 of meer, wat je zelf wil) stroboscopen nodig.
Controleer, voordat je begint, eerst even of ze werken.
Wanneer je er aan gaat werken, onthoud dan het volgende: stroboscopen werken met
condensators of elco's, die na uitschakelen nog een tijdje hun lading vasthouden. Na
uitschakeling (stekker uit het stopcontact!) is het daarom niet verstandig er meteen aan
te gaan werken. Meet met een multimeter even de spanning over de flitsbuis, en wanneer die
tot een Volt of 30 gezakt is, kan je veilig werken.
Let op: niet alle stroboscopen ontladen vanzelf, in dat geval kun je de elco's of
condensators het beste ontladen door ze met een hoge weerstand (1 Mega Ohm) 'kort te
sluiten' De lading zal dan langzaam verdwijnen.

Goed: we gaan de stroboscopen aanpassen om ze op commando te kunnen laten flitsen.

Zoek de diac op, bij een ouder model stroboscoop wat ik hier heb was die niet te missen: onder het
onderdeel dat de diac was stond duidelijk 'diac'
De diac heeft vaak het uiterlijk van een diode, maar de streep die altijd op diodes staat
wil nog wel eens ontbreken. Niet elke diac in stroboscopen heeft een te achterhalen nummer.
Soldeer de diac uit de print, en onthoud (als het niet op de print staat) waar de kathode
aangesloten zat. Plaats de thyristor op de plek van de diac, en soldeer de kathode en
anode precies overeenkomstig de anode en kathode van de diac.

Nadat je dit gedaan hebt kun je dit schema bouwen. Het onderstaande schema is een
galvanische scheiding, om de stuurschakeling gescheiden te houden van de hoge
spanningen in de stroboscoop. Deze schakeling heeft alleen wel 1 nadeel:
Voor deze optocoupler schakeling moet een kleine voeding gebouwd worden, om de transistor
de benodigde stroom te kunnen laten schakelen (de fototransistor in de optcoupler levert
te weinig stroom om direct de thyristor aan te kunnen sturen)
Omdat de stroboscopen echter niet galvanisch gescheiden zijn van het net, en je voor elke
stroboscoop die je extern wilt sturen deze schakeling moet maken, kun je GEEN
gemeenschappelijke voeding gebruiken, want dat resulteert in vuurwerk! (lees: kortsluiting)

Wil je geen voeding nodig hebben voor elke stroboscoop, dan kun je kiezen voor de
MOC3020: een optocoupler die direct een thyristor of triac aan kan sturen.

Onderdelenlijst voor bovenstaand schema:

R1 = 150 Ohm
R2 = 10 K
R3 = 12 K
R4 = 1 K
D1 = TIC106M
IC1 = TIL111, 4n27 of equivalent.
LED1 = LED rood, geel, blauw of groen.

Op de punten 'K' en 'A' sluit je de stroboscoop aan overeenkomstig de aansluiting van de verwijderde diac.

De stuurschakeling.

Allereerst: het is niet verplicht deze schakeling te gebruiken om de stroboscopen mee aan
te sturen: wanneer je geen ervaring hebt met microcontrollers (geen echte must, want het
programma is hier te downloaden) of je geen programmer hebt (het apparaat om de
microcontroller van het programma te voorzien) kan je ook voor de simpeler variant van
dit effect gaan: namelijk het politieknipperlicht met de 4017
Maar dan wordt het lang niet zo 'echt' als met een microcontroller...

Goed, over naar de schakeling. Ik zal toegeven dat het gebruik van een PIC16F84A nogal
overdreven is wanneer ik slechts 2 uitgangen gebruik, en de rest compleet ongemoeid laat.
Maar omdat je natuurlijk meerdere stroboscopen aan kunt sluiten, en de PIC na inname van 2
uitgangen nog 11 potentiële uitgangen over heeft, kun je er natuurlijk nog veel meer mee.
De microcontroller maakt gebruik van de oscillator die opgebouwd is rond X1, C1 en C2.
De programma-software is zo geschreven dat de helft van poort b gebruikt wordt voor de
'linker' stroboscoop, en de andere helft van poort b gebruikt wordt voor de 'rechter'
stroboscoop. Wanneer je enigszins ervaring hebt met microcontrollers kun je dit naar wens
aan gaan passen uiteraard.

