موضوعات:
1. بررسی اجمالی
همانطور که قبلا ذکر شد، آردوینو از دو بخش اصلی تشکیل شده است: سخت افزار (برد آردوینو) و نرم افزار (IDE). مزیت استفاده از آردوینو این است که میتوانیم یک مدار بسازیم و سپس نحوه پاسخ آن را با تغییر کد (به جای تغییر سختافزار) تغییر دهیم. تمرکز این درس بر ساخت یک مدار پایه با LED خواهد بود. سپس کدی که باعث چشمک زدن LED می شود را بررسی می کنیم.
در پایان این آزمایشگاه، چراغ LED را با کد مورس چشمک میزنید—همه جادوی کد!
2. سخت افزار
بنابراین لازم نیست چیزها را به هم لحیم کنید، به طور موقت مدارهای خود را روی تخته نان ارائه شده با کیت خود می سازید و کد را تغییر می دهید تا نحوه واکنش دستگاه را تغییر دهید.
2.1 یک نمودار شماتیک اساسی
شکل زیر یک مدار LED ساده است که به صورت نمودار شماتیک ترسیم شده است. کامپوننت به رنگ قرمز کم رنگ دایره شده است و با برچسب:
اگر بخواهیم از آردوینو برای روشن و خاموش کردن چراغ استفاده کنیم، میتوانیم نمودار شماتیک بالا را به صورت زیر تغییر دهیم:
این مدار علاوه بر آردوینو، به دو قطعه سختافزار نیز نیاز دارد. یک LED قرمز و یک مقاومت 1000Ω. چراغهای الایدی چراغهای کیت شما هستند و یک چراغ قرمز باید به راحتی پیدا شود، بنابراین اکنون یکی را بیرون بیاورید. مقاومت ممکن است کمی پیچیدهتر باشد، زیرا مقاومتها به جای اعداد با نوار برچسبگذاری شدهاند. پس بیایید کمی در مورد مقاومت ها یاد بگیریم تا بدانیم چرا از آنها استفاده می شود و بتوانیم مقاومت مناسب را برای نمودار انتخاب کنیم.
2.2 مقاومت ها
مقاومت ها یکی از رایج ترین قطعات الکترونیکی هستند، بنابراین بیایید نحوه کار آنها را بررسی کنیم.
برخلاف LED و برخی دیگر از قطعات الکترونیکی، مقاومتها را میتوان در هر جهتی متصل کرد – آنها دارای سرنخ مثبت و منفی نیستند.
مقاومت ها جریان الکتریسیته یا جریان را در مدار کاهش می دهند. همه اجزای الکتریکی تا حدی مقاومت می کنند، حتی سیم ها، اما مقاومت ها به طور خاص برای این منظور طراحی شده اند.
هنگامی که مداری را تکمیل می کنید که هیچ مقاومتی ندارد، جریان به همان سرعتی که منبع تغذیه می تواند آن را فراهم کند از آن عبور می کند. اگر منبعی با توان زیاد در دسترس دارید، منجر به گرما می شود که ممکن است شما را بسوزاند یا قطعات الکتریکی را ذوب کرده و خراب کند. یک استعاره رایج برای جریان الکتریکی، آب در لوله ها است. اگر لوله ای دارید که به هوا باز است، این لوله کمی شبیه مداری است که به زمین متصل است. اگر منبع فشار بالا و لوله عریض دارید، آب زیادی از طریق لوله به هوا میرود. اگر نقطه باریکی در لوله وجود داشته باشد، آب را کند می کند و آب کمتری از لوله خارج می شود، جایی که به هوا باز می شود. گاهی اوقات می خواهید آب زیادی به هوا برود، مانند شلنگ آتش نشانی. گاهی اوقات شما می خواهید کمی آب به هوا جریان یابد، مانند یک فواره. در مورد برق هم همینطور. گاهی اوقات به دلیل اینکه در حال رانندگی با موتور هستید، جریان زیادی می خواهید. در مواقع دیگر شما فقط کمی می خواهید زیرا در حال رانندگی با یک LED کوچک هستید.
قانون اهم رابطه بین ولتاژ، جریان و مقاومت را بیان می کند:
V = IR
جایی که:
- من در آمپر جریان دارم
- R مقاومت بر حسب اهم است
- V ولتاژ ولتاژ است.
اگر آردوینو شما به یک پورت USB وصل شده باشد، دو عدد از این مقادیر مشخص است - شما معمولا از پایه برق 5 ولت استفاده می کنید و USB می تواند حداکثر 500 میلی آمپر یا 0.5 آمپر را تامین کند. با استفاده از قانون اهم می توانم محاسبه کنم که مدار آردوینو بین پایه + 5 ولت و هر یک از پایه های زمین باید حداقل مقاومت کلی 10 اهم داشته باشد و تنها چیزی باشد که جریان را می کشد تا ایمن باشد. اگر آردوینو شما بیش از 500 میلی آمپر جریان از طریق USB بگیرد، برای محافظت از رایانه شما خاموش می شود. ممکن است خود رایانه نیز برای محافظت از خود، درگاه USB را خاموش کند. اگر این اتفاق افتاد، دکمه ریست را در آردوینو فشار دهید. اگر این کار نکرد، ممکن است مجبور شوید کابل USB را از رایانه جدا کنید. هنگام استفاده از دوشاخه برق DC هرگز سعی نکنید +5 ولت را مستقیماً به زمین وصل کنید.
