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Appunti di TDP Documentazione del progetto semaforo Gestione di un impianto semaforico Ing. Giovanni Cirio 1 di 21 21/12/12

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Page 1: Documentazione del progetto semaforo Gestione di un ... · semaforica, quattro svincoli a destra privi di semaforo, un parcheggio con display visualizzante la capienza residua e infine,

Appunti di TDP

Documentazione del progetto semaforo

Gestione diun impianto semaforico

Ing. Giovanni Cirio 1 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

Gli alunni che hanno collaborato alla realizzazione dell’impianto semaforico sono:

2. Aonzo Davide3. Batenko Glib4. Cavallo Alberto5. Cirio Gabriele6. Crispino Christian7. Di Gangi Andrea8. Di Lieto Alfonso 9. Donzellini Roberto10. Forgione Andrea11. Germinario Andrea 12. Leone Fabio13. Manti Piero14. Mavilia Manuel15. Mazzurini Michel16. Mel Gabriele17. Ramasso Mauro18. Schiavo Andrea19. Sciutto Alex 20. Vacca Rossano

I professori che hanno partecipato alla realizzazione dell’impianto semaforico sono:

21.Prof. Cirio Giovanni per la progettazione22.Prof. Bianco Fernando per il laboratorio23.Prof. Lodrini Angie per le parti in inglese

Ing. Giovanni Cirio 2 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

Realizzazione di un impianto semaforico automatizzato.

Si è deciso all'inizio dell'anno scolastico, di realizzare, di concerto fra classe e docenti interessati, un impianto semaforico automatizzato, un parcheggio con contaposti automatico e un autovelox posto in una strada laterale. Ci è parso utile capirne il funzionamento in quanto sono impianti presenti nella vita quotidiana di ogni singolo cittadino.

L'incrocio è formato da quattro strade intersecate e regolamentate mediante lanterna semaforica, quattro svincoli a destra privi di semaforo, un parcheggio con display visualizzante la capienza residua e infine, in una strada secondaria, un rilevatore di velocità la quale sarà poi visualizzata su un display.

La gestione dei vari dispositivi elettronici è affidata a un PC poiché è già pronto all'uso ma in un ambiente industriale si userebbe una scheda dedicata a microprocessore. Il linguaggio software di progettazione usato è il C++ poiché esso è conosciuto e utilizzato a livello mondiale in molti campi (universitario, di ricerca ecc.) ed è molto versatile. In ambito industriale è preferibile utilizzare l'Assembler poiché l'hardware interessato è caratterizzato dalla presenza di un microprocessore programmabile in linguaggio macchina.

Le fasi di lavoro sono:

1) Realizzazione del plastico in ogni sua parte;

2) Montaggio dei vari circuiti elettronici;

3) Programmazione in C++;

4) Prove e verifiche di funzionamento ;

5) Stesura della documentazione;

6) Redazione del manuale d'uso.

Ing. Giovanni Cirio 3 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

Schema a blocchi del progetto: (Mel)

Ing. Giovanni Cirio 4 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

Ing. Giovanni Cirio 5 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

Schema a blocchi della gestione del parcheggio (Mel)

Planimetria

(Germinario, Mel, Forgione 5^B)

Specifiche di funzionamento dell’incrocio semaforico:L’impianto è composto principalmente da 6 stati:

Stato 1 Stato 2 Stato 3 Stato 4: Stato 5 Stato 6

A1= VerdeA2= RossoB1= VerdeB2= RossoC1= Rosso C2= RossoCp= VerdeD1= RossoD2= RossoDp= Verde

A1= GialloA2= RossoB1= GialloB2= RossoC1= Rosso C2= RossoCp= GialloD1= RossoD2= RossoDp= Giallo

A1= RossoA2= VerdeB1= RossoB2= VerdeC1= RossoC2= VerdeCp= RossoD1= RossoD2= VerdeDp= Rosso

A1= RossoA2= GialloB1= RossoB2= GialloC1= RossoC2= VerdeCp= RossoD1= RossoD2= VerdeDp= Rosso