Onderdelenlijst:
R1 = 10 k
C1, C2 = 18 pF
C3 = 100 nF
X1 = 4 MHz kristal
IC1 = PIC16F84A

Omdat de microcontroller - die met slechst 136 regels programmacode - behoorlijk leeg is,
valt er niet veel te resetten, en wordt pin 4 (Reset) hooggehouden door R1.
C3 zorgt voor de nodige ontkoppeling.
Tussen S1a en S1b sluit je het 1ste schema dat besproken is op deze pagina aan, wanneer
je 2 stroboscopen hebt sluit je een tweede versie van het eerste schema
aan tussen S2a en S2b. Het spreekt voor zich dat wanneer je meer dan 2 flits-apparaten
hebt, je deze op dezelfde manier aansluit als S1 en S2, alleen dan op andere pinnen:
vergeet niet de programmatuur aan te passen wanneer je andere patronen wilt!
De waardes voor C1 en C2 hoef je niet zo nauw te nemen: op 22 pF zal de controller het ook prima doen.

27-1-2010: Als je dezelfde schakeling wil maken met een 16F628, zeg maar de opvolger van de 16F84A, ziet
de schakeling er met de hier te downloaden programmatuur zo uit:

Zoals te zien is wordt er gebruik gemaakt van de interne oscillator, daar het geen kritische toepassing betreft: daardoor
vervallen al 3 onderdelen die in het schema met de 16F84A wel gebruikt werden, namelijk de condensatoren en het kristal.
Daar pin 4 als I/O geprogrammeerd is, en niet als RESET, hoeft er ook geen weerstand gebruikt te worden om deze pin hoog te houden.

De programmatuur voor de 16F628 is zodanig geschreven dat je voor de twee 'kanalen' 4 uitgangen kunt
gebruiken: 6, 7, 8 en 9 nemen links voor hun rekening, en 10, 11, 12 en 13 rechts.

Over de programmatuur: ik ben geen top-programmeur, veel meer dan dit kan ik (nog) niet,
en de code zal op sommige punten ook best fraaier kunnen, maar hé, het werkt.
Het programma is geschreven in Assembler.

Downloaden.

De programmacode voor de 16F84A in Assembler (.asm):
strobo.asm
De programmacode voor de 16F84A als HEX bestand: Dit bestand is geschikt om direct in de PIC te laden.
strobo.hex

De programmacode voor de 16F628 in Assembler (.asm):
strobo16F628.asm
De programmacode voor de 16F628 als HEX bestand: dit bestand is geschikt om direct in de PIC te laden.
strobo16F628.hex

Het programma in een 'flits'

De controller voert deze lus 4 keer uit:
Links flitst 3 keer
Rechts flitst 3 keer

Na bovenstaand stukje programmatuur volgt 6 keer het onderstaande:
links
rechts

De controller pauzeert kort, om daarna overnieuw te beginnen.

Wat foto's:
Een overzicht: In het midden het breadboard met de microcontroller schakeling. Links en
rechts liggen (beide met een doosje van plastic eroverheen ter veiligheid) de stroboscopen.
Achter elke stroboscoop is de accu te zien voor de stroomvoorziening voor de optcoupler schakelingen.

Een stukje veilig- en handigheid: een 4 ampere automaat zorgt ervoor dat een kortsluiting
in een van de stroboscoopen niet het halve huis platlegt.

Een video-impressie: Helaas zijn flitsende dingen moeilijk te filmen: derhalve zul je
merken dat er in het filmpje wat 'flitsen' lijken te ontbreken. Wanneer je naar het geluid luistert
is duidelijk het ontsteken van de stroboscopen in het programmaritme te horen.

http://www.youtube.com/watch?v=WGYHpCbDGYk

Rest mij nog te zeggen dat je met gezond verstand aan deze hoogspanningsapparaten dient te
werken, en dat je je eigen creativiteit maar moet gebruiken om een leuke toepassing te
bedenken voor deze schakeling.