از مقاومت ها برای موارد زیر استفاده می شود:
- از خالی شدن سریع باتری ها جلوگیری کنید
- محافظت از اجزا
- ال ای دی ها اگر به جریان خیلی زیاد متصل شوند به سرعت می سوزند
- برخی از اجزا ممکن است واقعا داغ شوند و ذوب شوند یا در اثر جریان زیاد دود کنند
- به عنوان یک مکانیسم ایمنی، اگر آردوینو شما جریان بیش از حد مصرف کند، کار نمی کند
- ولتاژ را در یک نقطه خاص در مدار تنظیم کنید
نکته آخر به نوعی پیچیده است، اما بسیاری از مدارهای جالب از این ویژگی تنظیم ولتاژ استفاده می کنند. در مدار LED، مقاومت از LED محافظت می کند.
خواندن مقادیر مقاومت
مقاومت در برابر جریان بر حسب اهم اندازه گیری می شود. اهم ها با نماد یونانی امگا (Ω) نشان داده می شوند. این نماد را در شماتیک مدار بالا مشاهده کردید. هنگامی که یک نمودار مدار، مقاومتی با مقاومت معین را فراخوانی می کند، مهم است که مقاومت مناسب را بدست آوریم.
مقاومت ها دارای طیف وسیعی از مقادیر هستند. آنها همچنین معمولاً بسیار کوچک هستند. بنابراین به جای تلاش برای چاپ مقدار مقاومت به طور مستقیم بر روی بدنه آن، از سیستم کدگذاری رنگی استفاده می شود. گاهی اوقات از این سیستم رنگی برای خازن ها نیز استفاده می شود، بنابراین بهتر است آن را یاد بگیرید. سیستم به این صورت است:
سه باند اول اهم را در نماد علمی بیان می کنند. عددی که با دو باند اول نشان داده می شود در 10 ضرب می شود و به توان عدد روی باند سوم می رسد. روش دیگری برای این موضوع این است که عدد نشان داده شده توسط باند سوم نشان می دهد که چند عدد صفر پس از اعدادی که توسط دو باند اول نشان داده شده است.
آخرین باند نشان دهنده حاشیه خطا در مقدار مقاومت است.
بنابراین، کمترین مقدار مقاومت ممکن در این سیستم چقدر است؟ (موشواره را روی خط زیر نگه دارید تا پاسخ مشخص شود)
بزرگترین کدام است؟ (موشواره را روی خط زیر نگه دارید تا پاسخ را نشان دهید)
در اینجا چند نمونه از مقاومت هایی که من در اطراف قرار داده ام آورده شده است. ببینید آیا می توانید آنها را به درستی از روی رنگ آنها تشخیص دهید یا خیر. ماوس را روی خطوط زیر هر مقاومت نگه دارید تا پاسخ مشخص شود.
برای مدار LED به مقاومت 1000 اهم نیاز دارید. مورد صحیح را در کیت خود پیدا کنید.
2.3 قرار دادن آن در کنار هم
اکنون که اجزای خود را انتخاب کردیم، بیایید نگاهی دیگر به نحوه اتصال آنها بیندازیم:
توجه داشته باشید که شماتیک مدار را نشان میدهد که از پایه 13 شروع میشود و میتوان آن را برای روشن و خاموش کردن LED کنترل کرد. GND نشان دهنده زمین است و در واقع در آن مکان روی تخته نیست (اما یک نمودار خوب ایجاد می کند). به طور واقعی تر، تابلوی شما به شکل زیر خواهد بود:
می توانید مقاومت را در طرف دیگر نور قرار دهید و باز هم همان نتایج را خواهید گرفت.
یا، می توانید با چرخاندن مقاومت 90 درجه یک سیم را ذخیره کنید تا طرحی شبیه این داشته باشید:
حالا نوبت شماست که این مدار را بسازید. یک یا همه آنها را امتحان کنید.
چیزی برای تماشا:
- سرب بلند LED به مثبت وصل می شود. در این مدار که پایه 13 است. اگر به اشتباه لیدهای LED خود را به همان طول کوتاه کردید، می توانید با احساس برآمدگی برآمده در پایین led - منفی را پیدا کنید - در سمت منفی صاف است. این یک استاندارد صنعتی است.
2.4 آن را امتحان کنید!
در زیر منوی File ، موارد زیر را انتخاب کنید: Examples | مبانی | پلک زدن
این کد هفته گذشته است:
اجازه دهید کد را اجرا کنیم: