fizikai számítástechnika, arduino

Ebben a leckében játékok belsejében lévő alkatrészeket veszünk sorra, amiket később is tudunk hasznosítani, mivel némelyiket Arduinoval is összeköthetünk.

Ez a fejezet Usman Haque és Somlai-Fischer Szabolcs: Low tech sensors and actuators c. könyvén alapul.

Weboldala: http://lowtech.propositions.org.uk/

Itt elérhető az eredeti könyv pdf formátumban és a hozzá tartozó videók is.

By-Nc-Sa licenc alatt: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/
Videója: https://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=FBLuBi-rVT8

 

©2005 Usman Haque & Adam Somlai-Fischer,

info@haque.co.uk / studio@aether.hu

This work is released under the Creative Commons Attribution - ShareAlike License.

 

Ebben az alfejezetben olyan könnyen és olcsón beszerezhető eszközökről vagy játékokról lesz szó, amelyek számunkra hasznos alkatrészeket tartalmaznak, programozás nélkül is működnek. A low tech ebben az esetben egyszerű, kisfeszültségű áramköröket jelent. -

Az első részben komplett rendszereket rakunk össze, a második részben szétszedett játékokból és eszközökből készítünk új áramköröket.

4.1.1. ÖSSZETETT RENDSZEREK ÉPÍTÉSE

4.1.1.1. Hanggal távirányított lézer

Eszközök: walkie-talkie, hangérzékeny macska, lézer mutatópálca.

A macskából kiszerelt mikrofont a walkie-talkie hangszórójára helyezzük, hogy érzékelje a másik, távol lévő walkie-talkie-ból jövő hangot. A LED-et a relén keresztül a lézeres mutatópálcához kötjük. Így létrehoztunk egy olyan összetett rendszert, ahol egy másik környezetből jövő távoli hang be tudja kapcsolni a közelünkben lévő lézert, ekkor a LED is felkapcsol (ha ezt kivesszük az áramkörből, tovább kitart majd az elem). 

4.1.1.2. Érintésre induló, többhangos rendszer (komparátorral)

Eszközök: hangérzékeny macska, LED mátrix panel és MP3 lejátszó

A hangérzékeny macskába számos különböző tárgyat szereltek be, de a borítás megvédi őket, pl. a hangérzékelő szenzort, ami a borítás nélkül ideális érintésszenzorrá válhat. Ezeket a LED mátrix bemenetére rögzítjük, amelynek a kimenete majd az MP3 lejátszónak küld jelet, ami ezáltal a különböző érintésszenzorok megnyomására különböző hangmintákat játszik le. Ez utóbbi attól függ, milyen sorrendben nyomkodjuk a szenzorokat.

 

4.1.1.3. Önmagát árammal ellátó, távirányított lépésérzékelő

Eszközök: mechanikus elemlámpa, walkie-talkie és hangérzékeny macska

Ez az összetett rendszer valamilyen mechanikus erővel aktiválható, pl. rálép valaki, szélre vagy vízlöketre, amire rádiójelet küld a fogadó egységhez. Mindehhez nincs szükség elemre, mert az áramot mechanikus erő állítja elő. A vevőre bármit szerelhetünk, így ha az megkapja a rádiójelet, lezajlik a folyamat.

 

Kezdjük a macskával, szedjük szét és szereljük ki a szemeiből a LED-eket és a mikrofont, a hangszóróra most nem lesz szükség. Az egyik walkie-talkie-ból is szedjük ki az elemeket, és jegyezzük meg, hová voltak csatlakoztatva. Némelyiknek van Morse gombja, ami sípoló hangot vezérel. Ha van ilyen a walkie-talkie-n, véglegesen iktassuk ki, majd az alapgombot is, amelynek megnyomásával beszélni lehet. Szereljük szét a mechanikus elemlámpát, és az azt árammal ellátó drótokat szereljük át a walkie-talkie-ra, figyelve a polaritásra, és emlékezve, hogy az eredeti elem hogyan volt beszerelve. Így van egy olyan eszközünk, ami megnyomásra rádiójelet küld.

Most a macskából kiszedett mikrofont szereljük fel egy ragasztószalaggal a még sértetlen walkie-talkie hangszórójára. A macska LED szemeit pl. egy relén keresztül vezérelhetjük.

A beszélésre szolgáló gombot ragasszuk le a walkie-talkie-n és az elem helyére kössük be a mechanikus elemlámpa áramellátó drótjait.

A macska szenzora érzékeli a walkie-talkie-ból érkező hangokat.

4.1.1.4. Hely feltérképező lézer

Eszközök: távirányítós autó és lézeres mutatópálca

A sötét térben gyorsan forgó lézerpont a falon egy fénycsíkot képes létrehozni, ami megtörik a sarkokon, így kirajzolódik a tér. Egyszerre több tengely mentén mozgó csíkot is használhatunk a komplexebb látványhoz.

 

 

Összerakása nagyon egyszerű, nincs szükség elektronikus szerelésre, mivel csak az autó kerekére kell ragasztószalagozni a lézer mutatópálcát. Több autót is használhatunk, ha összeragasztószalagozzuk őket. Az alábbi képeken a kerekek fixen állnak és az autók teste forog a rászerelt lézerrel.

 

4.1.1.5. Testre reagáló lézer

Eszközök: tank, hangérzékeny macska, relé és lézer mutatópálca

A képen az n szenzor mutatja az infravörös LED diódát és a közelében lévő kezet, az o egy játéktank, ami az oldalán fekszik, a q a macska, ami a relét indítja el (ez a p), így bekapcsol a lézer, ami az r.

Az s az infrafény, ami felé a kéz közeledik, ami bekapcsolja a t jelzésű tankot, amely vibrálni kezd. Ez aktiválja a macska LED szemeit (u) és egyúttal a relét is, ez utóbbi bekapcsolja a z jelzésű lézert.

Egy közelebbi kép:

w – a két infra LED, x – a korábban csatlakoztatott gomb, y – a macskából kiszerelt mikrofon, amit arra használunk, hogy érzékelje a tank vibrálását, z – a macska által bekapcsolt relé és az utána kötött lézerfény.

 

4.1.2. EGYEDI JÁTÉKOK ÉS SZERKENTYŰK BELSEJE

Most nézzük meg, milyen alkatrészekből állnak ezek a játékok.

4.1.2.1. Relé

LEÍRÁS

Az egyik legfontosabb alkatrész a használtak közül, lehetővé teszi, hogy különálló eszközöket összekössünk anélkül, hogy elrontsuk őket. A relé lényegében egy „kapcsoló”, ami, ha áramot kap a bemenetén, akkor bezár egy kapcsolót a kimenetén. Ez a legjobb útja annak, hogy vezéreljünk egy eszközt egy másikon keresztül, mivel némelyik analóg szenzor nagyon érzékeny, és ha közvetlenül összekötjük őket, annak előre nem látható következménye lehet. Szinte minden összetett rendszernél használtjuk.

 

MÓDSZER

Az indító eszköz kimenetét a relé bemenetéhez kell kötni, a kimenetére pedig annak az eszköznek a bemenete kerül, amit el akarunk indítani. A lábak funkciója relénként eltérő lehet, némelyiknek három kimeneti lába van, egy föld és kettő másik, ahol a bejövő jeltől függően nyit vagy zár az áramkör, illetve van olyan, aminek 4 kimeneti lába van, mely páronként nyit vagy zár, ha áram érkezik a bemeneti lábára. Általában kisfeszültségű relét használunk. Érdemes megnézni az adatlapját, hogy ne kelljen annyi verziót kipróbálni. A képen a kis fekete bal oldali hasáb az.

 

BEMENET

Elektromosság (digitális) – általában 3–24 volt

 

KIMENET

Kapcsoló (digitális) – ki vagy be állapot

 

 

4.1.2.2. Hangérzékeny macska

LEÍRÁS

Hasznos játék, mivel könnyen lehet vele hangra reagáló és világtó dolgokat készíteni. Például tapsra bekapcsolódó vagy hangos léptekre reagáló fényt is alkothatunk vele.

 

MÓDSZER

A példánkban használt hangérzékelős macska szemei villogni kezdenek és hangosan nyávog, ha a közelében erős hangot, pl. tapsot érzékel. Szedjük szét a játékot, vigyázva a mikrofonra. A szemeit használhatjuk elektromos kimeneteknél, pl. jelzőfényként. a mikrofont pedig hangérzékelőként bármilyen eszköz, pl. motor vezérlésére.

 

BEMENET

Hang (analóg) – taps, kiabálás, bútortologatás

Érintés (analóg) – ütés, lépés

 

KIMENET

Fény (digitális) – LED szemek villognak

Hang – nyávogás

Elektromosság (digitális) – feszültség halad át a LED-eken

  

SZÉTSZERELÉSE

A szőrburok alatt a dobozban vannak a szenzorok, ezt kell óvatosan felnyitni, majd ellenőrizni, hogy működik-e még, ha nem, elszakadt valami. 

A LED-eket ki kell húzni a fejéből és a dobozból kiszedni az elektronikát: a – elem, b – hangszóró, c – LED-ek, d – mikrofon.

 

Ha közelebbről megnézzük, találunk benne egy integrált áramkört, mely az interakciót vezérli. Az az a zöld tábla, amire az összes kábel rá van kötve. Amit mikrofonnak neveztünk, az nem igazán mikorofon, hanem sokkal inkább rezgésérzékelő, de mivel nagyon érzékeny. a levegő mozgását is észleli. A következő dolgokra lehet használni: A bemenetén a közvetlen környezetében érzékelni hangot, vagy egy eszközre szerelve az abból jövö hangot. A kimenetén villogtatni a LED-et, nyávogó hangot lejátszani, vagy a LED feszültségével beindítani egyéb eszközöket.

 

4.1.2.3. Elemlámpa

LEÍRÁS

Manapság sok olyan, könnyen elérhető eszköz van, ami zöld energiával működik, pl. napelemes mobiltöltő. Ezeket az eszközöket felhasználhatjuk projektünk áramellátására. Attól függően, hogy hogyan működnek, reagálhatnak kézmozgásra, lépésre, szélre vagy vízsugárra stb.

 

MÓDSZER

Olyan eszközre van szükség, ami nem elemmel működik és kézmozgással generál áramot. Mi egy elemlámpát használtunk, melynek ha folyamatosan nyomkodjuk a nyelét, akkor világítanak a LED-jei. Ezeket a LED-eket lecserélhetjük a saját rendszerünkre.

 

BEMENET

Mozgás (analóg) – általában tengely és lendkerék.

 

KIMENET

Fény (digitális) – feszültség megy a vezetéken át a LED-ekhez (pozitív = piros drót).

 

SZÉTSZERELÉSE

Viszonylag egyszerű, de nagyon oda kell figyelni, hogy az áramkört ne tegyük tönkre. Ezért jobb, ha nem szedjük szét a burkolatot, csak a LED-eket szereljük ki. Ehhez kell kötni saját rendszerünket, és meg kell tartani az áramgeneráló mechanikát. Alternatív megoldásként relét is vezérelhetünk ezzel a feszültséggel. Ha építünk neki speciális talpat, akár taposó kapcsolóként is működtethető (utolsó kép).

 

 

4.1.2.4. LED mátrix

LEÍRÁS

A LED mátrix egy olyan eszköz, amit gyakran láthatunk boltok kirakatában, különböző szövegek futnak rajta. Manapság olcsó, bár az általunk használtak közül ez a legdrágább alkatrész. Nagyon hasznos, pl. bemenetén át vezérelve betűket, szövegeket jeleníthetünk meg a kimenetén, de szekvenszerként (olyan elektronikus eszköz, ami egymás után sorozatban következő utasítások végrehajtására alkalmas) is működhet, ha előre programozott mintákkal vezérlünk eszközöket, és végül komparátorként is használhatjuk. A komparátor egy összehasonlító áramkör, mely két bejövő értéket hasonlít össze. Lehet analóg (kimeneti érték: referencia értékhez képest mér), vagy digitális (kimeneti érték: kisebb, egyenlő, nagyobb lehet).

 

MÓDSZER

Ideális esetben olyan LED mátrixunk van, ami billentyűzettel rendelkezik, és saját üzenetet lehet beprogramozni neki. Mivel kimeneti eszköz, a LED-eket hozzá tudjuk kötni a második rendszerhez, hogy vezérelni tudjuk velük. Mivel komparátorként használjuk, egy másik eszközt is közvetlenül a billentyűzetbe kötünk, tehát ennek kimenete manipulálja a LED kijelzőn megjelenő mintát.