A1= Rosso A2= RossoB1= RossoB2= RossoC1= VerdeC2= VerdeCp= RossoD1= VerdeD2= VerdeDp= Rosso

A1= Rosso A2= RossoB1= RossoB2= RossoC1= GialloC2= GialloCp= RossoD1= GialloD2= GialloDp= Rosso

Ing. Giovanni Cirio 6 di 21 21/12/12

B1

B2

C1

A1

A2 D

1

B

C D

A

CP

DP

C2

D2

Tastiera

Monitor

8+4 Bit-PCSoftware digestione

LPT1

LATCH

30 Bit

Elementi incrocio: Lampade e avvisatori acustici

Alimentatore12 ; 5 [V d.c]

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Appunti di TDP

Tempo = 50s Tempo = 10s Tempo = 30s Tempo = 10s Tempo = 40s Tempo = 10s

Progettazione del software di gestione:

Si memorizzano i 6 stati in 4 byte che vengono inviati alla porta dati e scritti nei 4 latch ls373. La corrispondenza bit-lampada è la seguente:

d7 byte4 d0 d7 byte3 d0 d7 byte2 d0 d7 byte1 d0

V G R V G R V G R V G R V G R V G R V G R V G R V G R V G R

Dp D2 D1 Cp C2 C1 B2 B1 A2 A1

La porta controllo invece abilita la scrittura nei diversi latch con la corrispondenza:

C3 C2 C1 C0

latch4 latch3 latch2 latch1

Struttura dati: memorizziamo i 4 byte dello stato 1 nella variabile stato1[4] e cosi via

stato1[]Byte 1 1 1 12

Byte 2 1 1 1 1 147

Byte 3 1 1 48

Byte 4 1 1 33

stato2[]Byte 1 1 1 1 138

Byte 2 1 1 1 146

Byte 3 1 1 40

Byte 4 1 1 17

stato3[]Byte 1 1 1 1 97

Byte 2 1 1 24

Byte 3 1 1 1 38

Byte 4 1 1 12

stato4[]Byte 1 1 1 1 81

Byte 2 1 1 20

Byte 3 1 1 1 38

Byte 4 1 1 10

stato5[]Byte 1 1 1 1 73

Byte 2 1 1 66

Byte 3 1 1 1 134

Byte 4 1 1 12

stato6[]Byte 1 1 1 1 73

Byte 2 1 1 34

Byte 3 1 1 1 69

Byte 4 1 1 10

La scrittura dello statoi sulla porta dati avverrà con un pseudocodice tipo

out(pcontrollo,0001); out(pdati,statoi[1]); // abilita e scrive nel latch1

Ing. Giovanni Cirio 7 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

out(pcontrollo,0010); out(pdati,statoi[2]); // “ latch2out(pcontrollo,0100); out(pdati,statoi[3]); // “ latch3out(pcontrollo,1000); out(pdati,statoi[4]); // “ latch4

Pseudocodice:

byte stato1[4]=[12, 147, 48, 33]; stato2[4]=[138, 146, 40, 17]; stato3[4]=[97, 24, 38, 12]; stato4[4]=[81, 20, 38, 10]; stato5[4]=[73, 66, 134, 12]; stato6[4]=[73, 34, 69, 10];int normale; // usata come flag per terminare i vari eventi avviati dai pulsanti

GUI:

WxButtonAvvio WxEdit7WxButtonSpento WxButtonLampeggiante

WxEditStato1WxEditStato1WxEditStato1WxEditStato1WxEditStato1WxEditStato1

WxButtonReset

Inizializziamo i tempi standard50 -> WxEditStato110 -> WxEditStato230 -> WxEditStato310 -> WxEditStato440 -> WxEditStato510 -> WxEditStato6

Ai pulsanti associamo il pseudocodice:

void semaforoFrm::WxButtonAvvioClick(wxCommandEvent& event){ normale=1; do { out(pcontrollo,0001); out(pdati,stato1[1]); out(pcontrollo,0010); out(pdati,stato1[2]); out(pcontrollo,0100); out(pdati,stato1[3]); out(pcontrollo,1000); out(pdati,stato1[4]); aspetta(WxEditStato1); out(pcontrollo,0001); out(pdati,stato2[1]); out(pcontrollo,0010); out(pdati,stato2[2]); out(pcontrollo,0100); out(pdati,stato2[3]); out(pcontrollo,1000); out(pdati,stato2[4]); aspetta(WxEditStato2);

Ing. Giovanni Cirio 8 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

out(pcontrollo,0001); out(pdati,stato3[1]); out(pcontrollo,0010); out(pdati,stato3[2]); out(pcontrollo,0100); out(pdati,stato3[3]); out(pcontrollo,1000); out(pdati,stato3[4]); aspetta(WxEditStato3); out(pcontrollo,0001); out(pdati,stato4[1]); out(pcontrollo,0010); out(pdati,stato4[2]); out(pcontrollo,0100); out(pdati,stato4[3]); out(pcontrollo,1000); out(pdati,stato4[4]); aspetta(WxEditStato4); out(pcontrollo,0001); out(pdati,stato5[1]); out(pcontrollo,0010); out(pdati,stato5[2]); out(pcontrollo,0100); out(pdati,stato5[3]); out(pcontrollo,1000); out(pdati,stato5[4]); aspetta(WxEditStato5); out(pcontrollo,0001); out(pdati,stato6[1]); out(pcontrollo,0010); out(pdati,stato6[2]); out(pcontrollo,0100); out(pdati,stato6[3]); out(pcontrollo,1000); out(pdati,stato6[4]); aspetta(WxEditStato6); } while(normale=1);

}

void semaforoFrm::WxButtonSpentoClick(wxCommandEvent& event){

out(pcontrollo,0001); out(pdati,0); out(pcontrollo,0010); out(pdati,0); out(pcontrollo,0100); out(pdati,0); out(pcontrollo,1000); out(pdati,0);

}

void semaforoFrm::WxButtonLampeggianteClick(wxCommandEvent& event){ normale=0;

do {

out(pcontrollo,0001); out(pdati,146); // gialli accesi out(pcontrollo,0010); out(pdati,36); out(pcontrollo,0100); out(pdati,73); out(pcontrollo,1000); out(pdati,18);aspetta(3); out(pcontrollo,0001); out(pdati,0); // gialli spenti out(pcontrollo,0010); out(pdati,0); out(pcontrollo,0100); out(pdati,0); out(pcontrollo,1000); out(pdati,0);

} while(normale==0)

}

void semaforoFrm::WxButtonResetClick(wxCommandEvent& event){

50 -> WxEditStato110 -> WxEditStato230 -> WxEditStato310 -> WxEditStato440 -> WxEditStato510 -> WxEditStato6

}

Ing. Giovanni Cirio 9 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

Codice realizzato per windows98:

inizio:

CLS

REM dichiadazione delle variabili

DIM m AS INTEGER 'm e' un num intero che sta per modalita': 1,2 ecc..

WRITE "Seleziona numero della modalita di funzionamento del semaforo e premi INVIO" WRITE "1 avvio funzionamento normale" WRITE "2 modalita' lampeggio" WRITE "3 tutto spento" WRITE "4 esci dal programma"

INPUT m

REM------------------------------------------------------------------------

IF m = 1 THEN

DO

CLS

REM invio stato_1

OUT 890, 10OUT 888, 12OUT 890, 9OUT 888, 147OUT 890, 15OUT 888, 48OUT 890, 3OUT 888, 33

WRITE "Running stato_1"WRITE "Per tornare al menu' principale premere tasto q"

FOR i = 1 TO 100000 STEP 1NEXT

CLS

REM invio stato_2

OUT 890, 10OUT 888, 138OUT 890, 9OUT 888, 146

Ing. Giovanni Cirio 10 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

OUT 890, 15OUT 888, 40OUT 890, 3OUT 888, 17

WRITE "Running stato_2"WRITE "Per tornare al menu' principale premere tasto q"

