Arduino podstawy cz.2

W poprzedniej części opisałem pobieżnie co potrzbujemy do rozpoczęcia przygody z Arduino. Dzisiaj postaram się opisać w większych szczegółach pierwszy obwód i podstawowe sterowanie wyjściami cyfrowymi co przyda się w bardziej skomplikowanych operacjach i projektach.

Słów kilka również o sprzęcie i cennych zasobach w sieci na których oprócz ciekawych elementów, sensorów, zestawów można znaleźć  przykłady kodu wraz z bilbiotekami, a sam hardware kupić na rodzimym Allegro lub innych zagranicznych np. Adafruit oraz Sparkfun. Warto przeklikać po kategoriach i znaleźć coś dla siebie.

Ciekawym pomysłem możę być też przetestowanie swojego kodu zanim zabierzemy się za montowanie  i/lub lutowanie. Mowa tutaj o interesującym serwisie 123D circuits . Po virtualnym połączeniu można dopisać kod i sprawdzić w zastosowaniu. Działa nalepiej z przeglądarką Chrome.

Płytka prototypowa

Płytka prototypowa pozwala na tymczasowe budowanie obwodów elektronicznych i przestestowanie zanim permanentnie je zlutujemy. Możemy również modyfikować, rozszerzać funkcjonalności o nowe komponenty w dowolnej chwili.

Płytki posiadają klika rzędów otworów, w które możemy wetknąć kabelki lub inne elektroniczne komponenty. Musimy się zaopatrzyć w zestaw zworek/kabelków lub zrobić je samemu.

Wracając do otworów na płytce to niektóre z nich są elektrycznie połączone ze sobą przez metalowe paski pod płytką.

Spróbuję zilustrować jak to działa:

Po każdej krawędzi płytki są podwójne rzędy wzdłuż całej długości. Otworki w każdym z tych rzędów są połączone elektrycznie. Generalnie uzywamy do doprowadzenia “0V” GROUND/GND oraz napięcia “+” 5V lub 3.3V np. z Arduino. Wystarczy doprowadzić zworki do pierwszych otworków i  cały rząd zostanie zasilony. Czasami niektóre płytki dla ułatwienia są oznaczone kolorami czerwonym dla napięciowego rzędu oraz niebieskim lub czarnym dla GND.

Pozostałe otwory w płytce są pogrupowane  po 5 w centralnej części. One są połączone prostopadle do tych zasilających.

W połączeniu z Arduino wyglądało by to tak:

 Włączenie diody 5V

Już wiemy jak używać płytki prototypowej, teraz zestawimy prosty układ – spróbujemy zaświecić diodę. Przede wszystkim warto wspomnieć, że prąd przepływa od + do GND. Po podłączeniu do Arduino prąd będzie przepływał z pinu 5V przez układ do połączenia GND.

Nasz pierwszy układ potrzebuje 2 komponentów: diody LED oraz rezystora. Po co potrzebujemy rezystora w tym układzie? Zadaniem jest ograniczenie prądu przepływającego przez diodę LED. Działa to jak mniej więcej zawór w rurze wodociągowej, ogranicza przepływ w zależności od średnicy otworu.

Przez diodę LED nie może popłynąć za duży prąd gdyż uległa by zniszczeniu. Używając prawa Ohma możemy obliczyć wartość rezystora ograniczającego prąd który powinien przepływać przez naszą diodę LED.

Prawo Ohma jest bardzo proste, mówi, że jest linowa zależność pomiędzy prądem a napięciem na rezystorze. Zwiększenie napięcia na rezystorze zwiększa prąd płynący przez niego.

gdzie

V = napięcie na rezystorze

I = prąd płynący przez rezystor

R = rezystancja czyli coś co chcemy obliczyć

Jeśli zatem znamy wartości V oraz I to możemy obliczyć R dla naszego obwodu. Najpierw musimy obliczyć spadek napięcia na rezystorze. W naszym obwodzie dioda i rezystor połączone są szeregowo więc spadki napięć się sumują aby uzyskać 5V – napięcie podane z Arduino. Większość 3mm lub 5mm LEDów wymaga 3V aby się zaświecić. Pozstałe 2V powinno odłożyć się na rezystorze.

To teraz przliczmy prąd płynący przez rezystor. Większość 3mm lub 5mm LEDów świeci z maksymalną jasnością przy około 20mA. Przekraczając te wartości mogą uszkodzić diodę natomiast mniej nie wystarczy do zaświecenia lub będzie świecić słabo. Zakładając, chcemy aby świeciła maksymalnie:

Więc 100 Ohm jest absolutnym minimalną rezystancją aby nie uszkodzić diody LED. Aby zapewnić pewien zapas, dobrym pomysłem jest użycie nieco większej wartości.

Teraz łączymy wszystkie elementy.

Zwróć uwagę, że nóżki diody LED nie mają tej samej długości. Jest tak gdyż dioda musi by w specyficznej orientacji. Prąd zawsze płynie przez diodę od dłuższej do krótszej nóżki. Spróbuj zmienić kierunek. Dioda nie powninna zaświecić się, aż umieścimy ją w odpowiednim kierunku.

Zakładam że dioda świeci.  (i podłączyłeś Arduino do komputera lub zasilacza 🙂

W następnej części nauczymy się sterować z poziomu programu tą diodą i użyć wyjścia/wejścia cyfrowego.