 

BEMENET

Relé (digitális) – a LED mátrix bemenete elé kössünk egy relét, hogy megóvjuk annak belső áramköreit.

 

KIMENET

Fényminta (digitális) – LED kijelzőn megjelenő betűk, grafikák.

Elektromosság (digitális) – feszültség megy a vezetéken át a LED-ekhez és tovább. 

SZÉTSZERELÉSE

Csavarozzuk le a hátulját és óvatosan húzzuk szét a két burkolót. Egy drót fut az elemcsatlakozótól a LED-ekig. Vigyázzunk, hogy ne szakadjon el! A kijelző hátulján látható, hogy sorokba és oszlopokba vannak rendezve a LED-ek. Ezekre a pontokra tudjuk forrasztani azokat az eszközöket, amiket vezérelni akarunk velük. A LED negatív lábához kell kötni az általa vezérelni kívánt eszközt, azon az oldalon kicsit le van csapva a LED széle. Célszerű a kettő közé relét szerelni.

 

 

Komplexebb módszer, ha egy relén keresztül egy másik eszköz bemenetébe kötjük a kijelző kimenetét, és szintén egy relén át bekötjük a másik eszköz kimenetét a LED mátrix billentyűzetébe, így a megjelenő üzenetet valós időben generálhatjuk.

Először is a billentyűzetet kell megtalálnunk. Általában ez egy lógó gumilemez lazán ráhelyezve a zöld nyomtatott áramköri lemezre. Ezen keressük meg a betűhöz tartozó részt. Emlékezzünk rá, hogy milyen irányba kell visszatenni. Amikor a betű gombja nincs megnyomva, akkor az alatta lévő két drót nem ér össze. Ezeket nem kell forrasztani, csak a reléből futó drótokat kell ugyanoda helyezni. Fontos, hogy egy drót csak egy érintkezőhöz érjen hozzá! Ezután ragasszunk rá valami puha anyagot, hogy megvédjük a nyomtatott áramkört. 

4.1.2.5. Lézeres mutatópálca

LEÍRÁS

Ezzel az eszközzel távolról fénypont hozható létre egy tárgyon. Alternatív megoldásként ráragaszthatjuk mozgó vagy forgó tárgyakra, hogy fény-vonalat rajzoljunk vele.

 

MÓDSZER

Az alkotó részein belül valószínűleg nincs borítás. Könnyű épségben tartani és egyszerűen csatlakoztatható egy relén át. Távirányítós autó kerekére szerelve fény-vonalakat tud rajzolni.

 

BEMENET

Elektromosság (digitális) – 4,5 V 3 db ceruzaelemből.

 

KIMENET

Lézer fény (digitális) – pontot világít tárgyakra. 

 

4.1.2.6. Rulett kerék

LEÍRÁS

Ál-random kimenettel rendelkezik – hasznos más eszközök irányításánál.

 

MÓDSZER

Relén keresztül interfésznek is használható, vagy ha a LED-ekből tovább vezetjük az áramot, már eszközök is vezérelhetők vele. Bemenetére szintén kell egy eszköz relén át, amivel a forgás szekvencia elindítható.

 

BEMENET

Elektromosság (digitális) – 4,5 V DC (egyenáramú).

Nyomógomb (digitális) – elindítja a szekvenciát.

 

KIMENET

LED (digitális) – LED kimenetek sorozata, pár másodperc után megáll az egyiken.

 

 

4.1.2.6. MP3 lejátszó

LEÍRÁS

Indításra előre felvett hangot játszik le.

 

MÓDSZER

MP3 audio fájlt kell rátölteni. Egy relén keresztül lehet a bemenetén át vezérelni a lejátszást vagy megállítást, ami vezérelhet egy hangszórót vagy fejhallgatót.

 

BEMENET

Elektromosság (digitális) – 1,5 V DC.

Nyomógomb (digitális) – indítás, pillanat állj vagy zenekiválasztás.

 

KIMENET

Hang (digitális) – hangszóró vagy fejhallgató kell hozzá.

 

 

4.1.2.7. Vízzel működő digitális óra

LEÍRÁS

Vízzel állít elő elektromosságot – nem kell hozzá elem.

 

MÓDSZER

Az elem helyére kell bekötni. Alacsony feszültséget produkál.

 

BEMENET

Víz (analóg) – vizet engedünk a tartályba.

 

KIMENET

Elektromosság (analóg) – kb. 50 mV. 

4.1.2.8. USB kamera

LEÍRÁS

Olcsó USB kamera. Az interakció részeként embereket és tárgyak fotózhatunk.

 

MÓDSZER

A zárkioldó gombot használhatjuk relén keresztül, mint bemenetet. Később a képeket USB-n letölthetjük.

 

BEMENET

Nyomógomb (digitális) – zárkioldó gomb.

 

KIMENET

Fotó (digitális) – kb. 320 x 240 pixel, kis felbontású képek.

 

 

4.1.2.9. Napelemmel működő kerti lámpa

LEÍRÁS

„Napfény-érzékelőként” és áramforrásként is használható.

 

MÓDSZER

A LED-ből kössük össze egy relén keresztül egy másik eszközzel.

 

BEMENET

Napfény (analóg) – kapcsoló.

 

KIMENET

Elektromosság (digitális) – kb. 3 V.

 

 

4.1.2.10. Ködgép

LEÍRÁS

Hasznos „atmoszféra” létrehozásánál, vagy, hogy felfogja a fényalapú kimeneteket.

 

MÓDSZER

Használd lézerfénnyel vagy vetítő eszközzel együtt.

 

BEMENET

Elektromosság (digitális) – hálózati áramot egyenárammá alakító adapter. Egy gyűjtőedényben a vízfelszínen ki-bekapcsol az áram.

 

KIMENET

Köd (analóg) – a gyűjtőedény pereménél bukkan fel.