FOR i = 1 TO 100000 STEP 1NEXT

CLS

REM invio stato_3

OUT 890, 10OUT 888, 97OUT 890, 9OUT 888, 24OUT 890, 15OUT 888, 38OUT 890, 3OUT 888, 12

WRITE "Running stato_3"WRITE "Per tornare al menu' principale premere tasto q"

FOR i = 1 TO 100000 STEP 1NEXT

CLS

REM invio stato_4

OUT 890, 10OUT 888, 81OUT 890, 9OUT 888, 20OUT 890, 15OUT 888, 38OUT 890, 3OUT 888, 12

WRITE "Running stato_4"WRITE "Per tornare al menu' principale premere tasto q"

FOR i = 1 TO 100000 STEP 1NEXT

CLS

REM invio stato_5

Ing. Giovanni Cirio 11 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

OUT 890, 10OUT 888, 73OUT 890, 9OUT 888, 66OUT 890, 15OUT 888, 134OUT 890, 3OUT 888, 12

WRITE "Running stato_5"WRITE "Per tornare al menu' principale premere tasto q"

FOR i = 1 TO 100000 STEP 1NEXT

CLS

REM invio stato_6

OUT 890, 10OUT 888, 73OUT 890, 9OUT 888, 34OUT 890, 15OUT 888, 69OUT 890, 3OUT 888, 10

WRITE "Running stato_6"WRITE "Per tornare al menu' principale premere tasto q"

FOR i = 1 TO 100000 STEP 1NEXT

LOOP WHILE INKEY$ <> "q"

ON 1 GOTO inizio: RETURN

REM------------------------------------------------------------------------

ELSEIF m = 2 THEN

REM invio_stato_giallo_acceso

DO

CLS

OUT 890, 10OUT 888, 146OUT 890, 9

Ing. Giovanni Cirio 12 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

OUT 888, 36OUT 890, 15OUT 888, 73OUT 890, 3OUT 888, 18

WRITE "GIALLO ACCESO"WRITE "Per tornare al menu' principale premere tasto q"

FOR i = 1 TO 40000 STEP 1NEXT

CLSREM invio stato_giallo_spento

OUT 890, 10OUT 888, 0OUT 890, 9OUT 888, 0OUT 890, 15OUT 888, 0OUT 890, 3OUT 888, 0

WRITE "GIALLO SPENTO"WRITE "Per tornare al menu' principale premere tasto q"

FOR i = 1 TO 30000 STEP 1NEXT

LOOP WHILE INKEY$ <> "q"

ON 1 GOTO inizio: RETURN

REM------------------------------------------------------------------------

ELSEIF m = 3 THEN

REM modalita' SEMAFORO SPENTO

DO

CLS

OUT 890, 10OUT 888, 0OUT 890, 9OUT 888, 0OUT 890, 15OUT 888, 0OUT 890, 3OUT 888, 0

Ing. Giovanni Cirio 13 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

WRITE "E' in esecuzione modalita TUTTO SPENTO"WRITE "Per tornare al menu' principale premere tasto q"

FOR i = 1 TO 100000 STEP 1NEXT

FOR i = 1 TO 100000 STEP 1NEXT

LOOP WHILE INKEY$ <> "q"

ON 1 GOTO inizio: RETURN

REM------------------------------------------------------------------------

ELSEIF m = 4 THEN

CLS

WRITE "Premere un tasto per terminare programma"

ELSEIF (m > 4) THEN

WRITE "il numero selezionato e errato! Riprova!"

FOR i = 1 TO 100000 STEP 1NEXT

ON 1 GOTO inizio:RETURN

END IF

END

Ing. Giovanni Cirio 14 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

Interfaccia latch

Ing. Giovanni Cirio 15 di 21 21/12/12

J1

74LS373

D7D6D5D4D3D2D1D0

Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0

OE E

74LS373

D7D6D5D4D3D2D1D0

Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0

OE E

74LS373

D7D6D5D4D3D2D1D0

Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0

OE E

74LS373

D7D6D5D4D3D2D1D0

Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0

OE E

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Appunti di TDP

Circuito Stampato in doppia faccia:

Ing. Giovanni Cirio 16 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

Funzionamento interfaccia latch

La porta parallela è formata dalla porta controllo e porta dati, che mandano dati in uscita, e dalla porta stato.La porta controllo è collegata agli enable dei latch, che a livello alto abilitano la scrittura nei relativi flip flop, a livello basso disabilitano la scrittura nei relativi flip flop.La porta dati è collegata agli ingressi degli 8 flip flop del 373. la scrittura nei 4 latch avviene nel seguente modo:attraverso la porta controllo si abilita il latch numero 1, -outp(valore, pcontrollo), e successivamente si invia lo stato numero 1 alla porta dati, -outp(valore, pdati).Si abilita a questo punto il latch numero 2 e si scrive il byte relativo allo stato 2, così per gli altri stati.Siccome la scrittura avviene con tempi dell'ordine del micro secondo, la successiva scrittura nei quattro latch appare istantanea.Ciò significa che abbiamo la possibilità di gestire 32 bit di uscita.A tali bit è collegata l'interfaccia che pilota i led dell'impianto semaforico descritta più avanti.

Alimentatore:schema elettrico

Funzionamento:

L’alimentatore è composto dai seguenti elementi collegati in cascata:

1) Trasformatore: Riduce la tensione di rete in ingresso da 220V a 18V.

2) Raddrizzatore: Costituito da un ponte di diodi che funge da raddrizzatore a doppia semionda, il funzionamento del dispositivo è il seguente: due diodi lasciano passare le semionde positive e due le semionde negative costituendo cosi un polo positivo e un polo negativo.

Ing. Giovanni Cirio 17 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

3) Filtro: Costituito da condensatori collegati in parallelo nello stadio prima del regolatore di tensione e in quello successivo. La sua funzione è quella di, nelle loro fasi di scarica, congiungere le semionde positive nella loro parte alta, dando un primo livellamento alla tensione in ingresso ed in uscita dal regolatore di tensione.

4) Regolatore di tensione: E’ un dispositivo integrato che livella e stabilizza la tensione alla propria uscita. La tensione in uscita dal regolatore è determinata dal tipo di integrato che può fornire varie tensioni e varie correnti.

Pilotaggio lampade:Schema elettrico

Funzionamento del pilotaggio di un diodo led (Leone)

Quando l'onda quadra in ingresso al circuito raggiunge ampiezza 5V la resistenza Rb viene attraversata da una corrente che porta in conduzione il transistor. L'alimentazione Vcc genera una corrente che attraversa il led ,illuminandolo, il collettore e dall'emettitore giunge a massa.Quando l'onda quadra si presenterà, con valore zero volt sulla base del transistor, lo stesso andrà in interdizione e per tanto la corrente di collettore si annullerà spegnendo il led.

Dimensionamento delle resistenze Rb e Rc considerando una tensione di alimentazione di 12V:

Il transistor funziona con la seguente legge:Ic = hfe* Ibhfe ≈ 200 per il transistor usato BC107 al silicio (Vbe=0.7)

Ing. Giovanni Cirio 18 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

Dimensioniamo Rb e Rc.Dall'ingresso: Vin=Rb*Ib+Vbe considerimo, per sicurezza Vin = 44=Rb*Ib+0,7

Sappiamo che un led si illumina con correnti di circa 20 mA, perciò Ic = 20mA, usando dei BC107-BC108, che hanno il parametro hfe≈200, possiamo ricavare la corrente di base, facendo il calcolo

Ib=Ic

Hfe=

20 10−3

200=0.1mA mentre per Rb=

Vin−VbeIb

=3.3

0.110−3=33KOhm

Per calcolare Rc scrivo l'equazione della maglia di uscita: Vcc=Vled+Rc*Ic+VceVled vale circa 2V per tutti i diodi led, mentre Ic vale 20 mA.Vce è la caduta di tensione tra collettore ed emettitore, possiamo scegliere noi il loro valore, di solito in questo tipo di applicazioni si pone uguale a 0V, cioè scegliamo Vce=0.L'equazione diventa:12V=2V+Rc*20mA+0 dalla quale si ricava Rc = 10/20mA= 500 Ohm

Documentazione in lingua inglese

Realization of an automated traffic light system.