 

 

4.1.2.11. Infravörös játékpisztoly, távolságérzékelés

LEÍRÁS

A távolság érzékelése nagyon hasznos, elmenő embereket, mozgó tárgyakat érzékelhetünk. Mivel nincs szükség ehhez érintkezésre, ezért a mechanikus meghibásodás kizárt. Általában a kereskedelmi forgalomban kapható távolság szenzorok ultrahanggal működnek, a visszaverődő hangot és a közben eltelt idő nagyságát figyelik (mint a denevérek), ezt számolják át távolsággá. Álalában arra használják őket, hogy megtudják egy tárgy vagy személy adott helyen van-e, vagy nincs ott semmi. Ezt a funkciót most egy olcsóbb szenzorral hozzuk létre.

 

MÓDSZER

Infravörös fény visszaverése:

A legegyszerűbb módja a távolság mérésének az infra LED és mellé egy infravörös vevőegyüttes alkalmazása. Az infrafény visszaverődik a tárgyról, tehát ugyanúgy megvilágítja, mint bármilyen fény, csak ezt nem látjuk. Manapság léteznek olyan játékok, melyekbe ezek vannak beszerelve, pl. játékpisztolyok, ahol mindkettő adóval és vevővel is rendelkezik. Mi egy játéktankot szereltünk szét.

A LED-et és a fogadót egymással szemben kell elhelyezni, különben nem látják egymást, így két eszközre lesz szükségünk. Az első képen kék színnel jeleztük az infra fényt, mivel az emberi szem számára láthatatlan, de pl. mobil kamerán keresztül kék vagy piros fénye szokott lenni. Ez hasznos lehet, ha le akarjuk követni, hol van.

 

BEMENET

Nem átlátszó dolgok távolságát méri, pl. mozgó dolgokét is.

 

KIMENET

Vibrálás, mozgás, LED.

 

SZÉTSZERELÉSE

Ebben a példában egy kis távirányítású játékot használunk, aminek egy infravörös fegyvere van, mellyel fogja az ugyanolyan játékból jövő jelet és lő rá.

 

Mit kell tennünk:

- szedjük le a borítást, hogy hozzáférjünk a távirányítóhoz és az infra eszközökhöz,

- a kocsit és az infra LED-et helyezzük ugyanabba az irányba,

- találjuk ki, hogyan lehetne folyamatosan lenyomva a távirányító gombja,

- találjunk ki egy interakciót, amit ezzel a jellel indítunk el.

 

A tank:

A kis LED-ek lehetnek küldők vagy fogadók – a, b. Néha fényes átlátszó fekete lappal vannak fedve. Áramellátás – c, itt lehet újratölteni.

Szedjük le óvatosan a műanyag borítást – lehet, szét kell törni, mert általában ragasztottak –, majd nézzük meg, hogy az infra LED-hez futó drótok épek-e. A LED-ek helyét d, e mutatja.

 

Szabadítsuk ki az infra fogadót, aminek három lába van – f. A sima LED-eknek kettő van.

                                                                                                                   

A dróton több dolgot találunk: g – infra vevő, h – infra adó, i – elemek.

A távirányító:

Először az a-val jelölt LED-eket keressük meg, b – a töltőegység, c – szintén a LED-ek. Ha felnyitjuk a burkolatot, könnyebb kiszedni őket.

Távolítsuk el a tokot, hogy hozzáférjünk a belső részekhez. Az elemet (h) ragasztószalagozzuk rá. Diódák – d, g. Hangszóró – f (ezt levághatjuk). Kis nyomógombok – e, i, ezekkel lehet a kocsi mozgását irányítani. 

 

Fordítsuk meg a nyomtatott áramkört!

A j és k mutatják a nyomógombok hátulját, 4–4 lábat találunk. Ezekre forraszthatjuk az eszközöket, hogy vezérelni tudjuk őket. A nyomógombok két felső lábát kell használni hozzá – i, m.

 

4.1.2.12. Rádió-távirányítású autó

LEÍRÁS

A rádió távirányítású autók már egy ideje körül vesznek minket, de az utóbbi időben megjelentek a nagyon olcsó, kis méretű verziói, amik általában nagyobb méretű és elemmel működő távirányítóval rendelkeznek. Olcsóságának és felépítésének köszönhetően ez a játék ideális a vezeték nélküli hálózattal való kísérletezéshez. Nem csak az autók, hanem minden rádió távirányítású kütyü alkalmas erre, mint a példákban is láthatod.

Bár azt gondolhatnánk, hogy ezek az autók nagyszerűek dolgok szállításához, a példákban inkább az interakcióra és a térrel összefüggő lehetőségekre fókuszálunk, így a tulajdonságait a alábbi szempontok szerint hack-keljük meg: 
   - egyirányú rádió kommunikáció, 9 típusú üzenet küldésével
   - szerkezet, ami képes rezegni, forogni, drótot húzni

MÓDSZER

Ahhoz ,hogy létrehozzunk egy vezeték nélküli kapcsolatot, egyrészt meg kell hack-kelnünk a vezérlő szerkezetet, hogy irányítsa az általunk kitalált eseményt és az autót is. Ez egyszerűbb módszer, ha a motor rezgését vizsgáljuk, mint a MACSKA működésében. Haladóbb megoldás ha számos JELFOGÓt kötünk az autóra, ez bonyolultabb üzenetek küldését teszi lehetővé. 

BEMENET

Elektromos áram: 3-6 Volt
Gombnyomás: 4 digitális és 2 kombinált 9 lehetőséget ad ki
Mozgás-forgás kombinációk: 0-0, 0-1, 0-2, 1-0, 1-1, 1-2, 2-0, 2-1, 2-2 

KIMENET

Rádió jelek
DC motor mozgás és irány
szervó motor pozíció
általános LEDek

SZÉTSZERELÉSE

Ebben a példában egy kis távirányítású tengeralattjárót használunk.

Mit kell tennünk:
   - szedjük le a vezérlőegység borítását és a motort vezérlő gombra forrasszunk drótokat (a)
   - figyeljük meg a másik egységben a motor vibrálását, miközben összeérintjük a vezérlőegységbe szerelt két drót végét.

Ezeket a drótokat egy JELFOGÓra is köthetjük, amire rászerelhetjük a saját áramkörünket is, amit így már rádiótávirányítással is indíthatunk. Illetve a többi gomb (mozgás-forgás) felhasználásával összetettebb interakciót hozhatunk létre. Akár logikai kapukkal is kísérletezhetünk.

 

 

 

Lektorált tananyag, ami a BKF Digitális és Kollaboratív Művészet (DIKOM) pályázatnak keretén belül valósult meg.

Szerző: Harsányi Réka, Társszerző: Juhász Márton András, Lektor: Fernezelyi Márton

  

A forrasztás egy olyan, fémek közötti, oldhatatlan kötés, ami vezeti az áramot. Forraszanyaggal készül, amelynek olvadáspontja alacsonyabb, mint az alkatrészeké. Forrasztópákával vagy forrasztópisztollyal előállított hőforrás segítségével jön létre a forrasztás. A legelterjedtebb forraszanyag az ón, bizonyos változata forrasztózsírt is tartalmaz, ami letisztítja a felületet. Ha nincs benne, külön meg kell tisztítani a forrasztásra szánt részeket, mivel a kézről rátapadó zsír és kosz megakadályozza, hogy jól tapadjon az ón, így hibás lesz a kötés, ami nem vezeti majd az áramot. Az erre alkalmas tisztítószereket folyatószereknek nevezzük, mely lehet zsír, krém, flux folyadék stb. Másik feladatuk, hogy megvédjék a hőhatásnak kitett fémet az oxidációtól.

Megkülönböztetünk kemény és lágyforrasztást, a munkahőmérséklet előbbi esetben 450 ^oC feletti, a lágyforrasztásnál pedig az alatti. Ez az a hőmérsékletet, amin a felhasznált forraszanyag körül tudja folyni a felületet. Fontos, hogy a hegesztés egy egészen más eljárás, nagyobb felületek esetén alkalmazzák, ezért erre nem térünk ki. Mi pákával lágyforrasztásokat fogunk készíteni. Fontos, hogy a páka milyen hőfokú, az érzékenyebb alkatrészeknél alacsonyabb hőfokra kell állítani. Az első fejezetben szereplőken kívül a következő eszközökre lesz szükségünk.

3.1 ábra:  Forrasztó egység állítható hőfokszabályozóval, 690 °C-ra állítva. A forrasztó ón olvadási pontja  231,9 °C.Fontos, hogy a forrasztandó részek hőmérséklete meghaladja a forrasztóón olvadáspontját!

A forró pákát mindig a helyére kell visszatenni! 

3.2 ábra: Forrasztó ón

3.3 ábra: Forrasztózsír

3.4 ábra: Kiforrasztó pumpa és huzal

3.5 ábra: Prototípus NYÁK lemezek forrasztásához (különböző típusok léteznek) 

3.6 ábra: Zsugorcsövek különböző méretben és színben (készletben is kaphatóak)

 

3.7 ábra: „Harmadik kéz” a műszerész forrasztó állvány, mely megkönnyíti a munkát

 

Két példán keresztül megtanuljuk, hogyan kell forrasztani. Egy LED-et és ellenállást kapcsolunk össze úgy, hogy zsugorcsővel elszigeteljük a lábait egymástól. Ezt követően a prototipizálásra alkalmas NYÁK lemezbe beforrasztunk egy LED-et és egy ellenállást, majd kiforrasztjuk, hogy annak a menetével is megismerkedjünk.

 

3.8 ábra: Előfordulhat, hogy többszálas a drót, így blankolás után szétállnak a végei.

3.9 ábra: Kézzel sodorjuk össze a végét és mártsuk a forrasztózsírba!

3.10 ábra: Utána ónozzuk be a végét, hogy könnyebb legyen az alkatrészhez forrasztani!

3.11 ábra: A LED lábait vágjuk le!

3.12 ábra: Az ellenállás forrasztása előtt húzzunk fel a drótra egy megfelelő hosszúságú és átmérőjű zsugorcső darabot!

3.13 ábra: Az ellenállást forrasszuk a LED megfelelő lábához és a zsugorcsövet húzzuk rá az egészre, majd a LED másik lábán ismételjük meg ugyanezt!

3.14 ábra: A zsugorcső hő hatására összezsugorodik, így ráfeszül a forrasztásra. Mivel műanyag alapú, le is szigeteli azt, így elkerülhetőek a rövidzárok. Tartsuk rövid ideig öngyújtó lángja fölé úgy, hogy a láng ne érjen hozzá (a hő így is elegendő).

3.15 ábra: Elkészült a zsugorcsővel leszigetelt LED. A képen látszik, hogy a fekete csőben van az ellenállás.

3.16 ábra: A prototipizáló NYÁK lemez esetleg koszos és zsíros lehet, ezért csiszolópapírral óvatosan dörzsöljük át, úgy hogy a rézréteg ne kopjon le!

3.17 ábra: Ez a forrasztás hibás, mert átfolyt az ón a szomszédos lyukra is, illetve nincs elég ón rajta, mivel az folyatószer nélkül nem tapad.

3.18 ábra: Ez pedig a helyes, folyatószerrel készült forrasztás, elég mennyiségű ónnal. Szándékosan is létrehozhatunk kötéseket  (alsó kép), vagy használhatunk olyan NYÁK lemezt, ami gyárilag rézzel összekötött szakaszokat tartalmaz.

3.19 ábra: A NYÁK lemezbe dugott LED lábait az ellenkező oldalról tudjuk kényelmesen megforrasztani.

3.20 ábra: Az ellenállás közvetlenül a LED lábához is csatlakozhat, vagy ugyanúgy, mint a LED. Utóbbi esetben alulról drótokkal összeköthetjük a megfelelő részeket.

3.21 ábra: FONTOS, hogy minden forrasztás után tisztítsuk le a pákát egy nedves szivaccsal, hiszen koszosan nem ragad az ón. Így a pákahegyet is megóvhatjuk, de ha tönkrement, minden típusnál ki lehet cserélni.

3.22 ábra: Érzékenyebb alkatrészeket alacsonyabb hőfokon kell forrasztani, azok sérülésének elkerülése érdekében.

3.23 ábra: Az áramkör szétszedéséhez és a forrasztás eltávolításához használhatunk kiforrasztó pumpát, melynek a végét benyomva odatartjuk a forrasztáshoz, felolvasztjuk a pákával az ónt és eközben megnyomjuk a pumpa gombját. A pumpában keletkező vákuum kiszívja a felolvadt ónt.

3.23 ábra: Az áramkör szétszedéséhez és a forrasztás eltávolításához használhatunk kiforrasztó pumpát, melynek a végét benyomva odatartjuk a forrasztáshoz, felolvasztjuk a pákával az ónt és eközben megnyomjuk a pumpa gombját. A pumpában keletkező vákuum kiszívja a felolvadt ónt.

+++ +++ +++

Most már a saját áramköreinket is össze tudjuk forrasztani.

 

 

• Hello world!
• Applikáció, kép, videó exportálása
• size() render paraméterei
• Adatok betöltése és megjelenítése, könyvtárak
• Koordináta rendszer és formák
• Színek
• Objektum-orientált programozás
• Két-dimenziós tömbbök
• Görbék rajzolása
• Képek és pixelek
• Stringek, kirajzolt szövegek, transzformációk
• Trigonometria
• PShape
• PVector

 

EEPROM 

írás és olvasás az állandó tárolón

Az Arduino három különböző típusú memóriával rendelkezik, az egyes típusok kapacitása a mikrokontroller fajtájától függ:

• Flash: Többszörösen újraírható memória, tartalma az eszköz kikapcsolását követően is megmarad. A fejlesztőkörnyezet által lefordított kódunk itt tárolódik gépi utasítások formájában.
• RAM: Gyors hozzáférésű memória s programunk futtatása közben ideiglenesen tárolt adatok számára. Tartalma kikapcsoláskor elvész. Írható és olvasható adattároló eszköz.
• EEPROM: Flashnél régebbi technológia a kikapcsolást követően is megőrzendő adatok, konfigurációs beállítások, kezdeti állapotok, hosszabb szövegek eltárolásához. Nagyságrendileg 100.000 törlés az életideje. A ROM csak olvasható adatok tárolására alkalmas.

Az EEPROM könyvtár azokat a funkciókat fogja össze, amikkel bájtonként tudjuk írni és olvasni a beépített memória ezen típusát. Az Arduino Mega kontrollerének (ATmega1280 és ATmega2560) 4096, az UNO és Duemilanove (ATmega328) 1024, a Diecimila, NG (ATmega168) és Digital (ATmega8) 512 bájt a kapacitása. 

PÉLDA

I2C EEPROM with the Arduino Part 1, Part 2, Part 3

 

Ethernet 

az Ethernet Shield Könyvtára, internetes kommunikáció

Az ethernet egy LAN alapú specifikáció. 1985 óta a számítógépeket összekötő hálózatok fő kommunikációs technológiai szabványa és fizikai rétegtől az adatkapcsolati rétegig nyújt szolgáltatásokat. A fizikai réteg magát a hardware-t jelenti, az adatok bitenkénti csatornákra juttatását. Az adatátviteli réteg pedig két hálózati elem közötti átvitelt biztosító eljárásokért felelős.

Az Ethernet kiegészítő modullal (shield) és a hozzá tartozó könyvtár segítségével eljuthatunk a hálózati rétegig és internetképessé tehetjük az Arduinot. A shield a Wiznet, SPI kommunikáción alapuló W5100-as integrált áramkörére épül és fenntartja az SD kártya csatlakoztatásának lehetőségét is. A kiegészítőt elég csatlakoztatni. A következő példákban megnézzük, hogyan lehet bejövő kapcsolatokat kezelő szerverként és kimenőket intéző kliensként egyaránt működtetni.

A könyvtár osztályai:

Ethernet Osztály - Az ethernet könyvtárat és a hálózati beállításokat inicializálja

IP Osztály - Meghatározza az IP-címet, ami lehet helyi és távoli cím is

Szerver Osztály - Létrehoz egy szervert ami adatot küld és fogad a rá kapcsolt kliensektől

Kliens Osztály - Létrehoz egy klienst, ami a szerverrel kommunikál

EthernetUDP Osztály - Az UDP (User Datagram Protocoll) az internetet alkotó protokollok egyike, amivel számítógép-alkalmazások cserélnek úgynevezett datagrammokat egymás között. Leginkább olyan esetekben érdemes használni, amikor nem fontos a hibaellenőrzés és -javítás a csomagok átvitelekor. Ez általában valós idejű adatátviteli rendszereknél fontos, ahol egy csomag elvesztése kisebb probléma, mint az ellenőrzésekből fakadó késés.

PÉLDA

Arduino powered Lucky Cat as physical Webcounter 

 

WiFi 

Arduino WiFi Shield Könyvtára, vezeték nélküli internetes kommunikáció

Nagyon hasonlít az Ethernet Könyvtár felépítéséhez, néhány funkciót ugyanúgy kell meghívni. Szerverként fogadhat bejövő kapcsolatot, vagy kliensként hozhat létre kimenőeket. WEP és WPA2 Personal titkosítást támogatja, de a WPA2 Enterprise-t nem. Fontos megjegyezni, hogy ha az SSID nem sugároz, akkor nem tud csatlakozni a shield. (Az SSID egy vezeték nélküli hálózatokon használt név.) 

A shield SPI Buszon keresztül kommunikál. Az UNO boardon ezek a digitáls 11, 12, 13 pinek. A digitális 10 pin az SS ezt kimenenként meghagyjuk, és a digitális 7pint használja az ardunio és a wifi shield handshakeing-re ezért azt se használjuk.

A könyvtár osztályai:

Wifi Osztály - A wifi könyvtárat és a hálózati beállításokat inicializálja

IP Osztály - Meghatározza az IP-címet, ami lehet helyi és távoli cím is

Szerver Osztály - Létrehoz egy szervert ami adatot küld és fogad a rá kapcsolt kliensektől

Kliens Osztály - Létrehoz egy klienst, ami a szerverrel kommunikál

EthernetUDP Osztály - Az UDP datagrammokat küld és fogad

PÉLDA

Arduino + Wifi + RGB LED Strip = Information display.

 

Firmata 

egy sztenderd soros protokoll a számítógépen futó alkalmazásokkal való kommunikációhoz

A Firmata egy kommunikációs protokoll, aminek célja a számítógépes környezetekkel való adatcsere megkönnyítése.

Sok olyan gyors prototipizálásra alkalmas környezet létezik, amelyiken a firmata protokoll használata már megoldott. Ilyenek például a VVVV, Max/MSP, Processing és Flash. Létezik olyan firmata alapú program (firmware), ami az Arduino minden funkcióját elérhetővé teszi soros parancsokon keresztül, az analóg olvasástól a digitális csatornák kapcsolgatásáig, és ezeket saját számítógépen futó fejlesztőkörnyezetünkből el is tudjuk érni. A könyvtár használatával anélkül hozhatunk létre célfeladatokra kétirányú soros kommunikációs programot, hogy saját protokollt (pl. handshaking) vagy objektumokat fejlesztenénk.

StandardFirmata

Minden benne található funkciót támogat, elérhetjük a digitális és analóg ki-/bemeneteket, I2C kommunikációt, használhatunk digitális csatornákat szervo meghajtónak.

PÉLDA

Spherical Joystick - Arduino Processing Firmata

  

GSM 

GSM Shield Könyvtára, GSM/GRPS hálózathoz

Segítségével a legtöbb olyan műveletet végrehajthatjuk Arduinon, amit GSM telefonon: telefonhívást, SMS küldést és fogadást, és internetre csatlakoást GPRS hálózaton keresztül. A SoftwarerSerial Könyvtárral kommunikál az Arduino és a GSM shield modeme. 

PÉLDA

Video call using 3G/GPRS Shield for Arduino

 

LiquidCrystal 

LCD kijelző vezérléséhez 

A Hitachi HD44780 folyadékkristályos kijelző meghajtó IC hosszú időn keresztül uralta a piacot, mint a rendkívül populáris, kizárólag monokróm szöveg megjelenítésére alkalmas faxok, telefonok, lézernyomtatók, fénymásoló gépek kijelzőjének vezérlője. Mostanra hobbisták és gyors prototipizálók közkedvelt megoldásává vált a mikrokontrollerek alfanumerikus üzeneteinek megjelenítésére. Az IC által meghajtott kijelzők pár általános szabálynak felelnek meg. Egy karakter mindig 5 vízszintes és 8 függőleges pixelből áll. A leggyakoribb típus egy sorban 8 karakter megjelenítésére alkalmas (8 x 1), de létezik 16 x 2, 20 x 2 és 20 x 4-es is. A kijelzők készülhetnek LED-es, fluoreszcens, elektrolumineszcens háttérvilágítással, vagy anélkül. Az IC maga is egy mikrokontroller, ROM-jában 208 karakter térképét tárolja – japán verziója a kana, európai verziója nyugati és cirill ABC betűiből áll. A LiquidCrystal könyvtár a vezérlő IC instrukciós kódjait és kommunikációs protokollját implementálta pár könnyen használható függvény formájában.

PÉLDA

First Arduino Project 

 

SD 

SD kártyára íráshoz és kiolvasásához

Az SD Könyvtárat különböző fedpanelekkel használhatjuk. Támogatja a FAT16 és FAT32 fájlrendszereket, szabványos SD és SDHC kártyákon. Rövid fájl neveket használ (8.3 karakter). DE tartalmazhatják a mappa nevét is, ilyenkor / jelet használjunk: directory / filename.txt 

Az SD kártyák is SPI buszon kommunikálnak, amiket viszonylag könnyen és nagyon sokféleképpen hasznosíthatunk arduinos projektjeinkben (háttértár, hangfelvétel, lejátszás, adatrögzítés, GPS). Ezért modul használata nélkül is működnek, az SPI könyvtár FAT32 fájlendszerhez módosított verziójával. Az UNO boardon az SPI-hez tartozak a digitáls 11, 12, 13 pinek. A digitális 10 pin az SS ezt kimenenként meghagyjuk, és a digitális 7pint használja az ardunio és a wifi shield handshakeing-re ezért azt se használjuk.

PÉLDA 

Arduino Mp3 Player - Arduino Jukebox

  

Servo 

szervó motorok vezérléséhez

A szervomotorok olyan aktuátorok, melyek a visszacsatolás elvén működnek. A legegyszerűbb esetben a szervo tengelyét elfordító motor egy áttételen keresztül egy potmétert is elforgat, ami egy komparátor áramkör egyik bemenetéhez kapcsolódik. A komparátor egyszerű analóg integrált áramkör, amit legegyszerűbben úgy képzelhetünk el, mint egy mérleget. A szervo esetében a „mérleg” egyik oldalán a potméter – és így a tengely – állapota, a másik oldalán a szervo bemenetére adott feszültségszint a „súly”, a „mérleg nyelve” pedig a motor elfordulási irányát és erejét reprezentálja. Ily módon meghatározott feszültségszinteknek megfeleltethetők a motortengely állásának szögei. A Servo könyvtárral az Arduino PWM képes kimeneteit felhasználva, a csatlakoztatott szervomotorokat az elfordulás szögének megadásával irányíthatjuk. Miután a potméter nem képes a körbeforgásra, a megadható szögek 0 és 180 fok közé esnek és mindig egész számok.

Hobbi és modellezési célra három méretben szabványosították a szervokat. Alaptípusaikat tekintve megkülönböztetünk nagy nyomatékú és nagy sebességű motorokat. Mindegyikre jellemző, hogy három vezeték tartozik hozzájuk: föld (barna/fekete), táp (piros) és vezérlés (narancs/fehér).

PÉLDA

Arduino Wireless Animatronic Hand

The SM-1 Project Part 4, 5 and 6: Testing the Lamp

Arduino Uno + Accelerometres + Servos

 

Stepper 

sztepper motorok vezérléséhez

A léptetőmotorok olyan egyenáramú motorok, amiknek az állórésze több elektromágnest tartalmaz. A tengelyen elhelyezett aktív mágnest (forgórész) az egymás után szekvenciálisan be-/kikapcsolt elektromágnesek kis lépésekben elfordítják. Jelentőségük az, hogy visszacsatolás nélkül nagy pontosságú és apró lépésekből álló forgómozgást lehet velük elérni. Két alaptípust különböztetünk meg az elektromágnesek tekercseinek kivezetései alapján. Az unipoláris motorok esetén minden tekercs egyik vége közös vezetékként hagyja el a motor burkolatát, míg a bipoláris motorok esetén a tekercsek kivezetései szabadon állnak.

A tekercseket meghatározott rendben kell működtetni, hogy a felépülő mágneses tér négy lépésben fordítson a tengelyen. (A bipolásris léptető motort L293D vagy SN754410ne H-híddal vezérelhetjük)

A léptetőmotorokat leíró legfontosabb adat, hogy egy lépés alatt hány fokot fordulnak el. Egy 1,8 fok/lépés precizitású motor 200 lépésben fordul teljesen körbe, tehát a 14.1 táblázatban látható lépéseket fordulatonként 200-szor kell megismételni.

PÉLDA

stepper motor powered security door project

 

SPI 

Serial Peripheral Interface (SPI) Bus használata eszközök közötti kommunikációra

Az SPI (Serial Peripherial Interface) egy szinkron soros protokoll. Alapvető különbség az I2C-hez képest, hogy külön adatvonalat tart fenn a mestertől a szolga felé és az ellenkező irányú kommunikáció céljára, továbbá nem használ címzést, az egyetlen mester az eszközöket egyenként külön vonalakon engedélyezi. Mindezek együttesen egy gyorsabb soros adatátvitelt tesznek lehetővé a mikrokontroller és perifériái között. A közös adatvonalak a MISO (Master In Slave Out), amin keresztül a mester fogad adatokat, a MOSI (Master Out Slave In), amin a szolgák fogadnak adatokat és az SCK (Serial Clock) órajel a szinkronizáláshoz. Az eszközönként specifikus vonal az engedélyezéshez az SS (Slave Select). Amikor egy szolga SS vonala logikai alacsony szintre kerül, létrejön a kapcsolata a mesterrel, ha magas szinten tartjuk, akkor teljesen kimarad a buszon való kommunikációból, így nem zavarhatja a többi perifériát.

 

A nyílt fejlesztésű rendszernek és a közösségben együttműködő programozóknak köszönhetően az Arduinoval számtalan SPI alkatrész került implementálásra, és a könyvtár ebből a rutinból fakadóan rendelkezik olyan függvényekkel, amik megkönnyítik az új eszközök használatát. Mindazonáltal az SPI protokoll meglehetősen szabadon értelmezett az eszközgyártók körében, ezért, ha egy új alkatrészhez szeretnénk programot írni, akkor nézzük meg alaposan az adatlapját. 

Az SPI kivezetéseit megtalálhatjuk az Arduino alaplapján egy külön csatlakozón is, amit ICSP-nek (In Circuit Serial Programming) hívunk:

  

SoftwareSerial 

soros szoftveres kommunikáció bármelyik digitális pinen keresztül 

Az Arduino egyetlen fizikai soros porttal rendelkezik, ami az integrált port a 0-ás és 1-es digitális csatornákon kommunikál, ahol a számítógéphez USB átalakítóval is csatlakozik. 

A SoftwareSerial könyvtárral a fizikai feldolgozóegység terhére (UART) a többi digitális csatornán is létre lehet hozni soros kommunikációs felületeket. Segítségével egyszerre kapcsolódhatunk a számítógéphez és más soros eszközökhöz, kijelzőkhöz, digitális szenzorokhoz, vagy kialakíthatunk soros hálózatot több Arduino között. A szoftveres portok maximális sebessége is 115200 baud lehet, ráadásul megváltoztatható a jel polaritása, ami szélesíti a kompatibilis egységek spektrumát, azonban több port létrehozása esetén az adatok egyidejű fogadása nem lehetséges.

   

TFT 

Arduino TFT monitoron szöveg íráshoz, kép és formák megjelenítéséhez

Kétféleképpen lehet konfigurálni a kijelzőt. Az egyik hogy az Arduino SPI csatlakozóját használjuk, a másik lehetőség hogy a pineket egyenként kalibráljuk. A kettő között az a különbség hogy az SPI lényegesen gyorsabb. A képernyőn mindkét esetben ugyanazt látjuk. De ha SD kártyával összekötjük, mindenképp az SPI csatlakozót kell használnunk. Mint ahogy a TFT Könyvtárhasználata esetén is!

PÉLDA

TFT 2.2" SPI 240x320 Display w/ Arduino Nano

TFT LCD Acclerometer GRAPHING Arduino Project!

 

Wire 

Two Wire Interface (TWI/I2C) kommunikáció, adat küldés és fogadás eszközök hálózatára 

Az I2C, vagy más néven TWI (Two Wire Interface) egy soros buszrendszer, amit a Philips fejlesztett ki, hogy mikrokontrollerekhez alacsony sebességű perifériákat két vezeték használatával lehessen illeszteni. Ilyen eszközök például a Maxim által gyártott csatornabővítők (MAX6956 I2C-t 20 párhuzamos I/O csatornává alakít), LED meghajtók, adatátalakítók (pl. digitalizálók), Microchip által gyártott soros EEPROM-ok (legnagyobb 1Mbyte-os), vagy az NXP termékei: órák, memóriák, audio és video jelfeldolgozók, szintátalakítók. 

A buszokra általánosságban az a jellemző, hogy az eszközök megosztoznak az adatvezetékeken, ezért minden eszköznek rendelkeznie kell egy címmel, ami megkülönbözteti a többi buszhoz kapcsolt egységtől. Az I2C esetén a címzés eszköztől függően kétféle lehet, 7 vagy 8 bites. Az utóbbi esetben 7 bit a tényleges címet kódolja, míg a 8. bit arról ad információt, hogy a címen írás vagy olvasás folyik. A Wire könyvtár mindkét típust támogatja. Az adatvezetékeket rendre SDA (Serial Data) és SCL (Serial Clock) neveket viselik, míg az egyiken a szinkronitást fenntartó órajel, a másikon a szekvenciális adat jelenik meg bitenként. Az Arduino mikrokontrollere fizikailag tartalmaz csatolófelületet a buszhoz, aminek kivezetései UNO – és megelőző típusok – esetében az (analóg bemenetként is használható) A4 (SDA) és A5 (SCL).

Ezen a busztípuson kétféle eszköztípus, egy mester (Master) és a címek elfogyásáig tetszőleges mennyiségű szolga (slave) eszköz kommunikálhat. A mester eszköz az, aki adott címen végrehajthat írást vagy olvasást, a szolgák pedig, akik a mester parancsait követik.

A könyvtár alapbeállítása szerint a mester az Arduino, de ha könyvtár inicializálásakor címet adunk neki, akkor szolgaként is tudjuk használni – ez akkor lehet hasznunkra, ha olyan hálózatot szeretnénk építeni, amihez I2C eszközök is és több Arduino is csatlakozik.  

PÉLDA

ATmega8 (AVR) and I2C sensors.

 

 

forrás: http://arduino.cc/en/Reference/Libraries#.Uy7kX_l5N8F