This project decided at the beginning of the school year together with interested classes and teachers was to realize an automated traffic light system, a parking with automated place counter and an speed limit controlling device placed in a lateral road. It seemed to be useful understanding the functioning because this system is common in our daily life.

The crossing is composed by four intersected road and restricted by a spider light, four side streets without traffic light, a parking with a screen which displays who the last free parking place, and finally, in a secondary street, a speed detector that will be visualized on a screen.

The management of these various electronic devices is given to a PC because it is ready to be used but in an industrial environment we should use a microprocessor dedicated card. The language used for processing the software is C++ because it is known and used all around the world in many fields(universitary,researching ecc.)because it is versatile. In industries it is better use the Assembler because the interested hardware is characterized by the presence of programmable microproccesor .

The phases of work are: 1) Realization of the scale model in each part;2) Assembly of the various electronic circuits;3) Programming in C++;4) Tests of functioning;5) Drawing up of the documents;6) Writing the use handbook.

Ing. Giovanni Cirio 19 di 21 21/12/12

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Appunti di TDP

Pilotage Lamps: Electric diagram

Functioning of the led diode pilotage

When the input square wave in the circuit catches the amplitude of 5 V the resistance Rb will be crossed by a current which carries the transistor to function.The Vcc feeding generates a current that crosses the led, illuminating it, the collector and the emitter reach the mass.When we obtain the square wave, with a zero volt value on the base of the transistor, this want let the current flow, and therefore the current of the collector will be cancelled turning off the led.

Let’s dimension Rb and Rc resistance considering a voltage feeding of 12 V:

The transistor works with the following law:Ic = hfe*Ibhfe ≈ 200 for the silicon transistor used BC107(Vbe= 0.7)

Let’s dimension Rb and Rc.From the imput: Vin=Rb*Ib+Vbe we consider, for safety Vin = 44=Rb*Ib+0.7

We know that one led illuminates with currents of approximately 20 mA, so Ic = 20 mA, using BC107 and BC108, which have the parameter hfe ≈ 200, we can gain the base current, doing this calculation

Ib=Ic

Hfe=

2010−3

200=0.1 mA

while for

Rb=Vin−Vbe

Ib=

3.30.110−3 =33KOhm

For calculating Rc I write the equation of the output mesh: Vcc=Vled+Rc*Ic+VceVled value is approximately 2V for all the led diode, while Ic value is 20 mA.Vce is the fall of voltage between collector and emitter, we can choose their value, usually in this kind of applications it is equal to 0V, so we choose Vce=0V.The equation became:12V=2V+Rc*20mA+0 from which we gains Rc = 10/20mA= 500Ohm

Feeder supply voltage:

A feeding device is composed by these following elements linked in a cascade:

1)Transformer: It reduces the voltage of the input net from 220V to 18V.

2)Rectifier: It is composed by a diode bridge that works as a double semiwave rectifier, the

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Page 21: Documentazione del progetto semaforo Gestione di un ... · semaforica, quattro svincoli a destra privi di semaforo, un parcheggio con display visualizzante la capienza residua e infine,

Appunti di TDP

function of the device is the following: two diodes let the positive semiwaves pass and the two negative semiwaves so constituting one positive and one negative pole.

3)Filter: It is composed by condensers linked in parallel in the stage first of the voltage regulator and in the following one. His function is to combine the positive semiwaves in their high part(in the discharge phase), giving a first balance to the input and output voltage by the voltage regulator.

4)Voltage regulator: It is an integrated device that balances and levels off the voltage at its own

output. The output voltage from the regulator is determined by the kind of integrated device that can

supply different voltages and currents.

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