Spis treści
O autorach ....................................................................................................................13
Podziękowania od autorów ...........................................................................................15
Wstęp ............................................................................................................................17
Dlaczego warto kupić tę książkę .........................................................................................................17
Naiwne założenia ..............................................................................................................................17
Bezpieczeństwo, bezpieczeństwo i jeszcze raz bezpieczeństwo! .............................................................18
Jak podzielona jest ta książka .............................................................................................................18
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami ............................................................................18
Część II: Dźwięk ..........................................................................................................................19
Część III: Niech stanie się światłość ...............................................................................................19
Część IV: Pozytywne wibracje .......................................................................................................19
Część V: Dekalogi ........................................................................................................................19
Ikony użyte w tej książce ....................................................................................................................19
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami ...... 21
Rozdział 1: Rozpoczynamy przygodę z projektami elektronicznymi ...............................23
Czym tak naprawdę jest projekt elektroniczny? ....................................................................................23
Elektronika, mechanika, robotyka? .................................................................................................23
Programowalne i nieprogramowalne ...............................................................................................24
Efekty, jakie możemy uzyskać .............................................................................................................25
Co osiągniesz, pracując nad projektami elektronicznymi? .....................................................................25
Tylko dla zabawy .........................................................................................................................25
Tworzenie rzeczy, które mogą Ci się przydać ..................................................................................26
Nauka podczas zabawy .................................................................................................................27
Co będzie potrzebne, aby zacząć przygodę z elektroniką? .....................................................................28
Ile to będzie kosztowało .................................................................................................................28
Ostatni problem — miejsce ...........................................................................................................29
Rozdział 2: Bezpieczeństwo jest najważniejsze ............................................................31
Bój się porażenia prądem jak diabeł kąpieli w święconej wodzie ...........................................................31
Wpływ prądu elektrycznego na organizm człowieka .........................................................................32
Kiedy pojawia się zagrożenie? .......................................................................................................32
Zdrowy rozsądek: ochrona przed porażeniem .................................................................................33
6
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
Ochrona komponentów elektronicznych przed wyładowaniami elektrostatycznymi ..................................35
Co może zrobić wyładowanie elektrostatyczne? ...............................................................................35
Jak zabezpieczyć się przed wyładowaniem elektrostatycznym? ..........................................................35
Korzystanie z narzędzi ......................................................................................................................37
Bezpieczne lutowanie ....................................................................................................................37
Praca z ostrzami: cięcie, piłowanie i wiercenie ................................................................................39
Dobry warsztat to bezpieczny warsztat ................................................................................................40
Bezpieczny ubiór ..........................................................................................................................40
Utrzymuj porządek w miejscu pracy! ..............................................................................................42
Nie wpuszczaj dzieci i zwierząt domowych do swojego warsztatu .....................................................42
Rozdział 3: Skompletuj swój elektroniczny arsenał ..................................................... 43
Czas na narzędzia .............................................................................................................................43
Podstawy lutowania ......................................................................................................................43
Wielozadaniowa wiertarka .............................................................................................................45
Zabawa z piłami ..........................................................................................................................45
Różne przydatne narzędzia: kombinerki, śrubokręty, ściągacze izolacji itd. ........................................47
Multimetr .........................................................................................................................................49
Przewodnik po komponentach ...........................................................................................................50
Komponenty dyskretne: rezystory, kondensatory i tranzystory ...........................................................50
Układy scalone .............................................................................................................................54
Przełączniki .................................................................................................................................56
Czujniki .......................................................................................................................................58
Mikrofony ....................................................................................................................................59
Niech stanie się światłość ..............................................................................................................60
Głos w sprawie głośników .............................................................................................................61
Brzęczyki .....................................................................................................................................62
Podstawowe wiadomości na temat materiałów konstrukcyjnych .............................................................62
Plastik .........................................................................................................................................62
Drewno ........................................................................................................................................63
Zbuduj ją sam ..............................................................................................................................63
Montaż ........................................................................................................................................64
Unieruchamianie kabli ..................................................................................................................64
Podstawy pracy z płytkami prototypowymi ..........................................................................................64
Kable łączą wszystko ....................................................................................................................66
Złącza .........................................................................................................................................67
Rozdział 4: Nabywanie przydatnych umiejętności ........................................................ 69
To tylko symbole: czytanie schematów ................................................................................................69
Analiza prostego schematu ............................................................................................................70
Przełączniki .................................................................................................................................72
Zmienne oznaczane na schematach ................................................................................................72
Składanie całego obwodu ..............................................................................................................73
Praca z płytką prototypową ................................................................................................................75
Anatomia płytki prototypowej ........................................................................................................75
Rozkład elementów na płytce ........................................................................................................76
Montaż przewodów i komponentów ...............................................................................................78
Spis treści
7
Wykonywanie połączeń lutowniczych ..................................................................................................80
Posługiwanie się lutownicą ............................................................................................................80
Praca ze spoiwem lutowniczym ......................................................................................................81
Narzędzia, które pomogą Ci podczas lutowania ..............................................................................84
Wykonywanie pomiarów za pomocą multimetru ..................................................................................85
Działanie multimetru ....................................................................................................................85
Pomiar rezystancji ........................................................................................................................86
Pomiar napięcia ...........................................................................................................................86
Tworzenie obudów projektów ............................................................................................................87
Praca nad pudełkami i skrzyniami ..................................................................................................87
Montaż projektu w pudełku ...........................................................................................................88
Część II: Dźwięk .................................................... 93
Rozdział 5: Tańczące światełka ....................................................................................95
Ogólny zarys projektu .......................................................................................................................95
Analiza schematu ..............................................................................................................................96
Szalone podrygi: analiza budowy obwodu migającego w rytm muzyki ...................................................97
Uwagi dla konstruktorów — potencjalne problemy ..............................................................................99
Poszukiwanie niezbędnych komponentów .........................................................................................100
Budowa projektu krok po kroku .......................................................................................................101
Budowa obwodu .........................................................................................................................102
Aby stała się jasność ...................................................................................................................111
Instalowanie pozostałych komponentów ........................................................................................115
Sprawdzanie działania projektu ........................................................................................................119
Dalsze rozwijanie projektu ...............................................................................................................120
Rozdział 6: Skupianie dźwięku za pomocą mikrofonu parabolicznego ........................121
Co za talerz! Ogólny zarys projektu ..................................................................................................121
Analiza schematu ............................................................................................................................123
Uwagi dla konstruktorów — potencjalne problemy ............................................................................124
Poszukiwanie niezbędnych komponentów .........................................................................................125
Budowa projektu krok po kroku .......................................................................................................128
Budowa obwodu wzmacniacza ....................................................................................................128
Montaż komponentów na talerzu .................................................................................................130
Montaż mikrofonu ......................................................................................................................133
Montaż przełączników i innych komponentów na bocznych ściankach obudowy ..............................136
Łączenie wszystkiego ze sobą .......................................................................................................138
Sprawdzanie działania projektu ........................................................................................................140
Dalsze rozwijanie projektu ...............................................................................................................141
Rozdział 7: Szepczący Merlin ......................................................................................143
Ogólny zarys projektu .....................................................................................................................143
Analiza schematu ............................................................................................................................145
Uwagi dla konstruktorów — potencjalne problemy ............................................................................147
Poszukiwanie niezbędnych komponentów .........................................................................................147
8
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
Budowa projektu krok po kroku .......................................................................................................150
Budowa obwodu Merlina ............................................................................................................151
Praca nad obudową, którą można zainstalować wewnątrz pacynki ..................................................156
Programowanie dźwięków ...........................................................................................................162
Montaż obwodu w maskotce ........................................................................................................164
Sprawdzanie działania projektu .......................................................................................................165
Dalsze rozwijanie projektu ...............................................................................................................165
Rozdział 8: Serfując na falach eteru ........................................................................... 167
Ogólny zarys projektu .....................................................................................................................167
Analiza schematu ............................................................................................................................168
Uwagi dla konstruktorów — potencjalne problemy ............................................................................170
Poszukiwanie niezbędnych komponentów .........................................................................................171
Budowa projektu krok po kroku .......................................................................................................173
Budowa obwodu radioodbiornika ................................................................................................174
Budowa obudowy radia ..............................................................................................................177
Nawijanie cewki .........................................................................................................................181
Łączenie ze sobą wszystkich elementów radioodbiornika ................................................................182
Sprawdzanie działania projektu .......................................................................................................183
Dalsze rozwijanie projektu ...............................................................................................................184
Część III: Niech stanie się światłość ......................185
Rozdział 9: Straszne dynie .......................................................................................... 187
Ogólny zarys projektu .....................................................................................................................187
Analiza schematu .......................................................................................................................188
Uwagi dla konstruktorów — potencjalne problemy .......................................................................192
Poszukiwanie niezbędnych komponentów .....................................................................................193
Budowa projektu krok po kroku .......................................................................................................196
Budowa niemej dyni ...................................................................................................................196
Budowa gadającej dyni ...............................................................................................................203
Sprawdzanie działania projektu .......................................................................................................211
Dalsze rozwijanie projektu ...............................................................................................................212
Rozdział 10: Tańczące delfiny ..................................................................................... 215
Ogólny zarys projektu .....................................................................................................................215
Analiza schematu ............................................................................................................................216
Płyniemy dalej: przyjrzyjmy się schematowi ..................................................................................216
Przygotowanie pokazu świetlnego ................................................................................................219
Uwagi dla konstruktorów — potencjalne problemy ............................................................................219
Poszukiwanie niezbędnych komponentów .........................................................................................221
Obwód sterujący ruchem morświna ..............................................................................................221
Pląsające delfiny .........................................................................................................................222
Budowa projektu krok po kroku .......................................................................................................223
Budowa obwodu ........................................................................................................................223
Budowa ekranu z delfinami .........................................................................................................227
Sprawdzanie działania projektu .......................................................................................................234
Dalsze rozwijanie projektu ...............................................................................................................235
Spis treści
9
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni ...........................................237
Ogólny zarys projektu .....................................................................................................................237
Analiza schematu ............................................................................................................................238
Nadawanie z prędkością światła ...................................................................................................239
Odbieranie sygnału generowanego przez nadajnik .........................................................................240
Sterowanie pracą silników ...........................................................................................................241
Uwagi dla konstruktorów — potencjalne problemy ............................................................................242
Poszukiwanie niezbędnych komponentów .........................................................................................243
Komponenty niezbędne do wykonania nadajnika ..........................................................................243
Komponenty niezbędne do wykonania nadajnika i konstrukcji nośnej gokarta ..................................245
Budowa projektu krok po kroku .......................................................................................................247
Budowa nadajnika ......................................................................................................................247
Praca nad płytką obwodu odbiornika ...........................................................................................256
Budowa gokarta .........................................................................................................................262
Sprawdzanie działania projektu ........................................................................................................268
Dalsze rozwijanie projektu ...............................................................................................................269
Część IV: Pozytywne wibracje ............................... 271
Rozdział 12: Poręczny wykrywacz metali ....................................................................273
Ogólny zarys projektu .....................................................................................................................273
Analiza schematu ............................................................................................................................274
Uwagi dla konstruktorów — potencjalne problemy ............................................................................275
Poszukiwanie niezbędnych komponentów .........................................................................................276
Budowa projektu krok po kroku .......................................................................................................277
Budowa obwodu wykrywacza metali ............................................................................................277
Przygotowanie obudowy obwodu .................................................................................................280
Łączenie ze sobą wszystkich elementów obwodu ...........................................................................283
Budowa uchwytu ........................................................................................................................283
Sprawdzanie działania projektu ........................................................................................................288
Dalsze rozwijanie projektu ...............................................................................................................288
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii .......................................................................289
Ogólny zarys projektu .....................................................................................................................289
Analiza schematu ............................................................................................................................291
Wydawanie poleceń Samowi .......................................................................................................291
Odbieranie poleceń przez Sama ..................................................................................................293
Uwagi dla konstruktorów — potencjalne problemy ............................................................................296
Poszukiwanie niezbędnych komponentów .........................................................................................296
Elementy niezbędne do wykonania obwodu nadajnika ...................................................................296
Komponenty niezbędne do wykonania odbiornika i konstrukcji nośnej Sama ...................................298
Budowa projektu krok po kroku .......................................................................................................300
Budowa obwodu i obudowy nadajnika .........................................................................................300
Budowa obwodu odbiornika ........................................................................................................307
Budowa konstrukcji nośnej Sama .................................................................................................316
Sprawdzanie działania projektu ........................................................................................................323
Dalsze rozwijanie projektu ...............................................................................................................324
10
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
Rozdział 14: Odstraszacz leniwca .............................................................................. 325
Ogólny zarys projektu .....................................................................................................................325
Analiza schematu ............................................................................................................................326
Uwagi dla konstruktorów — potencjalne problemy ............................................................................327
Poszukiwanie niezbędnych komponentów .........................................................................................328
Budowa projektu krok po kroku .......................................................................................................330
Sprawdzanie działania projektu .......................................................................................................338
Dalsze rozwijanie projektu ...............................................................................................................338
Część V: Dekalogi .................................................341
Rozdział 15: Dziesięć najpopularniejszych sklepów
z komponentami elektronicznymi ............................................................................... 343
Jak wybrać odpowiedni sklep? ..........................................................................................................343
Polska ............................................................................................................................................345
Vega-tronik ................................................................................................................................345
Aprovi .......................................................................................................................................345
Sklepy z artykułami dla robotyków ...............................................................................................345
AVT .........................................................................................................................................345
RS Components .........................................................................................................................345
TME ........................................................................................................................................345
Farnell .......................................................................................................................................346
Poza Polską ...................................................................................................................................346
Jameco .......................................................................................................................................346
Mouser ......................................................................................................................................346
RadioShack ...............................................................................................................................346
Rozdział 16: Zasoby, z których warto korzystać ......................................................... 347
Czasopisma dotyczące elektroniki .....................................................................................................347
„Elektronika Praktyczna” ............................................................................................................347
„Elektronika dla Wszystkich” ......................................................................................................348
„Świat Radio” ...........................................................................................................................348
Uruchom swoją kreatywność, pracując nad obwodami .......................................................................348
Elektroda ...................................................................................................................................348
Elektronika Radiotechnika Elementy Schematy ............................................................................348
e-Elektronika ..............................................................................................................................348
Hobby Elektronika .....................................................................................................................349
Elektronika Wirtualna .................................................................................................................349
Internet jako pomocna dłoń ..............................................................................................................349
Witryna Electronics Teacher .......................................................................................................349
Witryna Electronics Club ............................................................................................................349
Witryna Electronics Tutorials ......................................................................................................350
Forum dyskusyjne All About Circuits ..........................................................................................350
Książki o elektronice .......................................................................................................................350
Spis treści
11
Rozdział 17: Źródła wiedzy specjalistycznej ...............................................................351
Radio (serwisy zagraniczne) ............................................................................................................351
Projekty radioodbiorników i nadajników Iana Purdie ....................................................................351
Kwartalnik QRP .......................................................................................................................352
Australijski serwis z projektami ....................................................................................................352
Strona IK3OIL .........................................................................................................................352
Radio (polskie serwisy) ...................................................................................................................353
Forum krótkofalarskie .................................................................................................................353
Polski Związek Krótkofalowców ..................................................................................................353
Serwisy prowadzone przez różne zrzeszenia radioamatorów ...........................................................353
Muzyka i technika audio ..................................................................................................................353
GEO — projekty efektów gitarowych ..........................................................................................353
Projekty audio oparte na lampach próżniowych .............................................................................354
Tremolo .....................................................................................................................................354
Robotyka ........................................................................................................................................354
Biblioteka BEAM ......................................................................................................................354
Amerykańskie czasopismo „Robot” .............................................................................................354
Forbot .......................................................................................................................................355
Słowniczek ..................................................................................................................357
Skorowidz ....................................................................................................................367
12
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
O autorach
Earl Boysen jest inżynierem, który po przepracowaniu 20 lat przy produkcji czipów
stosowanych w komputerach zdecydował nieco zwolnić i przeprowadzić się do cichego
miasteczka w stanie Waszyngton. Jest współautorem książek Elektronika dla bystrzaków
i Nanotechnology For Dummies. Earl mieszka wraz ze swoją żoną Nancy w wybudowanym
przez siebie domu. Zajmuje się głównie nauczaniem, pisaniem, pracami budowlanymi
i aktorstwem. Więcej informacji na temat projektów stworzonych przez autora znajdziesz
na jego stronie internetowej http://www.buildinggadgets.com/.
Nancy Muir jest autorką ponad 50 książek dotyczących tematów takich jak między
innymi aplikacje komputerowe, teleedukacja i elektronika. Autorka posiada kwalifikacje
do prowadzenia zajęć dotyczących tworzenia tekstów technicznych na poziomie
akademickim. Zanim Nancy zajęła się pisaniem książek, zarządzała wydawnictwem
i firmą zajmującą się tworzeniem oprogramowania. Mieszka ze swoim mężem Earlem
i ukochanymi pupilami — psem i kotem.
14
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
Wstęp
15
Podziękowania od autorów
Autorzy dziękują Katie Feltman za ciągłe angażowanie ich do pracy nad interesującymi
książkami, a także Chrisowi Morrisowi za dobrze wykonaną pracę redaktora prowadzącego.
Podziękowania kierujemy również do Kirka Kleinschmidta za korektę merytoryczną,
a także do adiustatorki Teresy Artman — dzięki nim nasza książka jest pozbawiona
błędów rzeczowych i językowych.
Podczas pracy nad tym projektem pomogły nam również następujące osoby, którym
jesteśmy wdzięczni za pomoc: Bruce Reynolds z firmy Reynolds Electronics
(http://www.renton.com/), pracownicy firmy Magnevation (http://magnevation.com/)
i Gordon McComb z firmy Budget Robotics (http://www.budgetrobotics.com/). Podczas
pracy nad książką pomagali nam również członkowie lokalnego klubu radioamatora:
Clint Hurd, Andy Andersen, Jack West i Owen Mulkey.
16
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
Podziękowania od wydawcy oryginału
Jesteśmy dumni z tej książki. Oto nieliczni spośród tych, którzy znacząco przyczynili się do jej
powstania:
Acquisitions, Editorial,
and Vertical Websites
Project Editor: Christopher Morris
Acquisitions Editor: Katie Feltman
Senior Copy Editor: Teresa Artman
Technical Editor: Kirk Kleinschmidt
Editorial Manager: Kevin Kirschner
Vertical Websites Specialists:
Angela Denny, Kate Jenkins,
Steven Kudirka, Kit Malone
Vertical Website Manager:
Laura VanWinkle
Editorial Assistant: Amanda Foxworth
Sr. Editorial Assistant: Cherie Case
Cartoons: Rich Tennant
(www.the5thwave.com)
Composition Services
Project Coordinator: Patrick Redmond
Layout and Graphics: Claudia Bell, Carl
Byers, Joyce Haughey, Barbara Moore,
Barry Offringa, Alicia South
Proofreaders: Leeann Harney, Joe Niesen,
Christy Pingleton
Indexer: Aptara
Special Help: Virginia Sanders
Publishing and Editorial for Technology Dummies
Richard Swadley, Vice President and Executive Group Publisher
Andy Cummings, Vice President and Publisher
Mary Bednarek, Executive Acquisitions Director
Mary C. Corder, Editorial Director
Publishing for Consumer Dummies
Kathleen Nebenhaus, Vice President and Executive Publisher
Composition Services
Debbie Stailey, Director of Composition Services
Wstęp
17
Wstęp
Jeżeli podłapałeś elektronicznego bakcyla, to jesteś gotów do pracy nad różnymi
projektami. Wykonując różne dziwne gadżety, rozwiniesz swoje umiejętności. Właśnie
o to chodzi w tej książce. Pokażę Ci interesujące projekty, dzięki którym zdobędziesz
wiele nowych informacji dotyczących różnorakich obwodów i komponentów.
Projekty elektroniczne dla bystrzaków to książka, która pozwoli Ci poszerzyć Twoje
elektroniczne horyzonty. Znajdziesz tu projekty, które pozwolą Ci się pobawić między
innymi układami dźwiękowymi, czujnikami ruchu i efektami świetlnymi. Wszystkie
projekty są zasilane prądem o niskim napięciu, jeżeli więc będziesz je wykonywał zgodnie
z zaleceniami, to podczas pracy nie grozi Ci porażenie prądem.
Dlaczego warto kupić tę książkę
Praca nad projektami elektronicznymi pozwoli Ci samodzielnie wykonać przydatne
i interesujące gadżety, a także poszerzy Twoją wiedzę na temat działania różnych
komponentów elektronicznych, zdobędziesz umiejętność czytania schematów, a także
stosowania narzędzi takich jak lutownice i multimetry. Korzystając z tej książki,
będziesz się dobrze bawił, a jednocześnie poszerzał swoją wiedzę.
W tej książce znajdziesz wszystko to, czego potrzebujesz, aby wejść do wspaniałego
świata elektroniki. Zaprezentowane projekty nie wymagają dużych nakładów pracy
(można je wykonać w dość krótkim czasie) ani wydatku pieniędzy (większość
zaprezentowanych gadżetów można zbudować, wydając o wiele mniej niż 300 zł).
Naiwne założenia
Zakładam, że interesujesz się elektroniką i że posiadasz już pewne wiadomości związane
z elektrycznością i elektroniką. Prawdopodobnie przyglądałeś się już kilku obwodom,
a z lektury stron internetowych lub czasopism wyniosłeś pewien zasób słownictwa
używanego przez elektroników. Poza tym nie potrzebujesz niczego więcej oprócz czasu
i niewielkiego budżetu na zakup podzespołów i narzędzi. Musisz również wygospodarować
małą przestrzeń w mieszkaniu, w której będziesz mógł urządzić swój warsztat.
Jeżeli czujesz, że powinieneś zdobyć więcej podstawowych informacji na temat zagadnień
związanych z elektroniką, to polecam Ci lekturę książki Elektronika dla bystrzaków,
autorstwa Gordona McComba i Cathleen Shamieh.
18
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
Nie musisz być inżynierem elektrykiem. Nie musisz również posiadać doświadczenia
w pracy nad projektami elektronicznymi. Podczas lektury początkowych rozdziałów
zdobędziesz wiedzę na temat głównych komponentów i najważniejszych narzędzi.
Poznasz również zasady bezpieczeństwa i opanujesz pewne proste umiejętności. Dzięki
tym rozdziałom będziesz w stanie wykonać każdy z projektów opisanych w książce.
Bezpieczeństwo, bezpieczeństwo
i jeszcze raz bezpieczeństwo!
Warto pamiętać o tym, że praca nad projektami elektronicznymi, a zwłaszcza projektami
zasilanymi prądem o niskim napięciu (właśnie takie projekty zostały przedstawione
w tej książce), może być wspaniałym sposobem na spędzenie wolnego czasu, ale
musisz stosować się do pewnych zasad bezpieczeństwa.
Nawet prąd o niskim napięciu może być niebezpieczny dla Twojego zdrowia — możesz
na przykład poparzyć się lutownicą, a małe kawałki ucinanych kabli lub innych
plastikowych elementów mogą zostać wyrzucone w kierunku Twojej twarzy.
Każdy czytelnik, nawet ten obyty z elektroniką, powinien zapoznać się z rozdziałem 2.
Znajdują się tam informacje na temat zasad bezpieczeństwa. Nie jesteśmy w stanie
przestrzec Cię przed każdym możliwym zagrożeniem. Czytaj uważnie informacje
i ostrzeżenia znajdujące się w dokumentacji podzespołów, zasilaczy i narzędzi, z których
korzystasz. Podczas pracy nad projektami zachowuj zdrowy rozsądek. Jeżeli masz choć
trochę obaw, czy warto się przed czymś zabezpieczyć, to wiedz, że warto. Warto wziąć
sobie do serca maksymę: „Lepiej zapobiegać, niż leczyć”.
Jak podzielona jest ta książka
Książka Projekty elektroniczne dla bystrzaków składa się z kilku części. W początkowych
rozdziałach znajdziesz ogólne informacje na temat bezpieczeństwa pracy i wyposażenia
warsztatu. W kolejnych częściach znajdziesz różne projekty. W ostatniej części książki
znajdziesz informacje na temat innych źródeł, do których warto zajrzeć. Do książki
dołączono kolorowe fotografie niektórych obwodów i gotowych projektów.
Książka jest podzielona na pięć poniższych części.
Część I: Przygotowania do pracy
nad projektami
Jeżeli jesteś nowicjuszem w dziedzinie elektroniki, to lekturę książki zacznij od tej
części. Jeżeli dysponujesz już pewnym doświadczeniem, to i tak warto, abyś zapoznał
się z treścią rozdziału 2., w którym opisano zasady bezpieczeństwa podczas pracy nad
projektami. Podczas lektury rozdziałów 3. i 4. dowiesz się, jakie komponenty i narzędzia
będą Ci potrzebne. Ponadto zdobędziesz pewne podstawowe umiejętności związane
z elektroniką — dowiesz się, jak należy wykonywać połączenia lutownicze, oraz nauczysz
się czytać schematy.
Wstęp
19
Część II: Dźwięk
W tej części znajdziesz pierwszy zestaw projektów. Wszystkie one są w jakiś sposób
związane z dźwiękiem. Będziesz pracować nad oświetleniem reagującym na rytm
muzyki, tworzyć mikrofon paraboliczny odbierający dźwięki z dużej odległości,
konstruować czarodzieja, który będzie reagować głosem na poczynania użytkownika.
Ponadto samodzielnie zbudujesz radio odbierające sygnał nadawany w zakresie AM.
Część III: Niech stanie się światłość
Zgodnie z myślą Thomasa Edisona elektryczność może służyć do generowania światła.
W tej części książki pokażemy Ci, jak można pracować ze światłem. Projekty pozwolą
Ci zadziwić innych. Dowiesz się, jak można uruchamiać gadżety za pomocą światła.
Wykonasz podświetlenie do dyni zapalane za pomocą czujnika ruchu. Stworzysz
świecący moduł, który uatrakcyjni Twoją najbliższą imprezę. Zbudujesz gokarta,
który będzie sterowany zdalnie za pośrednictwem podczerwieni.
Część IV: Pozytywne wibracje
Niektóre gadżety reagują na wstrząsy. Wszystkie projekty w tej części książki są związane
z różnymi rodzajami wibracji: wibracjami mechanicznymi, zmianami sygnału
elektrycznego i falami radiowymi. Zbudujesz wykrywacz metali, a także pojazd
sterowany drogą radiową, który jeżdżąc po torze, będzie reagował na światło. Stworzysz
urządzenie, które wywoła zamieszanie, gdy Twój zwierzak wskoczy na poduszkę
leżącą na kanapie.
Część V: Dekalogi
W tym rozdziale, podobnie jak w prawie każdej książce z serii Dla bystrzaków, znajdziesz
przydatne informacje. Dowiesz się, gdzie warto kupować podzespoły elektroniczne
i narzędzia. Poznasz platformy służące do wymiany informacji i pomysłów dotyczących
elektroniki. Ponadto przedstawimy Ci listę książek, które mogą Cię zainteresować
i poszerzyć Twoją wiedzę na temat na przykład efektów audio lub robotyki.
Ikony użyte w tej książce
W książce różne przydatne informacje są oznaczane za pomocą specjalnych ikon.
Wskazówki zawierają interesujące informacje, dzięki którym możesz uniknąć problemów
albo straty czasu. Ikonami tego typu oznaczone są pewne smaczki, na które powinieneś
zwrócić uwagę podczas pracy z elektroniką.
Jeżeli pominiesz lekturę akapitów oznaczonych tą ikoną, to możesz tego później
żałować. Ostrzeżenia informują Cię o potencjalnych zagrożeniach i problemach,
których najprawdopodobniej chciałbyś uniknąć.
20
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
Ta ikona przypomina o ważnych sprawach, które warto mieć na uwadze podczas
poznawania fascynującego świata elektroniki. Czasami możesz być odsyłany do innego
rozdziału, w którym znajdziesz więcej szczegółowych informacji związanych z jakimś
zagadnieniem.
Wykonywanie projektów wiąże się z pewnymi wydatkami. W akapitach oznaczonych tą
ikoną znajdziesz porady, które pozwolą Ci zaoszczędzić czas i pieniądze.
Część I
Przygotowania do pracy
nad projektami
22
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
W tej części…
rzed przystąpieniem do pracy nad projektami warto sobie
przypomnieć (lub poznać) pewne podstawy. W rozdziale 1.
dowiesz się, czym jest projekt elektroniczny. W rozdziale 2.
znajdziesz informacje na temat zasad bezpieczeństwa, których
należy przestrzegać podczas zabawy z gadżetami. W rozdziale 3.
przedstawimy Ci komponenty i narzędzia, z którymi będziesz
miał do czynienia podczas pracy nad typowym projektem. Podczas
lektury rozdziału 4. zdobędziesz podstawowe umiejętności
niezbędne do zbudowania dowolnej zabawki elektronicznej.
P
Rozdział 1
Rozpoczynamy przygodą
z projektami elektronicznymi
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
W tym rozdziale:
�
dowiesz się, czym tak naprawdę jest projekt elektroniczny;
�
z
ob
aczysz,
co możesz osiągnąć;
�
zastanowisz się nad tym, czym chcesz się zajmować;
�
•
o
�
:
�
i
:
z
�
�:
o
.
�
u
:
i
:
z
::
:v
:
,
�::
ć
.
p
:
z
�
• • • • • • • • • • • •
P
rawdopodobnie wybrałeś tę książkę,
uwielbiasz majstrować i bawić się
gadżetami - począwszy od
w dzieciństwie, a skończywszy
na fascynacji robotami poruszającymi
stawach sklepowych podczas Halloween.
Prawdopodobnie zabawki
Cię i czasem się zastanawiasz, czy można
by było zbudować je
powiedzieć, Że mając do dyspozycji tę
książkę, na pewno możesz
od podstaw.
W
tym rozdziale
wszystkiemu, co jest związane z tworzeniem projektów
elektronicznych.
co możesz zbudować, poświęcając swój wolny czas na
elektronikę.
o tym, co będziesz musiał zrobić, aby podjąć
konkretne
CziJ.m
;est proiekt
elektronicznlJ?
W
projekcie "elektronicznym" stosuje się podzespoły elektroniczne w celu wykonania
czegoś. Jednakże podczas pracy nad urządzeniami programowalnymi, takimi jak na
przykład roboty, konstruktor poza elektroniką ma również bardzo często do czynienia
z mechaniką. Oto, co mamy na myśli, gdy mówimy: "projekty elektroniczne".
Elektronika� mechanika� robotlJkaJ
Czy marzysz może o zbudowaniu jakiegoś ruchomego projektu, takiego jak na przykład
model mostu Golden Gate, w którym będziesz poruszać pewnymi elementami
za pomocą kół pasowych?
A
może chcesz skonstruować inteligentnego robota,
który pełniłby funkcję Twojego kamerdynera i spełniał Twoje zachcianki? Takich
wytworów nie określiłbym mianem projektu elektronicznego.
2
4
Część
1:
Przygotowania do pracy nad
Oczywiście w wielu projektach elektronicznych korzysta się z silników lub innych
mechanizmów, a robot poza programem sterującym składa się również z wielu
komponentów, które są sterowane za pomocą mikrokontrolera. Jednakże w tej książce
skupimy się na projektach, w których będziemy korzystać z prostych podzespołów
elektronicznych. Zbudujemy z nich obwody, które w efekcie będą powodowały ruch
jakiegoś elementu albo będą generowały dźwięk lub światło. Pracując nad dość prostymi
rzeczami, będziesz mógł posiąść podstawowe umiejętności, a także nauczyć się korzystania
z powszechnie stosowanych komponentów i narzędzi. Zdobyta wiedza i umiejętności
pozwolą Ci w przyszłości na pracę nad wieloma innymi projektami. Aby wykonać
projekty opisane w tej książce, nie musisz być ani programistą, ani posiadać szerokiej
wiedzy związanej z mechaniką.
Obwód elektroniczny może sterować pracą silnika, świecić diodami LED lub generować
dźwięk za pomocą głośnika. W obwodach stosuje się wiele różnych komponentów
takich jak kondensatory i rezystory. Często spotyka się również
scalone będące
tak naprawdę miniaturowymi obwodami, które wchodzą w
obwodów.
Korzystając z gotowych układów scalonych, oszczędzisz czas -
konstruować
wszystkiego samodzielnie. Przykładem zastosowania
w którym
za pomocą układu zegarowego światło jest okresowo
ró-cż cripy,
które możesz programować samodzielnie.
się właśnie
tą
problematyką.
W
wielu projektach
stosowane są układy scalone. Takim
układem może być na przykład
jakiś ton. Staramy się unikać układów
programowalnych. Aby
programowalną, niezbędne jest
opanowanie
i obsługi mikrokontrolerów, a zagadnienia
te nie są tematem tej
się na budowie gadżetów elektronicznych, co
pozwoli Ci na
zasad rządzących elektrycznością. Chcemy zmusić
Cię do myślenia
tego, do czego może być użyta elektronika, a nie komputery.
Nie zrozum
nad projektami, w których korzysta się z mikrokontrolerów,
może być
Po wykonaniu projektów omówionych w tej książce
i opanowaniu pewnych umiejętności mógłbyś kupić książkę
Projekty z zastosowaniem
mikrokontrolerów dla bystrzaków
(gdyby taka książka istniała).
Zasilanie bateriami i zasilanie sieciowe
Podczas prac nad tą książką podjęliśmy świadomą Gdy zdobędziesz już pewien zasób wiedzy, posiądziesz
decyzję, że nie umieścimy w niej projektów zasila-
pewne umiejętności i będziesz znał zasady bezpie
nych prądem o wysokim napięciu. Prąd może być czeństwa (na które położyliśmy nacisk w rozdziale 2.),
niebezpieczny. Praca z wykorzystaniem prądu o na-
będziesz mógł przystąpić do pracy nad projektami
pięciu, które nie przekracza około
6 V,
jest dość bez-
zasilanymi prądem o wyższym napięciu, takimi jak
pieczna, natomiast praca z urządzeniami zasilanymi sprzęt audio wysokiej mocy i radia krótkofalarskie.
prądem o napięciu 230
V
może grozić nawet śmier-
W
tej książce będziesz się "bawił" projektami za
cią. Poznając podstawowe zagadnienia związane silanymi bateriami o niskim napięciu.
z elektroniką, warto przyjąć założenie, że lepiej jest
zapobiegać, niż leczyć.
1:
Rozpoczynamy przygodę z projektami elektronicznymi 25
EfektlJ� iakie możemlJ UZlJskać
Wykonywanie nawet najprostszych projektów elektronicznych niesie za sobą niekończące
się możliwości. W projektach przedstawionych w tej książce elektryczność jest stosowana
w różnych celach- od zasilania małego pojazdu jeżdżącego po pokoju do generowania
sekwencji sygnałów świetlnych i dźwiękowych.
W skład większości projektów elektronicznych wchodzą cztery typy elementów:
,/Wejście:
Jest to zbiór elementów decydujących o działaniu projektu. Może
być to na przykład urządzenie do zdalnego sterowania lub przycisk. Niektóre
projekty są sterowane za pomocą czujników ruchu lub światłomierzy.
,/
Źródło prądu:
W tej książce będziemy zwykle
,/
Obwód:
Obwód składa się z połączonych ze sobą
(np. tranzystorów,
kondensatorów, wzmacniaczy i rezystorów),
na przepływ prądu.
Komponenty te są podłączone do źródła prądu
,/
WY.iście:
Jest to zbiór elementów zasilanych
To właśnie te elementy
generują efekt działania projektu. Mogą
głośniki emitujące
dźwięk, diody
LED zapalane w
lub silniki obracające
dołączonymi do nich
Co osiqiJ.niesz1
na�
do;ć ciekawe,
ale co tak
podczas pracy nad nimi? Wykonywanie projektów
innymi):
l
,/ dreszczyk emocji związany z samodzielną pracą nad jakimś urządzeniem;
,/możliwość zdobycia wielu nowych, przydatnych doświadczeń.
T 1Jiko dla zabaU!lJ
Chyba najbardziej oczywistą zaletą grzebania się w gadżetach jest fakt, Że sprawia to
ogromną frajdę. Jeżeli interesujesz się tym, jak działają różne rzeczy, i zawsze chcesz
zajrzeć pod maskę, to prawdopodobnie jesteś już tego świadomy.
My spędziliśmy wiele godzin na projektowaniu obwodów (można to porównać do
elektronicznych puzzli- praca nad obwodem zaczyna się od schematu, takiego jak
na przykład ten przedstawiony na rysunku
1.1),
łączeniu komponentów i analizie
otrzymanych efektów. Czasami możliwe jest dosłowne zaskoczenie znajomych
26 Część
1:
Przygotowania do pracy nad
Rysunek 1.1.
Schemat ob
wodu projektu
muzycznego
przedstawione
go w rozdziale
5.
$1
zbudowanym gadżetem.
;
eżeli
elektroniczne, za pomocą których
można się ścigać, straszyć
umilać czas na imprezie, to możesz bawić się
elektroniką wspólnie ze
Nie zapominaj o
nad projektami elektronicznymi to również tworzenie
grupy znajomych,
sobie pomagać. W internecie możesz znaleźć ciekawe
fora
okolicy być może działają kluby zrzeszające elektroników.
W rozdziale
ziesz listę serwisów internetowych, z których korzystają zapaleńcy
podobni do
Tworzenie rzeczlJ� które moiJ.q Ci się przlJdać
Dlaczego zamiast kupić gotowy radioodbiornik za
30
zł, warto jest zbudować go
samodzielnie z komponentów kosztujących prawie
100
zł? To dobre pytanie. Tak
naprawdę wszystkie gadżety opisane w książce i prawdopodobnie większość urządzeń,
których schematy zostały umieszczone w internecie, możesz kupić w takiej czy innej
formie. Ale to by było zbyt proste.
Większość elektroników hobbystów buduje różne urządzenia samodzielnie, ponieważ
potrafią to zrobić. Osoby zajmujące się elektroniką mogą samodzielnie zbudować
odbiornik radiowy, nietypowy sterownik oświetlenia lub pojazdy jeżdżące po ich
pokojach. Ta sama zasada dotyczy osób, które wolą samodzielnie udziergać sweter,
niż kupić gotowy w sklepie. Wiele osób woli samodzielnie naprawiać swoje samochody,
rezygnując z usług mechaników. Robiąc coś samodzielnie, po prostu czujemy się
dowartościowani.
Rozdział 1: Rozpoczynamy przygodę z projektami elektronicznymi
27
W częściach II, III i IV tej książki znajdziesz wiele świetnych projektów. Zostały one
podzielone na trzy kategorie w zależności od tego, czy tworzone urządzenia generują
światło, dźwięk, czy się poruszają.
Niektóre z projektów opisanych w tej książce służą wyłącznie do zabawy (np. wyświetlacz
z tańczącym delfinem przedstawiony w rozdziale 10.). Ale wiele z projektów ma swoje
praktyczne zastosowania, na przykład w rozdziale 14. opisano urządzenie chroniące
meble przed zwierzętami domowymi.
Abstrahując od tego, że sama możliwość zbudowania praktycznych gadżetów jest frajdą,
to jeszcze koszt samodzielnego wykonania projektu może okazać się niższy od ceny
gotowego produktu w sklepie. Czasami taniej jest zbudować coś samodzielnie, niż
kupić w sklepie.
Nauka podczas zabawy
Chyba najważniejszą rzeczą podczas pracy nad projektami elektronicznymi jest to,
że będziesz mieć okazję zdobyć wiele praktycznych umiejętności i wiadomości.
Między innymi:
Zdobędziesz wiadomości na temat elektryczności i dowiesz się, jak można z nią
bezpiecznie pracować.
Nauczysz się czytać schematy obwodów i budować obwody na płytce prototypowej,
takiej jak na przykład ta przedstawiona na rysunku 1.2.
Rysunek 1.2.
Płytka prototy-
powa z obwo-
dem projektu
przedstawione-
go w rozdziale 5.
28
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Dowiesz się, jak korzystać z narzędzi lutowniczych. Zaczniesz samodzielnie
wykonywać obudowy do gadżetów.
Dowiesz się, jak działają układy scalone.
Zdobędziesz wiadomości na temat instalacji elektrycznych, co może Ci się kiedyś
przydać na przykład podczas instalacji dodatkowego gniazdka w kuchni.
Książka ta zawiera wiele praktycznych informacji. Oczywiście wiedzę tę mógłbyś nabyć
podczas samodzielnej pracy nad projektami, ale zajęłoby Ci to wiele lat. Warto więc
wykonywać projekty samodzielnie, ponieważ praca metodą prób i błędów może być
bardzo pouczająca.
Co będzie potrzebne, aby zacząć
przygodę z elektroniką?
Teraz już wiesz, że praca nad projektami elektronicznymi wiąże się z wieloma korzyściami,
ale prawdopodobnie zastanawiasz się, czego będziesz do tej pracy potrzebował.
Jakie nakłady finansowe trzeba będzie ponieść?
Ile to będzie kosztowało
Staraliśmy się, aby wszystkie projekty opisane w książce można było wykonać, wydając
mniej niż 300 zł. Wiele projektów da się wykonać za pomocą materiałów i komponentów
kosztujących mniej niż 150 zł.
Rozejrzyj się dokładnie po swoim domu. Być może nie musisz kupować wielu
podstawowych narzędzi takich jak kombinerki i śrubokręt. Prawdopodobnie będziesz
jednak musiał wydać około 150 zł na specjalistyczne narzędzia, takie jak lutownica,
spoiwo lutownicze i multimetr (zobacz rysunek 1.3).
Rysunek 1.3.
Multimetr
jest bardzo
przydatnym
przyrządem
pomiarowym
Rozdział 1: Rozpoczynamy przygodę z projektami elektronicznymi
29
Jeżeli dysponujesz dużym budżetem, to możesz iść na całość i wydać kilkaset złotych
na profesjonalny sprzęt laboratoryjny taki jak na przykład oscyloskop. Urządzenia tego
typu nie będą jednak niezbędne do wykonania projektów opisanych w tej książce.
Oczywiście w innych źródłach znajdziesz projekty, których wykonanie będzie wiązało
się z wydaniem o wiele większej sumy pieniędzy. W przypadku każdego hobby można
ograniczyć się do wydania kilkudziesięciu złotych na najpotrzebniejsze rzeczy, a można
również zastawić swój dom pod hipotekę i bawić się na całego. Aby jednak rozpocząć
przygodę z elektroniką, wcale nie musisz wydawać dużo pieniędzy.
Pamiętaj o tym, że do budowy kolejnych projektów będziesz mógł wykorzystywać
komponenty odzyskane w wyniku zdemontowania wykonanych wcześniej gadżetów.
W ten sposób można znacznie ograniczyć wydatki związane np. z zakupem płytki
prototypowej.
W rozdziale 3. znajdziesz informacje na temat komponentów i narzędzi, które naszym
zdaniem warto mieć w swoim domowym warsztacie.
Ostatni problem — miejsce
Jedyną rzeczą, bez której nie będziesz mógł zajmować się elektroniką, jest miejsce.
Oczywiście nie musisz przekształcać swojego salonu w wyrafinowany warsztat.
Do wykonania większości projektów wystarczy Ci róg Twojego garażu lub spiżarki
— niewielka ilość miejsca ze stołem i półką, na której mógłbyś trzymać komponenty.
Zalecamy Ci, abyś sobie odpowiednio zorganizował miejsce, w którym będziesz
pracował.
Mówiąc w skrócie, to Twój warsztat pracy będzie składał się z narzędzi, podzespołów
i przeróżnego (przydatnego) badziewia (zobacz rysunek 1.4). W rozdziale 2. znajdziesz
informację dotyczącą bezpiecznego korzystania z warsztatu. Na przykład warto jest
kupić okulary ochronne, które zapobiegną przypadkowemu trafieniu w oko fragmentem
kabla. Lutownicę warto jest umieścić w jakimś stojaku, dzięki czemu nie będzie ono
ciągle staczać się ze stołu, na którym pracujesz.
Warsztat warto jest urządzić w miejscu, które może zostać zamknięte, zwłaszcza gdy
w Twoim domu przebywają małe dzieci lub zwierzęta. Zamykając swój warsztat
na klucz, będziesz mieć pewność, że nikt nie zrobi tam bałaganu, oraz zapobiegniesz
połknięciu małych komponentów elektronicznych przez dzieci. Prace nad projektem
trwają zwykle dłużej niż jeden dzień. Wykonanie niektórych projektów wymaga
poświęcenia nawet kilku tygodni. Jeżeli możesz zamknąć swój warsztat na klucz,
to super, ale gdy nie możesz tego zrobić, wówczas uważaj na to, co zostawiasz
na noc na stole w swoim warsztacie.
30
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Rysunek 1.4.
Wygląd stołu,
na którym pro-
wadzone są
prace monta-
żowe jednego
z projektów
Rozdział 2
Bezpieczeństwo
jest najważniejsze
W tym rozdziale:
►
dowiesz się, jak uniknąć porażenia prądem;
►
nauczysz się zabezpieczać komponenty przed ładunkami elektrostatycznymi;
►
poznasz zasady bezpiecznego użytkowania narzędzi;
►
dowiesz się, dlaczego warto jest mieć porządek w warsztacie.
ie będziemy Cię oszukiwać.
Elektryczność to nie zabawka. Prąd elektryczny może
Cię porazić, poparzyć, a nawet zabić! Wszystkie projekty opisane w tej książce
mogą być zasilane za pomocą baterii AA. Ma to na celu zmniejszenie ryzyka porażenia
prądem.
Warto pamiętać o tym, że praca nad każdym obwodem elektrycznym niesie za sobą
potencjalne zagrożenie. Jeżeli po wykonaniu projektów opisanych w tej książce podłapiesz
elektronicznego bakcyla i będziesz chciał pracować nad większymi projektami, zasilanymi
prądem o wyższym napięciu, to warto, abyś wiedział, jak należy minimalizować ryzyko
wynikające z pracy z urządzeniami elektrycznymi.
W tym rozdziale dowiesz się, do czego zdolny jest prąd. Nauczysz się bezpiecznie
korzystać z komponentów i narzędzi.
Musisz zapoznać się z treścią tego rozdziału. Czy zadbasz o siebie i przeczytasz go
od deski do deski?
Bój się porażenia prądem jak diabeł
kąpieli w święconej wodzie
Twoje ciało jest dość delikatnym mechanizmem. W pewnych sytuacjach porażenie
prądem o nawet niewielkim napięciu może okazać się śmiertelne. W gniazdku
elektrycznym znajdującym się w Twoim pokoju kryje się śmiertelne zagrożenie,
ale gadżety zasilane bateriami również mogą okazać się niebezpieczne.
N
32
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Wpływ prądu elektrycznego
na organizm człowieka
Twoje ciało zachowuje się jak ogromny rezystor. Zwykle Twoje ciało charakteryzuje
się na tyle dużą rezystancją, że nie może ona zostać przebita przez prąd o niskim
napięciu. Jednakże w pewnych okolicznościach rezystancja organizmu może zmaleć,
pozwalając prądowi o niższym napięciu na zadanie Ci bolesnych ran i oparzeń.
Do takiego porażenia może dojść podczas próby naładowania akumulatora
samochodowego (o napięciu znamionowym 12 V), jeśli podczas deszczu trzyma się
przewody w mokrych dłoniach. Niewielkie przeoczenie może zamienić się w śmiertelne
niebezpieczeństwo.
Twoje ciało może zostać wystawione na działanie prądu
stałego (prąd generowany
przez baterie) lub
przemiennego (prąd płynący w sieci, do której podłączone jest
Twoje gniazdko). Porażenie każdym z tych prądów jest niebezpieczne w nieco inny
sposób.
Prąd przemienny (AC): Kierunek przepływu prądu przemiennego ulega
zmianie w regularnych odstępach czasu. Przepływ takiego prądu przez organizm
może wpłynąć na rytm pracy serca i spowodować
migotanie komór. Gdy do
tego dojdzie, serce przestaje pracować, a krew nie jest pompowana. Po porażeniu
takim prądem, nawet gdy zostaniesz uwolniony spod bezpośredniego działania
prądu, Twoje serce może mieć problem z rozpoczęciem normalnego rytmu
pracy, co może skończyć się Twoją śmiercią.
Prąd stały (DC): Prąd stały płynie ciągle w tym samym kierunku. Na skutek
tego Twoje mięśnie (łącznie z mięśniem sercowym) zaciskają się bardzo szybko.
Jeżeli weźmiesz w dłoń element, przez który płynie prąd stały, i dojdzie do przebicia,
w wyniku którego prąd popłynie przez Twój organizm, to możesz stracić kontrolę
nad swoimi dłońmi (nie będziesz mógł puścić elementu trzymanego w dłoni),
a Twoje serce może się zatrzymać. Jeżeli ktoś odłączy dość szybko dopływ prądu
do trzymanego przez Ciebie elementu, to Twoje serce powinno ponownie zacząć
bić, a Ty będziesz mógł opowiedzieć innym o tym, co Ci się przydarzyło.
Porażenie prądem poza śmiercią może spowodować również powstawanie ran i oparzeń
powstałych na skutek pokonywania przez prąd oporu stawianego przez Twoje ciało
(skórę).
Kiedy pojawia się zagrożenie?
Skóra jest częścią ciała, która charakteryzuje się najwyższą rezystancją. Jeżeli Twoja
skóra jest mokra lub wilgotna, to stawiany przez nią opór elektryczny staje się niższy.
Dość niebezpieczną czynnością jest branie w mokre ręce urządzeń zasilanych prądem
o napięciu niższym nawet niż 20 V (takim prądem nie da się zasilić nawet żarówki
o małej mocy). Prąd o napięciu 230 V może Cię z łatwością zabić. Prąd o takim
właśnie napięciu płynie w domowej instalacji elektrycznej.
Cztery baterie AA połączone szeregowo dostarczają prąd o napięciu zaledwie 6 V. Prądem
o takim napięciu będziemy zasilać większość projektów opisanych w tej książce. Jest
to zabieg celowy, ponieważ chcemy zminimalizować czyhające na Ciebie zagrożenia.
Rozdział 2: Bezpieczeństwo jest najważniejsze
33
Co jest groźniejsze? Napięcie czy natężenie prądu?
Elektryczność to tak naprawdę ruch elektronów
(prądu) przez przewód, na którego końcach wystę-
puje różnica potencjałów. Prąd elektryczny może
poparzyć Twoją skórę, wpłynąć na pracę Twoich
mięśni i spowodować migotanie Twojego serca.
Jeżeli dotkniesz przewodu pod napięciem (to znaczy
przewodnika, przez który płynie prąd), to prąd ten
może popłynąć również przez Twoje ciało, które
również jest przewodnikiem. Ilość prądu, która prze-
płynie przez Twoje ciało, zależy od napięcia oraz
rezystancji ciała.
Prawo Ohma mówi o zależności pomiędzy napięciem,
natężeniem prądu i rezystancją. Prawo to można
wyrazić za pomocą następującego równania:
natężenie prądu = napięcie/rezystancja
Jak widzisz, zagrożenie zależy od natężenia prądu,
napięcia i rezystancji Twojego ciała. Natężenie prądu
przepływającego przez Twoje ciało zależy od rezy-
stancji Twojego ciała i różnicy potencjałów pomię-
dzy punktami ciała, pomiędzy którymi przepływa
prąd elektryczny (może to być na przykład różnica
potencjałów pomiędzy ręką, którą dotykasz ob-
wodu elektrycznego, a nogą, która dotyka podłogi,
lub ręką, w której trzymasz przewód pod napię-
ciem, a drugą ręką, którą opierasz się o krzesło).
Ogniwa AA charakteryzują się dość niskim napięciem, ale nie można ich uznać za w pełni
bezpieczne. Jeżeli zewrzesz bieguny baterii składającej się z kilku połączonych ze sobą
ogniw, to dojdzie do szybkiego przepływu elektronów, co spowoduje wygenerowanie
dużej ilości ciepła, która może doprowadzić do uszkodzenia ogniw i poparzenia
użytkownika. Jeżeli czujesz, że Twój obwód lub zasilająca go bateria zbytnio się nagrzewa,
to prawdopodobnie dzieje się tak, ponieważ doszło do zwarcia lub któryś z komponentów
został podłączony odwrotnie. Odłącz dopływ prądu do obwodu i odczekaj chwilę,
aż wszystko ostygnie, a następnie znajdź przyczynę problemu.
Rezystancja ciała podlega dużym wahaniom. Bardzo niebezpieczną sytuacją jest trzymanie
przewodu pod napięciem w jednej dłoni i położenie drugiej dłoni na metalowym stole.
Twoja ręka jest wilgotna, a więc rezystancja ciała jest niższa i możliwy jest przepływ
większego prądu przez ciało. Jeżeli ten sam przewód, w którym by płynął prąd o takim
samym napięciu, trzymałbyś w suchej dłoni, a drugą rękę trzymałbyś w kieszeni i do
tego stałbyś na gumowej macie, to ryzyko porażenia prądem byłoby o wiele niższe.
Jednakże gdyby w przewodzie tym płynął prąd o znacznie wyższym napięciu, to nawet
takie środki ostrożności mogłyby Cię nie uchronić przed śmiertelnym porażeniem.
Jak widzisz, nie można określić żadnej wartości napięcia, które jest bezpieczne,
ponieważ bezpieczeństwo pracy z prądem zależy od wielu czynników.
Niezależnie od tego, z jakim napięciem masz do czynienia, od teraz podczas pracy
zawsze staraj się stosować bezpieczne praktyki.
Zdrowy rozsądek: ochrona przed porażeniem
Pracując z elektrycznością, powinieneś zawsze postępować ostrożnie, jednakże chcemy
udzielić Ci kilku porad, które zapobiegną zamianie Twojego ciała w superprzewodnik.
Wiesz, że nie powinno się wkładać palca do gniazdka (a przynajmniej mamy taką
nadzieję!), ale powinieneś również wiedzieć o kilku innych dobrych praktykach.
34
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Zdejmij obrączkę
Metale są bardzo dobrymi przewodnikami. Noszenie pierścionków, obrączek i innej
biżuterii podczas pracy z prądem to kiepski pomysł. Fragment ciała z metalowym
pierścieniem stanowi wspaniały punkt styku, w którym rezystancja jest bardzo niska.
Dotknięcie do elementu, który jest nawet pod dość niskim napięciem, może wiązać
się z bolesnymi konsekwencjami. Pracuj bez biżuterii. Powiedz swojej małżonce,
że na czas pracy z elektrycznością pozwalamy Ci na zdejmowanie obrączki.
Warto jest zdejmować biżuterię przed pracą, ponieważ można nią zaczepić o jakieś
elementy obwodu. Wyobraź sobie, że pracujesz nad płytką prototypową, do której
podłączono wiele przewodów i miniaturowych komponentów. W takiej sytuacji łatwo
jest zaczepić pierścionkiem lub naszyjnikiem o jakiś komponent i wyrwać go z płytki.
W najlepszym przypadku będziesz musiał ponownie zainstalować komponent na płytce,
ale równie dobrze możesz go przypadkowo uszkodzić.
Strzeż się wody
Nie pracuj w wilgotnym środowisku (na przykład na zewnątrz w deszczowy dzień lub
stojąc na mokrej podłodze w garażu). Może się to wydawać dość oczywiste, ale pomyśl
na przykład o kubku kawy stojącym na biurku, na którym pracujesz. Co by się stało,
gdybyś ją wylał podczas pracy z elektrycznością? Jeżeli trzymasz coś mokrego lub
wilgotnego w pobliżu miejsca pracy, musisz zachować najwyższą ostrożność. Dotyczy
to także Ciebie — jeżeli jesteś spocony lub zmokłeś, to przed przystąpieniem do pracy
poczekaj, aż wyschniesz.
Zachowaj ostrożność podczas pracy z urządzeniami elektrycznymi
Zapamiętaj następującą zasadę: nigdy nie dotykaj żadnego komponentu włączonego
w obwód będący pod napięciem. Przed dotknięciem jakiegokolwiek elementu obwodu
całkowicie odłącz od niego dopływ prądu.
Elektrycy podczas pracy często starają się trzymać lewą dłoń w kieszeni. Jeżeli dojdzie
do przebicia, to prąd będzie wtedy płynął pomiędzy ręką a nogami. Gdyby doszło do
przepływu prądu pomiędzy rękami, to prąd by płynął przez serce. Tak naprawdę to
nigdy nie powinieneś pracować z urządzeniami podłączonymi do prądu, ale wspomniana
technika, która jest stosowana przez bardziej zaawansowane osoby, pokazuje, jak ważne
jest zrozumienie zasad działania prądu oraz zachowanie należytej ostrożności podczas
pracy z urządzeniami elektrycznymi.
W obwodzie może znajdować się ładunek elektryczny, i to nawet po odłączeniu go
od prądu. Aby upewnić się, że możesz dotknąć jakichś elementów obwodu, sprawdź
obwód za pomocą multimetru (informacje na temat korzystania z multimetru znajdziesz
w rozdziale 4.). Nie ufaj nikomu, kto Ci mówi, że obwód jest na pewno odłączony
od prądu — zawsze sprawdź to samodzielnie. Czasami warto jest to sprawdzić nawet
dwukrotnie.
Nie pracuj z obwodami zasilanymi prądem przemiennym, chyba że nie masz innego
wyjścia. W takim przypadku warto jest pracować w towarzystwie kolegi, który w razie
nieszczęścia potrafiłby przeprowadzić resuscytację krążeniowo-oddechową. Informacje
na temat szkoleń w zakresie udzielania pierwszej pomocy znajdziesz na stronie
Rozdział 2: Bezpieczeństwo jest najważniejsze
35
Ochrona komponentów elektronicznych
przed wyładowaniami elektrostatycznymi
Na porażenie prądem narażone jest nie tylko Twoje ciało. Również delikatne komponenty
elektroniczne mogą zostać uszkodzone w wyniku wyładowania elektrostatycznego,
które jest spowodowane przez ładunek statyczny zgromadzony na izolatorze. Ładunek
taki stanowi zagrożenie nawet po usunięciu źródła, które go wygenerowało.
Ładunki elektrostatyczne powstają zwykle na skutek tarcia. Możesz zgromadzić ładunek
na swoim ciele, chodząc na przykład po dywanie. Jeżeli Twoje ciało zostanie
naelektryzowane, to będziesz miał do czynienia z różnicą potencjałów pomiędzy
ciałem a innymi przedmiotami o zerowym potencjale, takimi jak np. klamka. Poczucie
uszczypnięcia, które powstanie, gdy dotkniesz klamki, jest wynikiem wyładowania
elektrostatycznego, czyli przepływu elektronów pomiędzy Twoim ciałem a klamką.
Co może zrobić wyładowanie elektrostatyczne?
Stosowanie półprzewodników o strukturze metal-tlenek (MOS) pozwala na zmniejszenie
ilości prądu pobieranego przez układy scalone. Półprzewodniki tego typu upraszczają
budowę obwodu i jego działanie, ale mają też pewne wady. Układy scalone tego typu są
BARDZO wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne. Nawet niewielkie wyładowanie
może je nieodwracalnie uszkodzić.
Chodząc po dywanie, możesz wygenerować na swoim ciele potencjał 2000 – 4000 V.
W Twoim ciele zostanie zgromadzona niewielka ilość elektronów, a więc poczujesz
tylko niewielkie uszczypnięcie. Natomiast w układach scalonych znajduje się bardzo
cienka izolacyjna warstwa szkła, która może zostać zniszczona przez wyładowanie
prądu o napięciu niższym od 50 V. Jeśli pracujesz z półprzewodnikami o strukturze
metal-tlenek, Twoje ciało, ubrania i narzędzia muszą być wolne od ładunków
statycznych. W kolejnej sekcji dowiesz się, jak to zrobić.
Wiele układów scalonych i tranzystorów opartych jest na strukturach typu MOS.
Istnieją jednak również układy scalone i tranzystory będące komponentami bipolarnymi,
w których nie zastosowano cienkiej izolującej warstwy szkła, która mogłaby zostać
uszkodzona przez wyładowanie elektrostatyczne. Wyładowania elektrostatyczne nie
doprowadzą więc do uszkodzenia rezystorów, kondensatorów, diod, transformatorów
i cewek. Podczas pracy nad projektami staraj się unikać ładunków statycznych.
Jak zabezpieczyć się
przed wyładowaniem elektrostatycznym?
Wyładowaniom elektrostatycznym można zapobiegać na wiele sposobów. Możesz
nosić specjalne urządzenia i ubrania, stosować specjalne maty położone na podłodze,
a także uziemiać swoje narzędzia.
36
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Po pierwsze noś opaskę antystatyczną. Noszenie takiej opaski na nadgarstku jest
najlepszym sposobem na pozbycie się ładunków elektrostatycznych. Przykład takiej
opaski pokazano na rysunku 2.1. Można ją dopasować do każdego nadgarstka. Przewód
opaski należy podłączyć do
uziemienia (dosłownie — do czegoś mającego potencjał
podłoża, które masz pod nogami).
Rysunek 2.1.
Opaska anty-
statyczna bę-
dąca najwięk-
szym wrogiem
ładunków elek-
trostatycznych
Dobrymi źródłami uziemiania są rury z zimną wodą, które znajdziesz pod ogrzewaczem
wody lub zlewem. Oczywiście rury takie muszą być metalowe. Rury plastikowe, które
spotyka się w nowszych budynkach, nie mogą pełnić funkcji punktu uziemienia. Rura
z zimną wodą przechodzi przez grunt, a więc jest uziemiona (to chyba logiczne, co?).
Rury z ciepłą wodą zwykle są gorzej uziemione. Podłącz przewód do rury (uziem go)
za pomocą ścisku, a następnie przeprowadź go do stołu, na którym pracujesz. Staraj się
prowadzić przewód wzdłuż ściany — dzięki temu nie potkniesz się o niego przypadkowo.
Do wszystkich krawędzi stołu przyczep drut, a potem połącz go z uziemionym
przewodem. W ten sposób będziesz mógł zawsze w wygodny sposób podłączyć do
niego zacisk typu aligator znajdujący się na kablu wychodzącym z Twojej opaski.
Jeżeli w pobliżu miejsca pracy nie masz metalowej rury z zimną wodą, to najlepszym
sposobem na uzyskanie punktu uziemienia jest wkopanie w grunt metalowego drutu.
Standardowo tego typu drut wkopuje się na głębokość około 1 metra.
Warto, abyś nosił ubrania, które nie gromadzą ładunków elektrostatycznych. Unikaj
tkanin wykonanych z poliestru, octanu i wełny. Materiały te gromadzą ładunki
statyczne o wiele łatwiej niż bawełna.
Noszenie bawełnianych ubrań i opaski antystatycznej najprawdopodobniej zabezpieczy
Cię skutecznie przed ładunkami elektrostatycznymi.
Jeżeli planujesz wykonywać w przyszłości kolejne projekty elektroniczne, to rozważ
zakup maty antystatycznej. Matę taką kładzie się w miejscu pracy i tak samo jak opaskę
podłącza do uziemienia. Mata odprowadza ładunki statyczne zgromadzone na leżących
na niej komponentach. Mata charakteryzuje się na tyle dużą rezystancją, że nie spowoduje
powstania zwarcia wyprowadzeń leżących na niej podzespołów.
Rozdział 2: Bezpieczeństwo jest najważniejsze
37
Istnieją również antystatyczne maty podłogowe. Stosuje się je często w fabrykach,
gdy pracownik musi poruszać się pomiędzy stanowiskami roboczymi.
Antystatyczne opaski i maty przeznaczone do rozłożenia na stole znajdują się w ofercie
większości dystrybutorów sprzętu elektronicznego. Listę dystrybutorów znajdziesz
w rozdziale 15. Ceny opasek są różne — zaczynają się w okolicy 20 zł. Najtańsze maty
kosztują około 35 złotych.
Nie próbuj samodzielnie wykonywać opasek antystatycznych. Opaski takie powinny
być wykonane z materiału, który pozwala na powolne odprowadzanie ładunku. Jeżeli
wykonasz je z materiału, który nie charakteryzuje się odpowiednią rezystancją, to ładunek
zostanie odprowadzony błyskawicznie, co może doprowadzić do obrażeń ciała. Czy
warto ryzykować, oszczędzając zaledwie 20 zł?
Nie zapomnij również o uziemieniu swoich narzędzi. Niektóre narzędzia, takie jak
droższe lutownice, wyposażono w trójstykowe gniazdka sieciowe (trzeci styk pozwala
na uziemienie urządzenia). Tańsze narzędzia posiadają wtyczki dwustykowe — unikaj
ich. Pozostałe metalowe narzędzia, które będziesz trzymał w rękach (np. śrubokręty),
zostaną automatycznie uziemione za pośrednictwem noszonej przez Ciebie opaski
antystatycznej.
Korzystanie z narzędzi
Podczas pracy nad projektami należy unikać porażenia prądem, ale ostrożność powinieneś
również zachowywać w czasie korzystania z różnych narzędzi. Wykonując połączenia
lutownicze lub wycinając jakieś elementy za pomocą piły, jesteś również narażony
na pewne niebezpieczeństwa.
Bezpieczne lutowanie
Lutowanie jest procesem niebezpiecznym. Podczas pracy nad projektami będziesz
musiał przylutowywać kable do głośników, mikrofonów i przełączników. Lutownica
(zobacz rysunek 2.2) rozgrzewa się do bardzo wysokich temperatur. Podczas lutowania
spoiwo lutownicze (materiał używany do wykonywania połączeń lutowniczych) jest
również rozgrzewane do bardzo wysokich temperatur. Czasami możesz trafić na komorę
powietrzną wewnątrz spoiwa lub inną niedoskonałość, która może spowodować
wystrzelenie kropli gorącego spoiwa w kierunku Twojej twarzy lub ręki. W ten sposób
mogą powstać bolesne oparzenia.
Lutowanie wymaga nabycia pewnego doświadczenia. Warto jest skorzystać z porad
osoby mającej pewne doświadczenie w wykonywaniu połączeń lutowniczych.
Podczas lutowania powinieneś stosować się do poniższych zasad:
Zawsze noś okulary ochronne.
Nigdy nie lutuj elementów pod napięciem (podłączonych do zasilanego obwodu).
38
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Rysunek 2.2.
Podczas pracy
z lutownicą
zawsze zacho-
wuj ostrożność
Lutownice charakteryzują się różną mocą. Korzystaj z lutownicy odpowiedniej
dla danego projektu (więcej informacji na ten temat znajdziesz w rozdziale 3.).
Zbyt duża ilość ciepła doprowadzona do komponentu może spowodować jego
uszkodzenie.
Pracuj w dobrze wentylowanych pomieszczeniach. W ten sposób unikniesz
gromadzenia się w pomieszczeniu gryzących, toksycznych oparów, które mogą
podrażnić Twoje oczy i gardło.
Nieużywaną już lutownicę zawsze odkładaj do statywu. Upewnij się, że statyw
lutownicy ma odpowiednią masę, lub przyczep go do swojego stołu — zadbaj o to,
aby się nie przewrócił na skutek pociągnięcia lutownicy za kabel.
NIE KŁADŹ rozgrzanej lutownicy na stole. Może to doprowadzić do pożaru.
Odczekaj minutę lub dwie, zanim dotkniesz miejsce, w którym wykonałeś
połączenie lutownicze. Pozwoli to na ostygnięcie rozgrzanego elementu.
Nigdy nie łap lutownicy za rozgrzany grot, nie łap jej nawet wtedy, gdy widzisz,
że spada ze stołu. W najgorszym wypadku po prostu kupisz sobie nową lutownicę.
Pod żadnym pozorem nie próbuj jej łapać!
Nigdy nie zostawiaj lutownicy w pobliżu takich materiałów łatwopalnych jak
na przykład papier.
Po skończonej pracy wyciągnij wtyczkę lutownicy z gniazdka.
Wykonując połączenia lutownicze, nie zbliżaj twarzy do łączonych elementów.
Unikniesz toksycznych oparów i ewentualnych oparzeń spowodowanych przez krople
spoiwa. Jeżeli chcesz przylutować do płytki jakiś mały element, to zrób to, korzystając
ze szkła powiększającego. W sklepach znajdziesz specjalne lupy wyposażone w uchwyty
— będziesz mógł pracować za pomocą obu rąk.
Rozdział 2: Bezpieczeństwo jest najważniejsze
39
Praca z ostrzami: cięcie, piłowanie i wiercenie
Praca nad projektami elektronicznymi wiąże się z koniecznością wykonywania pewnych
prac manualnych, takich jak budowa obudów o różnych kształtach i rozmiarach,
wycinanie otworów na przełączniki, nawiercanie płyt w celu przyczepienia do nich
kółek itp. Wykonując tego typu zadania, będziesz korzystał z noży, pił i wiertarek.
Możesz skaleczyć się każdym ostrym narzędziem. Oto kilka rad, które pomogą Ci
pracować bezpiecznie z wszelkimi ostrzami.
Zastanów się przed przystąpieniem do cięcia. Zastanów się, gdzie chcesz
wykonać nacięcie i jakim narzędziem się posłużyć. Pomyśl o tym, jak najlepiej
wykonać nacięcie — w ten sposób unikniesz przypadkowego ucięcia palców.
Nacinane elementy najlepiej jest unieruchomić za pomocą ścisków.
Zdobądź pewne doświadczenie. Jeżeli wcześniej nie posługiwałeś się piłą
lub wiertarką, poproś o pomoc kogoś doświadczonego.
Jeżeli nie wiesz, jak posługiwać się elektronarzędziami, to nie korzystaj
z nich. Narzędzia ręczne są o wiele bezpieczniejsze (ewentualny błąd nie będzie
miał aż tak dużych konsekwencji jak w przypadku elektronarzędzi).
Postaraj się, aby nikt Ci nie przeszkadzał. Jeżeli istnieje ryzyko, że do
Twojego warsztatu może nagle ktoś wejść, a Ty akurat tniesz coś piłą elektryczną,
to wywieś na drzwiach tabliczkę z napisem: „Nie przeszkadzać”. Istnieje duże
prawdopodobieństwo, że ulegniesz wypadkowi, jeżeli ktoś nagle przeszkodzi Ci
w pracy.
Nie śpiesz się. Pracując w pośpiechu, łatwo o pomyłkę, co może być
niebezpieczne.
Nie rób niczego na siłę. Jeżeli wiertło napotyka opór, a ostrze piły nie chce
przecinać materiału, to wyłącz urządzenie, z którego korzystasz, i znajdź źródło
problemu. Dociskanie ostrza może spowodować między innymi jego odbicie,
co bywa bolesne w skutkach.
Noś skórzane rękawice ochronne podczas pracy z rzeczami o ostrych
krawędziach lub szorstkich powierzchniach. Rękawice ochronią Cię również
przed drzazgami.
Stosuj właściwe środki ochronne. Podczas cięcia dowolnym narzędziem
zawsze noś okulary, które będą chroniły Twoje oczy. Jeżeli korzystasz
z elektronarzędzi, które głośno pracują, stosuj nauszniki ochronne lub stopery
(więcej informacji o tych rzeczach znajdziesz w ostatniej sekcji tego rozdziału).
Te same zasady bezpieczeństwa obowiązują również inne osoby
przebywające w Twoim warsztacie. Fragment blachy wyrzucony przez piłę
może wpaść w oko Twojego przyjaciela stojącego kilka metrów dalej, a hałas
generowany przez elektronarzędzia może mieć negatywny wpływ na jego słuch.
Na wszelki wypadek zaopatrz się w apteczkę. Warto by było również odbyć
kurs pierwszej pomocy.
Na wszelki wypadek miej pod ręką telefon.
40
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Stosuj się do zaleceń! Elektronarzędzia są często wyposażone w pewne
zabezpieczenia lub osłony. Przed przystąpieniem do pracy zapoznaj się uważnie
z ich instrukcjami. Z elektronarzędzi korzystaj zawsze zgodnie z zaleceniami
producenta.
Niektóre sklepy budowlane, mając nadzieję, że wpadniesz w szał zakupów, prowadzą
darmowe kursy obsługi różnych elektronarzędzi. Na takich zajęciach można dowiedzieć
się wielu rzeczy przydatnych na początku przygody z majsterkowaniem.
Dobry warsztat to bezpieczny warsztat
Otoczenie, w którym pracujesz, jest równie ważne dla Twojego bezpieczeństwa, jak
umiejętne obchodzenie się z prądem i ostrymi narzędziami. Warto zwracać uwagę na
to, jakie masz na sobie ubranie, ale trzeba również dbać o porządek w miejscu pracy.
Pozwoli Ci to uniknąć pewnych błędów i wypadków.
Bezpieczny ubiór
Rzeczy, które masz na sobie podczas pracy, można podzielić na dwie kategorie: ubranie,
w którym rozpoczynasz pracę, oraz różne dodatki, z których korzystasz podczas pracy.
Ubranie ma wpływ na bezpieczeństwo pracy
Wybierając ubrania przeznaczone do pracy, warto mieć na uwadze dwie sprawy.
Mówiliśmy już o nich wcześniej, ale warto je przypomnieć.
Nie noś luźnych ubrań. Luźne ubrania i takie rzeczy jak szaliki czy krawaty
mogą zostać wciągnięte przez ruchome elementy elektronarzędzi. Grozi to
poparzeniem, upadkiem lub zrzuceniem z warsztatu ostrego przedmiotu.
Noś wygodne ubrania, a nie takie, które wszędzie się plączą. Warto, abyś swoją
koszulę włożył w spodnie.
Noś ubrania wykonane z odpowiednich materiałów. Materiał wykonany
z bawełny nie elektryzuje się tak łatwo jak tkanina wykonana z tworzyw sztucznych.
Wyładowanie ładunku elektrostatycznego może doprowadzić do uszkodzenia
wielu komponentów. Ortalionowe ubrania pozostaw w szafie. Włóż dżinsy
i bawełnianą koszulkę.
Zaopatrz się w ochraniacze
W zależności od wykonywanej czynności powinieneś korzystać z ochraniaczy, takich jak
słuchawki chroniące Twoje uszy przed hałasem, okulary lub skórzane rękawice robocze.
Uszy należy chronić przed głośnym hałasem emitowanym przez elektronarzędzia,
z których korzystasz. Pracując nad małymi projektami elektronicznymi przedstawionymi
w tej książce, prawdopodobnie nie będziesz zmuszony do korzystania z bardzo głośnych
urządzeń. Gdybyś jednak chciał pracować nad dużymi robotami, to dobrze by było,
gdybyś chronił swój słuch na przykład za pomocą specjalnych słuchawek przedstawionych
na rysunku 2.3.
Rozdział 2: Bezpieczeństwo jest najważniejsze
41
Rysunek 2.3.
Słuchawki
ochronne
Zapewne mamusia Ci mówiła, że warto jest chronić oczy, bo masz tylko jedną parę
oczu. Noszenie okularów ochronnych (zobacz rysunek 2.4) powinno stać się Twoim
nawykiem. Radzimy Ci, abyś je zakładał od razu po wejściu do warsztatu. Może to
przesada, ale musisz ich używać podczas wykonywania wielu czynności — między
innymi podczas lutowania, cięcia i skracania przewodów. Przed wykonaniem każdej
czynności zastanów się, czy nie lepiej by było wykonać ją w okularach ochronnych.
Nie łudź się, że zwyczajne okulary ochronią Twoje oczy. Tylko specjalne okulary robocze
są wykonane z odpowiednio mocnego materiału i posiadają dodatkowe boczne osłony.
Rysunek 2.4.
Najważniejszy
element wypo-
sażenia Twoje-
go warsztatu
42
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Elektronika i alkohol to złe połączenie
No dobra, to chyba logiczne, ale warto o tym napi-
sać. Nie pracuj nad elektroniką po wypiciu choćby
jednego drinka. Alkohol spowalnia pracę mózgu
i hamuje krytyczne myślenie. Zła ocena sytuacji
podczas pracy z prądem lub ostrym narzędziem
może przynieść fatalne skutki. Czy trzeba podawać
jakieś inne argumenty?
Cięcia wykonuj w kierunku stołu, na którym pracujesz. Nie wykonuj ich w kierunku
twarzy. Niektóre rzeczy możesz przecinać (o ile jest to możliwe) z zamkniętymi oczami.
W ten sposób fragmenty przecinanego materiału będą wrzucane na stół, a nie w kierunku
Twoich oczu.
Jeżeli często pracujesz z czymś, co generuje opary (nieważne, czy to będzie spoiwo
lutownicze, czy farba), to weź przykład z Zorra i załóż maskę
ochronną z filtrem
(musi ona zakrywać usta i nos). Kupisz ją w każdym sklepie z materiałami budowlanymi.
Dostępne maski mają różne przeznaczenia, zadbaj więc o to, żeby kupić maskę wyposażoną
we właściwy filtr. Niektóre filtry mają chronić użytkownika przed małymi cząsteczkami,
takimi jak pył powstający podczas piłowania, a inne zostały zaprojektowane tak, aby
chronić go przed oparami.
Utrzymuj porządek w miejscu pracy!
Utrzymuj porządek w miejscu pracy. Dbaj o to, żeby na podłodze nie leżały fragmenty
kabli, o które mógłbyś się potknąć. To naprawdę pozwoli Ci uniknąć wypadków
w miejscu pracy.
W bałaganie trudno jest dostrzec to, po co sięgasz. Próbując zdjąć z półki plastikowe
pudełko, możesz przypadkowo skaleczyć swoją dłoń o małą piłkę do cięcia metali (auć!)
Zbieraj kawałki uciętych drucików. Nie rozrzucaj śrub i gwoździ. Gdybyś pewnego
dnia wszedł do warsztatu bez butów, to mógłbyś się takimi elementami skaleczyć.
Ponadto stanowią one zagrożenie dla dzieci i zwierząt domowych, które mogłyby je
połknąć, uważając, że na przykład wkręty to wspaniałe smakołyki.
Nie wpuszczaj dzieci i zwierząt domowych
do swojego warsztatu
Powinieneś utrzymywać ład i porządek w swoim warsztacie, ale przede wszystkim
musisz zadbać o to, aby było to miejsce niedostępne dla dzieci i zwierząt domowych.
Nawet jeżeli będziesz odkładał ostre narzędzia w bezpieczne miejsce i każdorazowo
odłączał przewody zasilające od płytek, nad którymi pracujesz, to pamiętaj, że małe
rączki (lub łapy) i tak mogą narobić sporego ambarasu.
Jeżeli masz taką możliwość, to zamykaj drzwi swojego warsztatu za każdym razem, gdy
z niego wychodzisz. Jeżeli nie masz takiej możliwości, bo Twój warsztat pracy znajduje
się w rogu Twojego pokoju, to wszystkie narzędzia, a także efekty pracy zamykaj
w pudełku lub szafce.
Rozdział 3
Skompletuj
swój elektroniczny arsenał
W tym rozdziale:
►
dowiesz się, jakie narzędzia będą Ci potrzebne;
►
nauczysz się gromadzić komponenty niezbędne do wykonania projektu;
►
dowiesz się, co będziesz musiał robić dodatkowo podczas pracy nad niektórymi projektami;
►
poznasz zasady budowania obwodów na płytkach prototypowych.
soby, które od wielu lat zajmują się swoim hobby, zwykle dysponują bogatym
arsenałem niezbędnych materiałów i narzędzi. Osoby robiące na drutach mają
szafki pełne kłębków wełny, kolekcjonerzy znaczków posiadają pincety i klasery,
natomiast szafki ludzi zajmujących się elektroniką są wypełnione przełącznikami,
rezystorami, kondensatorami, układami scalonymi i tranzystorami.
W tym rozdziale omówimy sprawy, z którymi z pewnością zetkniesz się podczas pracy
nad projektami elektronicznymi. Przedstawimy Ci wszystkie narzędzia, komponenty
i moduły, z których będziesz korzystał, wykonując opisane przez nas projekty. Niezależnie
od tego, czy kupisz je wszystkie naraz, czy stopniowo w miarę potrzeb, po lekturze tego
rozdziału będziesz wiedział, do czego służą narzędzia, którymi posługują się elektronicy.
Czas na narzędzia
Na początku omówimy narzędzia, które znajdziesz w sklepach budowlanych w sekcjach
przeznaczonych dla majsterkowiczów — omówimy wszystko, począwszy od
specjalistycznych lutownic, a skończywszy na wszechobecnych śrubokrętach.
Podstawy lutowania
Jeżeli zaklejałeś kiedyś koperty za pomocą wosku, to już wiesz, na czym polega lutowanie.
Bierzemy materiał (w tym przypadku jest to spoiwo lutownicze) i rozgrzewamy go, aż
się rozpuści, a następnie łączymy za jego pomocą dwa elementy, takie jak na przykład
skręcone ze sobą przewody. Gdy spoiwo wystygnie, utworzy ono połączenie elektryczne
pomiędzy kablami.
O
44
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Do lutowania będą potrzebne następujące przedmioty:
Lutownica: Przykładową lutownicę przedstawiono na rysunku 3.1.
Kup lutownicę o mocy około 30 W, najlepiej taką, do której możesz dokupić
końcówki o różnych kształtach, co pozwoli Ci na pracę nad różnymi projektami.
Upewnij się, że kupowana lutownica posiada wtyczkę z trzema stykami, dzięki
czemu urządzenie będzie uziemione.
Rysunek 3.1.
Zestaw końcó-
wek lutownicy,
lutownica
i stojak
Końcówki: Duże końcówki mogą mieć kształt dłuta i szerokość 3 mm, małe
końcówki mogą mieć kształt stożka, którego zakończenie będzie miało średnicę
zaledwie 0,4 mm. W specyfikacji większości lutownic nie podaje się rozmiarów
końcówek dołączonych do urządzenia. Większość prac najłatwiej Ci będzie
wykonać za pomocą cienkiej końcówki. Jeżeli planujesz wymianę końcówki,
to zaopatrz się w końcówkę stożkową o średnicy 1,2 mm. Taka końcówka
pozwoli Ci na pracę z większością komponentów. Jeżeli planujesz montaż
elementów obwodu na płytce drukowanej, to możesz wypróbować końcówkę
stożkową o średnicy 0,4 mm. Na rysunku 3.1 przedstawiono lutownicę wraz
z końcówkami o różnych kształtach i rozmiarach.
Jeżeli będziesz pracował nad wieloma projektami, podczas których musisz
wykonywać prace lutownicze, to warto wydać więcej pieniędzy (czasami dużo
więcej) i kupić lutownicę wyposażoną w regulator mocy lub nawet taką, która
posiada czujnik temperatury grotu i pozwala utrzymać jego stałą temperaturę.
Stojak: Potrzebujesz stojaka, do którego będziesz mógł odłożyć lutownicę.
Sprawdź, czy podstawa stojaka jest na tyle masywna, że stojak nie przewróci
się po włożeniu do niego rozgrzanej lutownicy.
Rozdział 3: Skompletuj swój elektroniczny arsenał
45
Gąbka do czyszczenia grotów: Gąbka będzie Ci potrzebna do czyszczenia
końcówek lutownicy pomiędzy kolejnymi etapami pracy.
Knot rozlutowniczy: To płaskie sito wykonane z miedzi wchłania cynę — jest
ono stosowane podczas przerabiania obwodu, do usuwania nadmiaru cyny
z wykonanego wcześniej połączenia. Niektórzy usuwają nadmiar cyny za pomocą
odsysacza, naszym zdaniem knot jest łatwiejszy w użyciu.
Spoiwo lutownicze: Jest to materiał, który po roztopieniu i ostygnięciu może
być używany do łączenia ze sobą metalowych elementów. Standardowe spoiwo
lutownicze składa się z 60% cyny i 40% ołowiu. Spoiwo ma zwykle formę drutu,
którego rdzeń wypełniono topnikiem.
Topnik jest substancją oczyszczającą
lutowane elementy. Zalecamy Ci korzystanie ze spoiwa o średnicy 0,8 mm.
Jest ono na tyle cienkie, że można je precyzyjnie rozprowadzić w miejscu
wykonywanego połączenia.
Pasta do czyszczenia grotu: Końcówkę lutownicy warto jest czyścić za pomocą
specjalnej pasty. Co prawda wspomniana wcześniej gąbka pozwala na chwilowe
oczyszczenie lutownicy, ale od czasu do czasu warto wyczyścić grot lutownicy
za pomocą pasty.
W rozdziale 2. znajdziesz informacje na temat zasad bezpieczeństwa, których należy
przestrzegać podczas lutowania.
Wielozadaniowa wiertarka
Wiertarka przyda Ci się między innymi do montażu kółek do korpusu wózka z napędem
elektrycznym oraz do nawiercania obudów projektów w celu instalacji przełączników.
Głowice wiertarek zakończone są uchwytem wiertła, który zwykle pozwala na założenie
wiertła o maksymalnej średnicy 10 mm lub 13 mm. Projekty opisane w tej książce
możesz wykonać wiertarką pozwalającą na montaż wiertła o maksymalnej średnicy 10 mm.
Wiertarki mogą być zasilane bezpośrednio z gniazdka sieciowego lub z wbudowanych
akumulatorów (urządzenia bezprzewodowe). Preferujemy wiertarki bezprzewodowe
(zobacz rysunek 3.2).
Co prawda w tej książce korzystamy z wierteł o średnicy nawet 10 mm, ale ich trzon
powinien mieć średnicę 10 mm, co pozwala na ich montaż w polecanej przez nas
wiertarce bezprzewodowej wyposażonej w głowicę i pozwalającej na założenie wiertła
o średnicy 10 mm.
Zabawa z piłami
Piły są używane w wielu różnych celach. Korzystają z nich magicy dzielący na pół ciała
swoich asystentów, a także ogrodnicy przycinający gałęzie drzew. Piły przydają się wszędzie
tam, gdzie trzeba coś przeciąć.
46
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Rysunek 3.2.
Wiertarka oraz
zestaw wierteł
Oto lista pił, które mogą Ci się przydać podczas pracy nad projektami elektronicznymi,
a zwłaszcza podczas budowy obudów, wycinaniu płytek obwodów lub ucinaniu kawałków
plastiku. Piły te możesz obejrzeć na rysunku 3.3.
Włośnica pozwala na wycinanie otworów w obudowach wykonanych z drewna
lub plastiku. Za pomocą piły tego typu możesz wykonać otwór, w którym później
zainstalujesz głośnik.
Piłka do metalu lub zwyczajna piła ręczna jednochwytowa może przydać się
do przecinania drewna lub plastiku wzdłuż linii prostej. Za pomocą takich pił
można również skracać deski lub plastikowe rurki.
Mała piłka do metalu przydaje się wówczas, gdy dysponujesz zbyt małą
przestrzenią, aby pozwolić sobie na pracę z dużą piłą. Piły tego typu są często
używane do pracy nad projektami elektronicznymi.
Włośnice i piłki do metalu są wyposażone w wymienne ostrza. Ostrza do tych pił
znajdziesz w sklepach z narzędziami. Kupując ostrze, znajdź na jego opakowaniu
informację o tym, do cięcia jakiego materiału jest ono przeznaczone. W zależności
od przeznaczenia ostrza odstępy pomiędzy ząbkami ostrzy są różne (istnieją ostrza
przeznaczone specjalnie do cięcia np. drewna lub plastiku).
Istnieją różne piły elektryczne, takie jak piła tarczowa, pilarka tarczowa, wyrzynarka,
piła stołowa i piła taśmowa. Nie musisz kupować tego typu pił w celu wykonania
projektów opisanych w tej książce. Jeżeli jednak bardzo chcesz korzystać z piły
elektrycznej i ktoś Ci ją pożyczy, to upewnij się, że wiesz, jak bezpiecznie z niej
korzystać. Podczas pracy z elektroniką przydadzą Ci się wszystkie palce!
Rozdział 3: Skompletuj swój elektroniczny arsenał
47
Rysunek 3.3.
Różne piły
ręczne jedno-
chwytowe
Różne przydatne narzędzia: kombinerki,
śrubokręty, ściągacze izolacji itd.
Narzędzia wymienione w tej sekcji najprawdopodobniej znajdziesz w swoim garażu
lub w domowej skrzynce z narzędziami. Sprawdź jej zawartość (poczekamy na Ciebie).
Jeżeli nie posiadasz któregoś z narzędzi wymienionych na poniższej liście, to warto
pójść do sklepu i uzupełnić braki.
Śrubokręty precyzyjne. Powinieneś posiadać śrubokręt płaski i krzyżak
(
śrubokręt typu Philips i Pozidriv).
Małe szczypce lub kombinerki: Takie szczypce przydadzą Ci się do wyginania
przewodów podczas pracy z płytką prototypową. Będziesz z nich korzystał,
wpinając druty i komponenty w otwory płytki.
Standardowe kombinerki, które przydadzą Ci się tam, gdzie istnieje potrzeba
użycia większej siły. Kombinerki są bardziej wytrzymałe od małych szczypców.
Na rysunku 3.4 przedstawiono małe szczypce oraz standardowe kombinerki.
Małe nożyce do kabli. Nożyce tego typu przydadzą się podczas ucinania
drucików przylutowanych do płytki. Standardowe nożyce do drutu mogą być
zbyt duże, aby ucinać druciki z odpowiednią precyzją. Mniejszy odpowiednik
tego typu nożyc przedstawiono na rysunku 3.4.
48
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Rysunek 3.4.
Narzędzia przy-
datne podczas
pracy nad pro-
jektami
Prawdopodobnie małe nożyce do kabli i małe szczypce znajdziesz w ofercie
takich dystrybutorów jak Farnell, ale możesz je znaleźć również w sklepach
z artykułami przemysłowymi, a także w sklepach ze sprzętem przeznaczonym
dla jubilerów. To właśnie w ofercie takiego sklepu znaleźliśmy pełen asortyment
narzędzi idealnych do pracy z małymi drucikami.
Ściągacz izolacji: Za pomocą takiego ściągacza możliwe jest usunięcie z przewodu
zewnętrznej, plastikowej izolacji bez uszkodzenia miedzianego drutu znajdującego
się wewnątrz. Przewód z odsłoniętą końcówką może zostać wetknięty w otwór
płytki prototypowej lub przylutowany do innego komponentu.
Imadło: Pozwala na unieruchomienie rzeczy, które chcesz na przykład nawiercić
lub przeciąć.
Szkło powiększające 3x: Lupa ułatwi Ci odczytanie numerów nadrukowanych
na komponentach i ocenę poprawności wykonanych połączeń lutowniczych.
Poza szkłami powiększającymi, które musisz trzymać w ręku, istnieją również
takie, które możesz przykręcić do stołu.
Okulary ochronne: Twoje oczy są najważniejszym narzędziem. Chroń je
za pomocą specjalnych okularów. Korzystanie z okularów chroni Twoje oczy
przed drobinami, które mogą zostać wyrzucone w ich kierunku między innymi
podczas wiercenia, cięcia, przecinania i lutowania.
Rozdział 3: Skompletuj swój elektroniczny arsenał
49
Multimetr
Multimetr jest przyrządem niezbędnym podczas wykrywania i usuwania usterek
urządzeń elektronicznych. Za jego pomocą możesz znaleźć uszkodzony element
obwodu — pozwoli Ci on na przykład ustalić miejsce w obwodzie, w którym płynie
prąd o zbyt niskim napięciu. Multimetr potrafi pełnić funkcje kilku różnych mierników
(woltomierza, amperomierza i omomierza).
Za pomocą multimetru możesz zmierzyć pewne właściwości prądu, takie jak:
Natężenie — ilość elektronów przepływających przez dany punkt obwodu.
Napięcie — siła, za pomocą której bateria jest w stanie przepchnąć elektrony
przez Twój obwód.
Rezystancję — opór, jaki stawia Twój obwód dla płynącego przez niego
strumienia elektronów.
Wszystkie te własności można zmierzyć za pomocą multimetru, ustawionego
w odpowiedni tryb i zakres pomiaru.
Zajrzyj do rozdziału 4. Opisaliśmy tam dokładnie działanie i możliwości różnych
trybów pracy multimetru.
Próbniki, które są dołączone do większości multimetrów, posiadają końcówki w kształcie
stożków. Możesz kupić specjalne klipsy, które po nałożeniu na te końcówki ułatwią
ich przyczepienie do przewodów i komponentów obwodu. Zaufaj nam. Takie klipsy
bardzo ułatwiają pracę z miernikiem.
Multimetr: cyfrowy czy analogowy?
Istnieją dwa podstawowe typy multimetrów: urzą-
dzenia cyfrowe i analogowe. Różnice pomiędzy nimi
można porównać do różnic pomiędzy zegarkiem
z wyświetlaczem ciekłokrystalicznym i zegarkiem ze
wskazówkami. Dla Twojego budżetu byłoby lepiej,
gdybyś kupił multimetr cyfrowy, który dodatkowo
zmniejszy prawdopodobieństwo niewłaściwego od-
czytu mierzonej wielkości. Do testowania projektów
wystarczy nawet najtańszy model.
Wyświetlacze multimetrów są zasilane za pomocą
baterii wbudowanych w te urządzenia. Mierniki są
urządzeniami zaprojektowanymi tak, aby nie pobie-
rały prądu z obwodu, w którym przeprowadzane
są pomiary — dzięki temu działanie obwodu nie
zostanie zakłócone przez działanie urządzenia po-
miarowego.
Jeżeli chcesz wydać nieco więcej pieniędzy, to warto
jest szukać multimetru potrafiącego automatycznie
dobierać zakres wykonywanych pomiarów. W przy-
padku takiego urządzenia nie będziesz musiał okre-
ślać samodzielnie zakresu mierzonych wielkości
(więcej informacji na ten temat znajdziesz w roz-
dziale 4.).
50
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Przewodnik po komponentach
Wielu narzędzi opisanych w poprzedniej sekcji będziesz używał do pracy z małymi
częściami nazywanymi
komponentami. Są to takie elementy, jak na przykład
rezystory, tranzystory, układy scalone, przełączniki i czujniki.
W naszych projektach informujemy Cię dokładnie o rodzaju komponentu
i charakteryzującej go wartości znamionowej. Taką strategię obierają również inni
autorzy książek oraz osoby opisujące swoje projekty w internecie. W związku z tym nie
będziesz musiał obliczać samodzielnie wartości żadnego z komponentów. Jeżeli chcesz
tworzyć — projektować własne obwody, to zalecamy Ci lekturę innej książki, takiej
jak np. Elektronika dla bystrzaków autorstwa Gordona McComba i Cathleen Shamieh.
W książce tej znajdziesz więcej informacji na temat komponentów oraz doboru
komponentów o odpowiednich parametrach.
Zwróć uwagę na to, że terminy pin, złącze i wyprowadzenie mogą być zwykle używane
wymiennie. Zwykle odnoszą się one do drutów lub blaszek wystających z komponentów.
Za ich pomocą komponenty mogą zostać zainstalowane w płytkach prototypowych lub
połączone w inny sposób z pozostałymi elementami znajdującymi się w obwodzie.
Komponenty dyskretne: rezystory,
kondensatory i tranzystory
Jeżeli mówimy o kimś, że jest dyskretny, to znaczy, że potrafi dochować tajemnicy.
Jeżeli mówimy o jakimś komponencie, że jest
dyskretny, to znaczy, że jest to
pojedynczy komponent. Układ scalony jest przykładem elementu składającego się
z wielu komponentów (więcej informacji o układach scalonych znajdziesz w dalszej
części tego rozdziału). Komponenty dyskretne to na przykład pojedynczy rezystor,
kondensator lub tranzystor.
Do komponentów dyskretnych można zaliczyć również diody, jednakże w tej książce
korzystamy tylko z diod emitujących światło (LED). Więcej informacji o diodach LED
znajdziesz w podrozdziale „Niech stanie się światłość”.
Rezystory
Rezystor stawia opór dla prądu, czyli dla strumienia elektronów. Im więcej elektronów,
tym większe jest natężenie prądu. Wyobraź sobie, że chcesz zapobiec spaleniu diody
LED (która lubi pożerać prąd). W takiej sytuacji mógłbyś ograniczyć prąd płynący przez
diodę za pomocą rezystora. Rezystory spotyka się praktycznie w każdym obwodzie
elektronicznym. Rezystancja jest wyrażana w omach. Jest to na tyle mała jednostka,
że opór rezystorów zwykle wyrażany jest w tysiącach omów (kiloomach) lub milionach
omów (megaomach). Kod paskowy nadrukowany na rezystorze informuje o jego
rezystancji. Zamiast analizować znaczenie kolorowych pasków, łatwiej jest odczytać
informacje o rezystancji z opakowania, w którym zakupiłeś rezystory. Opór stawiany
przez rezystor może być również zmierzony za pomocą multimetru.
Rozdział 3: Skompletuj swój elektroniczny arsenał
51
Rezystor nastawny, zwany również
potencjometrem, jest specyficznym rodzajem
rezystora pozwalającym użytkownikowi na regulację jego rezystancji od 0 omów
do maksymalnej wartości znamionowej. Potencjometry są często montowane na
przednich panelach gadżetów, gdzie dodatkowo zakłada się na nie gałki. Istnieją
również rezystory nastawne przeznaczone do montażu na płytce obwodu. Rezystancję
takich komponentów reguluje się za pomocą śrubokrętu. Jednym z typowych zastosowań
potencjometru jest sterowanie głośnością wzmacniacza audio.
Kondensatory
Kondensator może gromadzić ładunek elektryczny. Bardzo często (np. w obwodach
zegarowych) spotyka się je obok rezystorów. Ładowanie kondensatora trwa określoną
ilość czasu, a rezystor może być użyty do spowolnienia tego procesu. Kondensatory
są często używane do rozdzielania sygnałów przemiennych od prądu stałego. Prąd
przemienny z łatwością przechodzi przez kondensator, a prąd stały jest przez niego
blokowany.
Pojemność kondensatora określa ilość ładunku, jaki może zostać w nim zgromadzony.
Im większa pojemność, tym więcej ładunku może zostać zgromadzone w kondensatorze.
Wielkość ta jest wyrażana w
faradach (F). Farad jest dość dużą jednostką, natomiast
pojemność większości kondensatorów jest znacznie mniejsza. Przed faradem będziemy
stosować przedrostki takie jak mikro- (jedna milionowa), nano- (jedna miliardowa)
i piko- (często spotykana jedna bilionowa).
Istnieją kondensatory wykonane z wielu różnych materiałów, jednakże podczas pracy
nad naszymi projektami elektronicznymi będziesz mieć do czynienia z trzema
najpopularniejszymi rodzajami kondensatorów: elektrolitycznymi, tantalowymi
i ceramicznymi. Poniżej przedstawiono ich charakterystyki.
Kondensatory elektrolityczne są zwykle wykonane z jakiejś folii metalowej
i charakteryzują się pojemnością od 1 mikrofarada w górę. Kondensatory tego
typu można podzielić na dwie kategorie:
osiowe — posiadają wyprowadzenia po obu stronach,
radialne — ich wyprowadzenia umieszczono na wspólnej ściance.
Podczas pracy nad projektami opisanymi w tej książce będziesz korzystać
z kondensatorów radialnych, ponieważ zajmują mniej miejsca na płytce
prototypowej. Na obudowie kondensatorów tego typu nadrukowuje się
informacje o pojemności i dopuszczalnym napięciu.
Przed zakupem kondensatorów sprawdź, pod jakim napięciem będą one musiały
pracować w Twoim obwodzie.
Kondensatory tantalowe (wykonane z materiału metalicznego) charakteryzują
się pojemnością od 0,1 mikrofarada w górę. Są one droższe od kondensatorów
elektrolitycznych, ale znajdują zastosowanie w obwodach wymagających większej
precyzji. Kondensatory tantalowe mają mniejszą tolerancję parametrów
znamionowych niż kondensatory elektrolityczne.
Kondensatory ceramiczne nie są spolaryzowane (zobacz ramka „Znaczenie
polaryzacji”) — charakteryzują się one pojemnością od 1 pikofarada do 0,47
mikrofarada. Odczytanie parametrów nadrukowanych na powierzchni tych
małych komponentów może być trudne. Ponadto większość z nich jest na tyle
52
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
mała, że nie da się na nich nanieść parametrów znamionowych za pomocą liczb
i liter. Producenci posługują się specjalnym kodem. W tabeli 3.1. przedstawiono
kody stosowane na popularnych kondensatorach.
Tabela 3.1. Pojemności kondensatorów
Oznaczenie
Pojemność
101
0,0001 F
102
0,001 F
103
0,01 F
471
0,00047 F
472
0,0047 F
473
0,047 F
474
0,47 F
Więcej informacji o kondensatorach i sposobach oznaczania ich pojemności znajdziesz
w książce Elektronika dla bystrzaków autorstwa Gordona McComba i Cathleen Shamieh.
Kondensatory można podzielić również na takie, które charakteryzują się pojemnością
stałą, i takie, których pojemność jest zmienna. Do tej pory pisaliśmy o kondensatorach
stałych, czyli takich, których parametry nie mogły być zmieniane podczas pracy
obwodu. Poza nimi istnieją również kondensatory, których pojemność może być
zmieniana. Tego typu kondensator stosujemy w rozdziale 8. jako element dostrojczy
w radioodbiorniku.
Tranzystory
Tranzystory są najciekawszymi komponentami w świecie elektroniki. Tranzystory
wzmacniają sygnał lub napięcie albo mogą włączać i wyłączać dopływ napięcia do innych
komponentów. Tranzystory są bardzo małe. Przed ich wynalezieniem korzystano z lamp
próżniowych, które co prawda służyły do tego samego co tranzystory, ale były o wiele
większe. Ponadto tranzystory pobierają o wiele mniej prądu.
Znaczenie polaryzacji
Większość kondensatorów elektrolitycznych i tan-
talowych jest spolaryzowana — ich złącza oznaczo-
no odpowiednimi symbolami. Zwykle tylko jedno
złącze jest oznaczone znakiem plusa lub minusa
— możesz się domyślić, że drugie wyprowadzenie
będzie spolaryzowane przeciwnie. W przypadku obu
typów kondensatorów dłuższe złącze jest złączem
o polaryzacji dodatniej — jest to prawdopodobnie
najłatwiejszy sposób na identyfikację polaryzacji
tych komponentów.
Co warto wiedzieć o spolaryzowanych kondensato-
rach? Podczas pracy musisz podłączać je do obwodu
zgodnie z właściwą polaryzacją. Jeżeli zainstalujesz
je odwrotnie, to doprowadzisz do ich uszkodzenia,
a być może uszkodzeniu ulegną również inne ele-
menty obwodu.
Kondensatory o małej pojemności — wykonane
zwykle z materiałów ceramicznych lub miki — nie
są spolaryzowane, a więc możesz je włączać do
obwodu w dowolny sposób.
Rozdział 3: Skompletuj swój elektroniczny arsenał
53
Kupując tranzystory, zawsze sprawdzaj ich typ obudowy. Szukaj komponentów
w obudowach, których nazwy rozpoczynają się od TO np. TO-92, TO-39 i TO-220
(zobacz rysunek 3.5). Tranzystory umieszczone w obudowach tego typu są przeznaczone
do ręcznego montażu na płytkach drukowanych lub płytkach prototypowych. Natomiast
komponenty umieszczone w obudowach, których nazwy rozpoczynają się od SOT
lub SOIC, są przeznaczone do montażu przez zautomatyzowane linie produkcyjne
i nie posiadają drucików pozwalających na używanie ich w projektach hobbistycznych.
Rysunek 3.5.
Popularne
obudowy
tranzystorów
Tranzystory możemy podzielić na:
Tranzystory
npn, które można włączyć za pomocą prądu o dodatniej polaryzacji
i napięciu około 0,7 V.
W projektach opisanych w tej książce będziesz korzystać z tranzystorów npn,
ponieważ są one łatwiejsze w użyciu (wymagają dodatniego napięcia).
Tranzystory
pnp, które są wyłączane przez prąd o dodatnim napięciu. Aby je
włączyć, należy dostarczyć do nich prąd o napięciu ujemnym lub bliskim
potencjału zerowego.
Tranzystory posiadają trzy złącza: emiter, bazę i kolektor. W rozdziale 4. dowiesz się,
jak na podstawie schematu określić miejsca, do których mają zostać podłączone kolejne
styki. W nocie aplikacyjnej każdego z tranzystorów znajdziesz schemat — tzw.
konfigurację złączy.
54
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Układy scalone
Układy scalone (czasami nazywane czipami) stanowią zbiór wielu komponentów
dyskretnych. We wspólnej obudowie zamknięto wiele komponentów, takich jak
tranzystory, rezystory i kondensatory. Komponenty te po zamknięciu we wspólnej
obudowie tworzą obwody pełniące pewne określone funkcje.
Układy scalone, podobnie jak niektóre inne komponenty, są wrażliwe na wyładowania
elektrostatyczne (opisane wcześniej „szczypiące” ładunki elektrostatyczne). Dlatego
warto jest wyposażyć swój warsztat w opaskę antyelektrostatyczną, o czym pisaliśmy
już w rozdziale 2.
Obudowy układów scalonych
Istnieje wiele układów scalonych zamkniętych w obudowach różnego typu. W Kalifornii
jest nawet cała dolina pełna firm trudniących się produkcją takich komponentów.
Na płytkach drukowanych i płytkach prototypowych stosuje się układy zamknięte
w
obudowach podwójnych dwurzędowych, czyli obudowach typu DIP. Obudowa
tego typu wykonana jest z plastiku, a po obu jej stronach umieszczone są nóżki
połączone z krzemowym układem znajdującym się wewnątrz obudowy. Nóżki te
wkłada się w otwory płytki prototypowej, co pozwala na połączenie zewnętrznych
komponentów z komponentami znajdującymi się wewnątrz układu scalonego.
Więcej informacji na ten temat znajdziesz w podrozdziale „Podstawy pracy z płytkami
prototypowymi”.
Układy scalone umieszczone w obudowach typu DIP charakteryzują się różną liczbą
złączy. Istnieją układy posiadające 8, 14, 16, 18 i więcej pinów. Na rysunku 3.6
przedstawiono kilka popularnych układów scalonych tego typu.
Rysunek 3.6.
Układy scalone
w obudowach
typu DIP o 8, 14
i 28 pinach
Zamawiając układy scalone, zachowaj ostrożność i upewnij się, że kupujesz układy
w obudowach typu DIP. Jeżeli kupisz układy w innych obudowach, takich jak obudowa
SOIC (zobacz wcześniejszą sekcję „Tranzystory”), to nie będziesz w stanie zamontować
ich na płytce. W fabrykach układy scalone są montowane w sposób
powierzchniowy.
Technika ta polega na zlutowaniu ze sobą złączy układu i styków płytki bez użycia
nóżek wkładanych w otwory płytki. Jeżeli musisz korzystać z układu scalonego, który
nie jest produkowany w obudowie typu DIP, to zaopatrz się w przejściówkę pozwalającą
na przylutowanie do niej układu przeznaczonego do montażu powierzchniowego.
Przejściówkę z układem możesz następnie zainstalować na płytce układu.
Rozdział 3: Skompletuj swój elektroniczny arsenał
55
Układ scalony to zbiór komponentów takich jak tranzystory, rezystory i kondensatory,
które zostały umieszczone we wspólnej obudowie, a więc różne czipy zostały
zaprojektowane do pełnienia różnych funkcji. Funkcja ta zależy od tego, jakie
komponenty znajdują się w układzie scalonym i w jaki sposób zostały ze sobą
połączone. W dwóch kolejnych sekcjach przedstawimy Ci dwa najpopularniejsze
rodzaje układów scalonych: wzmacniacze operacyjne i wzmacniacze audio.
Wzmacniacze operacyjne
Wzmacniacze operacyjne to układy scalone składające się z szeregu tranzystorów.
Każdy z tranzystorów wzmacnia nieco napięcie sygnału. Taki wielostopniowy
wzmacniacz tranzystorowy można zbudować z kilku tranzystorów, kondensatorów
i rezystorów, ale po co? Na Twojej płytce prototypowej taki układ zajmowałby 50 razy
więcej miejsca od ośmionóżkowego wzmacniacza operacyjnego w obudowie typu DIP.
Wzmacniacze operacyjne są stosowane tak często, że gdybyś zajrzał do katalogu
podzespołów elektronicznych, to sekcja ze wzmacniaczami operacyjnymi zajmowałaby
wiele stron. Oczywiście to, że nasze obwody będą zasilane baterią o napięciu 6 V,
zawęzi nam znacznie możliwość wyboru. Wiele wzmacniaczy operacyjnych zostało
zaprojektowanych tak, aby być zasilanym napięciem dodatnim i ujemnym (takie układy
mogą wymagać np. dwóch linii zasilających o napięciu –6 V i +6 V). Podczas pracy nad
projektami będziemy korzystać ze wzmacniaczy operacyjnych zasilanych jedną linią
o napięciu 6 V lub niższym. Takie wzmacniacze operacyjne wymagają podłączenia
do masy i pojedynczej linii zasilającej o napięciu dodatnim.
Wzmacniacze operacyjne to układy scalone, które są zwykle umieszczane
w ośmionóżkowych obudowach typu DIP. W takiej obudowie można umieścić
jeden lub dwa wzmacniacze operacyjne (
podwójny wzmacniacz operacyjny).
W przypadku podwójnego wzmacniacza operacyjnego piny jednego wzmacniacza są
umieszczone po lewej stronie obudowy, a piny drugiego wzmacniacza po stronie
prawej. Takie rozwiązanie pozwala na podzielenie obwodu na dwie części i umieszczenie
ich po przeciwnych stronach płytki, co się przydaje, gdy na płytce należy zainstalować
dość dużo komponentów. Takie rozwiązanie zastosowano w projekcie opisanym
w rozdziale 7. Niektóre wzmacniacze operacyjne umieszczane są w czternastonóżkowej
obudowie typu DIP. Takie czipy zawierają aż cztery wzmacniacze operacyjne. Taki
układ można określić mianem
poczwórnego wzmacniacza operacyjnego.
W projektach zasilanych z baterii o niskim napięciu często stosuje się następujące
wzmacniacze operacyjne:
LM358 (podwójny wzmacniacz operacyjny),
LM324 (poczwórny wzmacniacz operacyjny),
MC33171 (pojedynczy wzmacniacz operacyjny),
MC33172 (podwójny wzmacniacz operacyjny),
MC33174 (poczwórny wzmacniacz operacyjny).
56
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Wzmacnianie dźwięku
Wzmacniacze audio działają podobnie jak wzmacniacze operacyjne, ale zostały stworzone
z myślą o znacznie wyższych współczynnikach wzmocnienia. Muszą one posiadać na
tyle dużo mocy, aby wysterować głośnik.
Układ LM386 jest popularnym wzmacniaczem audio. Istnieją różne wersje tego
układu przeznaczone do zasilania prądem o różnych napięciach. Na przykład układ
LM386N-1, z którego będziemy korzystać podczas wykonywania projektów opisanych
w rozdziałach 6. i 7., jest przeznaczony do zasilania prądem o napięciu 6 V, ale w praktyce
można go zasilać prądem o napięciu nawet 4 V. Układ MC34119 jest wzmacniaczem
audio, który może być zasilany prądem o napięciu 2 V.
Układy scalone mają wyspecjalizowane zastosowania. Podczas pracy nad projektami
opisanymi w tej książce będziemy korzystać z kilku takich komponentów. Na przykład
w rozdziale 11. i 13. będziesz korzystał z układów scalonych takich jak kodery i dekodery
połączone ze sterownikami silników. W projekcie przedstawionym w rozdziale 10.
będziesz używać układu zegarowego i licznika dekadowego, a w rozdziale 7. będziesz
pracował z układem scalonym dokonującym syntezy mowy i podłączonym do kolejnego
układu scalonego pełniącego funkcję wzmacniacza audio. W projektach opisanych
w rozdziałach 9. i 14. zastosowaliśmy układy scalone nagrywające głos.
Przełączniki
Przełączniki działają w dość prosty sposób. Ustawienie ich dźwigni w jednej pozycji
powoduje włączenie czegoś, a ustawienie jej w przeciwnej pozycji powoduje wyłączenie
włączonego wcześniej elementu. Jednakże zrozumienie tego, co dzieje się wewnątrz
przełącznika, wymaga przyswojenia pewnych wiadomości.
Otwarty: Przełącznik jest otwarty wtedy, gdy jego styki są rozwarte. Gdy przełącznik
jest otwarty, wówczas pomiędzy przewodem wejściowym a przewodem
wyjściowym tworzona jest bardzo wysoka rezystancja.
Zamknięty: Przełącznik jest zamknięty wtedy, gdy jego styki są ze sobą zwarte.
Gdy przełącznik jest zamknięty, wówczas pomiędzy przewodem wejściowym
a wyjściowym istnieje bardzo niska rezystancja.
Istnieją różne rodzaje przełączników, takie jak np. SPST, SPDT i DPDT (zobacz
rysunek 3.7). Przyjrzyjmy się tym przełącznikom:
SPST (przełącznik jednobiegunowy, jednopozycyjny): Przełączniki tego
typu wyposażone są w dwie końcówki oczkowe, do których możesz przylutować
kable. Gdy przełącznik jest zamknięty, kable są zwierane ze sobą, natomiast
otwarcie przełącznika spowoduje rozwarcie kabli. My kochamy przełączniki
tego typu tak bardzo, że zastosowaliśmy je w roli włączników we wszystkich
opisywanych projektach.
SPDT (przełącznik jednobiegunowy, dwupozycyjny): Przełączniki tego
typu wyposażone są w trzy końcówki oczkowe, do których możesz przylutować
kable: jeden przewód wejściowy i dwa wyjściowe. Ustawienie przełącznika w jednej
pozycji powoduje zwarcie przewodu wejściowego z pierwszym przewodem
Rozdział 3: Skompletuj swój elektroniczny arsenał
57
Rysunek 3.7.
Trzy rodzaje
przełączników
— od lewej do
prawej: SPST,
SPDT i DPDT
wyjściowym. Ustawienie przełącznika w drugiej pozycji powoduje zwarcie
przewodu wejściowego z drugim przewodem wyjściowym. Jeżeli potrzebujesz
przełącznika SPST, a dysponujesz tylko przełącznikiem SPDT, to możesz
zastosować przełącznik SPDT w roli przełącznika SPST. Wystarczy, że przylutujesz
przewody tylko do dwóch końcówek.
DPDT (przełącznik dwubiegunowy, dwupozycyjny): Przełączniki tego
typu wyposażone są w sześć końcówek oczkowych, do których możesz przylutować
kable: dwa przewody wejściowe i cztery przewody wyjściowe. Zmieniając pozycję
przełącznika, zmieniasz parę przewodów wyjściowych zwartą z przewodami
wejściowymi. Tego typu przełącznik zastosowano w rozdziale 13. do wyboru
czujnika sterującego pracą silnika.
Jak już wiesz, istnieją różne rodzaje przełączników, ale przełączniki można również
podzielić ze względu na sposób przełączania pomiędzy stanem otwartym a zamkniętym
(zobacz rysunek 3.8).
Przełącznik przechylny: Ramię tego przełącznika jest przestawiane przez
użytkownika pomiędzy dwiema pozycjami.
Przełącznik wciskany: Użytkownik, wciskając przycisk, przełącza pomiędzy
stanem otwartym i zamkniętym.
Chwilowy guzik przyciskowy: Wciśnięcie przycisku powoduje zmianę jego
stanu, ale tylko na chwilę! Przełączniki tego typu dzielą się na takie, które są
normalnie otwarte i normalnie zamknięte. Na przykład styki przełącznika
chwilowego normalnie otwartego będą zwierane tylko wtedy, gdy będziesz
trzymał palec na wciśniętym przycisku. Gdy przestaniesz go wciskać,
to przełącznik powróci do swojej normalnej (otwartej) pozycji.
Przełącznik dotykowy: Jest to rodzaj chwilowego guzika przyciskowego.
Wartością charakteryzującą te przełączniki jest siła, jaka jest potrzebna do ich
aktywowania. Często mają one formę płaskiego komponentu, który można łatwo
ukryć (w projekcie opisanym w rozdziale 7. zainstalowaliśmy ten przełącznik
w łapkach maskotki).
58
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Rysunek 3.8.
Cała gama
urządzeń prze-
łączających
Przełącznik suwakowy: Przełącznik ten jest wyposażony w suwak pozwalający
na zmianę jego stanu pracy przez użytkownika.
Przekaźniki: Przełączniki tego typu nie posiadają guzików ani suwaków. Ich
pracą można sterować za pomocą prądu. Dzięki temu można je stosować do
włączania światła lub silnika za pomocą pilota zdalnego sterowania lub napięcia
wygenerowanego przez czujnik. W projekcie przedstawionym w rozdziale 13.
będziemy sterować pracą przekaźników na dwa wspomniane sposoby.
Czujniki
Czujniki przetwarzają energię dźwięku lub światła w sygnały elektryczne. Za pomocą
czujników możesz na przykład określić temperaturę, natężenie dźwięku lub ilość
światła. Na skutek zmian zachodzących w środowisku, w którym umieszczone są
czujniki, generowane są zmiany sygnału mogące sterować pracą różnych komponentów
podłączonych do obwodu. Czujnik podczerwieni może być na przykład zastosowany
do odbierania sygnałów nadawanych przez pilota zdalnego sterowania. W ten sposób
możemy zdalnie sterować pracą np. niewielkiego pojazdu kołowego.
Poniżej przedstawiamy czujniki, z których będziemy korzystać podczas pracy nad
projektami opisanymi w tej książce.
Rozdział 3: Skompletuj swój elektroniczny arsenał
59
Czujnik podczerwieni: Zamienia światło podczerwone na impulsy elektryczne.
Komponent, z którego korzystamy w rozdziałach 11. i 9., zawiera fotodiodę,
która na swoim wyjściu generuje napięcie o wartości dodatniej lub potencjał 0 V.
Czujnik jest zaprojektowany tak, aby reagował tylko na impulsy podczerwieni
o częstotliwości 38 kHz. Ogranicza to reakcję czujnika na promienie podczerwone
obecne w jego otoczeniu.
Czujnik drgań: Taki czujnik używany jest w rozdziale 14. (po zainstalowaniu
w płaszczyźnie poziomej) do wykrywania ruchu lub wibracji, jakim poddawany jest
gadżet. Styki przełącznika znajdującego się wewnątrz tego czujnika są zwierane
na skutek wykrycia poruszenia przedmiotu, w którym zainstalowano czujnik.
Mikrofony
Technicznie rzecz biorąc, mikrofon jest również czujnikiem. Jednakże jest to na tyle
ciekawy komponent, że zdecydowaliśmy się go przedstawić w odrębnej sekcji (w końcu
jesteśmy autorami, a więc mamy do tego prawo).
Jak działa mikrofon pojemnościowy
Kondensatory przypominają kanapkę składającą się z dwóch płytek, pomiędzy którymi
istnieje różnica potencjałów. W
mikrofonach pojemnościowych (które mają budowę
podobną do kondensatorów) jedna z płytek jest wykonana z bardzo lekkiego materiału
— pełni ona funkcję membrany. Fale dźwiękowe, uderzając w tę płytkę, wprawiają ją
w ruch. Odległość pomiędzy płytkami ulega zmianie, a tym samym zmienia się
pojemność elektryczna (czyli ilość elektronów, które mogą być przechowywane na
płytkach) mikrofonu. Zwiększenie odległości pomiędzy płytkami powoduje zmniejszenie
pojemności (rozładowanie zgromadzonego ładunku). Zbliżenie płytek do siebie zwiększa
pojemność mikrofonu (elektrony są pobierane z obwodu).
Mikrofony pojemnościowe nie są tanie, ale zapewniają wysoką jakość rejestrowanego
dźwięku, dlatego są one często stosowane przez konstruktorów pracujących nad
projektami związanymi z dźwiękiem.
Pułapka: mikrofon elektretowy
Dzisiaj najczęściej spotykanym mikrofonem pojemnościowym jest wynaleziony w roku
1962 mikrofon
elektretowy. Jego nazwa powstała w wyniku połączenia ze sobą słów
elektrostatyka i magnes (z ang.
electrostatic i magnet). Elektret stosowany w takich
mikrofonach jest tak naprawdę permanentnie naelektryzowanym
dielektrykiem.
Ładunki są ustawiane w dielektryku, co pozwala na jego naelektryzowanie, podobnie
jak przy odpowiednim ustawieniu atomów metalu możliwe jest uzyskanie magnesu.
Mikrofony elektretowe wyposażone są w przedwzmacniacz, który musi być zasilany.
Dlatego w projektach przedstawionych w tej książce mikrofony elektretowe są
połączone z dodatnią szyną zasilającą za pośrednictwem rezystora. Rezystor taki obniża
napięcie na dodatnim złączu zasilającym mikrofon do wartości odpowiedniej dla
specyfikacji danego mikrofonu.
60
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Rozmiar ma znaczenie
Kupując mikrofony elektretowe, zwracaj uwagę na ich średnicę i grubość. Niektóre
modele mogą być trudne do przylutowania. W większości projektów opisanych w tej
książce zastosowaliśmy mikrofony o średnicy około 10 mm i grubości około 5 mm.
Wkładki mikrofonowe o średnicy około 6 mm i grubości 3 mm są o wiele trudniejsze
do przylutowania (a nawet utrzymania) niż wspomniane wcześniej wkładki o średnicy
10 mm i grubości 5 mm. Zajrzyj do rozdziału 6. — zastosowaliśmy tam mimo wszystko
mniejszą wkładkę mikrofonową, ponieważ posiadała ona charakterystyki niemożliwe
do osiągnięcia przez większe modele.
Obudowy większości wkładek mikrofonowych mają średnicę około 6 lub 10 mm.
Pomiar czułości
Podczas zakupu wkładki mikrofonowej warto jest również zwrócić uwagę na jej czułość.
Czułość mikrofonu jest wyrażana w decybelach (dB). O dziwo, przyjmuje ona wartości
ujemne. Wkładka mikrofonowa posiadająca czułość –40 dB charakteryzuje się wyższą
czułością (generuje prąd o wyższym napięciu pod wpływem danej fali dźwiękowej)
niż na przykład wkładka mikrofonowa o czułości –60 dB.
Dlatego w projekcie opisanym w rozdziale 6. (polegającym na budowie mikrofonu
parabolicznego rejestrującego bardzo ciche dźwięki) musieliśmy zastosować bardzo
czułą wkładkę mikrofonową. Zastosowaliśmy moduł o czułości –35 dB. W rozdziale 14.,
w którym przedstawiliśmy projekt, gdzie użytkownik mówi bezpośrednio do mikrofonu
rejestrującego jego głos, zastosowaliśmy mikrofon o mniejszej czułości, tj. –64 dB.
Łączenie wkładki mikrofonowej z resztą projektu
W naszych projektach korzystamy z mikrofonów elektretowych posiadających pola
pozwalające na przylutowanie przewodów oraz z mikrofonów wyposażonych w nóżki
umożliwiające bezpośredni montaż na płytce prototypowej.
Niech stanie się światłość
Dioda LED generuje światło, gdy przepływa przez nią prąd. Diody tego typu są
stosowane w wielu projektach opisanych w tej książce. Przypominają one nieco światełka
choinkowe i mogą generować światło o różnych kolorach: czerwonym, pomarańczowym,
żółtym, zielonym, niebieskim i białym. Diody LED generujące światło o barwie białej
lub niebieskiej są o wiele droższe od pozostałych. W związku z tym nie korzystamy
z nich zbyt często w opisanych przez nas projektach. Jesteśmy oszczędni!
Kolor diody LED nie zależy od jej obudowy. O kolorze generowanego światła
decyduje głównie rodzaj zastosowanego półprzewodnika. Plastik otaczający świecący
półprzewodnik może być przezroczysty lub mydlany (rozpraszający światło).
Diody LED mogą mieć różne kształty i rozmiary. Standardowo mają one kształt
cylindra o średnicy 5 mm. Diody takie możemy określić mianem diod typu
T-1¾.
Jeżeli diody LED zostaną podłączone odwrotnie, to nie zobaczysz ich światła, nawet
gdybyś czekał na to całą wieczność. Dłuższą nóżkę diody należy podłączyć do napięcia
dodatniego, a nóżkę krótszą do masy lub do potencjału niższego od potencjału podanego
na dłuższym złączu diody.
Rozdział 3: Skompletuj swój elektroniczny arsenał
61
Głos w sprawie głośników
Każdy wie, czym jest głośnik. Głośniki możesz znaleźć w swoim kinie domowym,
komputerze i iPodzie. Większość głośników składa się z magnesu stałego, elektromagnesu
i membrany w kształcie stożka, z której wydobywa się dźwięk (zobacz rysunek 3.9).
Rysunek 3.9.
Budowa
głośnika
Prąd, płynąc przez elektromagnes, wywołuje ruchy membrany. Jest ona przyciągana
do magnesu stałego lub od niego odpychana. Kierunek ruchu membrany zależy od
kierunku przepływu prądu. Membrana wprawiona w ruch przez elektromagnes
wytwarza fale dźwiękowe.
Wielkością charakteryzującą głośniki jest ich
impedancja (czyli opór, jaki napotyka
płynący przez nie prąd). Impedancja może przybierać wartości 4 , 8 , 16 lub 32
. Impedancja jest główną wielkością charakteryzującą głośniki. Możesz na przykład
powiedzieć: „Idę kupić ośmioomowy głośnik”. Podłączając głośnik do obwodu, pamiętaj
o tym, że powinien on charakteryzować się przynajmniej minimalną impedancją
obsługiwaną przez wzmacniacz. Jeżeli zastosujesz głośnik o zbyt dużej impedancji,
to obwód będzie działał prawidłowo, ale nie uzyskasz maksymalnej głośności
odtwarzanego dźwięku. Jeżeli zastosujesz głośnik o zbyt małej impedancji, to wzmacniacz
sterujący głośnikiem może ulec przegrzaniu. Dane dotyczące obsługiwanego przez
wzmacniacz zakresu impedancji znajdziesz w jego nocie aplikacyjnej, którą możesz
pobrać ze strony internetowej producenta.
W projekcie opisanym w rozdziale 8. korzystamy z głośnika o impedancji równej 8 ,
ponieważ wzmacniacz LM286 może obsługiwać głośniki o impedancji przynajmniej 8 .
W rozdziale 14. stosujemy głośnik o impedancji 16 , ponieważ rejestrator głosu ISD1110
może pracować z głośnikami o impedancji nie mniejszej od 16 .
Kolejną wielkością charakteryzującą głośniki jest ich moc (np. 0,2 W, 1 W, 2 W).
Wybieraj głośniki charakteryzujące się mocą nie mniejszą od maksymalnej mocy
wzmacniacza. Maksymalną moc wzmacniacza znajdziesz w jego nocie aplikacyjnej.
62
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Kupując głośniki przeznaczone do zastosowania w projektach elektronicznych, staraj
się wybierać modele, które posiadają otwory montażowe wykonane w ich plastikowych
lub metalowych koszach. We wspomnianych otworach będziesz mógł umieścić śruby
mocujące. Ułatwi to montaż głośnika w obudowie projektu. Więcej informacji na temat
wykonywania prac montażowych znajdziesz w rozdziale 4.
Brzęczyki
Jeżeli masz jakiegoś wkurzającego kolegę, który lubi robić różne psikusy, to
prawdopodobnie spotkałeś się z dowcipem polegającym na tym, że ktoś podaje Ci do
uściśnięcia dłoń, w której ukrył brzęczyk. Podstawową funkcją tego komponentu jest
generowanie dźwięku. Możemy zastosować go w naszych projektach na wiele różnych
sposobów. Brzęczyk może pełnić funkcję syreny alarmu samochodowego. Będzie on
wydawał dźwięk, gdy czujnik wykryje ruch.
Wewnątrz brzęczyka znajduje się kryształ
piezoelektryczny, który pod wpływem
napięcia zaczyna drgać. Do kryształu przyczepiona jest membrana generująca brzęczący
dźwięk. W niektórych brzęczykach znajduje się elektromagnes, ale komponenty oparte
na materiale piezoelektrycznym dobrze sprawdzają się w projektach elektronicznych.
Dlatego podczas pracy nad projektami opisanymi w tej książce będziesz korzystać tylko
z nich.
Większość brzęczyków generuje dźwięk o częstotliwości znajdującej się w przedziale
od 2 do 4 kHz. Komponenty są bardzo tolerancyjne, jeżeli chodzi o napięcie zasilającego
je prądu. Brzęczyki przeznaczone do pracy pod napięciem 12 V mogą być z powodzeniem
zasilane prądem o napięciu 9 V.
Brzęczyki posiadają dwa przewody i nie mogą być podłączone odwrotnie. Przewód
czerwony jest zawsze przewodem dodatnim (+).
Podstawowe wiadomości na temat
materiałów konstrukcyjnych
Projekt czysto elektroniczny może polegać wyłącznie na wykonaniu płytki
z komponentami i przewodami. Jednakże w większości przypadków będziesz chciał
umieścić wykonany gadżet w jakiejś obudowie. Na przykład po zbudowaniu radia
warto byłoby jego obwód umieścić w obudowie, w której można by było wykonać
dodatkowe otwory przeznaczone do montażu potencjometrów i głośnika.
Istnieją gotowe obudowy, które możesz zaadaptować do potrzeb aktualnie wykonywanego
projektu, ale możesz też wykonać obudowę samodzielnie z całej gamy materiałów.
Plastik
W większości sklepów elektronicznych znajdziesz obudowy wykonane z tworzywa
sztucznego o nazwie ABS. (Nie będziemy zaprzątać sobie głowy rozwijaniem tego
akronimu — miałbyś problemy z jego poprawną wymową). Obudowy te są lekkie,
Rozdział 3: Skompletuj swój elektroniczny arsenał
63
wytrzymałe, wodoodporne i można z łatwością umieścić w nich wykonane gadżety.
W rozdziale 11. będziemy umieszczać elementy modułu zdalnego sterowania w takiej
właśnie obudowie.
Plusem takich obudów jest to, że łatwo można w nich zainstalować takie komponenty
jak przełączniki, które zostały wykonane z myślą o instalacji w panelach lub cienkich
ściankach obudów. Takie komponenty o wiele łatwiej jest zamontować w obudowie
wykonanej z plastiku niż z drewna.
Wadą tego typu obudów jest natomiast to, że trudniej jest w nich wyciąć otwory
przeznaczone na przykład do montażu głośników. Łatwiej jest wyciąć takie otwory
w drewnie.
Drewno
Drewniane obudowy mogą być użyte do zamknięcia w nich wielu projektów. Są one
ładne i estetyczne. Obudowy stosowane w naszych projektach znaleźliśmy w sklepie
z artykułami rzemieślniczymi Michaels, ale prawdopodobnie drewniane pudełka, które
możesz przerobić na obudowy, znajdziesz także w innych sklepach rzemieślniczych
lub marketach budowlanych.
Łatwiej jest wykonywać otwory i wycięcia w drewnie niż w plastiku, ale często gotowe
obudowy będą miały ścianki o grubości około 7 mm, co utrudni montaż takich
komponentów jak przełączniki. W rozdziale 4. znajdziesz garść porad dotyczących
montażu komponentów w drewnie.
Zbuduj ją sam
Jeżeli nie chcesz kupować gotowych pojemników, to spróbuj wykonać obudowę
samodzielnie z drewna lub plastiku. Wiele porad dotyczących pracy z drewnem znajdziesz
w specjalistycznych wydawnictwach, a więc nie będziemy o tym pisać. Wiele przydatnych
materiałów dotyczących budowy obudów i prostych skrzynek znajdziesz również
w internecie.
Jeżeli chcesz samodzielnie zbudować plastikową obudowę projektu o niestandardowym
kształcie (np. o kształcie samochodu), to zajrzyj na anglojęzyczną stronę
http://talkingelectronics.com/projects/Boxes/BJones-BoxArticle.html. Znajdziesz tam
ilustrowany poradnik dotyczący podstaw samodzielnej pracy nad obudowami.
Obudowy niektórych projektów będą musiały mieć mocne podstawy, a inne projekty
mogą z kolei wymagać całkowitego obudowania. W naszych projektach będziemy
korzystać z arkuszy PVC i sklejki. Dobra, mocna podstawa powinna mieć grubość
przynajmniej 6 mm. Jeżeli jakaś ścianka nie musi być wytrzymała, to możesz ją wykonać
z materiału o grubości np. 3 mm. PVC jest stosowane często zamiast plastiku, ponieważ
nie gromadzą się na nim ładunki elektryczne, które mogłyby uszkodzić komponenty
Twojego obwodu.
Płyty wykonane z PVC można znaleźć w marketach budowlanych. Znajdziesz je
również w ofercie firm handlujących tworzywami sztucznymi. Możesz je także
zakupić za pośrednictwem Allegro. Jeżeli planujesz budowę wielu obudów, to warto
jest kupić duży arkusz PVC o wymiarach 120240 cm.
64
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Montaż
Elementy tworzące obudowę mogą być ze sobą połączone na kilka różnych sposobów.
Różne materiały mogą być ze sobą łączone za pomocą mocnego
kleju kontaktowego.
Tego typu specyfik może być stosowany do łączenia wielu materiałów, takich jak metal,
plastik, guma i drewno.
Do montażu wielu komponentów, takich jak na przykład głośniki, przydadzą Ci się
śruby i nakrętki. Do każdego projektu opisanego w tej książce dołączono listę niezbędnych
komponentów, na której również znajdziesz informację na temat tego, jakich śrub
i nakrętek będziesz potrzebował. Jesteśmy pewni, że gdzieś w Twoim garażu kurzy się
puszka z zapasowymi śrubami, w której na pewno znajdziesz wiele śrub przydatnych
podczas pracy nad projektami. Oczywiście śruby możesz kupić dość tanio w każdym
sklepie z artykułami metalowymi i budowlanymi.
Podczas pracy nad projektami doszliśmy do wniosku, że w większości otworów można
umieścić śrubki o średnicy 2 mm.
Unieruchamianie kabli
Uchwyty na kable pozwalają na uporządkowanie kabli wewnątrz obudowy projektu.
Uchwyty te zwykle są wyposażone w samoprzylepną podstawę pozwalającą na
przyklejenie go do ściany obudowy. Przyczepiając kable do przyklejonego zaczepu,
możesz je uporządkować. W naszych projektach korzystamy z uchwytu znajdującego
się w katalogu firmy RadioShack pod numerem 287-1668. Różne uchwyty do kabli
znajdziesz również w katalogach firm takich jak np. TME.
Jeżeli chcesz przymocować kable do czegoś, co nie posiada płaskiej powierzchni,
to możesz to zrobić za pomocą opasek.
Podstawy pracy
z płytkami prototypowymi
Płytka prototypowa jest prostokątną plastikową bryłą. Na jej powierzchni znajdują
się otwory, do których można podłączać przewody i komponenty elektroniczne. Płytki
prototypowe stosuje się w celu wykonania tymczasowej wersji obwodu. Nie musisz
wykonywać na niej połączeń lutowniczych. Wystarczy, że włożysz komponenty w otwory,
które są połączone ze sobą wewnątrz płytki. Następnie otwory muszą zostać ze sobą
połączone w odpowiedni sposób za pomocą przewodów i drucików.
Płytka prototypowa pozwala na łatwe rozłączanie komponentów i modyfikację
obwodu. Obwody elektroniczne tworzy się najpierw na płytkach prototypowych,
aby sprawdzić, czy działają poprawnie. Jeżeli jakiś projekt okaże się na tyle przydatny,
że będziesz chciał zachować go na stałe, to możesz go przenieść na inną płytkę. W tej
książce opisujemy pracę tylko nad obwodem budowanym na płytce prototypowej.
Jeżeli chcesz zbudować finalną wersję jakiegoś obwodu, to musisz to zrobić na płytce
lutowanej lub drukowanej. Więcej informacji na ten temat znajdziesz w ramce „Płytki
obwodu drukowanego”.
Rozdział 3: Skompletuj swój elektroniczny arsenał
65
Płytki prototypowe mają różne rozmiary. Kilka przykładowych płytek pokazano na
rysunku 3.10. Łącząc ze sobą kilka płytek prototypowych, możesz pracować nawet nad
rozbudowanymi obwodami(zobacz rysunek 3.11). Więcej informacji na temat pracy
z płytkami prototypowymi znajdziesz w rozdziale 4.
Rysunek 3.10.
Płytka prototy-
powa posia-
dająca 830
otworów mon-
tażowych oraz
płytka prototy-
powa posia-
dająca
400 otworów
montażowych
Rysunek 3.11.
Duży obwód
wykonany na
dwóch płytkach
prototypowych
połączonych
ze sobą
66
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Płytki obwodu drukowanego
Jeżeli po zbudowaniu obwodu na płytce prototy-
powej uznasz, że warto byłoby go uwiecznić, mo-
żesz to zrobić, lutując komponenty na płytce dru-
kowanej. Możesz to zrobić za pomocą uniwersalnej
płytki drukowanej, która przypomina nieco płytkę
prototypową, ale wszystkie komponenty umiesz-
czane w jej otworach muszą zostać do niej przylu-
towane.
Uniwersalna płytka drukowana składa się z otworów
uszeregowanych w rzędy. Wokół każdego otworu
znajduje się miedziane pole kontaktowe. Otwory
ułożone w tym samym rzędzie są ze sobą połączone
w taki sposób, jak miało to miejsce w przypadku
płytki prototypowej. Komponenty są instalowane po
jednej stronie płytki, a ich złącza są przeplatane po-
przez otwory na drugą stronę płytki. Złącza kom-
ponentów mogą zostać przylutowane do miedzianych
pól kontaktowych znajdujących się po drugiej stro-
nie płytki. Na poniższym rysunku znajduje się płytka,
która nam się szczególnie spodobała, ponieważ rzędy
otworów zostały wykonane po obu stronach płytki,
co ułatwia montaż dyskretnych komponentów.
Płytka ta została wyprodukowana przez firmę One
Pass Inc.
Istnieją również firmy, które mogą wykonać go-
tową płytkę obwodu drukowanego na podstawie
Twojego projektu. Stosując taką płytkę, można wy-
eliminować potrzebę łączenia komponentów znaj-
dujących się na płytce za pomocą dodatkowych
przewodów.
Kable łączą wszystko
Komponenty zainstalowane na płytce prototypowej nie będą działać, dopóki nie zostaną
połączone ze sobą za pomocą izolowanych, miedzianych drutów (tzw.
drutów
montażowych). Będziemy zwykle korzystać w tym celu z drutów o średnicy
0,6 lub 0,8 mm.
Rozdział 3: Skompletuj swój elektroniczny arsenał
67
Izolacja nieosłoniętych przewodów
Nieosłonięte przewody mogą zostać zaizolowane
za pomocą różnych materiałów. Taśma izolacyjna
może zostać użyta do zabezpieczenia połączeń
lutowniczych, które nie powinny dotykać do elemen-
tów znajdujących się w ich okolicy.
Połączenia lutownicze mogą zostać również osłonię-
te za pomocą koszulki termokurczliwej. Wystarczy
nasunąć taką koszulkę na odsłonięty fragment prze-
wodów, a następnie poddać ją działaniu wysokiej
temperatury, która sprawi, że koszulka się skurczy,
tworząc izolującą warstwę wokół przewodu. Do izo-
lacji przewodów o średnicy 0,6 mm korzystamy
z koszulek termokurczliwych o średnicy 2 mm.
Płynna taśma izolacyjna przydaje się do izolacji
przewodów, których nie można zaizolować za po-
mocą zwyczajnej taśmy izolacyjnej lub koszulki
termokurczliwej. Korzystamy z niej w rozdziałach
5. i 10.
W Ameryce grubość przewodu wyrażana jest w systemie znormalizowanych średnic
AWG. Im większy numer znormalizowanej średnicy AWG, tym mniejszy jest przekrój
przewodu. Przewód AWG 20 posiada przekrój o średnicy 0,8 mm, a przewód AWG 22
posiada przekrój o średnicy 0,6 mm.
W większości projektów opisanych w tej książce korzystamy z drutu o średnicy 0,6 mm.
No dobra — w dwóch rozdziałach korzystamy z drutu o średnicy 0,8 mm, a w jednym
rozdziale stosujemy drut o średnicy 0,4 mm. Użycie przewodów o innych średnicach
będzie uzasadniane w opisach projektów.
Komponenty na płytce łącz za pomocą drutów, a nie przewodów plecionych. Przewody
plecione będą rozdzielać się na pojedyncze druciki, gdy będziesz próbował je wsadzać
w otwory płytki prototypowej.
Przewód izolowany niezbędny do łączenia komponentów możesz kupić
w trzydziestometrowych szpulach. Jeżeli dopiero zaczynasz pracę nad projektami
i planujesz wykonanie tylko kilku gadżetów, to możesz kupić mniejszą,
dziesięciometrową szpulę.
Izolacja przewodu może być wykonana z materiału o dowolnym kolorze. Kup jedną
szpulę w czerwonej izolacji oraz jedną szpulę w czarnej izolacji. Stosując przewody
o różnych kolorach, będzie Ci łatwiej określić funkcję, jaką pełnią w obwodzie.
Możesz również kupić zestaw gotowych przewodów o średnicy 0,6 mm. Z końcówek
tych przewodów producent usunął już izolację. Są to tzw.
przewody połączeniowe.
Korzystając z nich, oszczędzisz dużo czasu — podczas pracy nad płytką prototypową nie
będziesz musiał tracić czasu na odpowiednie skracanie przewodów, zdejmowanie izolacji
z ich końców, a także ich zaginanie.
Złącza
Przewody głośników, silników i mikrofonów podłącza się do płytki za pomocą listwy
zaciskowej.
Zacisk jest małą plastikową bryłą z otworem, w który można włożyć
przewód, a następnie go unieruchomić, dokręcając śrubą.
68
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Kupując listwy zaciskowe, zwracaj uwagę na średnicę pinów, które będą wsadzane
w płytki prototypowe. Niektóre zaciski pasujące do płytek lutowanych okazują się być
trudne do zainstalowania na płytkach prototypowych. Polecamy Ci zakup zacisków
podobnych do komponentu o numerze 276-1388 w katalogu firmy RadioShack. Podobne
listwy zaciskowe znajdziesz również w ofercie firmy Farnell (numer katalogowy 1725656).
Rozdział 4
Nabywanie przydatnych
umiejętności
W tym rozdziale:
►
nauczysz się czytać schematy;
►
dowiesz się, jak należy instalować poszczególne komponenty na płytce prototypowej;
►
rozwiniesz umiejętność lutowania;
►
dowiesz się, jak można rozwiązywać problemy za pomocą multimetru,
►
poznasz zasady, jakich należy przestrzegać podczas pracy nad obudowami projektów.
o wykonania projektu elektronicznego niezbędne są trzy rzeczy: materiały,
przestrzeń robocza i pewne umiejętności, dzięki którym możesz zbudować
z posiadanych materiałów coś, co porusza się, wydaje dźwięki, świeci lub wykonuje
jakieś inne czynności. Oczywiście będziesz potrzebował również czasu, ale to już
tylko Twoja broszka.
W rozdziale 3. pisaliśmy o materiałach i organizacji miejsca pracy. W tym rozdziale
zajmiemy się trzecim elementem — umiejętnościami czytania schematów, łączenia
komponentów i testowania wykonanych projektów. Przedstawimy Ci tylko streszczenie
najważniejszych informacji. Jeżeli chcesz dowiedzieć się więcej, zajrzyj do książki
Elektronika dla bystrzaków autorstwa Gordona McComba i Cathleen Shamieh.
To tylko symbole: czytanie schematów
Schemat jest planem, według którego należy zbudować obwód elektroniczny. Plan
budowy domu składa się z różnych znaków symbolizujących na przykład drzwi oraz
linii symbolizujących ściany. Obwody elektroniczne nie składają się z drzwi i ścian,
więc na ich schematach znajdziesz inne symbole. Będą to symbole tranzystorów,
układów scalonych, rezystorów, a także łączących je przewodów.
Zapoznaj się ze „Ściągą” — tabelą zawierającą symbole spotykane na większości
schematów.
Schematy ułatwiają zrozumienie działania danego projektu elektronicznego i pozwalają go
zbudować. Obwód możesz zbudować na bazie płytki prototypowej (więcej informacji
na ten temat znajdziesz w następnej sekcji „Praca z płytką prototypową”), wkładając
w otwory płytki kolejne komponenty i łączące je przewody zgodnie ze schematem.
D
70
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Analiza prostego schematu
Bardzo prosty obwód może składać się z baterii zasilającej, jednego komponentu
i przewodów łączących go z baterią. Na rysunku 4.1 znajduje się schemat, w którym
bateria o napięciu 1,5 V zasila diodę LED za pośrednictwem przewodów łączących jej
odpowiednie wyprowadzenia z dodatnim i ujemnym biegunem baterii. Po podłączeniu
przewodów do baterii prąd wypływa z jednego bieguna baterii, przepływa przez diodę
LED, sprawiając, że dioda ta świeci, a następnie wpływa do drugiego bieguna baterii.
Gdyby dioda LED była podłączona tylko do jednego bieguna baterii, to prąd by nie płynął
przez ten obwód, a dioda nie emitowałaby światła.
Rysunek 4.1.
Prosty obwód
zasilany za po-
mocą baterii
Czasami obwody zawierają zbyt wiele komponentów, aby pokazać połączenie każdego
z nich z baterią. W takich przypadkach stosuje się symbole źródła napięcia (w celu
oznaczenia dodatniego bieguna baterii lub ogniwa) i symbol masy (w celu oznaczenia
ujemnego bieguna baterii lub ogniwa). Taką symbolikę zastosowano na rysunku 4.2.
Jest to ten sam obwód, który przedstawiliśmy na rysunku 4.1, ale symbol ogniwa
zastąpiliśmy symbolami źródła napięcia i masy. Symbole te stosuje się również
w sytuacjach, gdy masy komponentów są łączone z metalową podstawą montażową,
a obwód jest zasilany za pomocą zasilacza.
Rysunek 4.2.
Symbol ogniwa
został zastąpio-
ny symbolem
źródła napięcia
oraz masy
Więcej informacji na temat łączenia komponentów z dodatnią i ujemną szyną zasilającą
znajdziesz w sekcji „Anatomia płytki prototypowej”.
Rozdział 4: Nabywanie przydatnych umiejętności
71
Połączenia (przewody, przez które przepływa prąd) pomiędzy komponentami
znajdującymi się w obwodzie mają zwykle formę drutów lub miedzianych elementów
znajdujących się wewnątrz płytki prototypowej. Na schemacie zwykle nie znajdziesz
informacji na temat tego, jak dane połączenie ma zostać wykonane. Schematy informują
jedynie o istnieniu danego połączenia. Na rysunku 4.3 pokazano kilka metod oznaczania
połączeń przewodów.
Rysunek 4.3.
Oznaczenia
krzyżujących
się przewodów
— przewody
w takich miej-
scach mogą
być ze sobą
zwarte lub nie
Na schematach znajdziesz również symbole często stosowanych komponentów, takich
jak rezystory, diody, kondensatory i tranzystory (zobacz rysunek 4.4). Wyjaśnienie
działania tych komponentów znajdziesz w rozdziale 3.
Rysunek 4.4.
Symbole typo-
wych kompo-
nentów
72
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Przełączniki
Przełączniki mogą być stosowane do włączania i wyłączania zasilania obwodu lub do
łączenia pinu danego komponentu z napięciem zasilającym lub masą. Przełączniki nie
są oznaczane za pomocą pojedynczych symboli. Istnieją różne symbole przełączników.
Ich wygląd zależy:
od ilości przewodów zwieranych przez dany przełącznik;
od tego, czy przełącznik pozostaje w pozycji wybranej przez użytkownika,
czy automatycznie powraca do pozycji wyjściowej po zwolnieniu go przez
użytkownika.
SPST (przełącznik jednobiegunowy, jednopozycyjny) posiada jedno złącze
wejściowe i jedno wyjściowe. Do złączy tych można podłączyć kable, które chcemy
ze sobą zewrzeć. Jeden z tych przewodów może np. łączyć przełącznik z ujemnym
biegunem baterii, a drugi przewód może łączyć przełącznik z obwodem. W takim
przypadku prąd będzie płynął przez obwód tylko wtedy, gdy przełącznik zewrze ze
sobą te dwa przewody. Po przestawieniu przełącznika w pozycję otwartą prąd nie
będzie mógł płynąć przez obwód.
Istnieją również chwilowe przełączniki SPST. Takie przełączniki są normalnie otwarte
lub normalnie zamknięte. Ich pracą sterują guziki wciskane przez użytkownika lub
przekaźniki. Normalnie otwarty przełącznik przewodzi prąd tylko w momencie wciśnięcia
go. Po zwolnieniu powraca do standardowej, otwartej pozycji. Przełącznik normalnie
zamknięty nie będzie dopuszczał do przepływu prądu tylko wtedy, gdy będzie wciskany.
Po zwolnieniu powróci do standardowej, zamkniętej pozycji.
SPDT (przełącznik jednobiegunowy, dwupozycyjny) posiada jedno wejście i dwa
wyjścia, do których można podłączyć przewody i sterować pracą obwodu. Załóżmy, że
przewód biegnący do wejścia podłączono do źródła prądu, jeden przewód wyjściowy
połączono z zieloną diodą LED, a drugi przewód wyjściowy połączono z czerwoną
diodą LED. Po ustawieniu przełącznika w jednej pozycji palić się będzie zielona dioda,
a po ustawieniu go w drugiej zielona dioda zgaśnie, a zapali się czerwona.
Przełącznik
DPDT (przełącznik dwubiegunowy, dwupozycyjny) można postrzegać
jako tworzące tandem połączone ze sobą dwa przełączniki SPDT. Zajrzyj do rozdziału 13.
Używamy tam przekaźników do uproszczenia połączeń wykonanych na płytce
prototypowej projektu.
Zmienne oznaczane na schematach
Niektóre komponenty są spolaryzowane, co oznacza, że musisz uważać na to, aby nie
zainstalować ich odwrotnie. Polaryzacja komponentów może być oznaczona na schemacie
(zobacz rysunek 4.5).
Dodatnia elektroda spolaryzowanych kondensatorów i diod LED jest łatwa do
zidentyfikowania, ponieważ jest ona dłuższa od elektrody masy. Informację na temat
tego, które piny układów scalonych i tranzystorów należy podłączać do dodatniego
bieguna baterii, a które do ujemnego, znajdziesz w ich notach aplikacyjnych.
Nota
aplikacyjna jest dokumentem, w którym producent podaje pełną specyfikację danego
komponentu. Więcej informacji na temat złączy znajdziesz w rozdziale 3.
Rozdział 4: Nabywanie przydatnych umiejętności
73
Rysunek 4.5.
Często spoty-
kane oznacze-
nia polaryzacji
Niektóre komponenty mogą mieć
zmienny charakter, co znaczy, że charakteryzujące
je parametry można zmieniać podczas pracy obwodu. Takimi komponentami są np.
rezystory nastawne (nazywane również
potencjometrami), kondensatory nastawne
i cewki nastawne. Komponenty tego typu mogą być stosowane np. do regulacji głośności
lub dostrojenia radioodbiornika.
Składanie całego obwodu
Znasz już oznaczenia elementów występujących na schematach. Teraz czas się dowiedzieć,
jak należy czytać schematy. Na rysunku 4.6 znajduje się schemat obwodu omówionego
w rozdziale 6. Obwód składa się między innymi z mikrofonu i wzmacniacza.
Przedstawiony obwód współpracuje z metalową czaszą mikrofonu
parabolicznego,
która pomaga mikrofonowi w odbiorze dźwięku.
74
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Rysunek 4.6.
Schemat
mikrofonu
parabolicznego
Zacznijmy od tego, że jeżeli dwa symbole są połączone linią, to w rzeczywistości te
dwa komponenty mają być połączone ze sobą za pomocą przewodu. Jeżeli dwie linie
krzyżują się ze sobą i w miejscu ich skrzyżowania znajduje się kropka, to takie przewody
są również ze sobą połączone.
Ze schematu można odczytać następujące informacje:
Obwód jest zasilany
akumulatorem o napięciu 6 V.
S1 jest
przełącznikiem typu SPST. Za jego pomocą można
włączyć lub wyłączyć dopływ prądu do obwodu.
Mikrofon elektretowy (MIKROFON) przetwarza fale dźwiękowe na
sygnał elektryczny.
Rezystor R1 łączy mikrofon z dodatnim zaciskiem baterii — do
mikrofonu jest dostarczany prąd o odpowiednim napięciu (3 V). Zwróć uwagę,
że nad i pod tym rezystorem znajdują się kropki sygnalizujące istnienie połączenia
galwanicznego pomiędzy przewodami.
C1 jest
kondensatorem umieszczonym pomiędzy rezystorami R1 i R2.
R2 to
potencjometr, którego jeden zacisk połączono z kondensatorem C1,
drugi zacisk z ujemnym biegunem baterii, a zacisk o zmiennej rezystancji
połączono do pinu nr 3 układu IC1
IC1 jest
wzmacniaczem audio (wzmacniaczem operacyjnym),
którego pin nr 3 jest podłączony do rezystora R2.
Rozdział 4: Nabywanie przydatnych umiejętności
75
Piny nr 2 i 4 układu IC1 są połączone z ujemnym biegunem baterii.
Pin nr 6 układu IC1 jest podłączony do dodatniego bieguna baterii.
Pomiędzy pinami nr 1 i 8 układu IC1 wpięto
kondensator C2. Dodatni zacisk
kondensatora podłączono do pinu nr 1.
Pomiędzy pinem nr 7 układu IC1 i ujemnym biegunem baterii zainstalowano
kondensator C3.
Pomiędzy pinem nr 5 układu IC1 i głośnikiem (lub słuchawką) zainstalowano
kondensator C4.
Pomiędzy pinem nr 75 układu IC1 i rezystorem R3 zainstalowano
kondensator C5.
Rezystor R3 jest zainstalowany pomiędzy kondensatorem C5 i ujemnym
biegunem baterii.
Głośnik jest wpięty pomiędzy kondensator C4 i ujemne złącze baterii.
W praktyce do układu zamiast głośnika będziemy podłączać słuchawkę.
Praca z płytką prototypową
Płytka prototypowa jest komponentem pozwalającym na zbudowanie obwodu
i sprawdzenie jego działania. Nie musisz wykonywać żadnych połączeń lutowniczych.
Wystarczy, że wepniesz komponenty w płytkę, a następnie połączysz je za pomocą
drucików.
Gdy już będziesz pewny, że wszystko w obwodzie działa, jak należy, możesz stworzyć
finalną wersję obwodu, przylutowując wszystkie komponenty do płytki obwodu
drukowanego. Więcej informacji na ten temat znajdziesz w książce Elektronika
dla bystrzaków autorstwa Gordona McComba i Cathleen Shamieh.
Anatomia płytki prototypowej
Płytka prototypowa jest wykonana z plastiku. Po jednej stronie płytki znajdują się
otwory, a po drugiej metalowe paski. Do otworów płytki wkłada się małe druciki
wystające z poszczególnych komponentów. W otworach znajdują się metalowe
styki.
Metalowe paski biegnące po drugiej stronie płytki pozwalają na połączenie komponentów
z baterią.
Płytki prototypowe mogą mieć różne rozmiary, ale niezależnie od rozmiaru górne
i dolne rzędy otworów każdej płytki (zobacz rysunek 4.7) są zwarte ze sobą
w płaszczyźnie poziomej. Zwykle podłącza się je do baterii zasilającej układ.
Skąd masz wiedzieć, jak dużej płytki potrzebujesz? Niektóre płytki posiadają aż 3200
otworów montażowych! Nie przesadzaj jednak z ich ilością! Do wykonania projektów
opisanych w tej książce my stosowaliśmy płytki posiadające 400 otworów (w przypadku
małych obwodów) i 830 otworów (w przypadku średnich obwodów). Podczas pracy
nad dużymi obwodami łączyliśmy ze sobą dwie płytki za pomocą wykonanych na nich
wycięć i perforacji.
76
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Rysunek 4.7.
Nasze dwa ulu-
bione rozmiary
płytek prototy-
powych nie-
wymagających
wykonywania
połączeń lu-
towniczych
Zwróć uwagę na to, że na płytkach znajdują się znaki + (plus) i – (minus). Dodatni
biegun baterii należy podłączyć do rzędu oznaczonego znakiem plusa — otwory
znajdujące się w tym rzędzie można określić mianem
dodatniej szyny zasilającej.
Ujemny biegun baterii należy podłączyć do rzędu oznaczonego znakiem minusa
—otwory znajdujące się w tym rzędzie tworzą
szynę masy. Dodatnie szyny zasilające
biegną po obu stronach płytki, przez całą jej długość. Dzięki temu każdy z komponentów
może być połączony z dowolnym biegunem baterii za pomocą krótkiego kawałka drutu.
Inne otwory znajdujące się na płytce są połączone ze sobą w płaszczyźnie pionowej
— na płytce znajdują się rzędy składające się z pięciu otworów zwartych ze sobą za
pomocą metalowych pasków. Większość osób instaluje układy scalone na środku płytki
— każdy z pinów układu scalonego jest wpinany do innego rzędu otworów. Dzięki
temu do każdego pinu układu scalonego możemy podłączyć inne komponenty,
korzystając z czterech wolnych otworów. Taki montaż układu scalonego znacząco
ułatwia pracę nad obwodem.
Nie usmaż swojej płytki prototypowej. Płytki te są bardzo wrażliwe na ciepło. Zwarcie
może spowodować stopienie plastiku, z którego są wykonane. Sprawdzaj, czy zasilane
komponenty nie przegrzewają się. Płytki prototypowe są przeznaczone do pracy nad
projektami zasilanymi prądem stałym o niskim napięciu. Nie wyciskaj z nich zbyt wiele.
Rozkład elementów na płytce
Układ wykonany na płytce nie będzie wyglądał tak samo jak jego schemat ideowy.
Montując komponenty na płytce prototypowej, musisz pamiętać o kilku rzeczach.
Autorzy schematów pokazują komponenty i połączenia, jakie należy wykonać między
nimi. Płytka prototypowa jest zaprojektowana tak, aby możliwy był na niej montaż
jak największej ilości komponentów. Oto kilka rzeczy, o których należy pamiętać.
Rozdział 4: Nabywanie przydatnych umiejętności
77
Numeracja pinów: Układy scalone mają piny, które są numerowane w kolejności
przeciwnej do ruchu wskazówek zegara. Pin nr 1 znajduje się przy oznaczeniu w formie
wcięcia lub kropki (zobacz rysunek 4.8). Wszystkie układy scalone należy zamontować
tak, aby ich oznaczenia były zwrócone w tym samym kierunku. Dzięki temu unikniesz
problemów wynikających z odwrotnego montażu układu, a dodatkowo łatwiej Ci będzie
określić numerację nóżek zamontowanych układów. Informacje dotyczące funkcji
poszczególnych złączy układu scalonego znajdziesz w nocie katalogowej.
Rysunek 4.8.
Schemat nume-
rowania pinów
układu scalo-
nego
Warto dbać o porządek: Pracuj powoli i dbaj o to, aby płytka była wykonana schludnie.
Pozwoli Ci to uniknąć popełnienia błędów, a także ułatwi usuwanie ewentualnych
usterek.
Zachowuj odstępy: Montując kolejne komponenty, zachowuj odstęp pomiędzy nimi.
Lepiej jest umieszczać komponenty w pewnych odstępach i wykonać układ na większej
płytce (lub wykonać go na kilku płytkach), niż montować elementy jak najbliżej siebie.
Łatwiej Ci będzie później modyfikować i poprawiać wykonany obwód.
Minimalizuj ilość użytych przewodów połączeniowych: Staraj się używać jak
najmniejszej ilości przewodów połączeniowych. Jeżeli możesz włożyć wyprowadzenie
jednego komponentu do otworu znajdującego się w tym samym rzędzie, gdzie
podłączono drugi z komponentów, który chcesz połączyć, to zrób to. Pozwoli Ci to
uniknąć konieczności stosowania dodatkowego przewodu połączeniowego. Im mniej
przewodów zastosujesz, tym większy porządek będziesz mieć na płytce.
Pracę z płytką ułatwia stosowanie kolorowych przewodów połączeniowych. Wiele
osób wykonuje połączenia z szyną masy za pomocą czarnych przewodów, a połączenia
z dodatnią szyną zasilającą za pomocą przewodów o czerwonej izolacji. Przewody
połączeniowe umieszczaj pod kątem prostym w stosunku do rzędów z otworami.
Wykonując połączenia „po przekątnej”, utrudnisz sobie ewentualny montaż kolejnych
elementów na płytce.
78
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Przewody połączeniowe powinny być na tyle długie, żeby za ich pomocą można było
połączyć złącza układu scalonego z pozostałymi elementami obwodu, a jednocześnie
na tyle krótkie, aby niepotrzebnie nie plątały się po płytce. Przewody połączeniowe
należy doprowadzać do układu scalonego w taki sposób, aby w razie konieczności
wymiany czipu nie trzeba było wyjmować podłączonych do niego przewodów.
Warto jest kupić zestaw gotowych kabli połączeniowych. Oszczędzisz sporo czasu,
ponieważ nie będziesz musiał przycinać kabli do odpowiedniej długości ani zdejmować
izolacji z ich końców. Niestety w takim zestawie przewody o różnej długości posiadają
inne kolory izolacji, a więc korzystając z tego typu przewodów, nie możesz oznaczać
poszczególnych połączeń odpowiednimi kolorami. Większość fotografii umieszczonych
w książce jest czarno-biała, postanowiliśmy więc korzystać z wygody oferowanej przez
zestaw gotowych kabli połączeniowych i zrezygnować z oznaczania połączeń na płytce
prototypowej przewodami o odpowiednich kolorach.
Montaż przewodów i komponentów
Krótko mówiąc, podczas pracy z płytką prototypową stosuj się do następujących zasad:
1.
Połączenia wykonuj za pomocą drutu o średnicy 0,6 mm (zobacz
rysunek 4.9).
Rysunek 4.9.
Przewody jed-
nożyłowe
— pleciony
(linka) i drut
Nie używaj przewodów plecionych. Przewody tego typu podczas wkładania w otwór
płytki prototypowej będą rozplątywać się na wiele cienkich drucików. Jeżeli
fragment któregoś drucika zostanie ułamany, może to spowodować zwarcie.
W ramce „Kiedy warto stosować przewód pleciony” znajdziesz informacje na
temat tego, w jakich sytuacjach będziesz mógł korzystać z tego typu przewodów.
2.
Zmierz długość przewodu niezbędnego do wykonania danego połączenia.
3.
Zdejmij około 5 mm izolacji z obu końców przewodu.
Pamiętaj o tym, że lepiej jest kupić zestaw kabli, z których końców usunięto
izolację.
Rozdział 4: Nabywanie przydatnych umiejętności
79
4.
Zegnij odsłonięty drut pod kątem prostym.
5.
Zagiętą końcówkę włóż w otwór płytki prototypowej.
Na rysunku 4.10 znajduje się wykonany na płytce prototypowej obwód, którego
schemat widziałeś wcześniej na rysunku 4.6. Na rysunku nie widać potencjometru,
mikrofonu, baterii, włącznika i głośnika. Komponenty te zostaną podłączone do płytki
prototypowej za pośrednictwem pięciu zacisków (TB).
Zaciski instaluje się w otworach
płytki prototypowej. Są to komponenty pozwalające na podłączenie do obwodu
zewnętrznych komponentów. Kable komponentów są wkładane do zacisków,
a następnie unieruchamiane za pomocą śruby.
Rysunek 4.10.
Obwód mikro-
fonu parabo-
licznego wyko-
nany na płytce
prototypowej
Zwróć uwagę na to, że wyprowadzenie kondensatora C2 zostało wpięte w otwór
znajdujący się w tym samym rzędzie, co otwór, do którego podłączono pin nr 1 układu
IC1 — komponenty te zostały połączone elektrycznie. Warto dbać o porządek na
płytce i nie plątać przewodów wokół układów scalonych.
Zwróć uwagę na to, że wszystkie przewody połączeniowe leżą płasko na powierzchni
płytki. Zostały one skrócone do niezbędnej długości — dzięki temu zbędna część kabla
nie wystaje z płytki.
Zmierzyliśmy długość drutów wystających z rezystora. Chcieliśmy zainstalować
rezystory tak, aby mogły one połączyć odpowiednie otwory płytki. Musieliśmy
80
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
pamiętać o tym, że aby zamontować rezystor w otworze płytki, jego oba wyprowadzenia
muszą zostać zgięte, a długość każdego zgiętego fragmentu powinna wynosić około 5 mm.
Złącza kondensatorów ceramicznych należy zgiąć pod kątem 45°, tak aby przednia
ścianka kondensatora była widoczna. Dzięki temu będziesz mógł z łatwością odczytać
pojemność kondensatora zainstalowanego na płytce.
Złącza kondensatorów elektrolitycznych należy skrócić do długości około 2 cm.
Dzięki temu kondensatory te nie będą wystawać zbyt mocno z płytki.
Płytka prototypowa pozwala na wielokrotne korzystanie z tych samych komponentów
— te same komponenty mogą zostać użyte do budowy kilku projektów. Pamiętaj
jednak o tym, że nóżki komponentów są delikatne i z łatwością można je połamać.
Wyjmując układy scalone z płytki, korzystaj ze specjalnego narzędzia przeznaczonego
do wyciągania układów scalonych. Możesz również posiłkować się płaską końcówką
małego śrubokrętu. Staraj się podpierać oba końce układu scalonego. W przeciwnym
razie z łatwością go uszkodzisz. Nóżki układów scalonych nie zostały zaprojektowane
tak, aby można je było wyginać więcej niż raz lub dwa razy. Następnym razem mogą
po prostu pękać.
Wykonywanie połączeń lutowniczych
Podczas pracy nad projektami elektronicznymi będziesz miał do czynienia z wieloma
małymi
komponentami (takimi jak np. tranzystory i kondensatory), przewodami
i elementami takimi jak mikrofony, żarówki itp. Często będziesz spotykał się z sytuacją,
w której zaistnieje konieczność wykonania połączenia lutowniczego pomiędzy jakimiś
elementami obwodu.
Spoiwo lutownicze jest metalicznym materiałem, które po
stopieniu może zostać nałożone na łączone ze sobą komponenty. Po ostygnięciu
spoiwo to utworzy trwałe połączenie galwaniczne pomiędzy tymi komponentami.
Dlaczego mimo korzystania z płytki prototypowej czasem zachodzi konieczność
wykonania połączeń lutowniczych? Korzystamy z płytki prototypowej po to, aby nie
trzeba było przylutowywać do niej komponentów na stałe, ale będziemy prosili Cię
o przylutowanie przewodów łączących płytkę z komponentami takimi jak mikrofony
i przełączniki, a więc musisz opanować umiejętność lutowania.
Nabycie umiejętności wykonywania idealnych połączeń lutowniczych wymaga czasu
i praktyki. Na początek przedstawimy Ci kilka cennych rad.
Koniecznie zapoznaj się ze znajdującymi się w rozdziale 2. zasadami bezpiecznego
wykonywania połączeń lutowniczych. Lutownica rozgrzewa się do około 400° C.
Nie chcemy, abyś się poparzył.
Posługiwanie się lutownicą
Lutownica (czasami nazywana również ołówkiem lutowniczym) jest niczym
różdżka, która rozgrzewa się do temperatury tak wysokiej, że gdy dotkniesz nią spoiwa
lutowniczego, to ulegnie ono stopieniu. Poszczególne modele lutownic mogą się
różnić ceną i oferowanymi funkcjami, o czym pisaliśmy w rozdziale 3. Przykładową
lutownicę pokazaliśmy na rysunku 4.11.
Rozdział 4: Nabywanie przydatnych umiejętności
81
Rysunek 4.11.
Przykładowa
lutownica
Przygotowując się do lutowania, upewnij się, że założyłeś odpowiedni grot. Najlepiej
jest korzystać z mniejszego grotu w kształcie stożka lub dłuta. Następnie upewnij się,
że lutownicę można bezpiecznie ułożyć w stojaku. Potem poczekaj, aż lutownica
nagrzeje się do około 400°C. Jeżeli spoiwo lutownicze topi się po dotknięciu nim do
czubka lutownicy, to znaczy, że przyrząd lutowniczy jest już rozgrzany do właściwej
temperatury.
Jeżeli korzystasz z nowej lutownicy, to przed przystąpieniem do pracy pokryj jej czubek
cyną. Podczas późniejszej pracy z lutownicą należy od czasu do czasu powtarzać tę
czynność.
1.
Rozgrzej lutownicę.
2.
Wyczyść grot o zmoczoną gąbkę.
3.
Rozprowadź na grocie niewielką ilość spoiwa lutowniczego.
4.
Wytrzyj nadmiar spoiwa o gąbkę.
Praca ze spoiwem lutowniczym
Spoiwo jest miękkim metalem. Będziemy korzystać ze stopu cyny z ołowiem
zawierającego topnik.
Topnik jest substancją, która oczyszcza miejsce wykonywanego
lutu. Dzięki niemu spoiwo lutownicze lepiej przywiera do łączonych elementów.
Spoiwo lutownicze ma formę drutu. Do pracy nad projektami elektronicznymi
opisanymi w tej książce nie potrzebujesz bardzo cienkiego spoiwa. Korzystamy
ze spoiwa o średnicy 0,8 mm.
Podczas topienia spoiwa lutowniczego powstają toksyczne opary. Nie chciałbyś,
aby były one wdychane przez Twojego największego wroga. Aby uniknąć toksycznych
oparów, korzystaj z cyny bezołowiowej. Niezależnie od używanego spoiwa pracuj
tylko w dobrze wentylowanych pomieszczeniach.
82
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Aby wykonać połączenie lutownicze, przyłóż zimne (nierozpuszczone) spoiwo lutownicze
do komponentu, który chcesz przylutować. Następnie rozgrzej za pomocą lutownicy
lutowany element. Nie przykładaj lutownicy do spoiwa (zobacz rysunek 4.12).
Rysunek 4.12.
W zaprezento-
wanym przy-
kładzie lutowni-
ca dotyka
drutu, a nie
spoiwa lutow-
niczego
Podczas pracy trzymaj lutownicę blisko jej podstawy (tak, jakbyś trzymał ołówek).
Pod żadnym pozorem nie dotykaj rozgrzanego grotu. Dotknij lutownicą do elementów,
które chcesz ze sobą połączyć. Rozgrzej je, a następnie rozprowadź na nich cynę. Cyna
rozpłynie się wokół komponentów, tak jak woda rozpływa się wokół palca włożonego
pod odkręcony kran.
Po wykonaniu połączenia odłóż lutownicę i spoiwo na bok. Odczekaj chwilę, aż
połączone elementy ostygną. Przyjrzyj się wykonanemu połączeniu. Cyna powinna
błyszczeć i mieć kształt niewielkiej górki (nie powinna wyglądać jak piłka, z której
spuszczono powietrze).
Oto wskazówki, które pozwolą Ci wykonywać prawidłowe połączenia lutownicze:
Zachowaj czystość. Łączone elementy powinny być czyste tak samo jak
końcówka lutownicy, którą należy pokryć cienką warstwą cyny.
Więcej informacji na temat rozprowadzania cienkiej warstwy cyny na grocie
znajdziesz w poprzedniej sekcji tego rozdziału.
Pilnuj temperatury. Upewnij się, że lutownica jest rozgrzana do właściwej
temperatury. Podgrzewaj łączone elementy, zanim rozprowadzisz na nich spoiwo
lutownicze.
Zachowaj ostrożność. Łączone elementy powinny być rozgrzewane lutownicą
tylko przez kilka sekund.
Zbyt długie rozgrzewanie komponentu może doprowadzić do jego uszkodzenia.
Chroń swoje oczy. Wszystkie połączenia lutownicze wykonuj w okularach
ochronnych.
W wyniku działania wysokiej temperatury pęcherzyki powietrza znajdujące się
w spoiwie mogą niespodziewanie pęknąć. Lepiej, żeby spoiwo lutownicze nie
wpadło do Twojego oka.
Zachowaj czystość (część II). Gąbka, o którą wycierasz nadmiar spoiwa
zgromadzonego na lutownicy, powinna być wilgotna, ale nie ociekać wodą.
Lutownicę należy wycierać o tę gąbkę przed wykonaniem każdego kolejnego
połączenia.
Rozdział 4: Nabywanie przydatnych umiejętności
83
Zegnij przewód przed jego przylutowaniem. Przed przylutowaniem
przewodu do komponentu wygnij jego koniec tak, aby przybrał kształt litery U.
Zagiętą końcówkę przewodu włóż w końcówkę oczkową znajdującą się na
komponencie. Przewód unieruchom w końcówce oczkowej za pomocą
kombinerek. W ten sposób będziesz mógł wykonać połączenie lutownicze
bez konieczności przytrzymywania przewodu ręką, co jest bardzo kłopotliwe,
ponieważ dysponujesz tylko dwiema rękami, a musisz trzymać w nich spoiwo
i lutownicę.
W sekcji „Narzędzia, które pomogą Ci podczas lutowania” znajdziesz informacje
na temat ścisków, które mogą pełnić funkcję Twojej trzeciej ręki.
Na rysunku 4.13 przedstawiono przełącznik i dwa potencjometry. Do ich zacisków
przylutowano przewody.
Rysunek 4.13.
Przewody
przylutowane
do końcówek
oczkowych
komponentów
Zegnij przewód przed jego przylutowaniem (część II). Aby przylutować
przewód do pola kontaktowego komponentu, na które naniesiono już spoiwo
lutownicze, wykonaj następujące czynności:
1. Zegnij końcówkę przewodu pod kątem 45°.
2. Podgrzej koniec przewodu.
3. Pokryj przewód cienką warstwą spoiwa lutowniczego.
4. Dociśnij przewód do pola kontaktowego za pomocą lutownicy.
5. Dociskaj przewód lutownicą do momentu rozpuszczenia się spoiwa naniesionego na pole
kontaktowe.
6. Odłóż lutownicę, unieruchamiając przewód ręką aż do momentu zastygnięcia spoiwa
lutowniczego. Przewód należy trzymać w palcach kilka cm od miejsca wykonywania
połączenia lutowniczego — dzięki temu nie poparzysz palców.
84
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Staraj się unieruchamiać lutowane komponenty. Więcej informacji na temat
ścisków, które mogą być użyte w tym celu, znajdziesz w sekcji „Narzędzia, które
pomogą Ci podczas lutowania”.
Na rysunku 4.14 przedstawiono wkładkę mikrofonową, do której przylutowano
kable, korzystając z powyższej instrukcji.
Rysunek 4.14.
Przewody
przylutowane
do pól kontak-
towych
Narzędzia, które pomogą Ci
podczas lutowania
Do wykonywania połączeń lutowniczych będziesz potrzebował tylko lutownicy i spoiwa,
ale istnieją również inne akcesoria, które ułatwią Ci pracę. Są to między innymi:
Gąbka. Przed wykonaniem kolejnego połączenia lutowniczego powinieneś
wytrzeć jej grot o wilgotną (ale nie przesadnie mokrą) gąbkę.
Środek do czyszczenia grotu lutownicy. Brudny grot może dosłownie
odstraszać spoiwo lutownicze. Będzie ono tworzyło kulki i nie rozpłynie się tam,
gdzie chcesz. Jeżeli grot jest tak brudny, że nie można go po prostu wytrzeć
o wilgotną gąbkę, to możesz go wyczyścić chemicznie za pomocą specjalnej pasty.
Knot rozlutowniczy. Czasami trzeba rozlutować połączone wcześniej elementy,
ponieważ połączenie lutownicze zostało wykonane nieprawidłowo. W takim
przypadku naniesioną wcześniej cynę pomoże Ci usunąć
knot rozlutowniczy,
czyli splot miedzianych drucików, który może nasiąknąć spoiwem lutowniczym.
Trzecia ręka. Możesz kupić różne wyrafinowane uchwyty, które unieruchomią
łączone przez Ciebie komponenty. My osobiście wolimy korzystać z imadła
i zacisku typu aligator.
Rozdział 4: Nabywanie przydatnych umiejętności
85
Wykonywanie pomiarów
za pomocą multimetru
Multimetr (zobacz rysunek 4.15) jest przyrządem pomiarowym służącym do pomiarów
różnych wielkości, takich jak rezystancja, napięcie i natężenie prądu. Niektóre
multimetry pozwalają na zweryfikowanie poprawności działania komponentów, takich
jak diody, kondensatory i tranzystory. Multimetr przydaje się również podczas usuwania
usterek. Dzięki niemu można znaleźć punkt obwodu, w którym napięcie jest zbyt
niskie, co może świadczyć o uszkodzeniu jakiegoś komponentu znajdującego się
w pobliżu takiego punktu.
Rysunek 4.15.
Wielofunkcyjny
multimetr
Aby kupić multimetr, nie musisz rozbijać swojej świnki-skarbonki. Najtańsze modele
kupisz już za około 35 zł. Jeżeli zależy Ci na bardziej zaawansowanych funkcjach, to
możesz wydać nawet ponad 400 zł. Znajdź model, którego cena Ci odpowiada, ale kup
multimetr droższy od niego. Będziesz często z niego korzystał. Uwierz nam, że warto
wydać kilkanaście złotych więcej i kupić lepszy model. Więcej informacji na temat
multimetru znajdziesz w rozdziale 3.
Działanie multimetru
Do multimetru dołączone są dwa przewody: jeden z nich ma kolor czerwony, a drugi
czarny. Przewody te podłącza się do testowanych komponentów lub fragmentów
obwodów. Wynik pomiaru zostanie wyświetlony za pomocą cyfr na ekranie urządzenia.
Na środku multimetru znajdziesz pokrętło służące do ustawienia trybu pomiaru, czyli
tego, czy urządzenie ma mierzyć rezystancję, napięcie, czy natężenie prądu. Pokrętłem
tym określa się również zakres pomiarowy.
Uwaga! Niektóre multimetry posiadają
86
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
funkcję automatycznego doboru zakresu pomiarowego. Funkcja ta ułatwi Ci pracę
— nie będziesz musiał tracić czasu na ręczne określanie zakresu pracy przyrządu
pomiarowego.
Przewody próbników są zwykle zakończone zwykłą końcówką w kształcie stożka.
Możesz kupić specjalne zaciski, które po nałożeniu na te końcówki pozwolą Ci
na zaciśnięcie ich na wyprowadzeniu komponentu. Takie zaciski bardzo ułatwiają
wykonywanie czynności pomiarowych. Zaufaj nam.
Multimetr jest najczęściej stosowany do pomiaru rezystancji i napięcia.
Pomiar rezystancji
Producenci rezystorów zakładają, że wszyscy umieją odczytać nadrukowany na nich
kod paskowy. Kod ten zawiera informacje na temat znamionowego oporu elektrycznego
stawianego przez dany rezystor. Wielkość tę można określić w prostszy sposób:
1.
Zaczep probówki multimetru o złącza rezystora.
2.
Włącz tryb pomiaru rezystancji i zakres pomiarowy, w którym Twoim
zdaniem dany rezystor może się mieścić.
3.
Odczytaj wynik pomiaru.
Jeżeli na ekranie multimetru wyświetlona zostanie cyfra 1, to znaczy, że wybrałeś
zbyt niski zakres pomiarowy. Wybieraj kolejno wyższe zakresy pomiarowe aż do
prawidłowego wyświetlenia mierzonej wielkości. Jeżeli na ekranie widnieje wartość
bliska zeru, to znaczy, że wybrałeś zbyt wysoki zakres pomiarowy. Wybieraj
kolejno niższe zakresy pomiarowe aż do prawidłowego wyświetlenia mierzonej
wielkości. Jeżeli na ekranie wyświetlane jest zero, a multimetr pracuje w najniższym
zakresie pomiarowym, to znaczy, że testowany przez Ciebie element charakteryzuje
się zerową rezystancją.
Za pomocą multimetru pracującego w trybie pomiaru rezystancji można również
sprawdzać działanie przełączników i przekaźników. Działanie przełącznika SPST możesz
sprawdzić, podłączając na przykład do jego złączy probówki przyrządu pomiarowego.
Uwaga: czasami może trafić się egzemplarz, który nie pracuje prawidłowo. Gdy styki
przełącznika będą rozwarte, to na ekranie multimetru powinna zostać wyświetlona
cyfra 1. Cyfra ta informuje Cię, że rezystancja, którą próbujesz zmierzyć, jest wyższa
od maksymalnej rezystancji, którą może zmierzyć miernik. Po przestawieniu przełącznika
na inną pozycję multimetr powinien wskazywać rezystancję bliską zeru omów. W ten
sam sposób można również testować przełączniki SPDT i DPDT, a także przekaźniki.
Tak samo można sprawdzić funkcję poszczególnych złączy tych komponentów
(korzystamy z nich np. w rozdziale 13.).
Pomiar napięcia
Aby zmierzyć napięcie, musisz dotknąć czerwonym próbnikiem do dodatniego bieguna
testowanej baterii lub obwodu. Czarny próbnik powinieneś podłączyć do ujemnego
bieguna baterii lub zbiorczej szyny masy obwodu. Multimetr należy przełączyć w tryb
pomiaru napięcia i włączyć spodziewany zakres pomiarowy.
Rozdział 4: Nabywanie przydatnych umiejętności
87
Często wykonywaną czynnością jest sprawdzenie napięcia baterii lub zasobnika
z bateriami. W takiej sytuacji czerwonym próbnikiem należy dotknąć do jednego
bieguna zasobnika. Czarnym próbnikiem należy dotknąć do przeciwnego bieguna
zasobnika. Jeżeli w zasobniku znajdują się cztery nowe baterie, to mierzone napięcie
powinno mieć wartość 6 V. Jeżeli na ekranie multimetru wyświetliła się wartość –6 V,
to nie martw się. Wystarczy, że odwrócisz kolejność próbników. Im dłużej używany
jest dany zestaw baterii, tym jego napięcie bardziej spada. Jeżeli napięcie na zasobniku
wynosi mniej niż 5 V, to znaczy, że powinieneś kupić nowe baterie.
Jeżeli zbudowany przez Ciebie obwód nie działa, to procedurę usuwania usterek
powinieneś zacząć od zmierzenia różnicy potencjałów pomiędzy dodatnią szyną
zasilającą a szyną masy:
1.
Utnij dwa kawałki drutu o średnicy 0,6 mm i długości około 8 cm.
Zdejmij izolację z obu ich końców.
2.
Przewody przyczep do probówek miernika.
3.
Włóż drugi koniec drutu przyczepionego do czerwonego próbnika
do dowolnego otworu szyny zasilającej.
4.
Włóż drugi koniec drutu przyczepionego do czarnego próbnika
do dowolnego otworu zbiorczej szyny masy.
Z powodu obciążenia baterii różnica potencjałów może być niższa od 6 V,
ale powinieneś uzyskać wartość większą od 3,5 V.
Jeżeli różnica potencjałów pomiędzy szynami oscyluje w okolicach 0 V,
to sprawdź, czy baterie w zasobniku są zainstalowane poprawnie. Sprawdź
również poprawność podłączenia przewodów łączących zasobnik z płytką.
Tworzenie obudów projektów
Zwykle po wykonaniu płytki prototypowej z obwodem będziesz chciał umieścić ją
w jakimś pojemniku. Dzięki obudowie łatwiej Ci będzie kończyć pracę nad projektem,
zapobiegniesz wypadnięciu małych części z płytki prototypowej, a projekt może nabrać
atrakcyjnego wyglądu. Czasami może zajść konieczność wykonania mechanizmów
pozwalających na sterowanie obwodem znajdującym się wewnątrz obudowy. Możesz
na przykład stworzyć mechanizm odłączający pewne przewody od płytki lub podłączający
jakieś kable do niej, ale chyba łatwiej by było, gdybyś umieścił płytkę z obwodem
w obudowie, a następnie podłączył do niej wszystkie przełączniki sterujące jej pracą za
pomocą przewodów (przełączniki mogłyby zostać wtedy zainstalowane np. w pokrywie
obudowy).
W tym rozdziale przedstawiamy zagadnienia związane z podstawami pracy
nad obudowami projektów.
Praca nad pudełkami i skrzyniami
Jeżeli chcesz korzystać z gotowego pudełka, to musisz znaleźć odpowiadające Ci pudełko,
a następnie wykonać w nim otwory, przez które przeprowadzisz kable lub zamontujesz
w nich elementy takie jak przełączniki i głośniki.
88
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Plastik czy drewno?
Możesz budować obudowy samodzielnie od podstaw, ale istnieje szeroki asortyment
gotowych, tanich pojemników, które możesz z łatwością przerobić na obudowę
projektu. Mogą to być na przykład różne plastikowe i drewniane pudełka. Plastikowe
obudowy nadają się zwłaszcza do modułów zdalnego sterowania, ponieważ są one
lekkie i wygodne do przenoszenia. Drewniane obudowy sprawdzają się w przypadku
pozostałych obwodów projektu. Obudowy drewniane mogą zostać lepiej wystylizowane
od obudów plastikowych.
Wiercenie i wycinanie otworów
Otwory o średnicy do 13 mm mogą zostać wykonane za pomocą wiertła. Wiertarka
elektryczna jest dość łatwa w obsłudze, ale jeżeli nie posługiwałeś się nią wcześniej,
to poproś sprzedawcę w swoim sklepie budowlanym, aby wyjaśnił Ci zasady obsługi
tego urządzenia.
Oto prosty sposób na wybór odpowiedniego wiertła. Spróbuj przełożyć wiertło przez
nakrętkę śruby lub komponentu, który ma zostać umieszczony w wykonywanym
otworze. Wybierz wiertło, które jest zbyt duże, aby zmieścić się w otworze nakrętki,
ale jednocześnie mniejsze od zewnętrznej średnicy nakrętki.
Wiertła mogą się czasem zakleszczać. Jeżeli wiertło zakleszczy się w jakimś materiale
podczas wiercenia, to energia ruchu wiertła jest przekazywana do tego materiału
— pudełko, w którym wykonujesz otwór, może wtedy zacząć obracać się wraz
z wiertłem. Dlatego elementy, w których wykonujesz otwory, warto przykręcić
do stołu, gdzie pracujesz, za pomocą ścisków lub imadła. Z naszego doświadczenia
wynika, że wiertła częściej zakleszczają się w plastiku niż w drewnie.
Montaż projektu w pudełku
Po zbudowaniu obwodu, wywierceniu i wycięciu dziur w pudełku (mają się w nich
znaleźć te elementy obwodu, do których chcesz mieć dostęp z zewnątrz) należy
przystąpić do montażu komponentów. Niestety wiążą się z tym pewne problemy.
Instalacja przełączników, potencjometrów
i innych komponentów na przednim panelu urządzenia
Wiele przełączników, potencjometrów i innych komponentów posiada gwint i nakrętkę,
a często także podkładki. Komponenty tego typu są przeznaczone do montażu w otworze
wykonanym w panelu obudowy. Oto procedura ich montażu:
1.
Wywierć otwór w tym miejscu obudowy, w którym chcesz zainstalować
dany komponent.
2.
Usuń z otworu wszelkie odpady powstałe w wyniku wiercenia.
3.
Włóż w otwór nagwintowaną część komponentu. Dokręć ją za pomocą
nakrętki.
Jeżeli wykonany otwór okaże się nieco za duży, to pod nakrętką umieść
podkładkę.
Rozdział 4: Nabywanie przydatnych umiejętności
89
W kołnierzach niektórych komponentów, takich jak głośniki i brzęczyki, wykonano
otwory. Można przez nie przełożyć śruby mocujące taki komponent w obudowie.
Przyłóż taki komponent do obudowy i zaznacz miejsca, w których mają zostać
wykonane otwory.
Niektóre komponenty zostały wyprodukowane z myślą o zainstalowaniu ich w panelu
obudowy, ale nie posiadają gwintów. Na przykład w rozdziale 11. korzystamy
z dwuelementowego gniazda diody LED. Jedną część tego gniazda umieszczamy
w otworze, a drugą dociskamy do niego z zewnątrz. Gniazdo diody LED będzie
utrzymywane przez zatrzask.
Czasami będziesz musiał zainstalować wkładki mikrofonowe, które nie posiadają
zatrzasków ani gwintów pozwalających na montaż w obudowie. W takim przypadku
musisz wywiercić w obudowie otwór, którego średnica będzie na tyle dopasowana
do średnicy mikrofonu, że będzie on mógł zostać unieruchomiony w takim otworze.
Jeżeli Twoja obudowa jest wykonana z drewna, to jej ścianki powinny być na tyle
grube, że wkładka mikrofonu będzie siedziała stabilnie w wywierconym otworze.
Pracując z obudową wykonaną z plastiku, będziesz musiał unieruchomić mikrofon
za pomocą kleju.
Kładzenie rzeczy na obudowie
Jeżeli przykręcasz komponenty do obudowy za pomocą śrub i planujesz montaż
jeszcze czegoś nad śrubami, to korzystaj ze śrub z łbem płaskim (zobacz rysunek 4.16).
Jeżeli powierzchnia nie musi być płaska, to możesz równie dobrze korzystać ze śrub
z łbem grzybkowym.
Rysunek 4.16.
Dzięki użyciu
śrub z łbem
płaskim
powierzchnie,
do których
przykręcasz
komponenty,
mogą pozostać
płaskie
90
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Kiedy warto stosować przewód pleciony?
Przewody plecione przydają się do łączenia kom-
ponentów znajdujących się w pokrywie pudełka
projektu z zaciskami na płytce prototypowej. Prze-
wody takie będą zgięte po zamknięciu pokrywy.
Przewody plecione są bardziej giętkie niż pojedynczy
drut (porównano je na rysunku 4.9).
Upewnij się, że planujesz do komponentów przylu-
tować przewody, które są na tyle długie, aby po-
zwoliły na swobodne zdejmowanie pokrywy pudeł-
ka. Zbyt krótkie przewody mogłyby zostać wyrwane
z zacisków i spowodować zwarcie.
Rzeczy o płaskich powierzchniach — takie jak płytki prototypowe czy zasobniki baterii
— mogą zostać przyklejone do dna pudełka za pomocą rzepów. Musisz jednak zachować
ostrożność podczas późniejszego demontażu płytek prototypowych. Ich spody pokryte
są cienką warstwą plastiku lub papieru. Jeżeli nie zachowasz odpowiedniej ostrożności,
to może ona zostać oderwana od płytki.
Możesz również wykonać zaczepy samodzielnie z metalowych płytek, śrub i nakrętek
(zobacz rysunek 4.17). Zaczep ten w rozdziale 13. posłużył nam do instalacji silnika.
Rysunek 4.17.
Zaczep wyko-
nany z metalo-
wej płytki i śrub
Możesz również posługiwać się drewnianymi kołkami i opaskami do kabli. Na rysunkach
4.18 i 4.19 widać zaczep mikrofonu, który wykonaliśmy podczas pracy nad projektem
opisanym w rozdziale 6.
Przewody biegnące wewnątrz obudowy możesz unieruchomić za pomocą klipsów,
co z pewnością ułatwi Ci pracę (zobacz rysunek 4.20).
Rozdział 4: Nabywanie przydatnych umiejętności
91
Rysunek 4.18.
Zaczep mikro-
fonu wykonany
z drewnianych
kołków i opa-
sek do kabli
Rysunek 4.19.
Wkładka
mikrofonowa
zainstalowana
w zaczepie
92
Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
Rysunek 4.20.
Przewody
unieruchomione
za pomocą
klipsów
Część II
Dźwięk
94
Część II: Dźwięk
W tej części…
hcieliśmy, abyś swoją przygodę z projektami elektronicznymi
rozpoczął z hukiem, a więc pierwszy zestaw projektów będzie
związany z robieniem hałasu. Będziesz pracował nad światełkami
tańczącymi w rytm muzyki, a także rejestrował dźwięk z dużej
odległości za pomocą mikrofonu parabolicznego. Zbudujesz
samodzielnie swój własny radioodbiornik.
Podczas pracy zdobędziesz pewne wiadomości dotyczące
użytkowania układów syntezujących dźwięk. Dowiesz się,
jak można zmienić czułość mikrofonu i wykrywać dźwięki
o wybranej częstotliwości.
C
Rozdział 5: Tańczące światełka
95
Rozdział 5
Tańczące światełka
W tym rozdziale:
►
przeanalizujesz schemat obwodu,
►
skompletujesz niezbędne komponenty,
►
wykonasz obwód na płytce prototypowej,
►
skalibrujesz częstotliwość pracy układu,
►
stworzysz układ reagujący na odtwarzaną muzykę za pomocą światła.
uzyka łagodzi obyczaje, a przynajmniej tak twierdzi przysłowie. Chyba każdy lubi
słuchać jakiegoś gatunku muzyki, a jeżeli i Ty lubisz słuchać muzyki, to niniejszy
projekt z pewnością przypadnie Ci do gustu. Będziesz pracować nad ciekawą mieszaniną
światła i dźwięku. Pokażemy Ci, jak stworzyć dwa rzędy światełek reagujące na dźwięki
o różnych częstotliwościach. Światełka będą tańczyć w rytm hałaśliwej muzyki takiej
jak np. reggae lub swing. W zależności od gatunku muzycznego projekt będzie działał
w rozmaity sposób.
Chcieliśmy, aby nasze światełka wyglądały jak nuty na pięciolinii, ale możesz dowolnie
zmodyfikować wygląd tego projektu. Podczas pracy nad tym zabawnym projektem
zdobędziesz wiedzę na temat filtrów sygnałów o różnych częstotliwościach i wzmacniaczach
operacyjnych. Dowiesz się, jak można sterować pracą diod LED za pomocą muzyki.
Ogólny zarys projektu
Po ukończeniu pracy nad tym projektem będziesz dysponował wyświetlaczem wykonanym
z diod LED, który reaguje na dźwięki o wysokiej i niskiej częstotliwości. Zestaw diod,
które wyglądają jak nuty umieszczone na pięciolinii, pokazano na rysunku 5.1.
Podczas pracy nad tym projektem:
Zbudujesz układ elektroniczny migoczący diodami LED w odpowiedzi
na dopływające do niego sygnały dźwiękowe.
Połowa diod będzie reagowała na dźwięki o wysokiej częstotliwości, a pozostałe
diody będą reagowały na dźwięki o niskiej częstotliwości.
Stworzysz arkusz mający formę pięciolinii z nutami. Arkusz ten umieścisz
na górnej pokrywie obudowy projektu i wywiercisz w niej otwory,
w których zainstalujesz diody LED.
M
96
Część II: Dźwięk
Rysunek 5.1.
Ukończony
projekt składa-
jący się z diod
LED migoczą-
cych w rytm
muzyki
Wykonasz obwód, w którego skład będą wchodzić dwa zestawy diod
LED i rezystorów.
Włożysz do zasobnika baterie, za pomocą przełącznika włączysz
samodzielnie wykonany gadżet i puścisz swoją ulubioną muzykę.
Obwód będzie zasilał dwa zestawy diod LED, reagując na częstotliwości
składowe muzyki.
Sam zaczniesz tańczyć.
To jest zaraźliwe!
Analiza schematu
Połączenie muzyki i światła nie może być przypadkowe. Musimy mieć jakiś plan
— tym razem będzie to schemat obwodu. Podczas pracy nad tym projektem zbudujesz
schemat i dwie matryce z diodami LED.
Przyjrzyj się schematowi obwodu, który wykonasz na płytce prototypowej
(zobacz rysunek 5.2).
W kolejnych podrozdziałach znajdziesz szczegółowy opis wszystkich elementów
schematu.
Rozdział 5: Tańczące światełka
97
Rysunek 5.2.
Schemat ob-
wodu projektu
tańczącego
w rytm muzyki
Szalone podrygi: analiza budowy obwodu
migającego w rytm muzyki
W celu wykonania gadżetu, który będzie reagował na odtwarzaną muzykę, musisz
zbudować obwód składający się z mikrofonu, dwóch wzmacniaczy operacyjnych,
a także kilku rezystorów, kondensatorów i tranzystorów. Układ składający się z tych
komponentów steruje pracą lampek LED zapalających się pod wpływem dźwięków
o określonej częstotliwości.
Omówmy schemat obwodu sterującego projektem:
Na początku obwodu znajduje się mikrofon elektretowy przekształcający dźwięk
na sygnał elektryczny.
Rezystor R1 łączy mikrofon z dodatnim biegunem źródła zasilającego obwód.
Dzięki niemu mikrofon jest zasilany prądem o napięciu około 4,5 V.
Kondensatory C1 i C2 blokują przepływ prądu stałego, ale przepuszczają sygnał
o napięciu przemiennym.
Dochodzimy do punktu, w którym układ rozdziela się na dwie części. Sygnał
przetwarzany przez górną część obwodu steruje pracą diod LED migających
w rytm dźwięków o wysokiej częstotliwości, a dolna część obwodu przetwarza
98
Część II: Dźwięk
sygnał, który steruje pracą diod LED migających w rytm dźwięków o niskiej
częstotliwości.
Układ scalony IC1 jest wzmacniaczem operacyjnym, który wzmacnia sygnał
generowany przez mikrofon. Układ ten składa się z dwóch wzmacniaczy
operacyjnych. Jeden z nich jest używany przez górną część obwodu, a z drugiego
korzysta dolna część obwodu.
Rezystory R2 i R5 znajdujące się w górnej części obwodu, a także rezystory R19
i R22 znajdujące się w dolnej części obwodu decydują o stopniu wzmocnienia
wzmacniaczy operacyjnych. Rezystancja R5 jest 50 razy większa od rezystancji
R2, a więc sygnał jest wzmacniany około pięćdziesięciokrotnie.
Stopień wzmocnienia jest ilorazem amplitudy napięcia wyjściowego i amplitudy
napięcia wejściowego — określa, ile razy sygnał wyjściowy jest mocniejszy od
sygnału wejściowego.
Rezystory R3, R4 i R6 znajdujące się w górnej części obwodu, a także rezystory
R20, R21 i R23 dostarczają bias pozwalający na przetwarzanie sygnału przemiennego
przez wzmacniacze. Bez tych rezystorów wzmacniacze operacyjne nie wzmacniałyby
części sygnału o napięciu niższym niż 0 V.
Bias jest napięciem wyższym od potencjału masy. Pozwala ono obwodowi na
wzmacnianie sygnałów o napięciu dodatnim i ujemnym. Wzmacniacz operacyjny
bez biasu nie przetwarzałby części sygnału kierowanego do jego wejścia.
Kondensatory C2 i C5 usuwają bias (prąd stały) z sygnałów wyjściowych
wzmacniaczy operacyjnych.
Elementy R7 i R24 są potencjometrami pozwalającymi na regulację czułości
obwodu w zależności od głośności muzyki.
Rezystor R8 i kondensator C3 tworzą filtr górnoprzepustowy, a rezystor R25
i kondensator C6 tworzą filtr dolnoprzepustowy. Dzięki tym filtrom diody LED
oznaczone numerami od 1 do 8 reagują na dźwięki o wysokiej częstotliwości,
a diody LED oznaczone numerami od 9 do 16 reagują na dźwięki o niskiej
częstotliwości.
Filtry
Kondensator C3 i rezystor R8 tworzą filtr górnoprze-
pustowy. Dzięki sparowaniu ze sobą odpowiedniej
rezystancji i pojemności otrzymujemy układ, który
stosunkowo łatwo przepuszcza sygnały o często-
tliwości wyższej od częstotliwości działania filtru,
a sygnały o niższych częstotliwościach są blokowa-
ne — ich amplituda jest tłumiona. Filtr tego typu
składa się z kondensatora włączonego szeregowo
w linię sygnału oraz rezystora łączącego masę
z sygnałem wychodzącym z kondensatora.
Rezystor R25 i kondensator C6 tworzą filtr dolno-
przepustowy. Dzięki sparowaniu ze sobą odpowied-
niej rezystancji i pojemności otrzymujemy układ, który
stosunkowo łatwo przepuszcza sygnały o często-
tliwości niższej od częstotliwości działania filtru,
jednocześnie blokując sygnały o wyższej często-
tliwości. Filtr tego typu składa się z rezystora włą-
czonego szeregowo w linię sygnału oraz konden-
satora łączącego masę z sygnałem wychodzącym
z rezystora.
W przypadku obu filtrów zwiększenie wartości
znamionowej rezystora lub kondensatora obniża
częstotliwość pracy filtra. Zmniejszenie wartości
znamionowej rezystora lub kondensatora zwiększa
częstotliwość pracy każdego z wymienionych filtrów.
Rozdział 5: Tańczące światełka
99
Układ IC2 jest wzmacniaczem operacyjnym wzmacniającym sygnał płynący
przez filtr. Układ ten składa się z dwóch wzmacniaczy operacyjnych. Jeden
z nich jest używany przez górną część obwodu, a z drugiego korzysta dolna część
obwodu.
Rezystory R9 i R10 znajdujące się w górnej części obwodu, a także rezystory R26
i R27 znajdujące się w dolnej części obwodu decydują o stopniu wzmocnienia
wzmacniaczy operacyjnych. Rezystancja R10 jest 200 razy większa od rezystancji
R9, a więc sygnał jest wzmacniany około dwustukrotnie.
Elementy Q1, Q2, Q3 i Q4 znajdujące się w górnej części obwodu oraz Q5, Q6,
Q7 i Q8 znajdujące się w dolnej części obwodu są tranzystorami 2N3904. Ich
bazy są podłączone do wyjść wzmacniaczy operacyjnych znajdujących się w układzie
scalonym IC2. Gdy na wyjściu wzmacniacza operacyjnego pojawi się prąd
o napięciu około 0,7 V, wówczas tranzystory zostają włączone, co umożliwia
przepływ prądu przez diody LED.
Działanie obwodu nie będzie miało sensu, o ile nie podłączysz do niego dwóch
zestawów diod LED i rezystorów:
Diody LED1 – LED8 są podłączone do części obwodu, która reaguje na dźwięki
o wysokiej częstotliwości, a diody LED9 – LED16 są podłączone do części
obwodu, która reaguje na dźwięki o niskiej częstotliwości.
Do diod znajdujących się w górnej części obwodu podłączono rezystory R11
– R18, a do diod znajdujących się w dolnej części obwodu podłączono
rezystory R28 – R35. Rezystory te ograniczają natężenie prądu płynącego
przez diody LED do około 10 mA.
Uwagi dla konstruktorów
— potencjalne problemy
Na obudowie projektu narysujesz pięciolinię, a zainstalowane na niej diody LED
oraz rezystory ograniczające płynący przez nie prąd będziesz musiał ze sobą zlutować.
Złącza tych komponentów należy zabezpieczyć przed przypadkowym zwarciem.
Dlatego zamiast zwyczajnej taśmy izolacyjnej woleliśmy korzystać z taśmy w płynie.
Diody znajdujące się w górnej pokrywie obudowy projektu należy połączyć z płytką
leżącą na jej dnie za pomocą przewodów. Przewody te muszą być na tyle długie, aby
po zdjęciu pokrywy z diodami można było ją odłożyć na bok bez wyrywania przewodów
z komponentów. Pamiętaj o tym, że obudowa musi być na tyle duża, aby po założeniu
na nią pokrywy zmieściły się w niej przewody. Zadbaj o to, aby przewody nie wystawały
za mocno na boki ani nie zostały przytrzaśnięte. O wiele lepiej od pojedynczych drutów
sprawdzą się tutaj przewody plecione — są one bardziej giętkie.
100
Część II: Dźwięk
Poszukiwanie niezbędnych komponentów
Czas, abyś udał się do najbliższego sklepu z podzespołami elektronicznymi albo zajrzał
na stronę internetową jakiegoś dystrybutora w celu zakupu komponentów niezbędnych
do zbudowania obwodu i wykonania obudowy na te wszystkie diody LED.
Obwód migający diodami LED w rytm muzyki składa się z komponentów wymienionych
na poniższej liście. Część z nich pokazano na rysunku 5.3.
1 rezystor 2,2 k (R1)
8 rezystorów 220 (R11 – R14, R28 – R31)
8 rezystorów 100 (R15 – R18, R32 – R35)
2 potencjometry 10 k (R7, R24)
4 rezystory 47 k (R3, R4, R20, R21)
2 rezystory 100 k (R5, R22)
2 rezystory 2 k (R2, R19)
3 rezystory 5 k (R6, R8, R23)
2 rezystory 1 k (R9, R26)
1 rezystor 10 k (R25)
2 rezystory 220 k (R10, R27)
1 kondensator ceramiczny o pojemności 0,001 F (C3)
3 kondensatory ceramiczne o pojemności 0,1 F (C1, C4, C6)
2 kondensatory elektrolityczne o pojemności 10 F (C2, C5)
8 zielonych diod LED o średnicy 5 mm (T-1¾) (LED1 – LED8)
8 czerwonych lub pomarańczowych diod LED o średnicy 5 mm (T-1¾)
(LED9 – LED16)
2 wzmacniacze operacyjne LM358 (IC1 i IC2)
1 mikrofon elektretowy
Korzystamy z mikrofonu elektretowego Horn EM9745-38, ponieważ
charakteryzuje się on dobrą czułością, a jego rozmiar pozwala na łatwy montaż.
Więcej informacji na temat kryteriów, jakimi należy się kierować, wybierając
mikrofon elektretowy, znajdziesz w rozdziale 3.
2 płytki prototypowe posiadające 830 otworów
1 zasobnik na 4 baterie AA wraz z klipsem
11 dwustykowych zacisków
2 gałki (do potencjometrów)
8 tranzystorów 2N3904 (Q1 – Q8)
Rozdział 5: Tańczące światełka
101
Rysunek 5.3.
Główne kom-
ponenty obwo-
du tańczącego
w rytm muzyki
1 drewniane pudełko
Pojemnik, który zdołał pomieścić całą elektronikę niezbędną do pracy nad
niniejszym projektem, kupiliśmy w lokalnym sklepie rzemieślniczym.
korzystaj z zestawu gotowych przewodów połączeniowych o średnicy
0,6 mm
około 2 metry czarnego przewodu o średnicy 0,8 mm
około 2 metry czerwonego przewodu o średnicy 0,8 mm
Budowa projektu krok po kroku
Aby diody zaczęły migać w rytm muzyki, musisz wykonać kilka zadań:
1. Zbudować obwód sterujący pracą diod LED.
2. Zainstalować diody LED w pokrywie pudełka, w którym umieścisz obwód.
3. Przymocować do obudowy gałki, włącznik, mikrofon, potencjometry i głośnik,
włożyć do środka płytkę obwodu, a następnie połączyć ze sobą wszystkie
komponenty.
Wszystkie te zadania opiszemy w kolejnych sekcjach tego podrozdziału.
102
Część II: Dźwięk
Budowa obwodu
Czas zmierzyć się z płytką prototypową. Weź schemat, powieś go na ścianie i zaczynaj
pracę.
Aby zbudować obwód, musisz wykonać następujące czynności:
1.
Umieść 2 układy scalone LM385 (
IC1 i IC2) oraz 11 zacisków na płytce
prototypowej, tak jak to pokazano na rysunku 5.4.
Rysunek 5.4.
Płytka, na któ-
rej zainstalo-
wano układy
scalone LM385,
tranzystory
2N3904 i listwy
zaciskowe
Jak widzisz, do każdego z zacisków można podłączyć po dwa przewody.
Przewody podłączone do zacisków połączą płytkę z różnymi komponentami:
Przewody podłączone do pierwszej pary zacisków widocznych po prawej
stronie rysunku będą biegły do baterii.
Przewody podłączone do drugiej pary zacisków widocznych po prawej
stronie rysunku będą biegły do mikrofonu.
Przewody podłączone do zacisków widocznych na środku będą biegły
do potencjometrów.
Przewody podłączone do zacisków widocznych po lewej stronie płytki będą
biegły do diod LED.
Rozdział 5: Tańczące światełka
103
2.
Umieść 8 tranzystorów 2N3904 (
Q1 – Q8) na płytce prototypowej,
tak jak to pokazano na rysunku 5.4.
Każdą nóżkę tranzystora umieść w oddzielnym rzędzie otworów płytki
prototypowej. Tranzystory powinny być zwrócone kolektorem w lewą stronę
(zobacz rysunek 5.4), na środku powinna znajdować się baza, a po prawej
stronie złącze emitera. Oznaczenia złączy tranzystora 2N3904 przedstawiono
na rysunku 5.5.
Rysunek 5.5.
Konfiguracja
złączy tranzy-
stora 2N3904
3.
W odpowiednie otwory płytki włóż druty łączące zbiorczą szynę masy
z układami scalonymi, zaciskami baterii, mikrofonu i potencjometru.
Następnie za pomocą kolejnych drucików zewrzyj ze sobą szyny masy,
tak jak to pokazano na rysunku 5.6.
Na używanej przez nas płytce prototypowej szyny masy oznaczono znakiem
odejmowania (–).
4.
W odpowiednie otwory płytki włóż druty łączące zbiorczą szynę zasilającą
z układami scalonymi i zaciskami. Do szyny zasilającej podłącz również
jeden z zacisków przeznaczonych dla przewodów przylutowanych do
diod LED. Następnie za pomocą kolejnych drucików zewrzyj ze sobą
szyny zasilające, tak jak to pokazano na rysunku 5.7.
Na używanej przez nas płytce prototypowej szyny zasilające oznaczono znakiem
dodawania (+).
104
Część II: Dźwięk
Rysunek 5.6.
Krótsze prze-
wody łączą
komponenty
z szyną masy,
a dwa dłuższe
przewody wi-
doczne po pra-
wej stronie
zwierają ze so-
bą szyny masy
Rysunek 5.7.
Podłącz kom-
ponenty do do-
datniej szyny
zasilającej
Rozdział 5: Tańczące światełka
105
5.
Zainstaluj przewody łączące układy scalone, listwy zaciskowe
i komponenty dyskretne (zobacz rysunek 5.8).
Rysunek 5.8.
Zainstaluj
na płytce prze-
wody łączące
układy scalone,
zaciski oraz
komponenty
dyskretne
106
Część II: Dźwięk
6.
Zainstaluj przewody łączące układ IC2 i tranzystory.
Połącz ze sobą bazy tranzystorów (zobacz rysunek 5.9).
Rysunek 5.9.
Podłącz układ
IC2 do tranzy-
storów
Rozdział 5: Tańczące światełka
107
7.
Zainstaluj kondensatory o pojemności 0,1 F (
C1, C4 i C6), 2 kondensatory
o pojemności 10 F (
C2 i C5) i 1 kondensator o pojemności 0,001 F (C3)
(zobacz rysunek 5.10).
Instalując komponenty na płytce prototypowej, korzystaj zarówno ze schematów,
jak i z fotografii. Na przykład schemat informuje Cię, że dodatni biegun
kondensatora C2 należy podłączyć do pinu numer 1 układu IC1, a drugi biegun
kondensatora C2 powinieneś podłączyć do potencjometru R7, a więc włóż
dłuższą nóżkę kondensatora C2 do otworu znajdującego się w tym samym
rzędzie, co otwór, do którego podłączono pin numer 1 układu IC1, a krótszą
nóżkę kondensatora podłącz do otworu znajdującego się w tym samym rzędzie,
co otwór listwy zaciskowej, do której podłączysz potencjometr R7.
Rysunek 5.10.
Zainstaluj kon-
densatory
na płytce
prototypowej
108
Część II: Dźwięk
8.
Za pomocą ośmiu rezystorów 100 (
R15 – R18, R32 – R35) połącz emitery
wszystkich tranzystorów ze zbiorczą szyną masy w taki sposób,
jak pokazano na rysunku 5.11.
Rysunek 5.11.
Na płytce pro-
totypowej zain-
staluj rezystory
Rozdział 5: Tańczące światełka
109
9.
Korzystając z rysunku 5.12, zainstaluj na płytce prototypowej 1 rezystor
2,2 k (
R1), 1 rezystor 2 k (R2), 2 rezystory 47 k (R3 i R4), 1 rezystor
1 k (
R9), 1 rezystor 5 k (R6) i 1 rezystor 220 k (R10).
Rysunek 5.12.
Zainstaluj kolej-
ne rezystory na
płytce prototy-
powej
110
Część II: Dźwięk
10.
Korzystając z rysunku 5.13, zainstaluj na płytce prototypowej 1 rezystor
2 k (
R19), 2 rezystory 47 k (R20 i R21), 1 rezystor 100 k (R22), 1 rezystor
5 k (
R23), 1 rezystor 10 k (R25), 1 rezystor 1 k (R26) i 1 rezystor 220 k
(
R27).
Rysunek 5.13.
Zainstaluj pozo-
stałe rezystory
na płytce proto-
typowej
Rozdział 5: Tańczące światełka
111
11.
Zainstaluj przewody łączące kolektory tranzystorów z zaciskami
(zobacz rysunek 5.14).
Rysunek 5.14.
Połącz kolekto-
ry tranzystorów
z zaciskami
Aby stała się jasność
Obwód opisany w poprzedniej sekcji ma sterować pracą zespołu diod LED.
W tej sekcji znajdziesz dokładny opis budowy tego zespołu.
Poniższa lista kroków przeprowadzi Cię przez proces budowy zespołu diod LED
migających w rytm muzyki.
1.
Wymyśl sekwencję nut składającą się z ośmiu wysokich dźwięków i ośmiu
niskich dźwięków.
2.
Narysuj ołówkiem pięciolinię na górnej pokrywie drewnianego pudełka,
w którym chcesz umieścić projekt. Następnie oznacz kropkami miejsca,
w których chcesz umieścić diody LED.
3.
Wiercąc próbne otwory w jakimś zbędnym kawałku drewna, określ
średnicę wiertła pozwalającego na wykonanie otworów, w które zostaną
wciśnięte diody LED.
Podczas pracy nad naszą wersją tego gadżetu korzystaliśmy z wiertła o średnicy 5 mm.
4.
Wywierć otwory na diody LED w miejscach, które wyznaczyłeś,
wykonując 3. punkt niniejszej listy kroków.
5.
Za pomocą mazaka lub pędzla narysuj pięciolinię i nuty na pokrywie
drewnianego pudełka.
112
Część II: Dźwięk
6.
W wywiercone otwory włóż diody LED.
Na rysunku 5.15 pokazano pokrywę pudełka projektu po wykonaniu powyższych
kroków.
Rysunek 5.15.
Nasza ulubiona
melodia zapisa-
na za pomocą
markera i
diod LED
Jeżeli nie znasz się na muzyce, to podczas malowania nut korzystaj z rysunku 5.15.
7.
Korzystając z rysunku 5.16, połącz pary diod LED za pomocą rezystorów.
Rysunek 5.16.
Złącza diod
skrócone po
przylutowaniu
rezystorów
Każdy rezystor powinien łączyć krótsze złącze jednej diody LED z dłuższym
złączem drugiej diody LED. W ten sposób połączysz cztery pary diod LED
każdego koloru.
Rozdział 5: Tańczące światełka
113
8.
Przylutuj rezystory do diod LED. Utnij zbędne fragmenty złączy diod
LED, które wystają poza lut.
Ucinaj tylko te druty, do których przylutowałeś rezystory. Prawidłowo wykonane
połączenia pomiędzy rezystorami i diodami pokazano na rysunku 5.16. Na rysunku
5.17 pokazano połączenia lutownicze widziane z bliska.
Rysunek 5.17.
Połączenia lu-
townicze wi-
dziane z bliska
Stosuj się do wszystkich zaleceń dotyczących bezpiecznego wykonywania
połączeń lutowniczych, które przedstawiliśmy w rozdziale 2. Wyłączaj lutownicę,
gdy na przykład na chwilę opuszczasz stanowisko pracy, aby odebrać pizzę z rąk
dostawcy dzwoniącego do drzwi. Nakładaj okulary ochronne zawsze wtedy, gdy
ucinasz druciki i wykonujesz połączenia lutownicze (w spoiwie lutowniczym
niekiedy bywa poduszka powietrzna, która może wywołać pryśnięcie spoiwa
lutowniczego w kierunku Twojego oka).
9.
Pozostałe dłuższe złącza diod LED połącz za pomocą czerwonego
przewodu o grubości 0,8 mm. Do pozostałego dłuższego złącza pierwszej
pary diod LED przylutuj czerwony przewód o długości około 30 cm
(zobacz rysunek 5.18).
Przylutowane przez Ciebie przewody tworzą dodatnią szynę zasilającą zespołu
diod LED. Napięcie do tej szyny zostanie doprowadzone za pomocą kabla
o długości około 30 cm podłączonego do zacisku znajdującego się na płytce.
10.
Po wykonaniu połączeń lutowniczych utnij zbędne fragmenty złączy
diod LED.
Skróć tylko te złącza, do których przylutowałeś czerwone przewody. Do pozostałych
złącz będziesz za chwilę lutować kolejne przewody.
114
Część II: Dźwięk
Rysunek 5.18.
Dodatnia szyna
zasilająca ze-
spół diod LED
11.
Korzystając z rysunku 5.19, do każdego wolnego, krótszego złącza diod
LED przylutuj czarny przewód o średnicy 0,8 mm.
Rysunek 5.19.
Czarne przewo-
dy połączą każ-
dą parę diod
LED z odpo-
wiednimi
zaciskami
Każdy z tych czarnych przewodów zostanie podłączony do odpowiedniego zacisku.
Zbliżenie na wykonane połączenia lutownicze pokazano na rysunku 5.20.
Rozdział 5: Tańczące światełka
115
Rysunek 5.20.
Połączenia lu-
townicze wi-
dziane z bliska
12.
Po wykonaniu połączeń lutowniczych utnij zbędne fragmenty złączy
diod LED.
Upewnij się, że złącza diod LED nie stykają się ze sobą. Pokryj je płynną taśmą
izolacyjną w celu zabezpieczenia ich przed ewentualnym zwarciem powstałym
w wyniku ich zgięcia.
Instalowanie pozostałych komponentów
Po wykonaniu obwodu i zespołu diod LED powinieneś zająć się jeszcze wieloma innymi
rzeczami. Między innymi musisz podłączyć mikrofon, potencjometry i przełącznik.
Gadżet nie będzie działał, dopóki nie połączysz ze sobą wszystkich tych rzeczy.
Wykonaj poniższe kroki, aby przygotować wszystkie pozostałe elementy gadżetu
migającego w rytm muzyki.
1.
Do masy mikrofonu przylutuj czarny kabel o długości 30 cm, a następnie
do drugiego styku mikrofonu przylutuj czerwony przewód o takiej samej
długości.
Styki mikrofonu opisano na rysunku 5.21.
2.
W miejscach, w których chcesz zainstalować mikrofon i włącznik,
wywierć w pudełku otwory.
Umieściliśmy oba potencjometry i włącznik po tej samej stronie obudowy,
a mikrofon po stronie przeciwnej, ale komponenty te możesz umieścić
w dowolnym miejscu. Wybierz wiertło pozwalające na wykonanie otworu,
w którym można unieruchomić mikrofon. Na rysunku 5.22 pokazaliśmy
umiejscowienie komponentów w obudowie naszego projektu.
116
Część II: Dźwięk
Rysunek 5.21.
Przylutuj prze-
wody do mi-
krofonu
Rysunek 5.22.
Pudełko, w któ-
rym zainstalo-
wano włącznik,
potencjometry
i mikrofon
Rozdział 5: Tańczące światełka
117
Więcej informacji na temat doboru rozmiaru wiertła do poszczególnych
komponentów znajdziesz w rozdziale 4. W rozdziale tym znajdziesz również
wiele innych przydatnych informacji dotyczących pracy nad obudowami
projektów. Przed przystąpieniem do wykonania otworów załóż okulary ochronne
i przykręć pudełko do stołu za pomocą ścisku!
3.
Włóż włącznik w wywiercony wcześniej otwór i przykręć go za pomocą
dołączonej nakrętki.
4.
Do kolejnych wywierconych otworów włóż potencjometry i przykręć je
za pomocą dołączonych nakrętek.
5.
Na wałki obu potencjometrów załóż gałki i przykręć je za pomocą
znajdujących się na nich śrub.
Gwint potencjometru ma około 6 mm długości, a więc jeżeli ścianka Twojego
pudełka jest grubsza niż 6 mm, to nie będziesz w stanie przykręcić potencjometrów
za pomocą nakrętki. W takim przypadku sprawdź, czy pokrętło potencjometru
wystaje za obudowę na tyle, że można do niego przykręcić gałkę. Jeżeli tak,
to przyklej do obudowy przednią część potencjometru, uważając na to, aby klej
nie dostał się do wałka obrotowego. Jeżeli pokrętło potencjometru nie wystaje
z obudowy na tyle, że można do niego przykręcić gałkę, to użyj dłuta w celu
zeskrobania części drewna z wnętrza obudowy, tak aby pokrętło potencjometru
wystawało z obudowy nieco dalej.
6.
Wciśnij mikrofon w wywiercony wcześniej otwór. Otwór ten powinien
być na tyle wąski, aby mikrofon został w nim unieruchomiony.
Na rysunku 5.22 pokazano pudełko, w którym zainstalowano włącznik,
potencjometry i mikrofon.
7.
Przylutuj czarne przewody do trzech złączy każdego z potencjometrów
w taki sposób, jak pokazano na rysunku 5.23.
8.
Przylutuj czarny przewód biegnący od zasobnika baterii do jednego
ze złączy włącznika. Do drugiego złącza włącznika przylutuj czarny
przewód o długości 30 cm.
Na rysunku 5.23 pokazano przełącznik z przylutowanymi kablami.
9.
Przyczep rzepy do płytki i pudełka, a następnie zainstaluj płytkę na dnie
pudełka.
10.
Przyczep rzepy do zasobnika baterii oraz pudełka, a następnie umieść
zasobnik baterii w pudełku.
11.
Podłącz do zacisków przewody diod LED, zasobnika baterii i włącznika
w taki sposób, jak pokazano na rysunku 5.24.
118
Część II: Dźwięk
Rysunek 5.23.
Przewody
przylutowane
do włącznika
i potencjo-
metrów
Rysunek 5.24.
Płytka prototy-
powa, do której
podłączono
diody LED, za-
sobnik baterii
i włącznik
Rozdział 5: Tańczące światełka
119
Na wspomnianym rysunku poszczególne przewody oznaczono za pomocą
następujących liczb:
1 — czerwony przewód dodatniej szyny zasilającej diody LED,
2 – 5 — przewody czerwonych, sparowanych diod LED,
6 – 9 — przewody zielonych, sparowanych diod LED,
10 — czerwony przewód zasobnika baterii,
11 — czarny przewód włącznika,
12 — czerwony przewód mikrofonu,
13 — czarny przewód mikrofonu,
14 i 17 — przewody podłączone do prawego złącza potencjometru,
15 i 18 — przewody podłączone do środkowego złącza potencjometru,
16 i 19 — przewody podłączone do lewego złącza potencjometru.
12.
Przewody podłączane do zacisków możesz skrócić na tyle, aby sięgały
do odpowiednich zacisków. Usuń izolację z końca przewodu przed
włożeniem go do zacisku.
13.
Pospinaj przewody za pomocą klipsów.
Sprawdzanie działania projektu
No dobra, uwierzyłeś nam, że efekt działania projektu będzie ciekawy. Doceniamy to.
Teraz czas, abyś sam sprawdził, czy dostarczy Ci on tyle radości co nam.
Projekt może migać diodami w rytm dowolnej muzyki, ale doszliśmy do wniosku, że
najlepiej działa z gatunkami takimi jak np. swing, w których gra wiele instrumentów
dętych blaszanych. Dobrze sprawdzają się również szybsze utwory, przy których diody
LED migoczą szybciej. Jaki jest nasz ulubiony utwór? Ella Fitzgerald śpiewająca Take
the A Train Billego Strayhorna. Zapytaj swoich rodziców — mogą znać tę piosenkę.
Aby uruchomić projekt, musisz wykonać kilka prostych czynności:
1.
Włóż baterie do zasobnika.
2.
Włącz urządzenie za pomocą przełącznika znajdującego się na
obudowie.
3.
Puść jakąś muzykę.
To wszystko! Możesz teraz podziwiać diody LED migoczące w rytm dźwięków
o niskich i wysokich częstotliwościach. Czułość diod LED możesz dostroić za
pomocą potencjometrów.
120
Część II: Dźwięk
Oto lista rzeczy, które należy sprawdzić w razie jakichś problemów:
Sprawdź, czy wszystkie baterie znajdujące się w zasobniku są nowe. Upewnij się,
że wszystkie są zwrócone we właściwym kierunku.
Jeżeli jedna lub dwie diody LED nie świecą, to wymień je.
Powodem nieświecenia dwóch diod LED połączonych szeregowo może być
odwrotne podłączenie którejś z nich. W takiej sytuacji najłatwiej jest wymienić
te diody.
Jeżeli słuchasz Kołysanki Johannesa Brahmsa, to nie dziw się, że wszystkie diody
LED są wyłączone. Puść coś Snoop Doggy Dogga lub zespołu Motorhead.
Dalsze rozwijanie projektu
Prawdopodobnie potańczyłeś i poskakałeś już w rytm migoczących diod LED przy
każdej płycie CD znajdującej się w Twojej kolekcji. Chcesz czegoś więcej? Istnieją
pewne rzeczy, które możesz zmodyfikować:
Oczywiście rezygnując z pięciolinii i nut, diody LED możesz umieścić na tle np.
dwóch gwiazd lub słońca i księżyca. W zasadzie na pokrywie obudowy projektu
możesz umieścić dowolny rysunek.
Pasmo dźwięku przetwarzane przez układ może zostać podzielone na większą
ilość zakresów częstotliwości za pomocą
filtrów środkowoprzepustowych.
Do filtra górnoprzepustowego i dolnoprzepustowego możesz dodać np. dwa
filtry środkowoprzepustowe. Takie rozwiązanie pozwoli na reagowanie na dwa
pośrednie zakresy częstotliwości. W ten sposób będziesz mógł uzyskać cztery
zestawy diod LED migających w rytm muzyki.
Możesz zminiaturyzować ten obwód tak, aby można go było przypiąć do koszuli
lub zabrać na imprezę. Obwód można zmniejszyć na kilka sposobów. Po
pierwsze zastosuj mniejsze diody. Użyliśmy diod LED T-1
3
/
4
(o średnicy 5 mm),
ale możesz zastosować diody T1 (o średnicy 3 mm). Zmień konstrukcję obwodu
— zbuduj go „
na pająka”. Wyobraź sobie układ scalony leżący do góry nogami.
Diody LED można wtedy podłączyć bezpośrednio do jego złączy bez potrzeby
korzystania z płytki prototypowej. Przykłady obwodów wykonanych tą metodą
(po an
gielsku nazywaną dead bug) znajdziesz na stronie internetowej
amerykańskiego zrzeszenia krótkofalowców American Radio Relay League
Rozdział 6
Skupianie dźwięku za pomocą
mikrofonu parabolicznego
W tym rozdziale:
►
przeanalizujesz schemat obwodu,
►
skompletujesz niezbędne komponenty,
►
wykonasz obwód mikrofonu na płytce prototypowej,
►
wykonasz talerz mikrofonu,
►
będziesz mógł rejestrować dźwięk z dowolnego miejsca.
iedy ostatni raz stanąłeś przed swoim domem i wsłuchałeś się w cały ten hałas
słyszany na zewnątrz? Usłyszałbyś śpiew ptaków, odgłosy samochodów lub kota
skradającego się przez wysoką trawę. Oczywiście wiele dźwięków usłyszysz za pomocą
gołych uszu, aczkolwiek istnieje sporo innych odgłosów, które nie są aż tak wyraźne.
Te delikatniejsze dźwięki możesz wyłapać za pomocą specjalnego mikrofonu. Swoją
drogą czasami warto wiedzieć, co szepczą Twoi znajomi stojący 30 metrów dalej.
W tym rozdziale pokażemy Ci, jak połączyć ze sobą mikrofon oraz układ wzmacniający
odbierane przez niego dźwięki. Dowiesz się, jak umieścić mikrofon na parabolicznym
(wygiętym) metalowym talerzu, który ułatwia odbieranie dźwięków tak samo jak
umieszczenie dłoni za uchem.
Co za talerz! Ogólny zarys projektu
Mikrofon paraboliczny swym wyglądem przypomina antenę przeznaczoną do odbierania
sygnału telewizji satelitarnej, jednakże zamiast odbierać fale elektromagnetyczne
nadawane przez satelitę, mikrofon odbiera fale dźwiękowe. Fale dźwiękowe to tak
naprawdę drgania cząsteczek, które mogą być wywołane śpiewem ptaków lub sprzeczką
sąsiadów.
Sprostowanie: oczywiście nie zalecamy Ci używania tego gadżetu do
podsłuchiwania innych! Talerz z mikrofonem odbiera dźwięki, które są następnie
wzmacniane i przekazywane do Twoich słuchawek.
Na rysunku 6.1 przedstawiono Earla (autora tej książki) trzymającego w dłoniach
mikrofon paraboliczny gotowy do użytku.
K
122
Część II: Dźwięk
Rysunek 6.1.
Mikrofon para-
boliczny
w rękach
prawdziwego
asa
Oto lista czynności, jakie musisz wykonać w celu zbudowania własnego mikrofonu
parabolicznego.
1. Musisz skonstruować:
obwód elektroniczny zawierający wkładkę mikrofonu elektretowego
potrafiącą rejestrować ciche dźwięki;
układ scalony wzmacniający sygnał tak, abyś słyszał go w słuchawkach.
2. Mikrofon należy zainstalować w parabolicznym talerzu, który będzie zbierał
dźwięk niczym gigantyczne ucho.
Rozdział 6: Skupianie dźwięku za pomocą mikrofonu parabolicznego
123
Stosujemy talerz paraboliczny, ponieważ talerz o takim kształcie zbiera fale
dźwiękowe i skupia je w jednym punkcie. Podczas pracy nad projektem w tym
właśnie punkcie zainstalujemy wkładkę mikrofonową. Jeżeli skierujesz talerz
w kierunku np. ptaka oddalonego od Ciebie o około 30 m, to mikrofon będzie
odbierać dźwięki dochodzące dokładnie z tego kierunku. Fale dźwiękowe
odbiją się od powierzchni talerza i zostaną skupione na wkładce mikrofonowej.
3. Do mikrofonu powinieneś doczepić uchwyt wykonany z plastiku, który ułatwi
trzymanie gadżetu i kierowanie go w stronę opierzonych lub nieopierzonych
przyjaciół.
Analiza schematu
W Twojej głowie pojawiły się już prawdopodobnie pomysły na to, jakie ciekawe dźwięki
będziesz podsłuchiwał za pomocą mikrofonu parabolicznego. Czas więc zająć się
schematem obwodu, który przedstawiono na rysunku 6.2.
Rysunek 6.2.
Schemat
obwodu
mikrofonu
parabolicznego
W skład obwodu mikrofonu parabolicznego wchodzą następujące komponenty:
Na początku obwodu znajduje się mikrofon elektretowy, który zamienia fale
dźwiękowe na sygnały elektryczne.
Rezystor R1 łączy mikrofon z dodatnią szyną zasilającą. Dzięki niemu mikrofon
jest zasilany prądem o napięciu 3 V.
Kondensator C1 uniemożliwia przepływ prądu stałego, jednocześnie dopuszczając
przepływ sygnału przemiennego.
124
Część II: Dźwięk
Układ IC1 jest wzmacniaczem audio LM386N-1. Do jego wejścia kierowany
jest sygnał generowany przez mikrofon elektretowy. Układ na wyjściu podaje
wzmocniony sygnał, który jest następnie kierowany do słuchawek.
Potencjometr R2 służy do kontroli głośności.
Kondensator C2 określa stopień wzmocnienia napięcia przez układ IC1.
Napięcie wyjściowe jest 200 razy wyższe od napięcia wejściowego.
Kondensator C3 poprawia stabilność pracy wzmacniacza LM386. Tłumi on
między innymi drgania, które mogłyby zamienić śpiew małego ptaka w mieszaninę
niewyraźnych dźwięków.
Kondensator C4 usuwa z wyjścia wzmacniacza LM386 wszelkie sygnały o stałym
napięciu.
Kondensator C5 pełni rolę rezerwuaru sygnału wyjściowego. Gdy dochodzi do
nagłego wzrostu natężenia pobieranego prądu, kondensator jest rozładowywany,
a gdy zapotrzebowanie na prąd jest niskie, jest ładowany.
Uwagi dla konstruktorów
— potencjalne problemy
Wkładka mikrofonu elektretowego zastosowanego w tym projekcie ma średnicę
około 6 mm, a więc pola kontaktowe, do których musisz przylutować przewody,
są bardzo małe. Przypomnij sobie techniki lutowania przewodów do pól kontaktowych
omówione w rozdziale 4. Po przylutowaniu przewodów sprawdź za pomocą lupy,
czy styki mikrofonu nie zostały
zmostkowane (sprawdź, czy spoiwo lutownicze
nie zwarło ze sobą obu pól).
Jeżeli doszło do zmostkowania styków, to rozdziel je
delikatnie za pomocą noża.
Możesz również zastosować się do zasady „lepiej zapobiegać, niż leczyć” i zaopatrzyć
się na wszelki wypadek w dwie wkładki mikrofonowe. Jeżeli podczas nauki wykonywania
połączeń lutowniczych na bardzo małych polach jedna wkładka ulegnie uszkodzeniu,
to będziesz w dalszym ciągu dysponował drugą wkładką. Oszczędzisz czas i pieniądze
za przesyłkę drugiego zamówienia.
Paraboliczny talerz jest błyszczący. Zalecamy Ci pomalowanie go farbą w aerozolu, co
uchroni Ciebie i Twoich znajomych przed oślepiającym odbiciem światła słonecznego.
Uwaga! Przed przystąpieniem do malowania przetrzyj talerz. Usuń z niego wszelkie
smugi i zabrudzenia. Wszystkie niewytarte smugi będą bardzo widoczne po naniesieniu
farby.
Wybierając kolor talerza, wykaż się kreatywnością. Jeżeli chcesz słuchać dzikich
zwierząt, to najlepiej będzie wybrać kolor maskujący, np. zielony lub brązowy.
My pomalowaliśmy nasz talerz czarną farbą, ponieważ taki kolor mieliśmy pod ręką.
Rurkę pełniącą funkcję uchwytu mikrofonu przyklej za pomocą specjalnego kleju
przeznaczonego do PVC. Klej tego typu kupisz w każdym sklepie z artykułami
budowlanymi. Klej ten tworzy bardzo mocną spoinę. Potrzebujesz mocnego kleju,
Rozdział 6: Skupianie dźwięku za pomocą mikrofonu parabolicznego
125
ponieważ talerz jest dość ciężki, a chyba nie chcesz, aby uchwyt odczepił się od talerza,
w wyniku czego talerz mógłby upaść na ziemię. Podczas pracy nad prototypem talerz
naszego mikrofonu upadł na ziemię. Nancy wciąż słyszy dzwonienie w uszach wywołane
przez wzmocniony dźwięk upuszczonego mikrofonu.
Wspomnianego kleju używaj tylko w rękawicach. Roztapia on plastik — z pewnością
więc nie chcesz, aby Twoje dłonie miały z nim styczność! Przeczytaj etykietę znajdującą
się na kleju. Przestrzegaj zasad bezpieczeństwa mówiących między innymi o tym,
że klej powinien być używany tylko w dobrze wentylowanych pomieszczeniach. Na
etykiecie znajdziesz również informacje dotyczące postępowania w wypadku zetknięcia
kleju ze skórą.
Poszukiwanie niezbędnych komponentów
Oto nasza ulubiona część pracy nad projektem — kupowanie podzespołów!
Na rysunkach 6.3 i 6.4 pokazano wiele komponentów zastosowanych w tym projekcie.
Rysunek 6.3.
Główne kom-
ponenty elek-
troniczne
126
Część II: Dźwięk
Rysunek 6.4.
Pozostałe
główne kompo-
nenty
Oto lista niezbędnych komponentów.
Wkładka mikrofonu elektretowego.
Zaufaj nam. Podczas pracy nad tym projektem wypróbowaliśmy wiele
mikrofonów. Oszczędź sobie kłopotów i skorzystaj z naszych doświadczeń.
W ostatecznej wersji naszego projektu zastosowaliśmy mikrofon WM61A firmy
Panasonic. Obecnie wkładka ta nie jest już produkowana, ale z łatwością znajdziesz
wkładki o identycznych parametrach i wymiarach. Przykładem takiego komponentu
jest wkładka 61A znajdująca się w katalogu firmy Loudspeaker Shop
potencjometr 10 k (R2)
rezystor 10 (R3)
rezystor 5,6 k (R1)
kondensator ceramiczny 0,1 F (C1)
kondensator ceramiczny 0,047 F (C5)
kondensatory elektrolityczne 10 F (C2, C3)
Rozdział 6: Skupianie dźwięku za pomocą mikrofonu parabolicznego
127
kondensator elektrolityczny 100 F (C4)
układ wzmacniacza LM386N-1 (IC1)
Spośród różnych wersji wzmacniacza LM386 wybraliśmy model LM386N-1,
ponieważ może on być zasilany prądem o napięciu 6 V, a właśnie prąd o takim
napięciu płynie w naszym obwodzie.
zasobnik na cztery ogniwa AA
paraboliczny reflektor o średnicy 60 cm — model 3053876 firmy Edmund
Scientific’s (http://www.edsci.com/)
przełącznik SPST służący do włączania urządzenia
płytka prototypowa o 830 otworach montażowych
5 dwustykowych listew zaciskowych
gałki potencjometrów
2 gniazda typu banan
2 kątowe wtyczki typu banan
Zastosowaliśmy wtyczki kątowe w celu uniknięcia pętli przewodów wychodzących
z obudowy projektu. Możesz równie dobrze zastosować tzw. wtyczki typu banan.
słuchawki
My korzystaliśmy ze słuchawek Philips HP170, ale Ty do projektu możesz
podłączyć dowolne słuchawki. Oczywiście im lepsze będą te słuchawki, tym
wyższa będzie jakość dźwięku.
gniazdo słuchawkowe
W naszym urządzeniu zastosowaliśmy gniazdo o średnicy 6,3 mm. Jeżeli Twoje
słuchawki są wyposażone we wtyczkę o innej średnicy, to kup odpowiednie gniazdo
lub zastosuj przejściówkę.
obudowa chroniąca obwód
My zastosowaliśmy plastikowe pudełko o numerze 2701807 w katalogu firmy
RadioShack.
zestaw przewódów połączeniowych o średnicy 0,6 mm (zestaw
przewodów o różnej długości, z których końcówek fabrycznie usunięto
izolację)
mufka redukcyjna wykonana z PVC, której jeden koniec może zostać
nałożony na rurę o średnicy 19 mm, a na jej drugim końcu znajduje się
zewnętrzny gwint o średnicy 25 mm
kolano wykonane z PVC pozwalające na połączenie rur o średnicach 25
mm (kolano z jednej strony zakończone jest końcówką męską, a z drugiej
żeńską)
mufa pozwalająca na nasunięcie rury o średnicy 25 mm i przykręcenie
(z drugiej strony) rury o średnicy 25 mm na gwint żeński
żeńska końcówka nasuwana na rurę PVC o średnicy 25 mm
drewniany kołek ustalający o średnicy 8 mm
128
Część II: Dźwięk
podkładka o zewnętrznej średnicy 38 mm, której otwór ma średnicę 6 mm
pierścień uszczelniający typu O, którego wewnętrzna średnica wynosi 5 mm
gumowy materiał uszczelniający o grubości 6 mm
grubościenna rura z PVC typu Sch 40 o średnicy 25 mm i długości 40 cm
obejma do rury o średnicy 25 mm
4 śruby M4 o długości 13 mm z łbem stożkowym ściętym
4 nakrętki M4
Ostatnie 12 rzeczy wymienionych na powyższej liście znajdziesz w sklepach
budowlanych. Idąc na zakupy, zabierz ze sobą książkę. Fotografie powinny pomóc Ci
wybrać właściwe produkty. Inni kupujący, widząc Cię z książką w ręku, pomyślą,
że mają do czynienia z kimś bardzo mądrym.
Budowa projektu krok po kroku
Wykonaliśmy sporo pracy, wybierając właściwy mikrofon, określając optymalny
rozmiar talerza, dobierając najlepsze słuchawki itd. Wszystko to miało na celu
umożliwienie Ci słuchania dźwięków wydobywających się z odległych źródeł.
My wielokrotnie o poranku stawaliśmy na przeciwnych krańcach naszej ulicy
i krzyczeliśmy do siebie: „Powiedz to jeszcze raz, nie słyszę cię!”. Nasi sąsiedzi
wciąż się dziwnie na nas patrzą, ale chyba warto było włożyć tyle pracy w ten projekt.
Aby ułatwić Ci pracę nad tym gadżetem, proces jego budowy dzielimy na kilka etapów.
Budowa obwodu wzmacniacza
Pracę nad mikrofonem parabolicznym zaczniemy od wykonania obwodu będącego
mózgiem tego projektu. Wykonuj kolejno czynności wymienione na liście kroków.
1.
Umieść na płytce układ LM386N-1 (
IC2) i 5 listew zaciskowych, tak jak
to pokazano na rysunku 6.5.
Rysunek 6.5.
Umieść układ
scalony i listwy
zaciskowe na
płytce prototy-
powej
Rozdział 6: Skupianie dźwięku za pomocą mikrofonu parabolicznego
129
Do każdej z pięciu listew zaciskowych widocznych na rysunku podłączysz
później po 2 przewody. Przewody te połączą zasobnik na baterie, włącznik,
mikrofon, głośnik i potencjometr z płytką prototypową.
2.
Włóż w odpowiednie otwory przewody, które łączą układ scalony
i listwy zaciskowe ze zbiorczą szyną masy. Za pomocą kolejnego
przewodu połącz 2 szyny masy (zobacz rysunek 6.6).
Rysunek 6.6.
Podłącz prze-
wody do układu
scalonego
i listew zaci-
skowych,
a następnie
zewrzyj ze sobą
2 szyny masy
Poszczególne komponenty ze zbiorczą szyną masy łączy 6 krótszych przewodów.
Dłuższy przewód widoczny po prawej stronie rysunku łączy ze sobą 2 szyny masy.
3.
Włóż w odpowiednie otwory przewody łączące układ scalony i listwy
zaciskowe z dodatnią szyną zasilającą. Za pomocą kolejnego przewodu
połącz 2 szyny zasilające (zobacz rysunek 6.7).
Rysunek 6.7.
Podłącz kom-
ponenty do do-
datniej szyny
zasilającej
130
Część II: Dźwięk
4.
Włóż w odpowiednie otwory przewody łączące układ scalony i listwy
zaciskowe mikrofonu, potencjometru (
R2), gniazda słuchawkowego,
a także inne elementy dyskretne (zobacz rysunek 6.8).
Rysunek 6.8.
Podłącz prze-
wody do układu
scalonego,
listew zacisko-
wych i kompo-
nentów
dyskretnych
5.
Zainstaluj na płytce prototypowej (korzystając z rysunku 6.9) kondensator
0,047 μF (
C5), 2 kondensatory 10 μF (C2 i C3), kondensator 100 μF (C4),
kondensator 0,1 μF (
C1), rezystor 5,6 kΩ (R1) i rezystor 10 Ω (R3).
Wkładając kondensatory elektrolityczne w otwory płytki prototypowej, zwracaj
uwagę na to, w którą stronę zwrócone są ich dodatnie, dłuższe złącza.
W rozdziale 4. omówiliśmy zasady skracania złączy różnych komponentów, tak
aby można je było prawidłowo zainstalować na płytce prototypowej. Jak zapewne
się domyślasz, napiszemy to jeszcze raz: noś okulary ochronne podczas skracania
złączy komponentów!
Montaż komponentów na talerzu
Czas zrobić uchwyt, który umożliwi Ci trzymanie mikrofonu parabolicznego w dłoni.
Elementy, które będziesz ze sobą łączyć, pokazano na rysunku 6.10. Pominięto na nim
jedynie talerz. Nagwintowany koniec zespołu pokazanego na tym rysunku należy
włożyć w otwór na środku talerza, umieszczając uszczelki po jego obu stronach.
Rozdział 6: Skupianie dźwięku za pomocą mikrofonu parabolicznego
131
Rysunek 6.9.
Na płytce pro-
totypowej zain-
staluj rezystory
i kondensatory
Rysunek 6.10.
Połącz elemen-
ty hydrauliczne
132
Część II: Dźwięk
1.
Za pomocą noża (możesz w tym celu użyć noża do tapet lub skalpela
firmy X-ACTO) w materiale uszczelniającym wytnij otwór, w którym
będzie mogła się zmieścić nagwintowana rura o średnicy 25 mm.
Przed przystąpieniem do pracy odrysuj rurę na materiale.
2.
Wytnij uszczelkę. Jej zewnętrzna średnica powinna być o około 10 mm
większa od wewnętrznej.
3.
Powtórz kroki nr 1 i 2 — wykonaj drugą uszczelkę.
Pracując z nożem, zawsze miej założone skórzane rękawice ochronne, które
zmniejszą prawdopodobieństwo skaleczenia się, jeżeli ostrze wymknie się spod
kontroli.
4.
Do żeńskiej strony kolanka wklej rurę o średnicy 25 mm i długości 40 cm.
5.
Wklej drugą stronę kolanka w pozbawiony gwintu otwór mufy 2525 mm.
6.
Około 20 cm od końca rury z PVC wykonaj otwór o średnicy 1 cm.
Otwór ten wywierć tak, aby znajdował się on po Twojej prawej stronie,
gdy będziesz trzymać mikrofon w dłoni.
Przez otwór ten będziesz mógł przeprowadzić kable łączące wkładkę
mikrofonową z układem umieszczonym w obudowie.
7.
Nałóż jedną z uszczelek na gwint mufy redukcyjnej 2519 mm,
a następnie włóż go od wewnętrznej strony w otwór znajdujący się
w środku talerza.
8.
Na gwint wystający po drugiej stronie talerza nałóż drugą uszczelkę.
Przykręć do niego mufę 2525 mm.
9.
Skręć elementy dłońmi, tak aby uszczelki zostały ściśnięte.
Talerz powinien być unieruchomiony pomiędzy uszczelkami.
Uchwyt przykręcony do talerza pokazano na rysunku 6.11.
Rysunek 6.11.
Elementy hy-
drauliczne przy-
kręcone do pa-
rabolicznego
talerza
Rozdział 6: Skupianie dźwięku za pomocą mikrofonu parabolicznego
133
Montaż mikrofonu
Cały ten projekt opiera się na wkładce mikrofonowej. Czas zbudować jej mocowanie.
W tym celu wykonaj czynności wymienione na poniższej liście kroków.
1.
Wytnij 4 drewniane kołki o długości 15 cm.
2.
W każdym z kołków wytnij szczelinę około 6 mm od jej końca.
Szczelina ta powinna sięgać około jednej trzeciej grubości kołka.
Szczelina musi być na tyle szeroka, aby zmieściła się w niej podkładka.
3.
Zainstaluj kołki i podkładkę na parabolicznym talerzu, tak jak to
pokazano na rysunku 6.12.
Rysunek 6.12.
Wykonaj
mocowanie
mikrofonu
Kołki unieruchom za pomocą opasek do kabli. Jeżeli wykonujesz tę czynność
samodzielnie, to może okazać się ona dość kłopotliwa, ale jest wykonalna.
Warto ułatwić sobie życie i poprosić kogoś o przytrzymanie kołków. Wtedy
bezproblemowo założysz na nie opaski.
4.
Do pola lutowniczego masy mikrofonu przylutuj czarny przewód
o długości 45 cm. Do drugiego pola lutowniczego mikrofonu (pola
o dodatniej polaryzacji) przylutuj czerwony przewód o długości 45 cm.
Na rysunku 6.13 pokazano wygląd wkładki mikrofonowej przed wykonaniem
prac lutowniczych oraz po przylutowaniu do niej przewodów.
134
Część II: Dźwięk
Rysunek 6.13.
Przylutuj prze-
wody
do wkładki
mikrofonowej
5.
Skręć ze sobą wolne końcówki przewodów przylutowanych do wkładki
mikrofonowej i włóż je w rurę wkręconą w talerz od jego wewnętrznej
strony. Wpychaj przewody tak długo, aż ich końcówki znajdą się na
wysokości otworu o średnicy 1 cm.
Jeżeli masz problem z przepchnięciem przewodów przez kolanko, to możesz
posłużyć się sztywnym drutem. Zegnij końcówkę drutu tak, aby miała ona kształt
haka. Za pomocą tego drutu przeciągnij przewody przez elementy hydrauliczne.
Podczas pracy nad tym projektem korzystaliśmy z drutu o średnicy 2,5 mm.
Druty tego typu są sprzedawane na metry w wielu sklepach budowlanych.
6.
Wygnij kawałek drutu o średnicy 0,8 lub 0,6 mm w taki sposób, aby na
jego końcu znajdował się hak, którym możliwe będzie wyciągnięcie
przewodów przez otwór o średnicy 1 cm.
7.
Wyciągnij przewody przez otwór o średnicy 1 cm. Nie wyciągaj na siłę
całości przewodów. Wkładka mikrofonowa powinna sięgać podkładki
o średnicy 38 mm z zapasem około 5 cm luźnego przewodu.
8.
Utnij końcówki przeciągniętych przewodów, tak aby wystawały z otworu
na nie więcej niż 10 cm. Na każdy z przewodów załóż wtyk kątowy,
tak jak to pokazano na rysunku 6.14.
Możesz zastosować takie wtyki, które wymagają przylutowania kabla, lub takie,
w których kable są unieruchamiane za pomocą śruby (tak jak my to zrobiliśmy).
Rozdział 6: Skupianie dźwięku za pomocą mikrofonu parabolicznego
135
Rysunek 6.14.
Przełóż przewo-
dy wkładki mi-
krofonowej
przez rurę i inne
elementy hy-
drauliczne
9.
Na wkładkę mikrofonową od wewnętrznej strony talerza załóż pierścień
uszczelniający typu O, którego wewnętrzna średnica wynosi 5 mm.
Następnie przyklej ten pierścień do podkładki, tak jak to pokazano
na rysunku 6.15.
Uważaj na to, aby klej nie został rozprowadzony po przodzie wkładki
mikrofonowej. Spoiwo mogłoby wtedy rezonować z falami dźwiękowymi
dochodzącymi do mikrofonu.
Rysunek 6.15.
Zainstalowana
wkładka
mikrofonowa
10.
Za pomocą kolejnej opaski do kabli przyczep przewody mikrofonu
do jednego z kołków.
136
Część II: Dźwięk
Montaż przełączników i innych komponentów
na bocznych ściankach obudowy
Czas wykonać otwory w pudełku pełniącym funkcję obudowy i umieścić w niej różne
komponenty. Wykonaj polecenia znajdujące się na poniższej liście kroków:
1.
W pudełku wytnij otwory, w których zainstalujesz potencjometr, gniazda
mikrofonu, gniazdo słuchawek, obejmę i włącznik (zobacz rysunek 6.16).
Rysunek 6.16.
Pudełko, w któ-
rym zainstalo-
wano włącznik,
potencjometr,
gniazdo słu-
chawkowe, za-
cisk i złącza mi-
krofonu
W naszej obudowie na wspólnej ściance umieściliśmy włącznik i potencjometr,
a po przeciwnej stronie obudowy wstawiliśmy gniazdo słuchawkowe. Gniazda
mikrofonu zamontowaliśmy na dnie pudełka.
Złącza wejściowe (mikrofonowe) umieściliśmy po jednej stronie obudowy,
a złącze wyjściowe (słuchawkowe) zainstalowaliśmy po stronie przeciwnej.
Ma to zapobiec sprzęganiu się sygnału wyjściowego z wejściowym.
Więcej informacji na temat doboru rozmiaru wiertła do poszczególnych
komponentów znajdziesz w rozdziale 4. W rozdziale tym znajdziesz również
wiele innych przydatnych informacji dotyczących pracy nad obudowami projektów.
Przed przystąpieniem do wykonania otworów załóż okulary ochronne i przykręć
pudełko do stołu za pomocą ścisku!
Rozdział 6: Skupianie dźwięku za pomocą mikrofonu parabolicznego
137
2.
Przez wywiercony wcześniej otwór przełóż nagwintowaną część
włącznika, a następnie przykręć go za pomocą dołączonej nakrętki.
3.
Przez wywiercony wcześniej otwór przełóż nagwintowaną część
potencjometru, a następnie przykręć go za pomocą dołączonej nakrętki.
4.
Załóż gałkę na potencjometr i przykręć ją za pomocą śruby.
5.
Przez wywiercony wcześniej otwór przełóż nagwintowaną część
gniazda słuchawkowego i przykręć je za pomocą dołączonej nakrętki.
6.
Przez wywiercone wcześniej otwory przełóż nagwintowaną część
gniazd mikrofonu i przykręć je (jak się domyślasz) za pomocą
dołączonych nakrętek.
7.
W otwory obejmy włóż śruby M4, a następnie przełóż je przez otwory
wykonane w obudowie i przykręć do wnętrza obudowy za pomocą
nakrętek.
8.
Do jednego złącza włącznika przylutuj czarny przewód zasobnika
baterii. Do drugiego złącza tego włącznika przylutuj kolejny czarny
kabel o długości 20 cm (zobacz rysunek 6.17).
Rysunek 6.17.
Przylutuj prze-
wody do
włącznika, złą-
czy mikrofonu,
potencjometru
i gniazda
słuchawek
138
Część II: Dźwięk
9.
Przylutuj czarny przewód o długości 20 cm do złącza jednego z gniazd
mikrofonu. Do drugiego gniazda przylutuj czerwony przewód o długości
20 cm (zobacz rysunek 6.17).
10.
Przylutuj trzy przewody o długości 20 cm do każdego złącza
potencjometru, tak jak to pokazano na rysunku 6.17.
11.
Do złączy gniazda słuchawkowego przylutuj dwa przewody o długości
20 cm każdy (powinny one mieć kolor czarny i czerwony), tak jak to
pokazano na rysunku 6.17.
Czerwony przewód powinien być przylutowany do styku, który będzie dotykał
końcówki wtyczki słuchawkowej.
Musimy napisać to jeszcze raz. Stosuj się do wszystkich zaleceń dotyczących
bezpiecznego wykonywania połączeń lutowniczych, które przedstawiliśmy w rozdziale 2.
Nigdy nie zostawiaj lutownicy bez nadzoru. Noś okulary ochronne, które ochronią Twoje
oczy przed fragmentami ucinanego drutu oraz kropelkami spoiwa lutowniczego.
Łączenie wszystkiego ze sobą
Po wykonaniu obwodu na płytce prototypowej, zainstalowaniu wszystkich elementów
w pudełku pełniącym funkcję obudowy i przymocowaniu uchwytu do talerza czas
połączyć to wszystko ze sobą.
Wykonanie poleceń wymienionych na poniższej liście kroków pozwoli Ci ukończyć
pracę nad mikrofonem.
1.
Przyklej rzepy do płytki prototypowej i dna obudowy, a następnie
umieść płytkę prototypową w obudowie.
2.
Przyklej rzepy do zasobnika baterii i wnętrza obudowy, a następnie
umieść zasobnik w obudowie.
3.
Korzystając z rysunku 6.18., podłącz do zacisków przewody gniazda
słuchawkowego, potencjometru, gniazd mikrofonu, zasobnika baterii
i włącznika.
4.
Podłączając przewody do zacisków, skracaj je tak, aby nie były zbyt
długie. Przed podłączeniem przewodu do zacisku zdejmij izolację
z jego końca.
Postaraj się układać przewody gniazda słuchawkowego jak najdalej od przewodów
potencjometru i wkładki mikrofonowej. Wiesz, jaki okropny pisk wydobywa się
z głośnika, gdy zbliżymy do niego mikrofon? Taki sam dźwięk może zostać
wywołany przez zbytnie zbliżenie do siebie wspomnianych przewodów.
5.
Tam, gdzie zachodzi taka konieczność, zepnij przewody klipsami.
Nie wszystkie przewody muszą być spinane za pomocą klipsów. Dobre rozłożenie
komponentów wewnątrz obudowy i zastosowanie przewodów połączeniowych
o odpowiedniej długości może sprawić, że np. przewody łączące zaciski płytki
prototypowej z gniazdami mikrofonu nie będą musiały być dodatkowo spinane.
Rozdział 6: Skupianie dźwięku za pomocą mikrofonu parabolicznego
139
Rysunek 6.18.
Podłącz do
płytki prototy-
powej przewo-
dy gniazda słu-
chawkowego,
potencjometru,
włącznika,
gniazd mikrofo-
nu i zasobnika
baterii
6.
Wsuń obudowę z obwodem na rurę z PVC, a następnie dociśnij obejmę
za pomocą śrub.
Nie zaciskaj śrub zbyt mocno — będziesz musiał jeszcze przesunąć obudowę
do jej ostatecznego położenia.
7.
Włóż baterie do zasobnika, zamknij obudowę obwodu, dokręć pokrywę
za pomocą śrub.
8.
Przesuń pudełko z obwodem w miejsce jej docelowego montażu
— umieść je tuż obok otworu, przez który wyprowadziłeś przewody
mikrofonu. Podłącz do gniazd wtyczki mikrofonu i słuchawek
(zobacz rysunek 6.19).
9.
Do końca rury PVC przyklej korek o średnicy 25 mm.
Ukończony projekt przedstawiono na fotografii 6.1, która znajduje się na początku
tego rozdziału.
140
Część II: Dźwięk
Rysunek 6.19.
Pudełko z elek-
troniką umiesz-
czone we wła-
ściwym
miejscu
Sprawdzanie działania projektu
Mikrofon jest już gotowy do pracy, ale zapoznaj się z paroma poradami dotyczącymi
higieny słuchu. Mikrofon może odbierać naprawdę głośne dźwięki.
Zanim założysz słuchawki, włącz urządzenie i dostosuj jego głośność.
Ustaw głośność, która pozwoli Ci wyraźnie słyszeć dźwięki odbierane przez
mikrofon. Zbyt wysoki poziom głośności może doprowadzić do uszkodzenia
Twojego narządu słuchu.
Mając słuchawki na uszach, staraj się nie uderzać o nic talerzem
mikrofonu. Staraj się unikać np. konarów drzew i zwierząt domowych.
Uderzenie jakimś przedmiotem o talerz mikrofonu może spowodować wrażenie
dzwonienia w uszach. Nie jest to miłe uczucie.
Gdy będziesz mieć na uszach słuchawki, unikaj „przyjaciół” krzyczących
do mikrofonu parabolicznego lub w jego okolicy.
Czas zacząć zabawę z mikrofonem.
Po założeniu słuchawek i włączeniu mikrofonu wyceluj go w kierunku czegoś, czego
odgłosów chciałbyś posłuchać (może to być np. ptak siedzący na gałęzi lub Twój
najlepszy przyjaciel).
Jeżeli mikrofon nie działa tak, jak trzeba, wykonaj następujące czynności:
Sprawdź, czy wszystkie baterie są nowe, czy są właściwie unieruchomione
w zasobniku, i upewnij się, że są zwrócone w odpowiednim kierunku.
Rozdział 6: Skupianie dźwięku za pomocą mikrofonu parabolicznego
141
Sprawdź, czy nie poluzował się któryś z komponentów lub przewodów.
Porównaj wygląd swojej płytki prototypowej z naszymi zdjęciami — upewnij się,
że wszystkie komponenty i przewody są prawidłowo połączone.
Dalsze rozwijanie projektu
Gdy pospacerujesz już po okolicy ze swoim mikrofonem parabolicznym (i wyjaśnisz
ciekawskim przechodniom, co to jest), możesz spróbować go zmodyfikować. Oto kilka
sugestii:
Do wyjścia słuchawkowego podłącz magnetofon i rejestruj dźwięki odbierane
przez mikrofon. Nie nagrywaj swoich sąsiadów, ponieważ jest to niezgodne
z prawem, a jeżeli nawet nie jest, to powinno być.
Kup większy talerz i zainstaluj go na zewnątrz domu. Podłącz talerz do
głośników, a otrzymasz stację pozwalającą na podsłuchiwanie odgłosów dzikiej
przyrody. Większy mikrofon paraboliczny będzie urządzeniem stacjonarnym,
ponieważ do transportu talerza o średnicy znacznie przekraczającej 60 cm
będziesz potrzebował taczki.
Jeżeli do talerza w miejsce mikrofonu przykręcisz głośnik, to zamiast bardzo
czułego mikrofonu otrzymasz zestaw nagłośnieniowy. Zanim przystąpisz
do pracy nad taką modyfikacją, poczytaj trochę o ograniczeniach prawnych
dotyczących hałasowania.
142
Część II: Dźwięk
Rozdział 7
Szepczący Merlin
W tym rozdziale:
►
przeanalizujesz schemat obwodu;
►
skompletujesz niezbędne komponenty;
►
wykonasz obwód czarodzieja na płytce prototypowej;
►
zaprogramujesz układ syntezatora dźwięku;
►
umieścisz płytkę prototypową układu wewnątrz maskotki;
►
sprawisz, że Merlin przemówi.
ówi się, że obraz może być wart tysiąca słów, ale czasem słowo lub dźwięk jest tym,
czego akurat potrzebujesz. W tym projekcie będziesz miał do czynienia z układem
syntezatora dźwięku, wzmacniaczem i głośnikiem. Za pomocą tych komponentów
można wygenerować niemalże każdy dźwięk.
Układ generujący dźwięk może być umieszczony praktycznie we wszystkim. Jego
działaniem można sterować za pomocą przycisków. W tym projekcie zdecydowaliśmy
się na pracę z pacynką (nasza pacynka jest czarodziejem — jesteśmy miłośnikami
fantastyki). W pacynce można z łatwością zmieścić płytkę z obwodem, a także zainstalować
przełączniki. Jednak „gadającym przyjacielem” może zostać dowolny inny przedmiot.
Podczas pracy nad tym projektem dowiesz się, jak działają programowalne syntezatory
dźwięku. Zapoznasz się również z działaniem wzmacniaczy.
Ogólny zarys projektu
Po ukończeniu pracy nad tym projektem będziesz dysponował gadającą pacynką.
Układ syntezujący dźwięk znajdujący się wewnątrz pacynki możesz zaprogramować
tak, aby pacynka mówiła dowolne kwestie. Naszego czarodzieja zaprogramowaliśmy
tak, aby mówił: „Wysłałem Ci czek”, „Nie dostaniesz więcej pieniędzy” lub „Gdzie
jest ten cholerny rozdział?”, a następnie daliśmy go naszemu redaktorowi naczelnemu.
Maskotka wydaje dźwięki (wygłasza komunikaty), gdy uściśniesz którąś z jej dłoni
lub przyciśniesz jej nos. Niestety po włożeniu elektroniki do pacynki nie da się jej już
założyć na rękę. No cóż. Nie można mieć wszystkiego naraz.
Gotową gadającą pacynkę pokazano na rysunku 7.1. Niestety wydawane przez nią
dźwięki musisz sobie wyobrazić.
M
144
Część II: Dźwięk
Rysunek 7.1.
Naszą pacynkę
nazwaliśmy
czule „Szepczą-
cy Merlin”
Oto czynności, jakie będziesz wykonywał podczas pracy nad własną zabawką:
1. Zbudujesz obwód elektroniczny składający się z czipu syntezatora mowy,
wzmacniacza i głośnika.
2. Podłączysz obwód do komputera w celu zaprogramowania syntezatora dźwięku
(syntezator może odtwarzać muzykę, wygłaszać komunikaty lub wydawać
dowolne inne dziwne, wybrane przez Ciebie dźwięki).
3. Włożysz pudełko z obwodem do pacynki i podłączysz do obwodu przełączniki
znajdujące się w zabawce.
Po wykonaniu tych czynności będziesz dysponował pacynką, która potrafi wydawać
z siebie zaprogramowane dźwięki (po naciśnięciu przycisków ukrytych w dłoniach
i nosie).
Pacynka, nad którą pracujemy, może wyglądać jak zabawka, ale nie jest ona przeznaczona
do zabawy dla małych dzieci, które mogą połknąć przewody lub małe komponenty
elektroniczne. Z pewnością nie chcesz, aby małe dzieci bawiły się bateriami.
Rozdział 7: Szepczący Merlin
145
Analiza schematu
Ten projekt będzie wymagał montażu komponentów tylko na jednej płytce prototypowej.
Schemat obwodu przedstawiono na rysunku 7.2.
Rysunek 7.2.
Schemat
obwodu gada-
jącej pacynki
146
Część II: Dźwięk
Na poniższej liście wymieniono wszystkie komponenty znajdujące się na schemacie.
Układ scalony IC1 jest syntezatorem dźwięku SpeakJet. Czip ten może zostać
podłączony do komputera. Możesz go zaprogramować za pomocą specjalnego
oprogramowania, tak aby generował sygnały elektryczne imitujące zdania,
dźwięki, muzykę lub różne ciekawe efekty dźwiękowe. Oprogramowanie
pozwala przypisać każdemu dźwiękowi aktywujący go pin (możliwe jest
przypisywanie pinów z zakresu 1 – 4 i 6 – 9).
Kondensator C1 filtruje prąd o napięciu 4,5 V zasilający układ IC2.
Przełączniki S1, S2 i S3 sterują dopływem prądu do pinów o numerach 2, 4 i 7.
Przełączniki są normalnie otwarte, a więc normalnie na każdym z pinów istnieje
potencjał 0 V. Po wciśnięciu jednego z przycisków na odpowiadającym mu pinie
pojawia się potencjał +4,5 V. Po zwolnieniu przycisku potencjał na pinie spada
z powrotem do 0 V. Układ scalony IC1 programujemy tak, aby odtwarzał on
dźwięk wtedy, gdy napięcie na danym pinie zmieni się z wysokiego (+4,5 V)
na niskie (0 V), a więc po wciśnięciu i zwolnieniu przycisku. Użyliśmy trzech
przycisków sterujących odtwarzanym dźwiękiem, ponieważ posiadana przez nas
maskotka ma trzy miejsca, w których możemy z łatwością zainstalować przyciski.
Jeżeli kupisz pacynkę będącą ośmiornicą, to będziesz mógł zamontować w niej
aż osiem przycisków sterujących odtwarzaniem ośmiu różnych dźwięków.
Układ scalony IC2 jest konwerterem MAX232, który przetwarza sygnał
generowany przez Twój komputer. Komputer generuje sygnały o napięciu
niewłaściwym dla tego obwodu, a więc przed skierowaniem ich do czipu
SpeakJet należy je przetworzyć. Czip MAX232 przetwarza również sygnały
generowane przez czip SpeakJet, tak aby mogły być one prawidłowo
zinterpretowane przez komputer.
Rezystory R1, R2 i R3 ograniczają prąd wpływający do zbiorczej szyny masy
po wciśnięciu przełączników S1, S2 lub S3.
Kondensatory C2, C3, C4 i C5 pełnią funkcję „kondensatorów pompujących
ładunek” (określenie stosowane przez konstruktorów czipu MAX232).
Bez nich układ scalony IC2 nie działałby prawidłowo.
Rezystory R6 i R7, a także kondensatory C6 i C7, tworzą filtr dolnoprzepustowy,
który usuwa zakłócenia o wysokiej częstotliwości z sygnału kierowanego do
wejścia wzmacniacza.
Kondensator C8 blokuje przepływ prądu stałego pojawiającego się na wyjściu
układu IC1.
Potencjometr R8 steruje głośnością.
Układ scalony IC3 jest wzmacniaczem audio LM386N-1. Do jego wejścia
kierowany jest sygnał generowany przez układ SpeakJet po wciśnięciu jednego
z przycisków ukrytych w pacynce. Układ IC3 wzmacnia ten sygnał, tak aby mógł
on wysterować głośnik.
Kondensator C9 poprawia stabilność pracy wzmacniacza LM386 i przeciwdziała
problemom takim jak wahania napięcia.
Rozdział 7: Szepczący Merlin
147
Kondensator C10 działa w charakterze wyjściowego buforu prądowego. Gdy
dochodzi do nagłego wzrostu zapotrzebowania na prąd, ładunek jest pobierany
przez układ z kondensatora. Gdy zapotrzebowanie na prąd jest niskie, wtedy
kondensator jest ładowany.
Kondensator C11 blokuje przepływ prądu stałego pojawiającego się na wyjściu
wzmacniacza LM386.
Uwagi dla konstruktorów
— potencjalne problemy
Podczas pracy nad tym projektem korzystamy z przełączników dotykowych o bardzo
małych złączach, przeznaczonych do montażu powierzchniowego na liniach
montażowych. Niestety podobnie jak my, najprawdopodobniej nie dysponujesz żadną
zautomatyzowaną linią montażową. Przewody przed przylutowaniem do przełącznika
najlepiej jest owijać wokół jego złączy za pomocą szczypiec.
Wtyczka DB9 wyposażona jest w małe metalowe rurki lub kielichy pozwalające na
przylutowanie przewodów. Doszliśmy do wniosku, że najłatwiej jest przylutować
przewód do rurki tego złącza, roztapiając spoiwo lutownicze i wprowadzając je do
wnętrza rurki. Taką rurkę można następnie podgrzać jeszcze raz i włożyć końcówkę
przewodu do jej wnętrza, w którym znajduje się roztopione spoiwo.
Zwracaj uwagę na polaryzację kondensatorów elektrolitycznych i tantalowych, które
instalujesz na płytce prototypowej. Zainstalowanie kondensatora odwrotnie, niż trzeba,
doprowadzi do jego uszkodzenia i prawdopodobnie również do uszkodzenia innych
komponentów obwodu. Dłuższe złącze kondensatora jest połączone z jego dodatnim
biegunem. Polaryzację kondensatorów zaznaczono na schemacie. Możesz z niego na
przykład odczytać, że dodatni biegun kondensatora C2 powinien być podłączony do 1.
pinu układu IC2, a ujemny biegun kondensatora powinien być podłączony do 3. pinu
tego układu.
W celu przeprowadzenia (jak najkrótszą drogą) przewodów łączących przełączniki
z elektroniką znajdującą się w pudełku musieliśmy wyciąć kilka otworów w tkaninie
pacynki. Nie bój się, to nie będzie nikogo bolało.
Poszukiwanie niezbędnych komponentów
Najważniejszą decyzją, jaką musisz podjąć podczas kupowania rzeczy niezbędnych
do wykonania tego projektu, jest wybór przedmiotu, wewnątrz którego zainstalujesz projekt.
Pacynka sprawdzi się tutaj dobrze, ponieważ jest pusta w środku i w przeciwieństwie
do np. drewnianej skrzynki ma pewną osobowość. Technicznie rzecz biorąc, projekt
możesz zainstalować wewnątrz dowolnego przedmiotu. Możesz np. rozpruć jakąś
przytulankę, wyjąć wypełniający ją materiał i włożyć w nią projekt.
148
Część II: Dźwięk
Zakładając, że weźmiesz z nas przykład i zainstalujesz projekt w pacynce, musisz
wybrać taką pacynkę, która będzie Ci się podobała i będzie na tyle duża, że zmieści się
w niej cała elektronika. Pamiętaj o tym, że w pacynce muszą znajdować się otwory,
w których zainstalujesz przełączniki. Możesz je zainstalować w okolicy twarzy lub rąk
zabawki. Naszą pacynkę znaleźliśmy w naszym lokalnym sklepie z zabawkami Sunny
and Co Toys, Inc (nr katalogowy przedmiotu GL1902).
Po wybraniu przedmiotu, w którym umieścisz projekt, czas poszukać komponentów
samego układu elektronicznego. Część z nich pokazano na rysunkach 7.3 i 7.4.
potencjometr 10 k (
R8)
2 rezystory 33 k (
R6 i R7)
5 rezystorów 1 k (
R1, R2, R3, R4, R5)
rezystor 10 (
R9)
2 kondensatory ceramiczne 0,01 F (
C6 i C7)
5 kondensatorów elektrolitycznych lub tantalowych o pojemności 1 F
(
C1, C2, C3, C4, C5)
Rysunek 7.3.
Wiele głów-
nych kompo-
nentów nie-
zbędnych do
wykonania
projektu
Rozdział 7: Szepczący Merlin
149
Rysunek 7.4.
Główne kom-
ponenty —
część 2
kondensator ceramiczny 0,047 F (
C10)
2 kondensatory elektrolityczne 10 F (
C8 i C9)
kondensator elektrolityczny 100 F (
C11)
zasobnik na 3 ogniwa AAA
Projekt ten będzie zasilany prądem o napięciu 4,5 V generowanym przez 3 ogniwa
AAA. Gdybyśmy korzystali z zasobnika na 4 ogniwa, tak jak w poprzednim
projekcie, to byśmy zasilali nasz projekt prądem o napięciu 6 V, a takie napięcie
byłoby zbyt wysokie dla układu scalonego SpeakJet.
syntezator dźwięku SpeakJet (
IC1)
Listę dystrybutorów tego układu znajdziesz na stronie internetowej producenta:
wzmacniacz LM386N-1 (
IC3)
Spośród wielu wersji układu LM386 wybraliśmy LM386N-1. Ta wersja może
być zasilana prądem o napięciu 4,5 V — takie jest właśnie napięcie prądu
zasilającego nasz obwód.
konwerter MAX232 (
IC2)
przełącznik ślizgowy typu SPST (jednobiegunowy, jednopołożeniowy)
pełniący funkcję włącznika
150
Część II: Dźwięk
płytka prototypowa o 830 otworach montażowych
8 dwustykowych listew zaciskowych
gałka potencjometru
głośnik 8 , 1 W
3 przełączniki dotykowe (
S1, S2, S3)
Większość przełączników dotykowych jest bardzo mała (mają wymiary 66 mm).
Postaraj się znaleźć przełącznik o wymiarach 1212 mm. My korzystamy
z przełączników firmy Mountain Switch, które znaleźliśmy w ofercie firmy
Mouser (http://www.mouser.com/). Tego typu przełączniki mają również w swojej
ofercie dystrybutorzy działający na terenie Polski. Znajdziesz je np. w katalogu
http://pl.rs-online.com/ (artykuł nr 765-1084).
obudowa
My korzystaliśmy z obudowy kupionej za pośrednictwem firmy Radio Shack
(nr komponentu 270-10807)
6 gniazd RCA
6 wtyków RCA
żeńska wtyczka DB9
Wtyczki DB9 są powszechnie dostępne. Korzystaliśmy z komponentu nr 276-1538
w katalogu firmy RadioShack, ale wtyczki DB9 znajdziesz w ofercie każdego
sklepu z podzespołami elektronicznymi.
przewód portu szeregowego DB9
4 śruby M4 o długości 12 mm
4 nakrętki M4
zestaw przewodów o różnej długości i średnicy 0,6 mm (zestaw składający
się z drutów, z których końców fabrycznie usunięto izolację)
Budowa projektu krok po kroku
Gdybyśmy, podobnie jak Merlin, byli czarodziejami, to po prostu byśmy pstryknęli
palcami, mówiąc: „abrakadabra”, i gadająca pacynka wykonałaby się sama. Ale niestety
jesteśmy tylko miłośnikami elektroniki i musimy wykonać projekt w sposób standardowy.
Aby wykonać mówiącą pacynkę, musisz:
zbudować obwód;
wywiercić różne otwory w pudełku, które będzie pełniło funkcję obudowy obwodu;
umieścić obwód w obudowie;
zaprogramować syntezator mowy;
umieścić wewnątrz pacynki pudełko z obwodem oraz przełączniki.
Rozdział 7: Szepczący Merlin
151
Budowa obwodu Merlina
Kup płytkę prototypową oraz pozostałe komponenty elektroniczne, które dadzą głos
Merlinowi. Następnie wykonaj poniższe czynności.
1.
Na płytce prototypowej zainstaluj układ scalony SpeakJet (
IC1),
MAX232 (
IC2) i LM386 (IC3), a także 8 listew zaciskowych (zobacz
rysunek 7.5).
Rysunek 7.5.
Na płytce
prototypowej
zainstaluj
układy scalone
i zaciski
Zaciski zainstalowane na płytce pozwolą na podłączenie do niej różnych
komponentów za pomocą pary przewodów biegnących do każdego z komponentów.
Do zacisków podłączysz przewody zasobnika baterii, złącza DB9, włącznika,
zainstalowanych w pacynce przełączników dotykowych, głośnika i potencjometrów.
2.
Zainstaluj przewody łączące układy scalone i zaciski z szyną masą,
a następnie połącz ze sobą dwie szyny masy, tak jak to pokazano
na rysunku 7.6.
Komponenty połączono z szyną masy za pomocą czternastu krótkich
przewodów, a za pomocą dłuższego przewodu widocznego po lewej stronie
rysunku zwarto ze sobą dwie szyny masy.
3.
Zainstaluj przewody łączące układy scalone i zaciski trzech
przełączników dotykowych (
S1, S2, S3) z szyną zasilającą, tak jak to
pokazano na rysunku 7.7.
152
Część II: Dźwięk
Rysunek 7.6.
Połącz układy
scalone i zaci-
ski z masą,
a następnie
zewrzyj ze sobą
dwie zbiorcze
szyny masy
Rysunek 7.7.
Połącz
komponenty
z szyną zasila-
jącą o dodatnim
potencjale
Rozdział 7: Szepczący Merlin
153
4.
Zainstaluj przewody łączące układy scalone z zaciskami potencjometru
(
R8), zaciskami przełączników dotykowych (S1, S2, S3), a także
komponentami dyskretnymi (zobacz rysunek 7.8).
Rysunek 7.8.
Połącz ze sobą
układy scalone,
zaciski
i komponenty
dyskretne
5.
Na płytce prototypowej zainstaluj komponenty dyskretne, tak jak to
pokazano na rysunku 7.9.
Montując kondensatory elektrolityczne lub tantalowe, sprawdź na schemacie
ich polaryzację. Przy symbolach tych kondensatorów umieszczono znak (+)
symbolizujący ich dodatnie złącze. Na rysunku 7.9 kolejnymi liczbami
oznaczono następujące komponenty:
1.
Rezystor R1 (1 k) łączący 2. pin układu IC1 z masą.
2.
Rezystor R2 (1 k) łączący 4. pin układu IC1 z masą.
3.
Rezystor R3 (1 k) łączący 7. pin układu IC1 z masą.
4.
Rezystor R4 (1 k) łączący 11. pin układu IC1 z szyną zasilającą.
5.
Rezystor R5 (1 k) łączący 12. pin układu IC1 z szyną zasilającą.
6.
Kondensator C2 (1 F) łączący 1. i 3. pin układu IC2.
154
Część II: Dźwięk
Rysunek 7.9.
Zamontuj
rezystory
i kondensatory
na płytce proto-
typowej
7.
Kondensator C3 (1 F) łączący 4. i 5. pin układu IC2.
8.
Kondensator C4 (1 F) łączący 2. pin układu IC2 z masą.
9.
Kondensator C5 (1 F) łączący 6. pin układu IC2 z masą.
10.
Kondensator C1 (1 F) łączący dodatnią szynę zasilającą z masą.
11.
Rezystor R6 (33 k) łączący 18. pin układu IC1 z wolnym rzędem otworów.
12.
Rezystor R7 (33 k) łączący rezystor R6 z wolnym rzędem otworów.
13.
Kondensator C8 (10 F) łączący rezystor R7 z zaciskiem potencjometru R8.
14.
Kondensator C6 (0,01 F) łączący rezystor R6 z masą.
15.
Kondensator C7 (0,01 F) łączący rezystor R7 z masą.
16.
Kondensator C9 (10 F) łączący 7. pin układu IC3 z masą.
17.
Kondensator C10 (0,047 F) łączący 5. pin układu IC3 z wolnym rzędem
otworów.
18.
Rezystor R9 (10 ) łączący kondensator C10 z masą.
19.
Kondensator C11 (100 F) łączący przewód podłączony do 5. pinu układu
IC3 z przewodem podłączonym do zacisku głośnika.
Rozdział 7: Szepczący Merlin
155
W rozdziale 4. pisaliśmy o tym, jak należy skracać złącza komponentów oraz
przewody połączeniowe. Pamiętaj o tych zasadach — unikaj niechlujnego
montażu komponentów na płytce prototypowej.
Podczas przecinania drutów zawsze zakładaj okulary ochronne!
6.
Przylutuj przewody o długości 30 cm do 3., 5. i 8. pinu złącza DB9.
Umiejscowienie tych pinów pokazano na rysunku 7.10. Producenci nadrukowują
numery pinów obok poszczególnych styków, ale są one na tyle małe, że trudno
jest je odczytać bez pomocy lupy.
Rysunek 7.10.
Styki znajdują-
ce się z tyłu
wtyczki DB9,
do których
przylutowuje
się przewody
Przestrzegaj wszystkich zaleceń dotyczących lutowania przedstawionych w rozdziale 2.
Na przykład nigdy nie zostawiaj lutownicy bez nadzoru. Zawsze pracuj w okularach
ochronnych — w spoiwie lutowniczym niekiedy znajdują się poduszki powietrzne,
które mogą spowodować pryśnięcie spoiwa w kierunku Twojego oka.
7.
Na każdy z kabli naciągnij koszulkę termokurczliwą o długości 2,5 cm.
Koszulka powinna zakrywać wykonane połączenie lutownicze.
Po naciągnięciu podgrzej ją za pomocą suszarki do włosów. W ten
sposób pokryjesz połączenia lutownicze izolacją.
156
Część II: Dźwięk
Praca nad obudową, którą można
zainstalować wewnątrz pacynki
Czas na zajęcie się pudełkiem, w którym umieścisz płytkę z obwodem i do którego
będziesz podłączać przewody. W związku z tym czeka Cię trochę wiercenia, wycinania
i montowania.
W celu zbudowania obudowy projektu wykonaj następujące czynności:
1.
Wywierć w obudowie otwory na gniazda RCA, potencjometr, głośnik,
złącze DB9 i włącznik. Otwory wykonaj w miejscach wskazanych na
rysunku 7.11.
Rysunek 7.11.
Zamontuj
komponenty
wewnątrz obu-
dowy
Otwory gniazd RCA wykonaliśmy za pomocą wiertła o średnicy 12 mm, a otwór
na potencjometr wywierciliśmy wiertłem o średnicy 8 mm. W celu zainstalowania
głośnika wykonaliśmy cztery otwory wiertłem o średnicy 4 mm. Dobieraj
rozmiary wierteł do posiadanych komponentów.
Podczas ucinania kabli lub wiercenia zawsze noś okulary ochronne. Pamiętaj
o tym, że jeżeli nie unieruchomisz właściwie nawiercanego pudełka, to może ono
zacząć obracać się wraz z wiertłem, które się w nim zaklinowało. Nie sprawdzaj
prawdziwości praw Murphy'ego. Unieruchom plastikową skrzynkę za pomocą
np. imadła.
Rozdział 7: Szepczący Merlin
157
2.
Wytnij otwory na gniazdo DB9, włącznik i głośnik.
My zaczęliśmy pracę od wiercenia otworu pilotażowego, a następnie otwory
wycinaliśmy za pomocą włośnicy. Otwory nie muszą mieć kształtu idealnie
takiego samego jak komponent. Otwory przełącznika oraz złącza DB9 muszą być
po prostu na tyle duże, aby zmieściły się w nich korpusy tych komponentów.
Otwory mogą być nawet zbyt duże, o ile komponenty da się przykręcić za
pomocą dołączonych do nich nakrętek. Otwór głośnika powinien odsłaniać część
membrany oddaloną od krawędzi głośnika o około 10 mm. Otwór ten powinien
po prostu przepuszczać falę dźwiękową generowaną przez głośnik.
3.
Zainstaluj gniazda RCA, potencjometr, głośnik, złącze DB9 i włącznik,
tak jak to pokazano na rysunku 7.11.
4.
Unieruchom gniazda RCA i potencjometr za pomocą dołączonych do
nich nakrętek.
Na rysunku 7.12 pokazano obudowę projektu widzianą z zewnątrz.
Rysunek 7.12.
Obudowa
widziana
z zewnątrz
Głośnik możesz przykręcić za pomocą czterech nakrętek i śrub M4 z płaskim łbem.
Kołnierze włącznika i gniazda DB9 przyklej do bocznej ściany obudowy.
5.
Przylutuj czarny przewód zasobnika baterii do jednego z zacisków
włącznika. Do drugiego zacisku włącznika przylutuj kolejny czarny
przewód o długości 20 cm (zobacz rysunek 7.13).
6.
Do każdego złącza głośnika przylutuj czarny przewód o długości 15 cm
(zobacz rysunek 7.13).
7.
Do każdego z trzech złączy potencjometru przylutuj przewód o długości
20 cm (zobacz rysunek 7.14).
8.
Do każdego złącza RCA przylutuj przewód o długości 20 cm, tak jak to
pokazano na rysunku 7.14.
9.
Zasobnik baterii i płytkę prototypową zaczep w obudowie za pomocą
rzepów.
158
Część II: Dźwięk
Rysunek 7.13.
Przewody
przylutowane
do włącznika
i głośnika
Rysunek 7.14.
Przylutuj prze-
wody do kom-
ponentów, któ-
re nie znajdują
się na płytce
prototypowej
Rozdział 7: Szepczący Merlin
159
10.
Skróć przewody przylutowane do gniazd RCA, potencjometru, włącznika,
zasobnika baterii i gniazda DB9, tak aby można je było wygodnie ułożyć
wewnątrz obudowy.
11.
Usuń izolację z końców przewodów, a następnie podłącz je do zacisków
i zepnij za pomocą klipsów (zobacz rysunek 7.15).
Rysunek 7.15.
Włóż przewody
do zacisków
Na rysunku 7.15 poszczególne przewody zostały oznaczone następującymi liczbami:
1. Przewody z lewej pary gniazd RCA.
2. Przewody ze środkowej pary gniazd RCA.
3. Przewody z lewej pary gniazd RCA.
4. Przewód z lewego złącza potencjometru.
5. Przewód ze środkowego złącza potencjometru.
6. Przewód z prawego złącza potencjometru.
7. Przewód z 3. pinu złącza DB9.
8. Przewód z 5. pinu złącza DB9.
160
Część II: Dźwięk
9. Przewód z 8. pinu złącza DB9.
10. Czerwony przewód zasobnika baterii.
11. Czarny przewód włącznika.
12. Przewody głośnika.
12.
Ustaw włącznik w pozycji, która nie pozwala na przepływ prądu przez
obwód. Włóż baterie do zasobnika. Przykręć górną pokrywę do obudowy
za pomocą dołączonych do niej wkrętów.
13.
Za pomocą multimetru znajdź piny, na których przełączniki dotykowe
są normalnie
otwarte (gdy przełącznik nie jest wciskany, rezystancja
pomiędzy takimi pinami powinna być nieskończona), a po wciśnięciu
zamknięte (rezystancja pomiędzy pinami jest niemalże zerowa).
14.
Do wspomnianych pinów przylutuj przewody o długości 30 cm, tak jak
to pokazano na rysunku 7.16.
Rysunek 7.16.
Przylutuj prze-
wody do prze-
łączników
dotykowych
15.
Skróć przewody przylutowane do przełączników dotykowych w taki
sposób, aby po zaczepieniu ich w pacynce sięgały gniazd RCA
zainstalowanych we włożonej do pacynki obudowie z płytką prototypową.
Nie ucinaj przewodu na styk. Pozostaw około 7 cm zapasu, co pozwoli na
późniejsze roszady elementów zainstalowanych w pacynce.
16.
Odkręć obudowy wtyczek RCA i nasuń je na przewody. Do środkowego
styku każdej wtyczki przylutuj przewód, tak jak to pokazano na
rysunku 7.17.
Rozdział 7: Szepczący Merlin
161
Rysunek 7.17.
Przylutuj prze-
wody do wty-
czek RCA
17.
Przykręć obudowy wtyczek RCA i włóż w odpowiednie miejsca
przełączniki dotykowe.
Przełączniki umieściliśmy w rękach pacynki oraz w jej nosie.
18.
Przeprowadź przewody w taki sposób, aby wtyczki RCA znalazły się
z tyłu pacynki (zobacz rysunek 7.18).
Rysunek 7.18.
Umieść
przełączniki
dotykowe
w pacynce
162
Część II: Dźwięk
Prawdopodobnie chcesz jakoś unieruchomić przełączniki. W celu zamocowania
przełącznika za nosem pacynki zastosowaliśmy rzep firmy Velco (rzepy były
odrobinę szersze od włącznika). Rzep przyczepiliśmy do tylnej ścianki przełącznika,
ułożyliśmy przełącznik we właściwym miejscu, a następnie na materiale
znajdującym się bezpośrednio pod nosem pacynki przykleiliśmy drugi rzep.
Przełącznik możesz unieruchomić, wykonując kilka szwów.
Programowanie dźwięków
Samo wykonanie obwodu i przygotowanie pacynki nie spowoduje, że Merlin przemówi.
Musisz jeszcze zaprogramować syntezator dźwięku. W tym celu musisz nauczyć się
korzystać z oprogramowania stworzonego przez producenta czipa. Niestety jego
dokumentacja nie jest zbyt obszerna, ale uważamy, że układ SpeakJet jest najlepszym
czipem, jaki można zastosować w tym projekcie, ponieważ oferuje on wiele ciekawych
możliwości generowania dźwięku.
Informacje zawarte w tej sekcji stanowią zaledwie wstęp do programowania układu
SpeakJet. Podręcznik użytkownika tego chipa znajdziesz na stronie http://www.speakjet.com/
w sekcji Documentation.
Jeżeli chciałbyś uzyskać więcej informacji na temat układu SpeakJet, to możesz zajrzeć
na forum dyskusyjne znajdujące się pod adresem http://groups.yahoo.com/group/speakjet.
Program PhraseALator służący do programowania układu SpekJet znajdziesz pod
adresem http://magnevation.com/software/PhraseALator.zip.
Anglojęzyczny podręcznik użytkownika tego programu znajdziesz na stronie
http://www.speakjet.com/ w zakładce Download.
Czip wraz z oprogramowaniem daje Ci dość dużo możliwości. Dysponujesz zestawem
72 głosek, 43 efektami dźwiękowymi, możliwością generowania dźwięków w zakresie
trzech oktaw. Układ może zostać również skonfigurowany tak, aby odtwarzał
pojedyncze dźwięki. Możesz również modyfikować wysokość, częstotliwość i głośność
odtwarzanych dźwięków. Dzięki tym wszystkim opcjom dysponujesz potężnym
narzędziem mogącym wygenerować dowolną frazę lub dźwięk.
Po zainstalowaniu programu na swoim komputerze możesz przypisać układowi
SpeakJet standardowy zestaw dźwięków (omówimy to krok po kroku w dalszej części
tego podrozdziału. Możesz również zacząć programować dźwięki i słowa samodzielnie,
co będzie wymagało zapoznania się ze wszystkimi możliwościami oprogramowania, co
niestety wybiega już poza tematykę poruszaną w tej książce. Dokumentacja dostarczona
przez producenta nie jest zbyt obszerna, ale obsługi oprogramowania dedykowanego
układowi SpeakJet możesz nauczyć się metodą prób i błędów.
Podczas pracy nad tym projektem będziemy korzystać ze standardowego zestawu
dźwięków dostarczonego przez producenta. Aby korzystać z tych dźwięków, wykonaj
czynności opisane na poniższej liście kroków.
1.
Uruchom program PhraseALator i kliknij przycisk
Event Configuration.
Na rysunku 7.19 przedstawiono konfigurację dźwięków, którymi zaprogramowaliśmy
nasz czip. W kolumnie Phase# to Play znajdują się numery fraz ze standardowego
zestawu załadowanego do pamięci układu przez producenta.
Rozdział 7: Szepczący Merlin
163
Rysunek 7.19.
Okno Event
Configuration
programu
PhraseALator
2.
W kolumnie
Play Phrase zaznacz tylko te zdarzenia, które są oznaczone
jako
Goes Low (są uruchamiane przy opadaniu sygnału wejściowego).
Dzięki temu czip SpeakJet będzie odtwarzał dźwięk tylko wtedy, gdy użytkownik
pacynki wciśnie przycisk i go zwolni. Aby wybrać właściwe opcje, możesz
skorzystać z tabeli 7.1 lub, tak jak pokazano na rysunku 7.19, zaznaczyć opcje
wejścia, których nazwy kończą się na Goes Low.
3. A
by zaprogramować układ SpeakJet, podłącz płytkę obwodu do
komputera za pośrednictwem portu szeregowego.
Przed podłączeniem obwodu do komputera sprawdź, czy przewody i złącza
komponentów wetknięte w otwory płytki prototypowej nie poluzowały się.
Sprawdź również, czy nigdzie nie dotykają do siebie — sprawdź, czy nie ma
zagrożenia zwarciem.
4.
Po podłączeniu obwodu do komputera kliknij przycisk
Write Data to
SpeakJet znajdujący się w oknie Event Configuration (zobacz rysunek 7.19).
5.
Po zaprogramowaniu czipa odłącz obwód od komputera.
Niestety numery zdarzeń (event) nie odpowiadają numerom złączy układu scalonego
SpeakJet. W tabeli 7.1 znajdziesz numery zdarzeń i odpowiadające im numery pinów.
Podłączyliśmy przełączniki do pinów numer 2, 4 i 7, a więc korzystamy ze zdarzeń
o numerach 6, 4 i 2.
164
Część II: Dźwięk
Tworzenie dźwięków
Wiemy, że prawdopodobnie chcesz tworzyć sa-
modzielnie frazy odtwarzane przez układ SpeakJet.
W celu utworzenia własnych dźwięków:
1. Otwórz okno EEPROM Editor.
2. Kliknij pole odnoszące się do frazy, którą
chcesz edytować. Po kliknięciu otworzy się
okno edytora fraz.
3. W oknie Phrase Editor wybierz dźwięki,
które chcesz umieścić we frazie.
Upewnij się, że wybierasz dźwięki obsługiwane
przez bibliotekę.
4. Po stworzeniu frazy kliknij przycisk Done
znajdujący się w dolnym prawym rogu okna.
W ten sposób wrócisz do okna EEPROM Editor,
w którym zobaczysz, że do frazy zostały dodane
nowe dźwięki.
5. Zamknij okno EEPROM Editor i otwórz okno
Event Configuration.
6. W jednym z pól znajdujących się w kolumnie
Phrase # to Play wprowadź numer zmo-
dyfikowanej przez Ciebie frazy.
W tabeli 7.1 znajdziesz informacje na temat tego,
jakie numery pinów przypisano poszczególnym
zdarzeniom.
7. Aby zaprogramować czip SpeakJet, podłącz
obwód do komputera za pomocą kabla
szeregowego i kliknij przycisk Write Data.
Tabela 7.1. Numery zdarzeń i numery pinów
Zdarzenie (event)
Numer pinu układu SpeakJet
0
9
1
8
2
7
3
6
4
4
5
3
6
2
7
1
Montaż obwodu w maskotce
Merlin nie może się już doczekać, kiedy zacznie mówić, a więc wykonaj ostatnie
czynności, które sprawią, że Twoja pacynka przemówi.
1.
Podłącz do obwodu wtyczki RCA biegnące od jednego z przełączników
dotykowych i wciśnij ten przełącznik.
Jeżeli dźwięk jest zbyt cichy lub zbyt głośny, to wyreguluj go za pomocą
potencjometru.
2.
Odłącz wtyczki RCA od obudowy obwodu i włóż ją do pacynki,
uważając na to, aby nie odczepić przełączników dotykowych.
Rozdział 7: Szepczący Merlin
165
3.
Włóż wtyczki RCA do gniazd i ukryj przewody, tak jak to pokazano na
rysunku 7.20.
Rysunek 7.20.
Pacynka,
w której ukryto
elektronikę
Sprawdzanie działania projektu
Dysponujesz już gotową pacynką. Ściśnij jej dłoń lub nos i zobacz, co Twój mały
kolega ma do powiedzenia.
Jeżeli coś nie działa, sprawdź następujące rzeczy:
Sprawdź, czy baterie nie są przypadkiem rozładowane. Upewnij się, że są
zwrócone we właściwym kierunku i że leżą nieruchomo w zasobniku.
Sprawdź, czy nie poluzował się któryś z przewodów lub komponentów.
Dalsze rozwijanie projektu
Generowanie dźwięku przez różne przedmioty kryje ogromny potencjał, o czym
przekonali się producenci lalek i innych zabawek. Jeżeli podoba Ci się ten projekt,
to możesz go rozwijać dalej na kilka sposobów.
166
Część II: Dźwięk
Projekt możesz umieścić wewnątrz innych pacynek, przytulanek albo
zabawek wykonanych z plastiku.
Możesz stworzyć pozytywkę aktywowaną wciśnięciem przycisku.
Do projektu możesz dołączyć kolejne przyciski, którymi będą mogli
bawić się jego użytkownicy.
Czip syntezujący dźwięk obsługuje maksymalnie osiem przycisków
uruchamiających różne odgłosy.
Poza generowaniem dźwięku projekt może również świecić.
Możesz np. w głowie Merlina zainstalować diody, które będą zapalane za każdym
razem, gdy pacynka będzie coś mówiła. Więcej pomysłów na zastosowanie diod
LED znajdziesz w rozdziale 5.
Jeżeli nie chcesz programować czipu SpeakJet więcej niż raz, to nie musisz instalować
układu MAX 232 na stałe wewnątrz projektu. Zaprogramowany czip SpeakJet może
zostać zainstalowany na mniejszej płytce, która może zostać włożona do mniejszej
maskotki lub zabawki.
Rozdział 8
Serfując na falach eteru
W tym rozdziale:
►
przeanalizujesz schemat radia,
►
skompletujesz niezbędne komponenty,
►
wykonasz obwód radia na płytce prototypowej,
►
zbudujesz obudowę dla swojego radia,
►
dostroisz odbiornik do odpowiedniej częstotliwości.
rzez wiele lat osoby zajmujące się elektroniką interesowały się również budową
radioodbiorników. Kiedyś urządzenia te miały rozmiar komody i były wyposażone
w duże lampy. Dziś możesz samodzielnie zbudować mały radioodbiornik na bazie
powszechnie dostępnych podzespołów.
Radio, którego budowę opiszemy w tym rozdziale, składa się z prostego obwodu, głośnika,
cewki i kondensatora nastawnego. Komponenty te pozwolą Ci dostroić się do Twojej
ulubionej stacji.
Pracując nad tym projektem, zdobędziesz wiedzę na temat fal radiowych i ich odbioru.
Poszerzysz również swoją wiedzę na temat wzmacniaczy.
Ogólny zarys projektu
W tym rozdziale będziesz pracować nad radioodbiornikiem AM. Co prawda nasze
ulubione stacje radiowe są nadawane w standardzie FM (
modulacja częstotliwości),
ale pierwszą metodą nadawania sygnału radiowego była
modulacja amplitudy (AM).
Zbudowanie radioodbiornika AM jest łatwiejsze, dlatego na początku naszej przygody
z elektroniką zajmiemy się właśnie nim.
Jeżeli chcesz dowiedzieć się więcej na temat budowy odbiornika sygnału radiowego
nadawanego w standardzie FM, zajrzyj do książki Joela Hallasa pt. Basic Radio:
Understanding the Key Building Blocks wydanej przez amerykańskie stowarzyszenie
krótkofalowców American Radio Relay League (www.arrl.org).
Na rysunku 8.1 pokazano gotowy radioodbiornik.
P
168
Część II: Dźwięk
Rysunek 8.1.
Uważamy, że
nasz radiood-
biornik po
pomalowaniu
błyszczącą
srebrną farbą
wygląda
znakomicie
Oto czynności, jakie będziesz wykonywał podczas pracy nad własnym radioodbiornikiem:
1. Zbudujesz układ elektroniczny zawierający cewkę oraz kondensator nastawny,
który pozwoli Ci dostroić odbiornik do Twojej ulubionej radiostacji. W obwodzie
znajdą się również dwa układy scalone. Pierwszy będzie rozdzielał sygnał nadawany
od fali nośnej, a drugi będzie wzmacniał odbierany sygnał, tak aby był on na tyle
silny, żeby mógł wysterować głośnik.
2. Umieścisz płytkę z obwodem, głośnik, włącznik, potencjometr głośności
i element dostrajający w poręcznej obudowie.
Analiza schematu
Wyobraź sobie, ile dźwięków dosłownie wisi w eterze. Czas zbudować układ, który
pozwoli Ci odbierać sygnały radiowe. Dzięki niemu te wszystkie dźwięki będą mogły
wypłynąć z Twojego głośnika. Projekt ten można zbudować na bazie zaledwie jednej
płytki prototypowej. Schemat obwodu, który należy umieścić na płytce, pokazano na
rysunku 8.2.
Oto lista elementów widocznych na schemacie radioodbiornika.
L1 to cewka indukcyjna. Jest to przewód nawinięty na rdzeń ferrytowy. Cewka
pełni rolę anteny, ale wchodzi również w skład obwodu dostrojczego pozwalającego
na dostrojenie odbiornika do danej radiostacji. Parametrem charakteryzującym
cewki jest indukcyjność wyrażana w henrach. Zależy ona od ilości zwojów
nawiniętych na rdzeń.
Rozdział 8: Serfując na falach eteru
169
Rysunek 8.2.
Schemat
obwodu radia
C2 to kondensator nastawny, który wraz z cewką L1 tworzy obwód dostrojczy.
Jeżeli kondensator i cewka zostaną podłączone równolegle, to parametry
charakteryzujące te komponenty określą
częstotliwość rezonansową, czyli
w tym przypadku częstotliwość fali, do jakiej chcemy dostroić nasz odbiornik.
Obracając gałką tego kondensatora, zmieniasz jego pojemność, a w związku
z tym zmienia się częstotliwość rezonansowa obwodu, co pozwala na dostrojenie
odbiornika do różnych częstotliwości.
IC1 to układ scalony ZN416E, który ma za zadanie oddzielać nadawany sygnał
od jego fali nośnej, a także wzmacniać ten sygnał w taki sposób, aby można go
było usłyszeć w słuchawkach.
C1 to kondensator, który umożliwia odprowadzenie do masy sygnałów radiowych
o częstotliwości innej niż częstotliwość rezonansowa.
Kondensatory C3, C4 i C5 zgodnie z zaleceniami producenta układu scalonego
IC1 tłumią sygnały o wysokich częstotliwościach, zapobiegając powstawaniu
zakłóceń w obwodach znajdujących się wewnątrz układu scalonego IC1.
IC2 jest wzmacniaczem audio LM386N-1. Wzmacnia on sygnał generowany
przez układ IC1, tak aby można go było skierować do głośnika.
R1 jest potencjometrem sterującym głośnością.
Kondensator C6 określa stopień wzmocnienia napięcia przez układ IC2. Dzięki
temu kondensatorowi napięcie sygnału wyjściowego będzie 200 razy wyższe
od napięcia wejściowego.
Kondensator C7 poprawia stabilność pracy wzmacniacza LM386 i przeciwdziała
problemom takim jak wahania napięcia, które mogłyby powodować zniekształcanie
odbieranego sygnału radiowego.
Kondensator C8 blokuje przepływ prądu stałego pojawiającego się na wyjściu
wzmacniacza LM386.
170
Część II: Dźwięk
Odbieranie właściwego sygnału
Ferryt, z którego wykonany jest rdzeń cewki za-
stosowanej w tym projekcie, to krystaliczny tlenek
żelaza zwykle stosowany w cewkach mających pra-
cować z sygnałami o częstotliwościach radiowych.
W przypadku cewek pracujących w obwodach
o niskich częstotliwościach, np. cewek transfor-
matorów, możliwe jest stosowanie żelaznych rdzeni.
Gdyby rdzenie żelazne zastosowano w obwodach
wysokich częstotliwości, to dzięki ich wysokiej kon-
duktywności powstałyby w nich prądy wirowe. Prądy
te obniżałyby poziom sygnału indukowanego przez
cewkę. W przypadku radioodbiorników stosuje się
rdzenie ferrytowe, ponieważ charakteryzują się one
znacznie niższą konduktywnością i nie powstają
w nich prądy wirowe.
Sygnał radiowy, przechodząc przez rdzeń ferrytowy,
wytwarza w nim pole magnetyczne. Jeżeli na taki
rdzeń nawinięto cewkę, to takie pole magnetyczne
zmieniające polaryzację z wysoką częstotliwością
indukuje prąd elektryczny w przewodzie, z którego
wykonana jest cewka. Pole magnetyczne lub elek-
tryczne może wywołać przepływ elektronów w prze-
wodzie. Jeżeli takie pole często zmienia polaryzację
(tak jak np. pole wywołane przez sygnał radiowy),
to zmienia się również kierunek przepływu prądu
wzbudzonego w przewodzie. Brawo! Teraz mamy
sygnał o częstotliwości radiowej, który płynie przez
cewkę.
Sygnał ten przepływa również przez kondensator
podłączony do cewki. W przypadku połączenia rów-
noległego cewki i kondensatora (takie połączenie
mamy w obwodzie radioodbiornika AM) często-
tliwość rezonansowa jest określana przez parametry
charakteryzujące te dwa komponenty. Sygnał o czę-
stotliwości rezonansowej jest następnie blokowany
— nie może płynąć dalej przez obwód składający
się z cewki i kondensatora. Częstotliwość rezonan-
sowa jest częstotliwością fali radiowej, do której
chcesz się dostroić, a więc obracając gałką konden-
satora nastawnego, możesz dostroić się do różnych
radiostacji.
Sygnały innych radiostacji (sygnały o częstotliwości
innej niż częstotliwość rezonansowa) przepływają
przez obwód składający się z cewki i kondensatora
nastawnego, a następnie za pośrednictwem kon-
densatora C1 są zwierane z masą, a więc po prostu
eliminowane.
Tylko sygnał o częstotliwości równej częstotliwości
rezonansowej nie przepływa przez kondensator C1.
Jest on przetwarzany przez dalszą część obwodu
i na koniec możesz go usłyszeć w formie dźwięku
wydobywającego się z głośnika.
Kondensator C9 działa w charakterze wyjściowego buforu prądowego. Gdy
dochodzi do nagłego wzrostu zapotrzebowania na prąd, ładunek jest pobierany
przez układ z kondensatora. Gdy zapotrzebowanie na prąd jest niskie, wówczas
kondensator jest ładowany.
Uwagi dla konstruktorów
— potencjalne problemy
Pręt ferrytowy, na który będziesz nawijać zwoje drutu tworzącego cewkę, jest kruchy.
Jeżeli upuścisz go lub stukniesz nim o coś, to najprawdopodobniej go złamiesz.
Zachowaj więc ostrożność!
Jeżeli tak jak my planujesz umieścić radio w drewnianym pudełku, to sprawdź grubość
jego ścianek. Jeżeli ścianki będą grubsze od długości gwintu potencjometru, to będziesz
miał problem z jego zainstalowaniem w obudowie projektu. Ścianka naszej obudowy
miała grubość 6 mm. Gwint potencjometru miał również długość 6 mm, a więc
Rozdział 8: Serfując na falach eteru
171
wkleiliśmy go do wywierconego wcześniej otworu, zwracając uwagę na to, aby klej
nie dostał się do obrotowego wałka tego komponentu. W takiej sytuacji warto byłoby
również zwęzić za pomocą dłuta ścianę obudowy w miejscu, w którym wykonano
otwór. Dzięki temu końcówka potencjometru wystawałaby nieco dalej za obudowę, co
zapobiegłoby ocieraniu gałki założonej na potencjometr o zewnętrzną ścianę obudowy.
W metalowej obudowie kondensatora nastawnego znajdują się otwory pozwalające na
montaż za pomocą małych wkrętów. Doszliśmy do wniosku, że w praktyce łatwiej jest
przykleić ten kondensator do ściany obudowy po
fazowaniu krawędzi otworu, czyli
wycięciu wyżłobienia na metalowy przegub okalający wałek. Po takim zabiegu ściana
kondensatora może stykać się ze ścianą obudowy.
Poszukiwanie niezbędnych komponentów
Włącz komputer albo idź do lokalnego sklepu z komponentami elektronicznymi i kup
wymienione niżej części niezbędne do wykonania własnego radioodbiornika. Niektóre
z tych komponentów pokazano na rysunkach 8.3 i 8.4.
Rysunek 8.3.
Główne
komponenty
172
Część II: Dźwięk
Rysunek 8.4.
Pozostałe klu-
czowe kompo-
nenty obwodu
potencjometr 10 k (
R1)
rezystor 10 (
R2)
2 kondensatory ceramiczne 0,01 F (
C1, C3)
kondensator ceramiczny 0,1 F (
C5)
2 kondensatory ceramiczne 0,047 F (
C4, C9)
2 kondensatory elektrolityczne 10 F (
C7, C6)
kondensator elektrolityczny 100 F (
C8)
wzmacniacz LM386N-1 (
IC2)
Istnieje wiele wersji wzmacniacza LM386. My wybraliśmy układ LM386N-1,
ponieważ może on być zasilany prądem o napięciu 6 V, a prąd o takim właśnie
napięciu będzie płynął przez obwód radioodbiornika.
zasobnik na jedno ogniwo AA
Zasobnik ten dostarcza prąd o napięciu 1,5 V do układu IC1 — układ ZN416
może być zasilany prądem o maksymalnym napięciu 1,6 V.
zasobnik na 4 ogniwa AA (zasobnik ten będzie zasilał układ
IC2 prądem
o napięciu 6 V)
odbiornik radiowy AM ZN416E (
IC1)
Rozdział 8: Serfując na falach eteru
173
powietrzny kondensator nastawny 14 – 365 pF (
C2)
W tym projekcie możesz również zastosować kondensator nastawny charakteryzujący
się maksymalną pojemnością 500 pF.
pręt ferrytowy o długości 89 mm i średnicy 9,5 mm
Możesz również zastosować dłuższy pręt ferrytowy o średnicy 12,7 mm.
Niezależnie od tego, jaki pręt ferrytowy zastosujesz, pamiętaj o tym, że musi się
on zmieścić w obudowie radioodbiornika. Odbiornik oparty na dłuższym pręcie
ferrytowym będzie lepiej odbierał radiostacje o słabym sygnale.
Układ ZN416E, kondensator nastawny oraz pręt ferrytowy znaleźliśmy w ofercie
firmy Ocean State Electronics. Poszukaj ich za pomocą Allegro. Układ ZN416E
znajdziesz np. w ofercie firmy MostChip (http://pl.mostchip.com/). Taniej będzie,
jeżeli kupisz pręt ferrytowy, na który fabrycznie nawinięto cewkę, zdejmiesz ją
z drutu i nawiniesz samodzielnie odpowiednią ilość zwojów. Pręt bez cewki
kosztuje około trzy razy drożej!
przełącznik SPST (używany w charakterze włącznika)
płytka prototypowa o 830 stykach
7 dwupinowych listew zaciskowych
2 gałki (dla potencjometru i kondensatora nastawnego)
głośnik 8 , 1 W
obudowa
My w roli obudowy zastosowaliśmy drewnianą skrzynkę kupioną w sklepie
z artykułami rzemieślniczymi. Ty w roli obudowy możesz zastosować skrzynkę
drewnianą lub plastikową. Nie używaj skrzynki metalowej! Metalowa obudowa
uniemożliwi odbieranie fal radiowych przez znajdującą się w niej antenę ferrytową.
4 śruby M4 z łbem płaskim o długości 12 mm
4 nakrętki M4
zestaw przewodów połączeniowych o średnicy 0,6 mm (zestaw przewodów
o różnej długości, z których końców fabrycznie usunięto izolację)
około 2 – 3 metry emaliowanego drutu o średnicy 0,4 mm (drut ten
będzie elementem konstrukcyjnym cewki)
Budowa projektu krok po kroku
Jeżeli posiadasz koszulkę z napisem „Marconi był tutaj”, to możesz ją założyć na siebie
i przystąpić do pracy nad radioodbiornikiem w odpowiedniej stylizacji. Aby zbudować
radioodbiornik, musisz wykonać obwód na płytce prototypowej, wywiercić różne
otwory w obudowie, zainstalować w niej płytkę, głośnik i pokrętła, a na koniec dostroić
się do jakiejś radiostacji.
174
Część II: Dźwięk
Budowa obwodu radioodbiornika
Pracę rozpoczniemy od połączenia obwodu będącego mózgiem radioodbiornika.
W tym celu wykonaj następujące czynności:
1.
Na płytce prototypowej umieść układy ZN416E (
IC1) i LM386N-1 (IC2)
oraz 7 podwójnych zacisków, tak jak to pokazano na rysunku 8.5.
Rysunek 8.5.
Na płytce pro-
totypowej zain-
staluj układy
scalone i listwy
zaciskowe
Do zacisków widocznych na rysunku 8.5 zostaną podłączone pary przewodów
biegnące od różnych komponentów. Przewody te połączą płytkę z zasobnikiem
baterii zasilającym układ IC1, zasobnikiem baterii zasilającym układ IC2,
z włącznikiem, cewką, kondensatorem nastawnym, głośnikiem i potencjometrem.
2.
We właściwe otwory płytki włóż przewody łączące układy scalone
i zaciski ze zbiorczą szyną masy, a następnie połącz ze sobą 2 szyny
masy za pomocą kolejnego przewodu (zobacz rysunek 8.6).
Rysunek 8.6.
Sześć krótszych
przewodów łą-
czy poszczegól-
ne komponenty
ze zbiorczymi
szynami masy,
a dłuższy prze-
wód widoczny
po prawej
stronie łączy
ze sobą obie
szyny masy
Rozdział 8: Serfując na falach eteru
175
3.
We właściwe otwory płytki włóż przewód łączący układ
IC2 z szyną
zasilającą oraz przewód łączący szynę zasilającą z zaciskiem, do którego
będzie podłączony dodatni biegun baterii zasilającej układ
IC2.
Za pomocą kolejnego przewodu połącz ze sobą dwie zbiorcze szyny
zasilające (zobacz rysunek 8.7).
Rysunek 8.7.
Połącz kompo-
nenty z dodat-
nią szyną
zasilającą
Nie podłączaj układu IC1 do tej szyny zasilającej. Jeżeli podłączysz ten biedny
układ do prądu o napięciu 6 V, to go usmażysz!
4.
We właściwe otwory płytki włóż przewody łączące układy scalone
z innymi komponentami dyskretnymi, a także z zaciskami cewki (
L1),
kondensatora nastawnego (
C2), potencjometru (R1) i głośnika (zobacz
rysunek 8.8).
5.
Na płytce prototypowej zainstaluj 2 kondensatory 0,047 F (
C4 i C9),
2 kondensatory 10 F (
C6 i C7), kondensator 100 F (C8), 2 kondensatory
0,001 F (
C1 i C3), kondensator 0,1 F (C5) i rezystor 10 (R2) (zobacz
rysunek 8.9).
Podłączając do obwodu kondensatory elektrolityczne, zwróć szczególną uwagę
na ich polaryzację, którą oznaczono na schemacie. Dłuższe złącze kondensatora
jest jego dodatnim biegunem.
W rozdziale 4. opisaliśmy sposób na skrócenie złączy komponentów, tak aby
komponenty były schludnie zainstalowane na płytce prototypowej. Nie chcemy
zabrzmieć jak Twoja matka, ale pamiętaj o tym, że podczas skracania złączy
komponentów należy mieć założone okulary ochronne.
176
Część II: Dźwięk
Rysunek 8.8.
Podłącz prze-
wody do ukła-
dów scalonych,
zacisków
i komponentów
dyskretnych
Rozdział 8: Serfując na falach eteru
177
Rysunek 8.9.
Na płytce pro-
totypowej zain-
staluj rezystory
i kondensatory
Budowa obudowy radia
Po wykonaniu obwodu musisz go gdzieś umieścić, a więc czas rozpocząć pracę
z pudełkiem, które postanowiłeś przeznaczyć na obudowę radia.
Aby przygotować obudowę, wykonaj następujące czynności:
1.
W pudełku wywierć otwory, w których zainstalujesz kondensator
nastawny, potencjometr i włącznik.
Po jednej stronie pudełka umieściliśmy włącznik, a po przeciwnej stronie pudełka
zainstalowaliśmy potencjometr i kondensator nastawny, ale tak naprawdę możesz
przykręcić te komponenty w dowolnie wybranych przez siebie miejscach.
Na rysunku 8.10 pokazaliśmy miejsca, w których zainstalowaliśmy te komponenty
podczas pracy nad naszym radioodbiornikiem.
178
Część II: Dźwięk
Rysunek 8.10.
Pudełko, w któ-
rym zainstalo-
wano włącznik,
potencjometr,
kondensator
nastawny
i głośnik
2.
Połóż głośnik frontem do miejsca obudowy, w którym chcesz go
zamontować. Zaznacz pozycję czterech otworów montażowych głośnika.
3.
Wywierć otwory, w których zmieszczą się śruby M4.
Podczas pracy nad naszym radioodbiornikiem zastosowaliśmy w tym celu wiertło
o średnicy 4 mm.
4.
Narysuj owalny kształt mniejszy o około 5 mm od głośnika.
Za pomocą włośnicy wykonaj otwór, przez który będzie wydobywał się dźwięk
generowany przez głośnik.
Więcej informacji na temat doboru rozmiaru wiertła do poszczególnych
komponentów znajdziesz w rozdziale 4. W rozdziale tym znajdziesz również
wiele innych przydatnych informacji dotyczących pracy nad obudowami
projektów. Przed przystąpieniem do wykonania otworów załóż okulary
ochronne i przykręć pudełko do stołu za pomocą ścisku!
5.
Przełóż gwint włącznika przez wywiercony wcześniej otwór i przykręć
go za pomocą dołączonej nakrętki.
6.
Przełóż gwint potencjometru przez wywiercony wcześniej otwór
i przykręć go za pomocą dołączonej nakrętki.
Rozdział 8: Serfując na falach eteru
179
7.
Na wystającą z obudowy część potencjometru załóż gałkę i przykręć ją
za pomocą śruby.
Nagwintowana część potencjometru ma długość około 6 mm. Jeżeli ściana
Twojego pudełka ma grubość zbliżoną do długości nagwintowanej części
potencjometru, to nie będziesz w stanie przykręcić go za pomocą nakrętki.
Będziesz musiał go wkleić w otwór. Pamiętaj o tym, że klej nie powinien
dostać się na oś potencjometru.
8.
Przełóż oś kondensatora nastawnego przez wywiercony wcześniej otwór
i przyklej metalową obudowę kondensatora do drewnianej ściany pudełka.
Uważaj, aby klej nie dostał się na oś lub inne ruchome elementy kondensatora.
9.
Na wystającą z obudowy część kondensatora nastawnego załóż gałkę
i przykręć ją za pomocą śruby.
10.
Przykręć głośnik za pomocą czterech śrub M4 z płaskim łbem oraz
czterech nakrętek.
11.
Przylutuj czarne kable obu zasobników baterii do jednego złącza
włącznika. Do drugiego złącza włącznika przylutuj czarny kabel
o średnicy 20 cm (zobacz rysunek 8.11).
Rysunek 8.11.
Przewody
przylutowane
do włącznika
i kondensatora
nastawnego
180
Część II: Dźwięk
12.
Do złącza kondensatora nastawnego przylutuj kabel o długości 20 cm.
Do metalowego korpusu kondensatora przylutuj kolejny przewód
o długości 20 cm.
Złącze oczkowe kondensatora jest połączone galwanicznie z jego nieruchomymi
elementami, a metalowa obudowa jest połączona galwanicznie z ruchomymi
płytkami.
13.
Do trzech złączy potencjometru przylutuj przewody o długości 20 cm
(zobacz rysunek 8.12).
Rysunek 8.12.
Przewody
przylutowane
do potencjome-
tru i głośnika
14.
Do obu złączy głośnika przylutuj przewody o długości 20 cm (zobacz
rysunek 8.12).
Podczas wykonywania połączeń lutowniczych stosuj się do zasad przedstawionych
w rozdziale 2. Między innymi nie pozostawiaj włączonej lutownicy bez nadzoru.
Pracuj w okularach ochronnych! W spoiwie lutowniczym niekiedy znajdują się
poduszki powietrzne, które po rozgrzaniu mogą spowodować pryśnięcie spoiwa
lutowniczego w kierunku Twojego oka.
Rozdział 8: Serfując na falach eteru
181
Nawijanie cewki
Przygotuj pręt ferrytowy, drut o średnicy 0,4 mm, taśmę izolacyjną oraz klej i korzystając
z poniższej listy kroków, wykonaj cewkę.
1.
Ferrytowy pręt owiń taśmą izolacyjną.
Taśma ochroni izolującą emalię znajdującą się na drucie przed występami
znajdującymi się na powierzchni pręta.
2.
Wytnij dwa krótkie kawałki taśmy izolacyjnej o szerokości 6 mm i połóż
je w łatwo dostępnym miejscu.
3.
Pozostaw około 20-centymetrowy fragment drutu wystającego z przyszłej
cewki i zacznij nawijać zwoje w odległości około 3 cm od końca pręta.
4.
Po nawinięciu około 20 zwojów drutu znajdujący się na początku cewki
drut przyklej za pomocą jednego z przygotowanych wcześniej kawałków
taśmy izolacyjnej. Dzięki temu dotychczas nawinięte zwoje nie powinny
się luzować, gdy będziesz nawijać pozostałe zwoje cewki.
5.
Nawiń na pręt w sumie 50 zwojów drutu i pozostaw około
20-centymetrowy fragment drutu wystający z drugiego końca cewki.
6.
Przyklej zwoje znajdujące się na końcu cewki za pomocą kolejnego
fragmentu taśmy izolacyjnej.
7.
Zwoje znajdujące się na obu końcach cewki zabezpiecz za pomocą kleju.
Jeżeli zgodnie z naszymi zaleceniami przykleiłeś początkowe i końcowe zwoje za
pomocą taśmy izolacyjnej o szerokości 6 mm, to spod taśmy izolacyjnej powinno
wystawać wystarczająco dużo drutu, abyś mógł go dodatkowo unieruchomić
za pomocą kleju. Po wyschnięciu kleju będziesz dysponował gotową cewką.
Wykonaną przez nas cewkę możesz podziwiać na rysunku 8.13.
Rysunek 8.13.
Cewka gotowa
do użycia
182
Część II: Dźwięk
Łączenie ze sobą wszystkich elementów
radioodbiornika
Czas połączyć ze sobą wszystkie komponenty i zobaczyć, czy Twój radioodbiornik
złapie jakąś radiostację. Wykonaj poniższe czynności, aby dokończyć projekt:
1.
Przyklej rzepy do płytki prototypowej i dna obudowy, a następnie
włóż płytkę do obudowy.
2.
Przyklej rzepy do zasobników baterii i obudowy, a następnie włóż
zasobniki do obudowy.
3.
Do zacisków znajdujących się na płytce prototypowej włóż przewody
głośnika, potencjometru, kondensatora nastawnego, cewki, zasobników
baterii i włącznika, tak jak to pokazano na rysunku 8.14.
Rysunek 8.14.
Do zacisków
znajdujących
się na płytce
prototypowej
podłącz głośnik,
kondensator
nastawny,
włącznik i za-
sobniki baterii
Rozdział 8: Serfując na falach eteru
183
4.
Przed podłączeniem do zacisku wszystkich przewodów skróć je i zdejmij
izolację z ich końców.
Staraj się, aby przewody potencjometru znajdowały się jak najdalej od przewodów
głośnika, cewki i kondensatora nastawnego. Z pewnością słyszałeś pisk, jaki
powstaje na skutek zbytniego zbliżenia mikrofonu do głośnika. Ten sam efekt
może powstać, gdy wymienione przewody znajdą się zbyt blisko siebie.
5.
Jeżeli zachodzi taka potrzeba, to unieruchom niektóre przewody za
pomocą klipsów.
Jeżeli elementy w Twojej obudowie są umieszczone tak jak w naszej, to nie
będziesz musiał korzystać z klipsów do kabli, ponieważ odległości pomiędzy
zaciskami i komponentami takimi jak głośnik, potencjometr i kondensator
nastawny są niewielkie.
6.
Zamknij pokrywę obudowy i podziwiaj swój radioodbiornik (zobacz
rysunek 8.15).
Rysunek 8.15.
Radioodbiornik
gotowy
do użytku
Sprawdzanie działania projektu
Twój odbiornik jest już gotowy do pracy. Włóż baterie do zasobników i uruchom
urządzenie za pomocą włącznika. Znajdź swoją ulubioną radiostację za pomocą
pokrętła strojenia (pokrętło kondensatora nastawnego), a następnie wyreguluj głośność
za pomocą potencjometru.
Jeżeli dostroisz się do jakiejś radiostacji, do której będziesz chciał później wrócić,
to na przednim panelu urządzenia zaznacz położenie pokrętła strojenia.
184
Część II: Dźwięk
Jeżeli nie możesz dostroić się do żadnego kanału radiowego, sprawdź następujące rzeczy:
Sprawdź, czy wszystkie baterie są nowe. Upewnij się, że są zwrócone
we właściwym kierunku i że leżą nieruchomo w zasobniku.
Sprawdź, czy nie poluzował się któryś z przewodów lub komponentów.
Zwróć odbiornik w innym kierunku.
Gdy jeden z końców anteny jest zwrócony w kierunku nadajnika, to sygnał
odbierany przez antenę jest mocniejszy.
Dalsze rozwijanie projektu
Wiele osób łapie bakcyla radiowego i chce wgryźć się bardziej w zagadnienia związane
z krótkofalarstwem. Jeżeli należysz do tej grupy, to możesz przystąpić do pracy nad
kolejnymi projektami.
Możesz zbudować odbiornik odbierający radiostacje nadające na wyższych
częstotliwościach w standardzie FM. Na bazie układu scalonego TEA5710N
możesz zbudować radio odbierające sygnały AM i FM.
Zbuduj radio odbierające sygnały nadawane w paśmie krótkofalarskim.
Projekty takich radioodbiorników znajdziesz między innymi na stronach
http://www.arrl.org/, http://www.elektroda.pl, https://pzk.org.pl.
Do anteny ferrytowej dołącz zewnętrzną antenę, która zwiększy moc sygnału
odbieranego przez odbiornik. Rozwiązanie to jest szczególnie przydatne, jeżeli
mieszkasz na głuchej prowincji, gdzie odbierany sygnał radiowy jest bardzo słaby.
Część III
Niech stanie się światłość
186
Część III: Niech stanie się światłość
W tej części…
homas Edison po wynalezieniu żarówki odkrył, że generowanie
światła za pomocą obwodu elektrycznego może być dobrą
zabawą. Podczas pracy nad projektami opisanymi w tej części
książki będziesz obcował z różnymi rodzajami światła. Między
innymi wykonasz ekran z tańczącymi delfinami podświetlanymi
diodami LED, będziesz sterował pojazdem dzięki sygnałom
przekazywanym za pomocą podczerwieni, wykonasz gadżet na
Halloween wyposażony w czujnik ruchu działający w zakresie
podczerwieni.
T
Rozdział 9: Straszne dynie
187
Rozdział 9
Straszne dynie
W tym rozdziale:
►
przeanalizujesz schemat obwodu,
►
skompletujesz niezbędne komponenty,
►
wykonasz obwody na płytkach prototypowych,
►
umieścisz obwody wewnątrz dyń,
►
będziesz mógł włączyć podświetlenie dyń.
iele osób pod koniec października wykraja różne upiorne wizerunki w dyniach.
Dlaczego nie wzmocnić tego efektu za pomocą elektryczności? Dlaczego nie
podświetlić wnętrza dyń i nie dodać do nich generatora przerażających dźwięków?
W tym rozdziale zmodyfikujemy dwie plastikowe dynie. Dodamy do nich efekty
świetlne i dźwiękowe aktywowane czujnikiem podczerwieni. Chyba czegoś takiego
nie spodziewają się osoby pukające do drzwi z pytaniem: „cukierek albo psikus?”.
Oczywiście, jeżeli jest luty i nigdzie nie ma plastikowych dyń, to obwód generujący
efekty możesz umieścić wewnątrz np. plastikowego dinozaura lub pudełka po cukierkach
mającego kształt serca.
Ogólny zarys projektu
Po skończeniu pracy nad tym projektem będziesz dysponował dwiema dyniami:
Pierwsza dynia będzie generowała wiązkę promieni podczerwonych.
Druga dynia będzie świeciła i odtwarzała dźwięk, gdy ktoś lub coś przerwie
wiązkę podczerwieni biegnącą pomiędzy obiema dyniami.
Przygotowaną dynię pokazano na rysunku 9.1.
Oto ogólny zarys tego dyniowego projektu:
1. Wykonaj dwa obwody elektroniczne i umieść je w plastikowych dyniach wraz
z przełącznikami, mikrofonem i głośnikiem.
2. Za pomocą mikrofonu nagraj jakiś ciekawy dźwięk lub jakąś wypowiedź.
Nam spodobał się pomysł na nagranie komunikatu o treści: „Witamy w rezydencji
jeźdźca bez głowy. Życzymy miłego pobytu”. Na nagraniu po komunikacie tego
typu można umieścić odgłosy szyderczego, przerażającego śmiechu.
W
188
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 9.1.
Gotowa „gada-
jąca” dynia
3. Jedna dynia emituje w kierunku drugiej wiązkę podczerwieni. Jeżeli ktoś,
przechodząc pomiędzy dyniami, przerwie tę wiązkę, to odtworzony zostanie
nagrany wcześniej komunikat, a czerwone diody LED znajdujące się wewnątrz
dyni zaczną migać.
4. Aby zmniejszyć prawdopodobieństwo zakłócenia pracy projektu przez szum
odbierany przez czujnik podczerwieni, czujnik ten reaguje tylko na promieniowanie
podczerwieni włączane i wyłączane z częstotliwością 38 kHz. Układ generujący
wiązkę emituje impulsy podczerwieni z częstotliwością 38 kHz. W ten sposób
wyeliminowano problem zakłóceń.
Jednym z problemów, jakie napotkasz, jest ogrom zakłóceń emitowanych w paśmie
podczerwieni. Podczerwień jest generowana przez grzejniki, ludzi, zwierzęta,
praktycznie każdy żywy organizm, a także działający obwód elektryczny.
Jeżeli jesteś szczęściarzem posiadającym w swoim warsztacie oscyloskop potrafiący
wyświetlić falę kwadratową o częstotliwości 38 kHz, to na ekranie tego urządzenia
będziesz mógł zaobserwować ten sam wykres, który przedstawiono na rysunku 9.2.
Nie bój się — nie potrzebujesz oscyloskopu do dostrojenia nadajnika podczerwieni.
Informacje na temat kalibracji tego komponentu znajdziesz w sekcji „Sprawdzanie
działania projektu”.
Analiza schematu
Podczas pracy nad tym projektem wykonasz dwa obwody: jeden z nich będzie generował
wiązkę podczerwieni, a drugi ją odbierał i odtwarzał dźwięk.
Najpierw zajmiemy się schematem obwodu, który zostanie wykonany na płytce
umieszczonej w tzw. niemej dyni (czyli dyni wyposażonej w nadajnik). Schemat
ten przedstawiono na rysunku 9.3.
Rozdział 9: Straszne dynie
189
Rysunek 9.2.
Fala kwadrato-
wa wyświetla-
na na ekranie
oscyloskopu
Rysunek 9.3.
Schemat
obwodu
niemej dyni
Przejdźmy do sedna. Oto lista elementów widocznych na schemacie obwodu niemej dyni:
Dioda LED generująca światło podczerwone (LED2) jest jednym z najważniejszych
komponentów tego obwodu. Zadaniem pozostałych komponentów jest
dostarczanie do diody prądu, który będzie ją włączał i wyłączał z częstotliwością
38 kHz. W wyniku takiego impulsowego zasilania dioda będzie błyskała 38 000 razy
na sekundę, jest to tak wysoka częstotliwość, że ludzkie oko nawet nie zauważy
takiego migotania.
190
Część III: Niech stanie się światłość
Układ scalony IC1 jest kolejnym kluczowym elementem tego obwodu.
Jest to układ zegarowy LM555, który generuje (na 3. pinie) falę kwadratową.
Rezystory R2, R3 i R4 oraz kondensator C1 odpowiadają za częstotliwość fali
kwadratowej generowanej przez układ zegarowy LM555.
S1 jest przełącznikiem SPST (przełącznik jednobiegunowy, jednopozycyjny
— zobacz rozdział 4.). Jest on podłączony szeregowo do ujemnego zacisku
zasobnika baterii i zbiorczej szyny masy płytki prototypowej. Jeżeli przełącznik
ten znajduje się w otwartej pozycji, to nie może płynąć przez niego prąd, a więc
obwód jest wyłączony. Jeżeli styki tego przełącznika zostaną zwarte, to przez
obwód popłynie prąd.
Dioda LED2 świeci po włączeniu obwodu przełącznikiem S1. W naszym obwodzie
zastosowaliśmy diodę koloru pomarańczowego, która emituje światło o kolorze
podobnym do świecy umieszczonej wewnątrz dyni.
Rezystor R1 ogranicza natężenie prądu płynącego przez diodę LED1 do około
20 mA (miliamperów).
Rezystor R5 ogranicza natężenie prądu płynącego przez diodę LED2 do około
30 mA (miliamperów).
Kondensator C2 tłumi zakłócenia pojawiające się na 5. pinie układu scalonego.
Zakłócenia te mogłyby spowodować nieprawidłowe działanie układu IC1.
Czas i układy zegarowe
Jeżeli połączysz układ zegarowy 55 z rezystorami
i kondensatorem, tak jak to pokazano na schemacie,
to układ ten będzie na swoim wyjściu generował
falę. Częstotliwość generowania fali zależy od szyb-
kości, z jaką kondensator jest ładowany i rozłado-
wywany. Czas potrzebny do naładowania konden-
satora do dwóch trzecich pojemności lub jego
rozładowania do jednej trzeciej pojemności można
obliczyć za pomocą równania stałej czasowej RC.
Uwaga! Nie zemdlej. Czas na odrobinę matematyki.
Stałą czasową RC ładowania kondensatora można
obliczyć za pomocą wzoru:
T1 = (R2+R3+R4)×C
Stałą czasową RC rozładowania kondensatora można
obliczyć za pomocą wzoru:
T2 = (R3+R4)×C
W omawianym obwodzie rezystory R2, R3 i R4
określają, jak szybko ładowany i rozładowywany jest
kondensator. O stopniu naładowania kondensatora
decyduje napięcie na 2. i 6. pinie układu scalonego
oraz napięcie prądu płynącego przez obwód znaj-
dujący się wewnątrz układu scalonego. Kiedy na-
pięcie osiągnie dwie trzecie napięcia prądu zasilające-
go, to obwód podłączony do 6. pinu jest włączany,
co powoduje również zmianę potencjału wyjścio-
wego z wartości dodatniej na 0 (zero) V. Kolejnym
skutkiem jest rozładowanie kondensatora. Zgroma-
dzony w nim ładunek jest kierowany do masy za
pośrednictwem 7. pinu. Na skutek rozładowywania
kondensatora napięcie na pinach nr 2 i 6 spada.
Kiedy osiągnie ono wartość równą jednej trzeciej
napięcia zasilającego, to aktywowany jest obwód
podłączony do 2. pinu. Potencjał obecny na wyj-
ściu układu scalonego wzrasta z 0 V do wartości
równej napięciu prądu zasilającego obwód. Pin nr 7
zostaje odłączony od masy, co umożliwia ponowne
ładowanie kondensatora. Gdy napięcie pomiędzy
okładzinami kondensatora osiągnie wartość równą
dwóm trzecim napięcia zasilającego, to cały cykl
zostanie rozpoczęty od nowa.
Rozdział 9: Straszne dynie
191
Teraz czas przeanalizować budowę obwodu odbiornika, który zostanie umieszczony
w „gadającej dyni”. Przyjrzyj się jego schematowi na rysunku 9.4.
Rysunek 9.4.
Schemat
obwodu gada-
jącej dyni
Głównym komponentem tego obwodu jest czujnik podczerwieni. W czujniku tym
znajdują się fotodioda czuła na światło podczerwone oraz układ scalony generujący
na wyjściu czujnika potencjał równy napięciu prądu zasilającego obwód lub
równy potencjałowi zerowemu. Jeżeli czujnik wykrywa sygnał podczerwony
o częstotliwości 38 kHz, wówczas na wyjściu czujnika pojawia się potencjał 0 V.
Jeżeli czujnik nie wykrywa takiego sygnału, to napięcie na jego wyjściu wzrasta.
192
Część III: Niech stanie się światłość
IC1 jest kolejnym ważnym elementem tego obwodu. Jest to układ scalony, który
może rejestrować dźwięk, a następnie go odtwarzać. Do 23. pinu tego układu
podłączamy czujnik podczerwieni. Gdy napięcie na tym pinie spadnie do potencjału
0 V, IC1 zaczyna odtwarzać dźwięk. Oto jak działa nasz projekt: gdy jakaś osoba
znajdzie się pomiędzy dyniami, wówczas napięcie na wyjściu czujnika wzrasta.
Jeżeli wspomniana osoba pójdzie dalej, to napięcie na wyjściu czujnika podczerwieni
spada z powrotem do wartości 0 V. Wtedy właśnie układ IC1 zaczyna odtwarzać
nagranie znajdujące się w jego pamięci.
Do pinów nr 14 i 15 układu IC1 podłączony jest głośnik. To właśnie za jego
pośrednictwem nagrane wcześniej komunikaty mogą zostać odtworzone.
Dioda LED1 jest podłączona pomiędzy 14. pinem układu IC1 a masą. Gdy układ
IC1 odtwarza dźwięk, dioda ta miga. My zastosowaliśmy diodę koloru czerwonego,
aby otrzymać czerwone podświetlenie dyni.
Jeżeli chcesz, aby dynia była podświetlana jasnym światłem, zastosuj diodę LED
umieszczoną w przezroczystej obudowie. Unikaj obudów półprzezroczystych.
Dioda LED2 świecąca światłem ciągłym.
My zastosowaliśmy diodę koloru pomarańczowego. Taka dioda emituje światło
koloru podobnego do świecy.
Rezystor R4 ogranicza natężenie prądu płynącego przez diodę LED2 do około 20 mA.
S1 jest normalnie otwartym przełącznikiem przyciskowym. Po wciśnięciu łączy
on 27. pin układu IC1 z masą. Wtedy możliwe jest nagranie dźwięku za pomocą
mikrofonu. Nagrywanie jest przerywane po zwolnieniu przycisku S1.
Rezystor R3 łączy mikrofon z dodatnią szyną zasilającą. Dzięki niemu do mikrofonu
dostarczany jest prąd o odpowiednim napięciu (4,5 V).
Kondensator C3 uniemożliwia przepływ prądu stałego pomiędzy mikrofonem a 17.
pinem układu IC1.
Przełącznik S2 pełni rolę włącznika. Jest on połączony szeregowo z ujemnym
zaciskiem zasobnika baterii i zbiorczą szyną masy płytki prototypowej.
Rezystor R1 i kondensator C1 usuwają irytujące zakłócenia.
Rezystor R2 i kondensator C2 łączą masę z automatycznym układem, który
steruje czułością układu IC1. Opór rezystora R2 i pojemność kondensatora C2
określają szybkość reakcji układu automatycznej kontroli czułości wejścia układu
IC1 na zmiany głośności nagrywanego dźwięku.
Uwagi dla konstruktorów
— potencjalne problemy
Umieszczenie obwodu wewnątrz plastikowej dyni wiąże się z pewnymi problemami.
Kształt dyni utrudnia włożenie rąk do jej środka i przykręcenie przewodów do zacisków
znajdujących się na płytce prototypowej. Dlatego przewody większości komponentów,
takich jak np. przełączniki i głośnik, podłączyliśmy do płytki, zanim umieściliśmy je
wewnątrz dyni.
Rozdział 9: Straszne dynie
193
Po przylutowaniu czujnika podczerwieni i mikrofonu odczekaj chwilę, aż ostygną,
a następnie owiń je taśmą izolacyjną. Zabezpieczy to przylutowane przewody
przed przypadkowym zwarciem, co zmniejszy ryzyko katastrofy podczas pracy
nad projektem.
Otwory w plastikowych dyniach wycinaliśmy za pomocą noża do tapet i małych szczypiec
do cięcia drutu. Upewnij się, że plastik nie jest zbyt kruchy. Podczas wycinania otworów
chroń swoje oczy za pomocą okularów przed wyrzucanymi w powietrze fragmentami
dyni. Nałóż również skórzane rękawice ochronne.
Na dnie dyń umieściliśmy pianki, na których później zostaną umieszczone płytki
prototypowe. Pianka przeznaczona do tworzenia bukietów tnie się dość łatwo, ale jest
tak krucha, że jej fragmenty będziesz później znajdował wszędzie. Pianka opakowaniowa
również się strzępi, ale jej kawałki są większe i łatwiej je pozbierać. Tak czy inaczej
po wycięciu wkładek z pianki będziesz musiał poświęcić trochę czasu na sprzątanie.
Nie tnij pianki w swoim warsztacie. Lepiej, żeby jej fragmenty nie mieszały się
z komponentami elektronicznymi.
Poszukiwanie niezbędnych komponentów
Poza zakupem dwóch plastikowych dyń czeka Cię również poszukiwanie komponentów
niezbędnych do zbudowania obwodów. Na poniższych listach wymieniono komponenty
niezbędne do zbudowania obwodu niemej dyni i gadającej dyni.
Komponenty niezbędne do zbudowania obwodu niemej dyni
Czas udać się na zakupy i kupić rzeczy niezbędne do wykonania obwodu niemej dyni.
Elementy te wymieniono na poniższej liście, a część z nich przedstawiono również na
rysunku 9.5.
2 rezystory 330 (
R1, R2)
rezystor 10 k (
R3)
potencjometr 10 k (
R4)
rezystor 150 (
R5)
kondensator ceramiczny 0,001 F (
C1)
kondensator ceramiczny 0,1 F (
C2)
żółta dioda LED o średnicy 5 mm (T-1 ¾) (
LED1)
dioda emitująca światło podczerwone TSAL7200 (
LED2)
W obwodzie możesz zastosować również wiele innych diod emitujących światło
podczerwone. Producent diody, którą my zastosowaliśmy, twierdzi, że powinna ona
emitować światło na większe odległości niż standardowe diody LED emitujące
światło podczerwone. Diodę tę sparowaliśmy z czujnikiem wymienionym na liście
komponentów niezbędnych do zbudowania gadającej dyni. Po odsunięciu od siebie
dyń na odległość 4,5 m metodą prób i błędów doszliśmy do wniosku, że ta para
komponentów sprawdza się najlepiej. Duży asortyment diod LED emitujących
światło podczerwone znajdziesz na stronie http://pl.farnell.com/.
194
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 9.5.
Główne kom-
ponenty obwo-
du niemej dyni
układ scalony LM555 (
IC1)
przełącznik SPST (
S1) działający w charakterze włącznika
płytka prototypowa posiadająca 400 złączy montażowych
gniazdo diody LED przeznaczone do montażu diod T-1¾
(o średnicy 5 mm)
zasobnik na 4 ogniwa AA wraz z zatrzaskiem
3 dwupinowe listwy zaciskowe
gałka (dla potencjometru)
pianka (styropian lub coś podobnego) o grubości około 6 cm, szerokości
30 cm i długości 30 cm
zestaw przewodów połączeniowych o średnicy 0,6 mm (zestaw
przewodów o różnej długości, z których końców fabrycznie usunięto
izolację)
Komponenty niezbędne do zbudowania obwodu gadającej dyni
Na poniższej liście wymieniono elementy niezbędne do wykonania gadającej dyni.
Niektóre z komponentów pokazano dodatkowo na rysunku 9.6.
czujnik podczerwieni Panasonic PNA4602
głośnik 16 0,2 W
mikrofon elektretowy
Rozdział 9: Straszne dynie
195
Rysunek 9.6.
Główne
komponenty
obwodu gada-
jącej dyni
My zastosowaliśmy mikrofon znajdujący się w ofercie firmy Jameco
(http://www.jameco.com/) pod numerem katalogowym EM-99. Oczywiście Ty
możesz zastosować również inny mikrofon elektretowy. Kryteria, którymi należy
kierować się podczas wyboru właściwego modelu, przedstawiono w rozdziale 3.
Jeżeli wybierzesz inny mikrofon niż my, to pamiętaj o tym, żeby sprawdzić
wartość dopuszczalnego napięcia prądu zasilającego i w razie konieczności
wymienić rezystor R3.
układ nagrywający i odtwarzający dźwięk Winbond Electronics ISD1110
(
IC1)
kondensator 0,01 F (
C1)
kondensator 0,1 F (
C1)
kondensator elektrolityczny 4,7 F (
C2)
4 śruby M4 o długości 16 mm
4 nakrętki M4
rezystor 5,1 k (
R1)
rezystor 470 k (
R2)
rezystor 2,2 k (
R3)
196
Część III: Niech stanie się światłość
rezystor 330 (
R4)
żółta dioda LED o średnicy 5 mm (T-1¾) (
LED1)
czerwona dioda LED o średnicy 5 mm (T-1¾) (
LED2)
płytka prototypowa posiadająca 400 złączy montażowych
normalnie otwarty przełącznik chwilowy mający formę przycisku,
określany mianem „włącznika nagrywania” (
S1)
przełącznik SPST, określany mianem „włącznika” (
S2)
zasobnik na 4 ogniwa AA oraz klips
6 dwustykowych listew zaciskowych
zestaw przewodów połączeniowych o średnicy 0,6 mm (zestaw przewodów
o różnej długości, z których końców fabrycznie usunięto izolację)
Budowa projektu krok po kroku
Straszące przedmioty, a zwłaszcza takie, które mogą nastraszyć Twoich znajomych
w środku nocy, nie powstają same z siebie. Niniejszy projekt składa się z dwóch
elementów:
niemej dyni,
gadającej dyni.
Budowa niemej dyni
Wykonaj duet dyń. Pracę zacznij od dyni, która nie wydaje żadnych odgłosów.
Wykonaj czynności opisane przez poniższą listę kroków.
1.
Na płytce prototypowej zainstaluj układ LM555 oraz 3 listwy zaciskowe,
tak jak to pokazano na rysunku 9.7.
Do każdej listwy zaciskowej widocznej na rysunku zostaną później podłączone
po 2 przewody łączące płytkę prototypową z zasobnikiem baterii, diodą LED
emitującą światło podczerwone oraz potencjometrem.
2.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
zaciski i układ scalony z szynami masy (szynami płytki prototypowej
oznaczonymi znakiem –), a następnie połącz ze sobą obie szyny masy
(zobacz rysunek 9.8).
Trzy krótsze przewody łączą zainstalowane na płytce komponenty z szynami
masy. Dłuższy przewód widoczny po prawej stronie rysunku zwiera ze sobą
dwie szyny masy.
Rozdział 9: Straszne dynie
197
Rysunek 9.7.
Na płytce pro-
totypowej zain-
staluj układ
scalony LM555
i 3 listwy zaci-
skowe
Rysunek 9.8.
Podłącz kom-
ponenty do
szyn masy
3.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
układ scalony oraz jeden z zacisków zasobnika baterii ze zbiorczymi
szynami zasilającymi. Połącz ze sobą obie szyny zasilające (zobacz
rysunek 9.9).
4.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące układ
scalony, zaciski oraz komponenty dyskretne (zobacz rysunek 9.10).
198
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 9.9.
Podłącz kom-
ponenty do
zbiorczej szyny
zasilającej
Rysunek 9.10.
Zainstaluj
przewody łą-
czące układ
scalony, zaciski
oraz komponen-
ty dyskretne
Rozdział 9: Straszne dynie
199
5.
Na płytce prototypowej zainstaluj komponenty dyskretne, tak jak to
pokazano na rysunku 9.11.
Rysunek 9.11.
Na płytce pro-
totypowej zain-
staluj rezystory,
kondensatory
i diodę LED
Zwróć uwagę na to, że krótsze złącze diody LED zostało podłączone bezpośrednio
do szyny masy.
6.
Przylutuj czarny przewód klipsa baterii do jednego ze złączy włącznika.
Do drugiego złącza włącznika przylutuj przewód o długości 13 cm.
7.
Do potencjometru przylutuj 2 przewody o długości 13 cm (zobacz
rysunek 9.12).
Podczas wykonywania połączeń lutowniczych stosuj się do zasad przedstawionych
w rozdziale 2. Między innymi nie pozostawiaj włączonej lutownicy bez nadzoru.
Pracuj w okularach ochronnych! Pamiętaj o tym, że w spoiwie lutowniczym
znajdują się niekiedy poduszki powietrzne, które po rozgrzaniu mogą spowodować
pryśnięcie spoiwa lutowniczego w kierunku Twojego oka.
200
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 9.12.
Przylutuj prze-
wody do
włącznika i po-
tencjometru
8.
Skróć złącza diody LED emitującej światło podczerwone do 6 mm.
Pamiętaj o tym, żeby wcześniej oznaczyć jej dłuższe (dodatnie) złącze.
Przed przystąpieniem do skracania drutów załóż okulary ochronne!
9.
Włóż diodę LED emitującą światło podczerwone do gniazda diody LED.
Dodatni biegun diody powinien być podłączony do białego przewodu
wychodzącego z gniazda.
Na rysunku 9.13 przedstawiono diodę LED włożoną do gniazda.
Rysunek 9.13.
Gniazdo diody
LED i gniazdo
z zainstalowaną
w nim
diodą LED
10.
Do zacisków podłącz przewody diody LED, klipsy zasobnika baterii,
włącznika i potencjometru (zobacz rysunek 9.14).
Rozdział 9: Straszne dynie
201
Rysunek 9.14.
Podłącz
przewody
do zacisków
11.
Za pomocą małej włośnicy lub noża wytnij bloki wykonane z pianki.
Bloki pianki powinny leżeć płasko na dnie dyni (zobacz rysunek 9.15).
Rysunek 9.15.
Niema dynia,
w której zain-
stalowano elek-
tronikę
202
Część III: Niech stanie się światłość
Zastosowaliśmy piankę przeznaczoną do suszonych kwiatów. Możesz również
skorzystać z pianki opakowaniowej.
12.
W boku niemej dyni zwróconym w stronę gadającej dyni wykonaj otwór,
w którym zmieści się gniazdo diody LED.
13.
W boku dyni, który nie będzie widoczny dla gości, wykonaj otwory
na włącznik i potencjometr.
Pracuj w okularach ochronnych! Drobiny plastiku mogą zostać przypadkowo
wyrzucone w kierunku Twojego oka.
14.
Podłącz klips do zasobnika baterii i umieść płytkę prototypową w dyni.
Ta dynia najprawdopodobniej nie będzie często przenoszona, a więc
zdecydowaliśmy się po prostu położyć płytkę na piance, tak jak to pokazano
na rysunku 9.15.
15.
W wykonanych wcześniej otworach umieść włącznik i potencjometr.
Unieruchom te komponenty za pomocą dołączonych do nich nakrętek
(zobacz rysunek 9.16).
Rysunek 9.16.
Potencjometr
i włącznik zain-
stalowane
w niemej dyni
16.
W wykonanym wcześniej otworze umieść gniazdo diody LED.
Na rysunku 9.17 pokazano gniazdo diody LED zainstalowane w dyni.
Jeżeli otwór gniazda diody LED jest na tyle wąski, że musisz użyć siły, aby
umieścić w nim gniazdo z diodą, to unieruchom w nim diodę za pomocą
niewielkiej ilości kleju. Informacje na temat kleju, jaki należy tutaj zastosować,
znajdziesz w rozdziale 3.
Rozdział 9: Straszne dynie
203
Rysunek 9.17.
Gniazdo z diodą
LED zainstalo-
wane w niemej
dyni
17.
Upewnij się, że włącznik jest ustawiony w pozycji, w której obwód jest
wyłączony, a następnie za pomocą klipsa podłącz do układu zasobnik
z ogniwami.
18.
Umieść zasobnik wewnątrz dyni.
Budowa gadającej dyni
Zajmijmy się teraz drugą dynią — tą, która odbiera wiązkę podczerwieni i odtwarza
nagrane dźwięki.
Zbuduj gadającą dynię — wykonaj czynności opisane przez poniższą listę kroków.
1.
Na płytce prototypowej umieść układ scalony rejestrujący głos oraz 6 listew
zaciskowych (zobacz rysunek 9.18).
Rysunek 9.18.
Na płytce pro-
totypowej
umieść układ
scalony reje-
strujący głos
oraz 6 listew
zaciskowych
204
Część III: Niech stanie się światłość
Do każdej listwy zaciskowej podłączone zostaną po 2 przewody. Przewody
te połączą płytkę prototypową z zasobnikiem baterii, włącznikiem (zasilania),
włącznikiem nagrywania, czujnikiem podczerwieni i mikrofonem.
2.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
zaciski i układ scalony z szynami masy, a następnie połącz ze sobą obie
szyny masy (zobacz rysunek 9.19).
Siedem krótszych przewodów łączy zainstalowane na płytce komponenty z szynami
masy (szynami oznaczonymi znakiem –). Dłuższy przewód widoczny po prawej
stronie rysunku zwiera ze sobą dwie szyny masy.
Rysunek 9.19.
Podłącz kom-
ponenty
do zbiorczych
szyn masy
3.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
układ scalony oraz zaciski ze zbiorczymi szynami zasilającymi. Za
pomocą dłuższego przewodu połącz ze sobą obie szyny zasilające
(zobacz rysunek 9.20).
Rysunek 9.20.
Podłącz kom-
ponenty
do szyny zasi-
lającej
Rozdział 9: Straszne dynie
205
Pięć krótszych przewodów łączy zainstalowane na płytce komponenty z szynami
masy (szynami oznaczonymi znakiem –). Dłuższy przewód widoczny po prawej
stronie rysunku zwiera ze sobą obie szyny zasilające oznaczone znakiem +.
4.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące układ
scalony z zaciskami i wolnymi rzędami otworów, w których zostaną
później zainstalowane komponenty dyskretne (zobacz rysunek 9.21).
Rysunek 9.21.
Połącz układ
scalony z zaci-
skami i rzędami
otworów, do
których później
podłączysz
dyskretne kom-
ponenty
5.
Korzystając z rysunku 9.22, zainstaluj komponenty dyskretne na płytce
prototypowej.
Krótsze złącza diod LED i kondensatora C2 należy podłączyć do szyny masy.
206
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 9.22.
Na płytce pro-
totypowej zain-
staluj kompo-
nenty
dyskretne
6.
Do głośnika przylutuj 2 przewody o dowolnym kolorze i długości 15 cm
(zobacz rysunek 9.23).
7.
Do włącznika przylutuj czarny przewód klipsa zasobnika baterii oraz
kolejny czarny przewód o długości 15 cm (zobacz rysunek 9.23).
8.
Do styków mikrofonu przylutuj 2 przewody o długości 15 cm każdy.
Jeden z przewodów powinien mieć kolor czarny, a drugi powinien mieć
kolor czerwony. Na rysunku 9.24 opisano styki mikrofonu, a na rysunku
9.25 przedstawiono mikrofon, do którego przylutowano przewody.
Rozdział 9: Straszne dynie
207
Rysunek 9.23.
Przewody
przylutowane
do głośnika
oraz włącznika
Rysunek 9.24.
Złącza mikrofo-
nu i czujnika
podczerwieni
208
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 9.25.
Czujnik pod-
czerwieni,
włącznik
nagrywania
i mikrofon,
do których
przylutowan
o przewody
9.
Do złączy czujnika podczerwieni przylutuj jeden czerwony przewód
o długości 15 cm oraz dwa czarne przewody o długości 15 cm każdy
(zobacz rysunek 9.24). Na rysunku 9.25 przedstawiono czujnik, do
którego przylutowano przewody.
Gdy ostygną połączenia lutownicze wykonane na złączach mikrofonu oraz
czujnika podczerwieni, owiń je taśmą izolacyjną w taki sposób, aby nie mogło
dojść do ich przypadkowego zwarcia.
10.
Do włącznika nagrywania przylutuj dwa przewody o dowolnych kolorach
i długości 25 cm (zobacz rysunek 9.25).
11.
Korzystając z rysunku 9.26, do zacisków podłącz przewody klipsa
zasobnika baterii, włącznika, czujnika podczerwieni, mikrofonu i głośnika.
Przed podłączeniem przewodów do zacisków skróć je i zdejmij izolację z ich
końców.
12.
Za pomocą małej włośnicy lub noża wytnij piankę, która zostanie ułożona
na dnie dyni.
13.
W boku dyni, który nie będzie widoczny, wytnij otwory, gdzie umieścisz
włącznik (zasilania), mikrofon i włącznik nagrywania.
14.
W boku dyni zwróconym w stronę niemej dyni wytnij otwór, w którym
umieścisz czujnik podczerwieni.
15.
Ułóż na piance płytkę prototypową i głośnik. W wywierconych wcześniej
otworach umieść włącznik, mikrofon i czujnik podczerwieni (zobacz
rysunek 9.27).
Rozdział 9: Straszne dynie
209
Rysunek 9.26.
Podłącz
przewody do
zacisków
Rysunek 9.27.
Gadająca dynia,
w której zain-
stalowano elek-
tronikę
210
Część III: Niech stanie się światłość
Na rysunku 9.28 przedstawiono czujnik podczerwieni wystający z wnętrza dyni.
Rysunek 9.28.
Czujnik pod-
czerwieni zain-
stalowany
w bocznej
ścianie dyni
16.
Rozsuń przewody na bok (zobacz rysunek 9.27).
Włącznik możesz przykręcić za pomocą dołączonej do niego nakrętki. Mikrofon
oraz czujnik podczerwieni mogą zostać unieruchomione w odpowiednio wąskich
otworach. Jeżeli otwory te są zbyt szerokie, to włożone w nie komponenty
unieruchom za pomocą odrobiny kleju.
17.
W wykonany wcześniej otwór włóż włącznik nagrywania. Przykręć go
za pomocą dołączonej do niego nakrętki (zobacz rysunek 9.27).
Kierunek gwintu wykonanego na korpusie tego przycisku informuje o tym,
z której strony należy go wkładać w otwór. Nakrętka naszego przełącznika
dokręcała go od wnętrza dyni. Na rysunku 9.29 przedstawiono widok zewnętrzny
dyni, w której zainstalowano włącznik nagrywania.
Rysunek 9.29.
Przełączniki
i mikrofon zain-
stalowany
w dyni
Rozdział 9: Straszne dynie
211
18.
Przewody przylutowane do włącznika nagrywania podłącz do płytki
prototypowej za pomocą wolnych zacisków.
19.
Upewnij się, że włącznik zasilania jest ustawiony w pozycji, w której
obwód jest wyłączony, a następnie za pomocą klipsa podłącz do układu
zasobnik z ogniwami.
20.
Umieść zasobnik wewnątrz dyni.
Twoje dynie wkrótce zaczną straszyć gości odwiedzających Twój dom podczas
Halloween. Na rysunku 9.30 przedstawiono gotową gadającą dynię.
Rysunek 9.30.
Gadająca dynia
gotowa
do użytku
Sprawdzanie działania projektu
Jeżeli zbliża się Halloween, to czas najwyższy, abyś przygotował swoje dynie i zaczął
straszyć ludzi odwiedzających Twój dom.
Aby zacząć korzystać z dyń, wykonaj następujące czynności:
1.
Włącz gadającą dynię za pomocą zainstalowanego w niej przełącznika.
2.
Wciśnij i przytrzymaj włącznik nagrywania. Nagraj wiadomość, którą
Twoi goście zostaną przywitani.
3.
Połóż dynię po jednej stronie przejścia wiodącego do drzwi. Dynia
powinna znajdować się wewnątrz budynku lub przynajmniej pod
zadaszeniem — obwód znajdujący się w dyni nie jest wodoodporny.
Po drugiej stronie przejścia umieść niemą dynię w taki sposób, aby dioda
emitująca światło podczerwone była zwrócona w stronę czujnika
podczerwieni.
212
Część III: Niech stanie się światłość
4.
Włącz niemą dynię. Wyreguluj jej obwód za pomocą potencjometru
— kręć nim tak długo, aż druga dynia zacznie odtwarzać nagrany
przez Ciebie dźwięk.
5.
Poczekaj, aż Twoi goście przejdą pomiędzy dyniami i obserwuj ich
przerażone (lub rozbawione) miny.
Jeżeli projekt nie działa prawidłowo, to sprawdź pewne oczywiste rzeczy:
Sprawdź, czy wszystkie baterie są nowe. Upewnij się, że są zwrócone we
właściwym kierunku i że leżą nieruchomo w zasobniku.
Upewnij się, że złącza mikrofonu i czujnika podczerwieni nie dotykają do siebie.
Jeżeli po sprawdzeniu tych dość oczywistych rzeczy Twój projekt nadal nie działa
prawidłowo, to wykonaj następujące czynności:
Sprawdź, czy diody LED nie zostały podłączone odwrotnie lub czy któraś z nich
nie jest wypalona.
Jeżeli dźwięk generowany przez głośnik jest za cichy, to pomiędzy układem IC1
a głośnikiem umieść wzmacniacz. Więcej informacji na ten temat znajdziesz
w nocie aplikacyjnej dostępnej na stronie http://www.datasheetcatalog.com/
datasheets_pdf/I/S/D/1/ISD1100-SERIES.shtml.
Upewnij się, że przewody czujnika podczerwieni są podłączone do zacisków we
właściwej kolejności.
Sprawdź, czy układ scalony nie został włożony odwrotnie.
Poprawność działania obwodu niemej dyni możesz sprawdzić, wstawiając zwyczajną
diodę LED w miejsce diody LED generującej światło podczerwone. Jeżeli dioda ta
będzie świeciła, to znaczy, że musisz wymienić diodę generującą światło podczerwone.
Jeżeli zwyczajna dioda LED po podłączeniu do obwodu nie będzie świeciła, to sprawdź
poprawność podłączenia biegnących do niej przewodów.
Dalsze rozwijanie projektu
Czy gadające dynie nie są wystrzałowe? Doszliśmy do wniosku, że „gadające dynie”
to dobra nazwa dla grupy muzycznej grającej rap. Obwód umieszczony w dyniach
możesz umieścić również w innych przedmiotach lub możesz go zmodyfikować
i dodać do niego nowe funkcje:
Projekt możesz umieścić w dowolnych innych obudowach. Mogą to być np.
plastikowe figurki Świętych Mikołajów, strachów na wróble lub petard.
Możesz zmodyfikować działanie dyń tak, aby jeden dźwięk był odtwarzany, gdy
ktoś przerwie wiązkę podczerwieni, a drugi dźwięk był odtwarzany, gdy osoba
ta wyjdzie z wiązki podczerwieni. W takim przypadku w każdej z dyń musi
znajdować się obwód nadajnika i odbiornika. W jednej dyni sygnał wyjściowy
generowany przez czujnik podczerwieni należy podłączyć do 23. pinu układu
Rozdział 9: Straszne dynie
213
odtwarzającego dźwięk, a sygnał czujnika podczerwieni z drugiej dyni należy
podłączyć do 24. pinu znajdującego się w niej układu odtwarzającego dźwięk.
Spróbuj zastosować czip syntezujący dźwięk. Zamiast nagrywać komunikaty
własnym głosem, zastosuj czip, z którego korzystaliśmy w rozdziale 7. Pozwala
on na generowanie różnych efektów dźwiękowych. Osoba przerywająca wiązkę
podczerwieni mogłaby usłyszeć np. odgłos startującej rakiety, fragment IX symfonii
Beethovena lub dźwięk syreny alarmowej.
214
Część III: Niech stanie się światłość
Rozdział 10
Tańczące delfiny
W tym rozdziale:
►
przeanalizujesz schemat obwodu,
►
skompletujesz niezbędne komponenty,
►
wykonasz na płytce prototypowej obwód sterujący pracą tańczących delfinów,
►
ułożysz diody LED w kształt delfinów,
►
podświetlisz samodzielnie wykonane delfiny.
szyscy wiemy, że efekty świetlne dobrze się prezentują na imprezach i premierach
filmowych. Zbudowanie czegoś z diod LED i wprawienie tego w ruch może dać
piorunujące efekty.
W tym projekcie pokażemy Ci, jak wykonać zestaw delfinów tańczących nad powierzchnią
wody (a tak naprawdę na powierzchni sklejki). W ten sam sposób możesz stworzyć np.
serię rysunków statków kosmicznych na różnych etapach wzbijania się w przestworza.
Podczas pracy nad projektem zdobędziesz wiedzę na temat układów zegarowych
i liczników dziesiętnych. Zabawisz się w artystę tworzącego sekwencję na bazie wielu
(naprawdę wielu) diod LED.
Ogólny zarys projektu
Po wykonaniu tego projektu będziesz dysponował wyświetlaczem z wizerunkami
pięciu delfinów, których kontury zostały utworzone za pomocą diod LED. Diody te
są zapalane w odpowiedniej kolejności — osoba patrząca na wykonany przez Ciebie
wyświetlacz będzie miała wrażenie, że delfiny tańczą na ścianie Twojego pokoju.
Gotowy ekran z pląsającymi delfinami pokazano na rysunku 10.1.
Ogólnie rzecz biorąc, podczas pracy nad tym projektem wykonasz następujące czynności:
1. Połączysz obwód elektroniczny włączający diody LED w odpowiedniej kolejności.
2. Ekran z wizerunkami delfinów stworzysz na bazie kawałka sklejki, w której
wywiercisz otwory na diody LED tworzące kontury delfinów.
3. Diody umieszczone w sklejce połączysz tak, aby tworzyły pięć zespołów.
4. Obwód sterujący pracą diod LED zainstalujesz na kawałku sklejki, połączysz go
z diodami LED i osłonisz kolejnym kawałkiem sklejki.
5. Włączysz projekt (to znaczy włożysz do niego baterie).
Obwód zasila kolejno każdy z zespołów diod LED przez około dwie sekundy,
a następnie odcina go od prądu.
W
216
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 10.1.
Gotowy ekran
z tańczącymi
delfinami
Analiza schematu
W celu wykonania tego projektu będziesz potrzebował zaledwie jednej płytki prototypowej.
Bardziej się napracujesz, tworząc pięć zespołów diod LED. Każdy z nich składa się
z 38 diod LED i 19 rezystorów.
Przyjrzyj się schematowi obwodu, który wykonasz na płytce prototypowej (zobacz
rysunek 10.2).
Płyniemy dalej: przyjrzyjmy się schematowi
Aby sylwetki delfinów były podświetlane w odpowiedniej sekwencji, musisz zbudować
obwód składający się z układu zegarowego, licznika dziesiętnego, rezystorów,
kondensatorów i tranzystorów. Komponenty te będą decydowały o kolejności i czasie
podświetlania kolejnych sylwetek delfinów.
Do
licznika dziesiętnego kierowany jest sygnał będący falą kwadratową. Licznik
dzieli go na ciągi zawierające po dziesięć impulsów. Liczniki te są również (z łaciny)
zwane
licznikami dekadowymi. Więcej informacji na temat tego układu znajdziesz
na poniższej liście komponentów.
Czas przeanalizować komponenty obwodu sterującego tańcem Twoich delfinów
natchniętych przez Terpsychorę.
IC1 — układ zegarowy LM555 jest jednym z najważniejszych komponentów
tego obwodu. Układ ten na wyjściu (pin nr 3) generuje falę kwadratową.
Kolejnym ważnym elementem tego obwodu jest układ IC2. Jest to licznik
dziesiętny 4017, który generuje impulsy sekwencyjne na podstawie dochodzącego
do niego sygnału będącego falą kwadratową. Na skutek dostarczonych impulsów
generuje dodatni potencjał na swoich kolejnych wyjściach. Impulsy są generowane
Rozdział 10: Tańczące delfiny
217
Rysunek 10.2.
Schemat obwodu
sterującego
pracą tańczących
delfinów
218
Część III: Niech stanie się światłość
na złączach na początku każdego cyklu fali wytwarzanej przez układ zegarowy
(zobacz rysunek 10.3). Prędkość przełączania sygnałów, które są podawane na
wyjściach przez licznik dziesiętny 4017, można sterować za pomocą częstotliwości
fali kwadratowej generowanej przez układ zegarowy LM555. Nie chcemy sterować
pracą dziesięciu delfinów, a więc podłączyliśmy sygnał generowany na szóstym
wyjściu licznika (pin nr 1) do złącza reset (pin nr 15). Po wykonaniu tańca przez
pięć delfinów dodatni potencjał jest kierowany do złącza reset. Dzięki temu
licznik pomija podawanie sygnału na cztery ostatnie wyjścia i podaje go ponownie
na pierwsze wyjście.
Rysunek 10.3.
Generowanie se-
kwencji impul-
sów na podsta-
wie fali
kwadratowej
Rezystory R1 i R2, a także kondensator C1 tworzą obwód RC decydujący
o częstotliwości, z jaką układ zegarowy LM555 generuje falę kwadratową.
Q1, Q2, Q3, Q4 i Q5 to tranzystory 2N3053, które są włączane przez dodatni
potencjał podany na wyjściu licznika dziesiętnego 4017. Każdy z tranzystorów
dostarcza prąd o natężeniu około 190 mA do każdego zespołu 38 diod LED.
Układ LM555 generuje sygnał wyjściowy w postaci fali kwadratowej.
Częstotliwość tej fali zależy od tego, jak szybko ładowany i rozładowywany jest
kondensator. Czas potrzebny do naładowania kondensatora do dwóch trzecich
pojemności i rozładowania go do jednej trzeciej pojemności można obliczyć
za pomocą
równania stałej czasowej RC (więcej informacji na ten temat
znajdziesz w rozdziale 9.).
Kondensator C2 redukuje zakłócenia na 5. pinie układu LM555. Mogłyby one
spowodować nieprawidłową pracę układu scalonego. Gdybyśmy nie podłączyli
tego pinu do obwodu, to stan tego złącza byłby
nieustalony.
Rozdział 10: Tańczące delfiny
219
Przygotowanie pokazu świetlnego
Przedstawiony wcześniej obwód będzie bezużyteczny, jeżeli nie wykonasz świateł,
których pracą będzie on sterował. Czas przystąpić do pracy nad zespołami diod LED.
Każdy z zespołów zawiera diody tworzące kontur delfina.
Każdy z pięciu zespołów składa się z:
38 diod LED, które się zapalą, gdy popłynie przez nie prąd;
19 rezystorów, które będą ograniczały natężenie prądu płynącego przez
połączone szeregowo diody do około 10 mA.
Przyjrzyj się schematowi widocznemu na rysunku 10.4. Zwróć uwagę na to, że nie
przypisywaliśmy numerów diodom i rezystorom widocznym na tym schemacie.
Nie mamy czasu, aby numerować wszystkie 190 diod LED i 95 rezystorów tworzących
5 delfinów.
Zespół diod składa się z diod i rezystorów połączonych tak, że tworzą one sieć
składającą się z mniejszych modułów szeregowych (każdy taki mniejszy fragment
obwodu to połączenie szeregowe dwóch diod LED i rezystora). Prąd płynie kolejno
przez każdy z trzech komponentów. Moduły są połączone ze sobą równolegle, tworząc
zespół. Każdy zespół składa się z 19 takich modułów składających się z dwóch diod LED
i rezystora, a więc cały zespół pobiera prąd o natężeniu około 190 mA.
Uwagi dla konstruktorów
— potencjalne problemy
Atmosfera z tyłu sklejki z delfinami może stać się dość „gęsta” — będziesz musiał
połączyć ze sobą wiele rezystorów i diod LED. Zadbaj o to, aby w przypadku zgięcia
któregoś z drutów nie doszło do jego zwarcia z jakimś innym odsłoniętym przewodem.
Zamiast zwykłej taśmy izolacyjnej my woleliśmy zastosować w tym miejscu płynną
taśmę izolacyjną, którą pokryliśmy wszystkie przewody bez izolacji.
Doszliśmy do wniosku, że komponenty tworzące zespoły diod LED najlepiej jest
montować na sklejce o grubości 6 mm. Próbowaliśmy instalować te komponenty
na arkuszach wykonanych z tworzyw sztucznych (w tym również PVC), ale niestety
tego typu materiały były zbyt giętkie.
Nie będziemy Cię oszukiwać. Montaż zespołów diod i rezystorów jest czasochłonny
i wymaga cierpliwości. Nie ma tu żadnej drogi na skróty! Warto, abyś najpierw
przylutował rezystory do diod LED, a następnie do połączonych komponentów
przylutował któryś z przewodów (czarny lub czerwony). Jeżeli najpierw przylutujesz
przewody, a następnie będziesz próbował łączyć ze sobą komponenty, to przylutowane
przewody mogą Ci przeszkadzać podczas pracy lutownicą.
220
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 10.4.
Schemat zespołu
diod i rezystorów
Rozdział 10: Tańczące delfiny
221
Kontury możesz stworzyć na podstawie dowolnego przedmiotu. My posłużyliśmy się
prostym rysunkiem delfina, który po powiększeniu i wydrukowaniu pełnił funkcję
naszego szablonu. Odrysowaliśmy go kilkakrotnie na sklejce pod różnymi kątami, tak
aby ciąg rysunków tworzył wrażenie ruchu. Ty na swojej sklejce możesz odrysowywać
dowolny kształt. Pamiętaj o tym, że powinien on być dość prosty — osoby podziwiające
Twój projekt powinny rozpoznawać ten przedmiot na podstawie jego świecących
konturów.
Poszukiwanie niezbędnych komponentów
Czas udać się do sklepu i kupić komponenty niezbędne do zbudowania projektu,
a następnie połączyć je ze sobą, tak aby uzyskać ekran z tańczącymi delfinami. W tej
sekcji znajdziesz informacje na temat podzespołów niezbędnych do wykonania
obwodu i zespołów diod.
Obwód sterujący ruchem morświna
Obwód włączający i wyłączający diody LED składa się z komponentów wymienionych
na poniższej liście. Część z nich przedstawiono na rysunku 10.5.
rezystor 47 k (
R1)
rezystor 470 k (
R2)
układ zegarowy LM555 (
IC1)
licznik dziesiętny 4017 (
IC2)
kondensator elektrolityczny 1 F (
C1)
kondensator ceramiczny 0,1 F (
C2)
5 tranzystorów 2N3053 (
Q1, Q2, Q3, Q4 i Q5)
płytka prototypowa (830 styków)
6 dwustykowych listew zaciskowych
zestaw przewodów połączeniowych o średnicy 0,6 mm (zestaw
przewodów o różnej długości, z których końców fabrycznie usunięto
izolację).
222
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 10.5.
Główne elementy
obwodu
Pląsające delfiny
Oto lista komponentów, które musisz kupić, aby wykonać ekran z tańczącymi delfinami.
Część z tych podzespołów pokazano na rysunku 10.6.
190 pomarańczowych diod LED T-1 ¾ (o średnicy 5 mm)
95 rezystorów 220
6 śrub M4 z płaskim łbem o długości 16 mm
6 tulei dystansowych o długości 5 cm z gwintem M4
2 – 3 metry czarnego kabla o średnicy 0,8 mm
2 – 3 metry czerwonego kabla o średnicy 0,8 mm
zasobnik na 4 ogniwa AA z włącznikiem
zestaw przewodów połączeniowych o średnicy 0,6 mm (zestaw przewodów
o różnej długości, z których końców fabrycznie usunięto izolację)
7 klipsów do kabli
2 arkusze sklejki o grubości 6 mm i wymiarach 60 cm 120 cm
taśma izolacyjna w płynie
Rozdział 10: Tańczące delfiny
223
Rysunek 10.6.
Główne kompo-
nenty tworzące
zespoły diod LED
Budowa projektu krok po kroku
Zanim delfiny zatańczą polkę, musisz trochę popracować. Najpierw powinieneś
połączyć obwód sterujący pracą całego projektu, a następnie wykonać na sklejce ekran
z diodami tworzącymi kontury delfinów. W tym rozdziale opiszemy wszystkie związane
z tym czynności.
Budowa obwodu
Czas, abyś zaczął walkę z płytką prototypową. Wykonaj następujące czynności:
1.
Na płytce prototypowej zainstaluj układy LM555 i LM4017, a także 6 listew
zaciskowych, tak jak to pokazano na rysunku 10.7.
Do każdej z sześciu listew zaciskowych widocznych na tym rysunku zostanie
podłączona para przewodów. Przewody te połączą płytkę prototypową
z zasobnikiem baterii oraz wszystkimi pięcioma zespołami diod LED.
2.
Na płytce prototypowej zamontuj komponenty dyskretne (zobacz
rysunek 10.8).
224
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 10.7.
Zainstaluj układy
LM555 i LM4017,
a także 6 listew
zaciskowych
Rysunek 10.8.
Na płytce proto-
typowej zainsta-
luj rezystory,
kondensatory
i tranzystory
Na rysunku 10.9 przedstawiono konfigurację złączy tranzystora 2N3053.
Tranzystor należy zamontować tak, aby każde jego złącze było zainstalowane
w osobnym rzędzie otworów. Złącze kolektora powinno znajdować się najbliżej
listwy zaciskowej. Następnie można przystąpić do instalacji kondensatora C1.
Jego krótsze złącze powinno być podłączone do szyny masy, a dłuższe należy
umieścić w tym samym rzędzie otworów, w którym znajduje się 5. pin układu
scalonego IC1.
Rozdział 10: Tańczące delfiny
225
Rysunek 10.9.
Konfiguracja złą-
czy tranzystora
2N3053
3.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
układy scalone, zacisk zasobnika baterii oraz emitery tranzystorów ze
zbiorczymi szynami masy. Następnie połącz ze sobą obie szyny masy,
tak jak to pokazano na rysunku 10.10.
Rysunek 10.10.
Dziewięć krót-
szych przewo-
dów łączy po-
szczególne
komponenty
z szynami masy,
a dłuższy prze-
wód widoczny po
lewej stronie łą-
czy ze sobą obie
szyny masy
4.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
układy scalone i zaciski z szynami zasilającymi (zobacz rysunek 10.11).
Za pomocą dłuższego przewodu połącz ze sobą obie szyny zasilające
oznaczone znakiem +.
226
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 10.11.
Połącz kompo-
nenty z szynami
zasilającymi
5.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
kolektory tranzystorów z listwami zaciskowymi (zobacz rysunek 10.12).
Rysunek 10.12.
Połącz kolektory
tranzystorów
z listwami
zaciskowymi
Rozdział 10: Tańczące delfiny
227
6.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
układy scalone, listwy zaciskowe i komponenty dyskretne (zobacz
rysunek 10.13).
Rysunek 10.13.
Połącz ze sobą
układy scalone,
zaciski i kompo-
nenty dyskretne
Budowa ekranu z delfinami
Cały omówiony w poprzednim podrozdziale mózg projektu ma za zadanie sterować
pracą ekranu z delfinami.
Czas zbudować ekran. Wykonaj poniższe czynności:
1.
Wykonaj 5 szablonów z wizerunkiem delfina (lub dowolnym innym
wybranym przez Ciebie). Każdy z szablonów powinien mieć wysokość
około 30 cm.
Szablon możesz stworzyć na bazie clipartu lub innego dowolnego wydrukowanego
i powiększonego obrazka.
228
Część III: Niech stanie się światłość
2.
Na sklejce określ miejsca, w których chcesz umieścić delfiny. Przyklej
szablony za pomocą dwustronnej taśmy klejącej.
3.
Za pomocą mazaka zaznacz na sklejce miejsca, w których chciałbyś
umieścić diody LED. Powinny one tworzyć kontury delfinów.
Kontur każdego delfina tworzy 38 diod LED. Pracując nad ekranem, instalowaliśmy
diody LED w odległości około 3,5 cm od siebie w tych miejscach, gdzie kształt
delfina był regularny. Tam, gdzie kształt delfina był bardziej złożony (np. w okolicach
nosa i ogona), diody LED instalowaliśmy w mniejszych odległościach.
4.
Wykonaj kilka próbnych otworów w jakimś zbędnym kawałku drewna
— określ rozmiar wiertła pozwalający na wykonanie otworów, w które
można wcisnąć diody LED, tak aby zostały unieruchomione.
My korzystaliśmy z wiertła o średnicy 5 mm.
5.
Wywierć otwory diod LED w miejscach, które oznaczyłeś w punkcie 3.
Sklejkę, w której wykonano otwory, przedstawiono na rysunkach 10.14 i 10.15.
Rysunek 10.14.
Sklejka,
w której wyko-
nano otwory
Rysunek 10.15.
Nawiercone kon-
tury delfinów wi-
dziane z bliska
Rozdział 10: Tańczące delfiny
229
6.
Wybierz jeden z konturów delfina i włóż diody w wykonane wcześniej
otwory.
Warto jest rozpocząć pracę od jednego boku sklejki i powoli przesuwać się
w kierunku przeciwnego boku. Dzięki temu podczas pracy nad kolejnymi
konturami nie będą Ci przeszkadzać zainstalowane wcześniej komponenty.
7.
Połącz diody LED w pary za pomocą rezystorów (zobacz rysunek 10.16).
Rysunek 10.16.
Przylutuj rezysto-
ry do diod LED
Przylutuj rezystor do krótszego złącza pierwszej diody LED tworzącej daną parę,
a następnie przylutuj drugi koniec rezystora do dłuższego złącza drugiej diody
LED. Teraz nie przylutowuj jeszcze niczego do dłuższego złącza pierwszej diody
LED i krótszego złącza drugiej diody LED.
8.
Po przylutowaniu rezystorów utnij zbędne fragmenty złączy, na których
wykonałeś połączenia lutownicze.
Skróć tylko te złącza, do których przylutowałeś rezystory. Na rysunku 10.17
pokazano, jak powinien wyglądać teraz kontur delfina.
Podczas wykonywania połączeń lutowniczych stosuj się do zasad przedstawionych
w rozdziale 2. Między innymi nie pozostawiaj włączonej lutownicy bez nadzoru.
Pracuj w okularach ochronnych! Pamiętaj o tym, że w spoiwie lutowniczym
znajdują się niekiedy poduszki powietrzne, które po rozgrzaniu mogą spowodować
pryśnięcie tego spoiwa w kierunku Twojego oka.
9.
Wszystkie wolne krótsze złącza diod LED połącz za pomocą czarnych
przewodów o średnicy 0,8 mm, tak jak to pokazano na rysunkach
10.18 i 10.19.
230
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 10.17.
Po przylutowaniu
rezystorów utnij
zbędne fragmenty
złączy
Rysunek 10.18.
Krótsze złącza
diod LED połącz
za pomocą czar-
nego przewodu
Rozdział 10: Tańczące delfiny
231
Rysunek 10.19.
Zbliżenie na
przewody łączące
krótsze złącza
diod LED
Na rysunku 10.18 w okolicy ogona delfina widoczna jest przerwa — w tym miejscu
nie przylutowano czarnego przewodu. Do jednej z diod LED zainstalowanych
w okolicy ogona przylutowano tylko jeden czarny przewód, a do drugiej z diod
LED zainstalowanych w okolicy ogona przylutowano czarny przewód o średnicy
0,8 mm i długości 5 cm. W 20. punkcie niniejszej listy kroków przewód ten zostanie
podłączony do jednego z zacisków znajdujących się na płytce prototypowej.
10.
Przylutuj czarne przewody do złączy diod LED (zobacz rysunek 10.19).
11.
Wszystkie wolne dłuższe złącza diod LED połącz za pomocą czerwonych
przewodów o średnicy 0,8 mm, tak jak to pokazano na rysunkach
10.20 i 10.21.
Na rysunku 10.20 w okolicy ogona delfina widoczna jest przerwa, w tym miejscu
nie przylutowano czerwonego przewodu. Do jednej z diod LED zainstalowanych
w okolicy ogona przylutowano tylko jeden czerwony przewód, a do drugiej
z diod LED zainstalowanych w okolicy ogona przylutowano czerwony przewód
o średnicy 0,8 mm i długości 5 cm. W 20. punkcie niniejszej listy kroków
przewód ten zostanie podłączony do jednego z zacisków znajdujących się
na płytce prototypowej.
12.
Przylutuj czerwone przewody do złączy diod LED (zobacz rysunek 10.21).
13.
Po wykonaniu połączeń lutowniczych skróć złącza diod.
14.
Upewnij się, że złącza diod nie są ze sobą zwarte, a następnie pokryj je
warstwą płynnej taśmy izolującej, aby zapobiec ich przypadkowemu
zwarciu.
15.
Powtórz kroki 6 – 11 i wykonaj obwody diod LED tworzących pięć
pozostałych konturów.
232
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 10.20.
Dłuższe złącza
diod LED połącz
za pomocą
czerwonych
przewodów
Rysunek 10.21.
Zbliżenie na
przewody łączące
dłuższe złącza
diod LED
Rozdział 10: Tańczące delfiny
233
16.
Wybierz miejsce na arkuszu sklejki, w którym zainstalujesz zasobnik
baterii. Wybierz miejsce, do którego będziesz mieć łatwy dostęp,
ponieważ na zasobniku znajduje się włącznik.
17.
Do zasobnika baterii i sklejki przyklej rzepy, a następnie zainstaluj
zasobnik na sklejce (zobacz rysunek 10.22).
Rysunek 10.22.
Zainstalowany
zasobnik baterii
18.
Wybierz miejsce, w którym zainstalujesz płytkę prototypową.
19.
Do płytki prototypowej i sklejki przyklej rzepy, a następnie zainstaluj
płytkę na sklejce (zobacz rysunek 10.23).
20.
Do zacisków znajdujących się na płytce prototypowej podłącz przewody
zasobnika baterii i obwodów diod tworzących kontury delfinów (zobacz
rysunek 10.23).
Jeżeli przewody zasobnika baterii są zbyt krótkie i nie możesz podłączyć ich do
zacisków, to przedłuż je — przylutuj do nich parę przewodów o odpowiednim
kolorze. Miejsca połączeń lutowniczych osłoń taśmą izolacyjną lub koszulką
termokurczliwą.
21.
Unieruchom przewody za pomocą klipsów.
22.
Zainstaluj osłonę:
a) w każdym z arkuszy sklejki wywierć 6 otworów o średnicy 4 mm, pomiędzy arkuszami
umieść tuleje dystansujące;
b) przykręć śruby M4 do tulei od strony arkusza sklejki, w którym zainstalowałeś diody LED;
c) kolejnych 6 śrub wkręć w tuleje od strony arkusza sklejki osłaniającego wykonany projekt
(zobacz rysunek 10.24).
234
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 10.23.
Płytka prototy-
powa zainstalo-
wana na sklejce
Sprawdzanie działania projektu
Jesteśmy pewni, że po spędzeniu ładnych kilku godzin na walce z diodami LED chcesz
wypróbować działanie projektu. Myśmy nie mogli się wręcz tego doczekać! Niezależnie
od tego, czy na Twoim wyświetlaczu widnieją delfiny, czy jakieś inne kształty, czas,
abyś go uruchomił.
Wyświetlacz możesz oprzeć o ścianę lub go na niej powiesić. Wtedy podczas imprezy
goście będą mogli podziwiać stworzony przez Ciebie obraz.
Rozdział 10: Tańczące delfiny
235
Rysunek 10.24.
Ukończony ekran
z tańczącymi
delfinami
Już bardzo niewiele dzieli Cię od uruchomienia projektu. Wystarczy:
1.
Włożyć baterie do zasobnika.
2.
Włączyć obwód za pomocą przełącznika.
To wszystko! Twoje delfiny powinny już tańczyć na Twojej ścianie.
Jeżeli projekt nie działa prawidłowo, sprawdź pewne oczywiste rzeczy.
Sprawdź, czy wszystkie baterie są nowe. Upewnij się, że są zwrócone we
właściwym kierunku i że leżą nieruchomo w zasobniku.
Jeżeli kontury jednego z delfinów nie są podświetlane, sprawdź poprawność
wykonanych połączeń.
Jeżeli jedna lub dwie diody LED nie świecą, wymień je.
Jeżeli nie świeci połączona szeregowo para diod LED, to znaczy, że któraś z diod
LED może być włączona do obwodu odwrotnie. W takim przypadku najłatwiej
jest wymienić obydwie diody.
Dalsze rozwijanie projektu
Tańczące delfiny są super, nieprawdaż? Możesz zbudować podobny ekran
wyświetlający inne kształty lub dokonać innych modyfikacji projektu:
Zamiast opierać swój projekt na szablonie delfina, możesz wykonać
ekran wyświetlający dowolny, wybrany przez Ciebie kształt.
Może to być Święty Mikołaj z reniferami, łabędzie lub skaczące jaszczurki.
236
Część III: Niech stanie się światłość
Możesz wykonać większe rysunki lub sterować podświetleniem nawet
10 konturów.
Odradzamy stosowanie większej ilości diod do podświetlenia jednego konturu,
ponieważ baterie zostałyby rozładowane zbyt szybko, a tranzystory 2N3053
mogłyby się przegrzać.
Spraw, aby delfiny przemówiły.
Do obwodu możesz dodać czip odtwarzający dźwięk, tak jak to zrobiliśmy
w rozdziale 14.
Za pomocą czipu SpeakJet, który syntezuje dźwięk (więcej informacji
na temat tego układu znajdziesz w rozdziale 7.), możesz sprawić,
że każdy z delfinów będzie wydawał inny dźwięk. Dzięki temu delfiny
zyskają osobowość.
Połącz złącze wyjściowe licznika dziesiętnego z pinem aktywującym syntezę
dźwięku układu SpeakJet (pin ten będzie podłączony do wyjścia licznika
równolegle z tranzystorem sterującym pracą zespołu diod LED). Czip SpeakJet
zaprogramuj tak, aby generował dźwięk wtedy, gdy sygnał podawany na jego
wejście zmieni stan z niskiego na wysoki. W ten sposób dźwięk będzie odtwarzany
podczas podświetlania danego delfina.
Rozdział 11
Gokart sterowany
za pomocą podczerwieni
W tym rozdziale:
►
przeanalizujesz schemat obwodu gokarta,
►
skompletujesz niezbędne komponenty,
►
wykonasz na płytce prototypowej obwody nadajnika i odbiornika,
►
zbudujesz konstrukcję nośną gokarta,
►
uruchomisz swój własny pojazd.
dalnie sterowane pojazdy są bardzo fajne. Możesz jeździć nimi po pokoju, droczyć
się z kotem i ścigać się ze znajomymi. Projekt opisany w tym rozdziale polega
na zbudowaniu od podstaw gokarta sterowanego za pośrednictwem podczerwieni.
Wygląd pojazdu zależy tylko od Twojej inwencji twórczej. Nasz pojazd przypomina
Volkswagena „garbusa”, ale jest od niego o wiele mniejszy.
W tym rozdziale opiszemy proces budowy gokarta, który może jechać do przodu i do
tyłu, a także skręcać. Podczas pracy nad tym projektem zdobędziesz wiedzę na temat
nadajników i odbiorników podczerwieni. Nauczysz się sterować pracą silników.
Ogólny zarys projektu
Po zakończeniu pracy nad tym projektem będziesz dysponował trójkołowym gokartem
sterowanym za pomocą nadajnika podczerwieni (zobacz rysunek 11.1). Oto streszczenie
najważniejszych cech tego pojazdu:
Pojazd jest trójkołowy. Dlaczego zastosowaliśmy trzy koła? Nie widziałeś
jeszcze trójkołowego gokarta? Świat projektów elektronicznych to nie Detroit
— pojazd trójkołowy jest prostszy w budowie i działa prawidłowo. Po dodaniu
czwartego koła należałoby wykonać zawieszenie, które dbałoby o to, aby wszystkie
koła pojazdu miały kontakt z podłożem, a zwłaszcza nierównym podłożem.
My zajmujemy się projektami elektronicznymi, a nie mechanicznymi, więc nie
chcemy konstruować zawieszenia.
Z
238
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 11.1.
Owoc pracy: trój-
kołowy gokart
sterowany pod-
czerwienią
Gokart jest sterowany za pomocą podczerwieni. W podobny sposób Twój
telewizor jest sterowany za pomocą pilota. Obwód urządzenia sterującego wytwarza
impulsy elektryczne zasilające diodę LED generującą światło podczerwone.
Układ scalony znajdujący się w nadajniku moduluje prąd zasilający diodę LED
w zależności od tego, który z przycisków nadajnika zostanie wciśnięty. Będziemy
dysponowali następującymi przyciskami: włącznikiem, przyciskiem skrętu w prawo
(sterowanie pracą prawego silnika) i przyciskiem skrętu w lewo (sterowanie pracą
lewego silnika). Jeżeli wycelujesz wiązką generowaną przez nadajnik w czujnik
podczerwieni znajdujący się na pojeździe, to czujnik ten zamieni impulsy
podczerwieni z powrotem na impulsy elektryczne. Impulsy te są następnie
interpretowane przez układ włączający silniki i sterujący kierunkiem ich pracy
(w zależności od tego, który przycisk nadajnika zostanie wciśnięty przez
użytkownika).
Co więc dokładnie będziesz robić podczas pracy nad tym projektem?
1. Połączysz obwód nadajnika podczerwieni i umieścisz go w plastikowej obudowie
z przyciskami, które będą sterowały ruchem gokarta.
2. Złożysz obwód odbiornika podczerwieni i sterownika silników.
3. Wykonasz konstrukcję nośną gokarta i zamocujesz na niej różne elementy.
Analiza schematu
Podczas pracy nad tym projektem będziesz musiał zająć się dwiema płytkami
prototypowymi, na których wykonasz obwody nadajnika i odbiornika. Przyjrzyj się
ich schematom umieszczonym w dwóch kolejnych sekcjach. Schematy opatrzono
wieloma przydatnymi wskazówkami.
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
239
Nadawanie z prędkością światła
Gokart będzie sterowany za pomocą nadajnika, którego schemat pokazano na rysunku 11.2.
Rysunek 11.2.
Schemat obwodu
nadajnika
Oto najbardziej istotne elementy tego obwodu:
Regulator napięcia (VR1) przetwarza prąd o napięciu 6 V dostarczany z baterii na
prąd o napięciu 5 V (jest to maksymalne dopuszczalne napięcie prądu zasilającego
koder (IC1).
Kondensator C1 umieszczony pomiędzy złączem wyjściowym a masą regulatora
napięcia przeciwdziała wahaniom napięcia prądu generowanego na wyjściu
regulatora.
Układ scalony IC1 to koder generujący sygnał, który będzie później interpretowany
przez dekoder znajdujący się w obwodzie odbiornika. Piny o numerach 4, 6 i 7
pełnią funkcję wejść o numerach 3, 2 i 1. Gdy styki normalnie otwartych
przełączników (B1, B2 i B3) podłączonych do tych wejść zostaną zwarte,
wówczas dekoder rozpocznie modulację fali nośnej o częstotliwości 38 kHz.
Na podstawie informacji w niej zakodowanych układ dekodera znajdujący się
w odbiorniku określi, który przycisk został wciśnięty przez użytkownika. Sygnał
generowany na 5. pinie kodera przechodzi przez rezystor 150 (R1). Element
ten ogranicza natężenie przepływającego prądu do 22 mA, co zapobiega spaleniu
diody LED. Wygenerowane impulsy elektryczne docierają następnie do diody
LED, która zamienia je na podczerwień.
W obwodzie znajduje się również rezonator ceramiczny 4 MHz (X1). Wraz
z innymi komponentami tworzy on sygnał zegarowy, który pozwala koderowi
na wygenerowanie fali nośnej o częstotliwości 38 kHz. Wewnątrz rezonatora
znajduje się zegar generujący sygnał, który pozwala na identyfikację wciśniętego
przycisku.
240
Część III: Niech stanie się światłość
Odbieranie sygnału generowanego
przez nadajnik
Jeżeli wciśniesz przycisk na pilocie od telewizora, to odpowiedni obwód telewizora
odbierze taki sygnał i zmieni kanał na np. MTV. Podobny układ musi znajdować się
na pokładzie gokarta. Schemat tego obwodu pokazano na rysunku 11.3.
Rysunek 11.3.
Schemat obwodu
odbiornika
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
241
Oto najbardziej istotne elementy tego obwodu:
Czujnik podczerwieni zawierający fotodiodę, która generuje prąd, gdy dotrze
do niej sygnał nadawany podczerwienią. Prąd ten jest następnie kierowany do 4.
pinu dekodera (IC1).
Układ IC1 dekoduje sygnał wysyłany z nadajnika. Wciskanie przycisków
nadajnika powoduje, że dekoder zmienia sygnał generowany na odpowiadającym
mu złączu wyjściowym. Pin nr 7 jest wyjściem nr 1, pin nr 6 jest wyjściem nr 2,
a pin nr 5 jest wyjściem nr 3. Jeżeli na danym wyjściu podawany był wysoki sygnał
(5 V), to zostanie on zmieniony na niski (0 V), a jeżeli na złączu był podawany
sygnał niski (0 V), to zostanie on zmieniony na wysoki (5 V). Napięcia sygnałów
podawanych na wyjściach nie zmienią się, dopóki dekoder nie odbierze impulsu
świadczącego o tym, że użytkownik wcisnął przycisk nadajnika.
Rezonator (X1) steruje pracą zegara znajdującego się wewnątrz dekodera. Sygnał
zegara jest używany do odkodowania sygnału nadajnika.
Regulator napięcia (VR1) — podobnie jak w obwodzie nadajnika — obniża do 5
V napięcie prądu zasilającego układy scalone.
Przełącznik S1 pełni funkcję włącznika odbiornika.
Pomiędzy szynami, które zasilają układy scalone (pomiędzy szyną dodatnią i szyną
masy), znajdują się kondensatory o pojemności 10 F (C2, C4 i C6), a także
kondensatory o pojemności 0,1 F (C1, C3 i C5). Kondensatory te mają tłumić
zakłócenia generowane przez silniki prądu stałego. Zakłócenia mogłyby wpływać
na napięcie prądu zasilającego układy scalone. Gdybyś nie umieścił w swoim
obwodzie wspomnianych kondensatorów, to silniki mogłyby niekiedy zatrzymywać
się bez powodu, a gokart czasem by nie reagował na wciskanie przycisków nadajnika.
Sterowanie pracą silników
Aby kierować pojazdem, musisz mieć możliwość sterowania kierunkiem obrotów obu
silników prądu stałego. Jeżeli:
oba silniki obracają się do przodu, to pojazd będzie poruszał się do przodu;
oba silniki obracają się do tyłu, to pojazd będzie poruszał się do tyłu;
silnik lewy obraca się do tyłu, a silnik prawy obraca się do przodu,
to pojazd będzie skręcał w lewo;
silnik lewy obraca się do przodu, a silnik prawy obraca się do tyłu,
to pojazd będzie skręcał w lewo.
Aby zmienić kierunek obrotów silnika, musisz zmienić kierunek prądu płynącego
przez zwoje silnika. Kierunek prądu płynącego przez silnik można zmienić za pomocą
obwodu zwanego
mostkiem H. Na schemacie odbiornika (zobacz rysunek 11.3)
widoczny jest układ IC3 zawierający dwa mostki H. Mostków tych nie widać na
schemacie, ale one naprawdę tam są. Musisz nam zaufać. Przekonasz się o tym podczas
budowy gokarta.
242
Część III: Niech stanie się światłość
Na poniższej liście wymieniono piny układu scalonego z mostkami H, które musisz
połączyć odpowiednio z resztą obwodu (zobacz rysunek 11.3).
Pin 16 — należy do niego podłączyć linię zasilającą układ scalony (napięcie
powinno mieć dodatni potencjał).
Pin 8 — tu podłączamy oddzielną linię (o dodatnim potencjale) zasilającą silniki
prądu stałego.
Właśnie dlatego powinieneś korzystać z dwóch zasobników baterii. Dzięki
takiemu rozwiązaniu możliwe jest odizolowanie układów scalonych od zakłóceń
generowanych przez silniki prądu stałego. Zakłócenia te mogą wywoływać
anomalie w pracy obwodu. Więcej informacji na ten temat znajdziesz w sekcji
zawierającej listę komponentów niezbędnych do wykonania projektu.
Piny nr 1 i 9 — sygnał generowany przez 7. pin dekodera (IC1) jest kierowany do
1. i 9. pinu układu IC3 zawierającego mostki H. Jeżeli potencjał kierowany do 7.
pinu układu IC1 jest dodatni, to włączane są oba silniki. Jeżeli potencjał kierowany
do tego pinu jest zerowy, to oba silniki są wyłączane.
Piny nr 2 i 7 — sygnały podawane do tych pinów mostka H decydują o kierunku
obrotów lewego silnika (ML). Jeżeli do 2. pinu skierujemy potencjał dodatni,
a do pinu nr 7 potencjał zerowy, to silnik będzie obracał się w jednym kierunku.
Jeżeli zamienimy ze sobą potencjały kierowane do tych złączy, to silnik będzie
obracał się w kierunku przeciwnym. Jak tworzone są te potencjały? Pin nr 6
dekodera jest połączony z pinem nr 2 mostka H. Wspomniany pin dekodera jest
również połączony z układem IC2, który dokonuje konwersji sygnału — sygnał
niski zamienia na sygnał wysoki lub sygnał wysoki zamienia na sygnał niski.
Odwrócony sygnał jest kierowany do pinu nr 7 mostka H. W ten sposób otrzymujemy
dwa sygnały niezbędne do sterowania kierunkiem obrotów lewego silnika.
Piny nr 10 i 15 — decydują o kierunku obrotów prawego silnika, tak jak piny nr 2
i 7 decydują o kierunku obrotów lewego silnika. Jeżeli do pinu nr 10 mostka H
skierujemy wysoki potencjał, a do 15. pinu tego układu podamy niski potencjał,
to prawy silnik będzie się obracać w pewnym kierunku. Jeżeli obrócimy te
potencjały, to silnik będzie obracać się w kierunku przeciwnym. Pin nr 5 układu
IC1 połącz z pinem nr 10 mostka H oraz z układem IC2, który odwraca podawany
do niego sygnał (sygnał o niskim napięciu jest przetwarzany na sygnał o wysokim
napięciu, a sygnał o wysokim napięciu na sygnał o niskim napięciu). Sygnał
odwrócony przez układ IC2 należy podłączyć do pinu nr 15 mostka H.
Uwagi dla konstruktorów
— potencjalne problemy
Długo myśleliśmy, z czego wykonać wierzch gokarta. Najlepszym pomysłem (szczerze
mówiąc, myśleliśmy o tym podczas zakupów w warzywniaku i nic lepszego nie przyszło
nam do głowy) okazał się plastikowy pojemnik na żywność. Dzięki niemu wierzch
pojazdu wygląda jak bąbelek. Pojemnik taki jest dość tani i przezroczysty, a więc
pozwoli podziwiać elektronikę znajdującą się w jego wnętrzu. Wybierz pojemnik
wykonany z giętkiego plastiku. W takim materiale łatwiej Ci będzie wykonać otwory
w okolicy czujnika podczerwieni (tylna część pojazdu) i włącznika (bok pojazdu).
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
243
Podwozie gokarta możesz wykonać ze sklejki o grubości 6 mm lub z twardego tworzywa
sztucznego (takiego jak PVC). PVC będzie wyglądało lepiej od sklejki, ale oba
te materiały nadają się równie dobrze do zastosowania w tym projekcie. Sklejkę
o grubości 6 mm kupisz w sklepie sprzedającym tarcicę lub artykuły budowlane.
Niektóre sklepy oferujące akcesoria dla osób zajmujących się budową robotów posiadają
w swojej ofercie sztywne płyty, z których możesz wykonać podwozie swojego gokarta.
Sprawdź ofertę firm takich jak http://botland.com.pl/ i http://www.kamami.pl/. Za pomocą
wyszukiwarki Google możesz znaleźć wiele firm handlujących tworzywami sztucznymi,
które mają w swojej ofercie „sztywne arkusze PVC”.
Jeżeli nie jesteś leniwy, to możesz zrezygnować z górnej części gokarta i wykonać
kabriolet. Jest to dobre rozwiązane zwłaszcza wtedy, gdy planujesz w przyszłości
zastosować komponenty gokarta w jakimś innym projekcie. Jeżeli jednak nie planujesz
demontażu pojazdu, to warto osłonić jego komponenty przed kurzem. Warto jest
chronić podzespoły i przewody przed przypadkowym uszkodzeniem, np. w wyniku
zderzenia z jakimś przedmiotem znajdującym się w Twoim pokoju.
Końcówki oczkowe będące zaciskami silników napędzających gokart są wykonane
z cienkiej blachy i dość łatwo jest je ułamać. W celu zminimalizowania sił działających
na te zaciski warto jest przylutować do nich przewód pleciony, a nie sztywny
pojedynczy drut.
Poszukiwanie niezbędnych komponentów
Komponenty niezbędne do wykonania tego projektu podzieliliśmy (dość logicznie)
na dwie kategorie. W jednej kategorii umieściliśmy elementy potrzebne do zbudowania
nadajnika, a w drugiej rzeczy niezbędne do wykonania odbiornika oraz konstrukcji
nośnej, na której będzie zainstalowany odbiornik.
Komponenty niezbędne
do wykonania nadajnika
Nadajnik, którego schemat przedstawiono na rysunku 11.2, składa się z komponentów
wymienionych na poniższej liście. Niektóre z nich zostały pokazane na rysunku 11.4.
rezystor 150 (
R1)
koder podczerwieni (
IC1)
My korzystamy z kodera Tiny-IR firmy Reynolds Electronics, ponieważ
w przeciwieństwie do podobnych układów scalonych może on pracować w dość
prostych obwodach. Inne, opcjonalne układy scalone wymieniono w sekcji
„Dalsze rozwijanie projektu”.
regulator napięcia 5 V (
VR1) — układ LP2950 lub podobny
kondensator elektrolityczny 4,7 F (
C1)
244
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 11.4.
Główne kompo-
nenty nadajnika
dioda LED generująca światło podczerwone TSAL7200 (
LED1)
W obwodzie możesz zastosować również wiele innych podobnych diod.
Znajdziesz je np. w ofercie firmy http://pl.farnell.com/.
trójstykowy rezonator ceramiczny 4 MHz (
X1)
Rezonatory posiadające dwa złącza wyglądają podobnie jak rezonatory posiadające
trzy złącza. Zamawiając ten komponent, zachowaj ostrożność. Dokładnie przeczytaj
informacje na temat rezonatora, który chcesz zamówić.
płytka prototypowa
gniazdo diody LED przeznaczone do montażu w obudowie (gniazdo
powinno być przeznaczone do montażu diod T-1¾ o średnicy 5 mm)
zasobnik na 4 ogniwa AA oraz klips pozwalający na podłączenie
zasobnika do obwodu
5 dwustykowych listew zaciskowych
obudowa projektu o wymiarach mniej więcej 15 cm 10 cm 5 cm
rzepy
zestaw przewodów połączeniowych o średnicy 0,6 mm (zestaw
przewodów o różnej długości, z których końców fabrycznie usunięto
izolację)
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
245
Możesz samodzielnie wycinać przewody o właściwej długości i zdejmować
izolację z ich końców. Jednakże znacznie łatwiej jest korzystać z gotowych
przewodów, z których końców fabrycznie usunięto izolację. Nie trać czasu
na zdejmowanie izolacji z przewodów. Żyje się tylko raz!
Komponenty niezbędne do wykonania
nadajnika i konstrukcji nośnej gokarta
W celu wykonania odbiornika i podwozia pojazdu będziesz potrzebował części
wymienionych na poniższej liście. Niektóre z nich pokazano na rysunkach 11.5 i 11.6.
czujnik podczerwieni PNA4602M
W obwodzie mogą pracować również inne czujniki podczerwieni. Jeżeli chcesz
wypróbować jakiś inny model czujnika, to duży asortyment komponentów tego
typu znajdziesz na stronie http://pl.farnell.com/.
dekoder Tiny-IR firmy Reynolds (
IC1)
regulator napięcia 5 V (
VR1) — regulator LM7805 lub podobny
bramka NOT (
IC2) — układ SN74F04 lub podobny
mostek H (
IC3) — układ L293D lub podobny
Rysunek 11.5.
Główne kompo-
nenty odbiornika
246
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 11.6.
Główne kompo-
nenty konstrukcji
nośnej gokarta
trójstykowy rezonator ceramiczny 4 MHz (
X1)
3 kondensatory elektrolityczne 10 F (
C1, C3 i C5)
3 kondensatory elektrolityczne 0,1 F (
C2, C4 i C6)
4 dwustykowe listwy zaciskowe
2 zasobniki na 4 ogniwa AA
2 silniki prądu stałego z wbudowanym reduktorem (
MP i ML) (silniki
powinny być wyposażone w koła napędowe o średnicy 66 mm)
My korzystamy z silników GM2 dostarczonych przez firmę Hobby Engineering
(http://www.hobbyengineering.com/). Poszukaj silników prądu stałego wraz
z dopasowanymi do nich kołami w sklepach dla robotyków (np. http://botland.com.pl/
i http://www.kamami.pl/). W praktyce do konstrukcji robotów częściej stosowane
są
serwomotory, ponieważ są to silniki, których praca może być kontrolowana
w sposób bardziej precyzyjny.
obrotowe kółko samonastawne o średnicy 5 cm
przełącznik SPST (jednobiegunowy, jednopołożeniowy) (
S1)
2 klipsy do kabli
My korzystamy z klipsów samoprzylepnych. Szeroki asortyment klipsów
znajdziesz na stronie http://pl.farnell.com/. Tak naprawdę przewody możesz
przypinać za pomocą dowolnego klipsa, który ich nie uszkodzi.
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
247
twarda płyta wykonana z PVC (lub sklejka) o grubości 6 mm i wymiarach
23 cm 16,5 cm
plastikowy pojemnik na produkty spożywcze o wymiarach 16,5 cm 23 cm
rzepy
Budowa projektu krok po kroku
Podczas pracy nad gokartem będziesz musiał zbudować obwody nadajnika i odbiornika,
a następnie wykonać podwozie pojazdu i zainstalować na nim trzy koła i silniki. Obwód
odbiornika zostanie również zainstalowany na płycie podwoziowej gokarta. Na koniec
będziesz mógł osłonić ten układ za pomocą plastikowej pokrywy.
Budowa nadajnika
Nadajnik jest urządzeniem trzymanym w ręku przez użytkownika niczym pilot do
telewizora. Nadajnik pozwoli na zdalne sterowanie pojazdem.
Czas rozpocząć pracę nad obwodem nadajnika. Wykonaj następujące czynności:
1.
Na płytce prototypowej zainstaluj koder, rezonator, regulator napięcia,
rezystor i kondensator (zobacz rysunek 11.7).
Rysunek 11.7.
Na płytce proto-
typowej zainsta-
luj układ scalony
kodera i związane
z nim
komponenty
248
Część III: Niech stanie się światłość
Upewnij się, że ujemne złącze kondensatora znajduje się w tym samym rzędzie
otworów, co środkowe złącze regulatora napięcia. Dodatnie złącze kondensatora
powinno znajdować się w tym samym rzędzie otworów, co wyjście regulatora
napięcia dostarczające do obwodu prąd o napięciu +5 V.
Na rysunku 11.8 opisano złącza regulatora napięcia, kondensatora i diody LED.
Rysunek 11.8.
Konfiguracja złą-
czy kondensato-
ra, diody LED
i regulatora
napięcia
2.
Na płytce prototypowej zamontuj 5 listew zaciskowych, tak jak to
pokazano na rysunku 11.9.
Do każdej listwy widocznej na rysunku zostaną podłączone po 2 przewody,
które połączą z płytką prototypową zasobnik baterii, diodę generującą podczerwień,
włącznik, przycisk prawego silnika i przycisk lewego silnika.
3.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
komponenty ze zbiorczymi szynami masy. Następnie połącz ze sobą
obie szyny masy, tak jak to pokazano na rysunku 11.10.
Do masy należy podłączyć środkowe złącze rezonatora.
Osiem krótszych przewodów łączy poszczególne komponenty z szynami masy,
a dłuższy przewód widoczny po lewej stronie łączy ze sobą obie szyny masy.
4.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
regulator napięcia i zacisk dodatniego bieguna zasobnika baterii
(zobacz rysunek 11.11).
5.
Korzystając z rysunku 11.12, podłącz przewody do kodera, regulatora
napięcia i rezonatora.
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
249
Rysunek 11.9.
Na płytce proto-
typowej zainsta-
luj listwy
zaciskowe
Rysunek 11.10.
Za pomocą krót-
szych przewo-
dów podłącz
komponenty do
szyn masy, na-
tomiast dłuższym
przewodem po-
łącz ze sobą obie
szyny masy
250
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 11.11.
Połącz złącze za-
silające regulator
napięcia z zasob-
nikiem baterii
Rysunek 11.12.
Podłącz przewo-
dy do kodera,
regulatora napię-
cia i rezonatora
6.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
zaciski z koderem i rezystorem (zobacz rysunek 11.13).
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
251
Rysunek 11.13.
Połącz zaciski
z koderem i rezy-
storem
7.
W obudowie nadajnika wywierć otwory na diodę LED i przełączniki.
Na rysunku 11.14 pokazano obudowę, w której w przedniej ścianie wykonano
otwór na diodę LED, a w jej górnej pokrywie wykonano otwory przełączników.
Średnica tych otworów zależy od rozmiaru posiadanych przez Ciebie przełączników
i gniazda diody LED. W naszej obudowie otwór diody LED wykonaliśmy
wiertłem o średnicy 6 mm, a otwory przycisków wiertłem o średnicy 8 mm.
Rysunek 11.14.
Wywierć otwory
na diodę LED
i przełączniki
252
Część III: Niech stanie się światłość
8.
Do zasobnika baterii oraz do dna obudowy przyklej rzepy, a następnie
unieruchom zasobnik w obudowie (zobacz rysunek 11.15).
Rysunek 11.15.
Zamontuj zasob-
nik baterii
w obudowie za
pomocą rzepów
9.
W otwory wykonane wcześniej w pokrywie obudowy włóż 3 przełączniki,
a następnie przykręć je za pomocą dołączonych do nich nakrętek
(zobacz rysunek 11.16).
Rysunek 11.16.
Przełączniki zain-
stalowane
w obudowie
nadajnika
10.
W otwór wykonany w przedniej ścianie obudowy włóż gniazdo diody
LED. Od wewnętrznej strony obudowy do gniazda włóż diodę LED,
a następnie załóż na nią dolną część gniazda.
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
253
11.
Do diody LED przylutuj czarny i czerwony przewód. Każdy z nich
powinien mieć długość 15 cm.
Na rysunku 11.17 pokazano przewody przylutowane do diody LED zainstalowanej
w gnieździe.
Rysunek 11.17.
Dioda LED
zainstalowana
w obudowie
nadajnika
Czerwony przewód musi zostać przylutowany do dłuższego złącza diody LED.
Gdy połączenia lutownicze ostygną, owiń je taśmą izolacyjną, co zapobiegnie ich
przypadkowemu zwarciu.
Podczas wykonywania połączeń lutowniczych stosuj się do zasad przedstawionych
w rozdziale 2. Między innymi nie pozostawiaj włączonej lutownicy bez nadzoru.
Na litość boską! Uważaj, aby nie upuścić rozgrzanej lutownicy na kolana!
12.
Do przełączników przylutuj przewody dowolnego koloru o długości
15 cm (zobacz rysunek 11.18).
Rysunek 11.18.
Przylutuj
przewody do
przełączników
Przed przylutowaniem każdego przewodu do przełącznika przepleć go przez
końcówkę i unieruchom, skręcając.
254
Część III: Niech stanie się światłość
13.
Przyczep płytkę do dna obudowy za pomocą rzepów. Jeżeli Twoja
płytka prototypowa (tak jak nasza) została fabrycznie wyposażona
w dwustronną taśmę klejącą, to skorzystaj z niej i przyklej płytkę do dna
obudowy.
14.
Do listew zaciskowych włóż przewody diody LED oraz klips zasobnika
baterii i diody LED (zobacz rysunek 11.19).
Rysunek 11.19.
Obudowa nadaj-
nika, w której
zainstalowano
płytkę prototy-
pową
15.
Korzystając z rysunku 11.20, do zacisków podłącz przewody przełączników.
16.
Umieść ogniwa w zasobniku, podłącz klips do jego złącza i przyczep
zasobnik do dna obudowy za pomocą rzepów (zobacz rysunek 11.21).
17.
Załóż wierzchnią część obudowy i przykręć ją za pomocą znajdujących
się w niej śrub.
Gotowy nadajnik przedstawiono na rysunku 11.22.
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
255
Rysunek 11.20.
Przewody
podłączone
do zacisków
Rysunek 11.21.
Wnętrze
gotowego
nadajnika
256
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 11.22.
Gotowy nadajnik
Praca nad płytką obwodu odbiornika
Jak zapewne się domyślasz, odbiornik będzie odbierał sygnał nadawany przez nadajnik.
Obwód odbiornika przykręcisz później do konstrukcji nośnej gokarta. Ale wszystko
w swoim czasie. Najpierw musisz stworzyć obwód odbiornika.
Czas rozpocząć pracę nad obwodem odbiornika. Wykonaj następujące czynności:
1.
Korzystając z rysunku 11.23, zainstaluj układy scalone na płytce
prototypowej.
Rysunek 11.23.
Zamontuj układy
scalone na płytce
prototypowej
Zostaw nieco miejsca pomiędzy układami, ponieważ będziesz go potrzebował,
aby ułożyć przewody (zobacz gotowy obwód na rysunku 11.32). Pozostaw wolne
miejsce obok dekodera — będziesz musiał zainstalować tam czujnik podczerwieni
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
257
i rezonator. Wolnej przestrzeni będziesz potrzebował na drugim końcu płytki
— obok mostka H (w tym miejscu zainstalujesz później listwy zaciskowe).
2.
Korzystając z rysunku 11.24, zamontuj na płytce prototypowej regulator
napięcia, rezonator i czujnik podczerwieni.
Rysunek 11.24.
Zamontuj kom-
ponenty dyskret-
ne na płytce pro-
totypowej
Na rysunku 11.25 opisano funkcje złączy regulatora napięcia i czujnika
podczerwieni (podzespoły te określamy mianem
komponentów dyskretnych).
Rysunek 11.25.
Konfiguracja złą-
czy komponen-
tów dyskretnych
258
Część III: Niech stanie się światłość
3.
Listwy zaciskowe zainstaluj w odległości kilku rzędów otworów od jej
krawędzi (zobacz rysunek 11.26).
Rysunek 11.26.
Na płytce proto-
typowej zamontuj
listwy zaciskowe
4.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
każdy z komponentów z szynami zasilającymi, a następnie połącz
ze sobą obie szyny oznaczone symbolem + (zobacz rysunek 11.27).
Rysunek 11.27.
Podłącz kompo-
nenty do szyn
zasilających
Zwróć uwagę na to, że do zbiorczej szyny zasilającej należy podłączyć wyjście
regulatora napięcia. Do regulatora dostarczany jest prąd z baterii o napięciu około
+6 V, a regulator obniża napięcie tego prądu do +5 V. Prąd o tym napięciu jest
następnie kierowany do zbiorczej szyny zasilającej, za której pośrednictwem
może dotrzeć do pozostałych komponentów obwodu.
5.
Zainstaluj kondensatory 10 F i 0,1 F. Za ich pomocą połącz zbiorczą
szynę zasilającą z szyną masy w okolicy dekodera (obok złącza
zasilającego o dodatniej polaryzacji). W podobny sposób zainstaluj
po parze kondensatorów obok złączy zasilających bramkę NOT
i mostek H (zobacz rysunek 11.28).
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
259
Rysunek 11.28.
Na płytce proto-
typowej zainsta-
luj kondensatory
Kondensatory te redukują zakłócenia wzbudzane w szynie zasilającej przez pracę
silników prądu stałego.
6.
W odpowiednich otworach płytki prototypowej zainstaluj przewody
łączące wszystkie komponenty i listwy zaciskowe z szynami masy
(oznaczonymi symbolem –), a następnie za pomocą dłuższego
przewodu połącz ze sobą obie szyny masy (zobacz rysunek 11.29).
Z szyną masy należy połączyć środkowe złącze rezonatora.
7.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
dekoder, rezonator i czujnik podczerwieni (zobacz rysunek 11.30).
8.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
dekoder, bramkę NOT i mostek H (zobacz rysunek 11.31).
9.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
zaciski z mostkiem H i regulatorem napięcia (zobacz rysunek 11.32).
260
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 11.29.
Połącz
komponenty
z szynami masy
Rysunek 11.30.
Połącz ze sobą
złącza dekodera,
rezonatora
i czujnika pod-
czerwieni
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
261
Rysunek 11.31.
Przewody łączące
złącza dekodera,
bramki NOT
i mostka H
Rysunek 11.32.
Podłącz przewo-
dy do listew za-
ciskowych
262
Część III: Niech stanie się światłość
Budowa gokarta
Jeżeli wykonałeś wszystkie dotychczas opisane czynności, to wszystkie przewody
i komponenty tworzące nadajnik i odbiornik są już gotowe do pracy. Brakuje Ci
jeszcze tylko jednej rzeczy — pojazdu. Gokart jest tak naprawdę platformą, na której
zainstalujesz:
odbiornik,
silniki,
włącznik,
pokrywę osłaniającą elementy obwodu.
Pokrywa jest elementem dodatkowym sprawiającym, że pojazd wygląda lepiej.
Jednakże najważniejszą funkcją pokrywy jest ochrona komponentów przed pazurami
zwierząt i rękami dzieci. Ręce wsadzone tam, gdzie nie trzeba, mogłyby doprowadzić
do wyrwania przewodu ze złącza lub poluzowania któregoś komponentu.
Czas rozpocząć pracę nad samym pojazdem. Wykonaj następujące czynności:
1.
Na arkuszu PVC lub płycie wykonanej ze sklejki połóż płytkę prototypową,
zasobniki baterii, kółko samonastawne i włącznik (zobacz rysunek 11.33).
Rysunek 11.33.
Określ kształt pły-
ty tworzącej
podwozie gokarta
Pozwoli Ci to określić rozmiar płyty, która ma pełnić funkcję podwozia pojazdu.
My zdecydowaliśmy się na zastosowanie arkusza PVC o grubości 13 mm,
szerokości 16,5 cm i długości 23 cm. Na płycie o takich wymiarach poza
komponentami zmieści się również pokrywa. Linie, wzdłuż których będziesz ciął
płytę wykonaną z tworzywa sztucznego, możesz narysować za pomocą ołówka.
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
263
2.
Wybierz miejsce pomiędzy płytką prototypową a przełącznikiem,
w którym wywiercisz otwór na kable silników.
3.
Przyłóż podstawę kółka samonastawnego do płyty będącej podwoziem
pojazdu i zaznacz miejsca, w których wykonasz otwory służące do
montażu tego kółka.
Na rysunku 11.34 pokazano płytę PVC, na której oznaczono miejsca, gdzie
zostaną wykonane otwory.
Rysunek 11.34.
Na płycie oznacz
miejsca, gdzie
wykonasz otwo-
ry, oraz narysuj
linie, wzdłuż któ-
rych odetniesz jej
zbędne fragmenty
4.
Odetnij zbędne fragmenty płyty. Możesz to zrobić za pomocą włośnicy
lub dowolnej innej piły, której brzeszczot posiada drobne zęby. Następnie
wiertłem o średnicy 6 mm wywierć otwór na przewody, który oznaczyłeś,
wykonując drugi punkt niniejszej listy kroków.
5.
Otwory, które posłużą do montażu kółka, wykonaj za pomocą wiertła
o średnicy 4 mm.
Krawędzie otworów wygładź za pomocą pilnika lub papieru ściernego. Na
rysunku 11.35 pokazano płytę przyciętą do właściwych wymiarów, w której
wywiercono otwory.
6.
Przyklej rzepy do zasobników baterii, silników i przełącznika (zobacz
rysunek 11.36).
7.
Do silników przylutuj kable o długości 30 cm (zobacz rysunek 11.37).
Przylutowując przewody o różnych kolorach (my zastosowaliśmy przewody
czarne i czerwone), łatwiej jest określić zacisk, do którego dany kabel ma zostać
podłączony. Jeżeli przewody zostaną podłączone odwrotnie, to nie będziesz
mógł właściwie sterować kierunkiem obrotów silnika.
264
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 11.35.
Płyta pełniąca
funkcję podwozia
gokarta przygo-
towana
do montażu
komponentów
Rysunek 11.36.
Przyklej rzepy
do komponentów
8.
W miejscach podwozia, w których chcesz zainstalować silniki, przyklej
rzepy, a następnie za pomocą tych rzepów przyczep silniki do podwozia
(zobacz rysunek 11.38).
9.
Przykręć kółko za pomocą śrub M4 o długości 16 mm oraz nakrętek
(zobacz rysunek 11.38).
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
265
Rysunek 11.37.
Przylutuj przewo-
dy do silników
Rysunek 11.38.
Zamocuj silniki
i kółko samona-
stawne
10.
Przeciągnij przewody przez wykonany wcześniej otwór o średnicy 6 mm
i unieruchom je za pomocą klipsów (zobacz rysunek 11.38). Następnie
na wrzeciona silników załóż koła i przykręć je za pomocą dołączonych
nakrętek.
266
Część III: Niech stanie się światłość
11.
Do górnej części płyty nośnej gokarta przyczep za pomocą rzepów
zasobniki baterii, włącznik i płytkę prototypową (zobacz rysunek 11.39).
Rysunek 11.39.
Zainstaluj różne
komponenty
na płycie nośnej
gokarta
12.
Przewody silników podłącz do zacisków (zobacz rysunek 11.40).
Rysunek 11.40.
Podłącz przewo-
dy silników
do płytki prototy-
powej
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
267
13.
Połącz ze sobą zasobniki baterii, listwy zaciskowe i włącznik (zobacz
rysunek 11.41). Przylutuj przewody przyczepione do końcówek oczkowych
włącznika.
Rysunek 11.41.
Podłącz przewo-
dy zasilające
do płytki prototy-
powej
14.
Za pomocą małej włośnicy wytnij otwory w tylnej ściance wierzchniej
pokrywy gokarta.
Jeden otwór ma ułatwić dotarcie do czujnika sygnału nadawanego podczerwienią,
a drugi otwór pozwoli Ci dosięgnąć włącznika.
Wierzchnia pokrywa pojazdu powinna być wykonana z giętkiego plastiku,
co ułatwi wycinanie otworów. Pracuj w okularach ochronnych!!! Osłonią one
Twoje oczy przed fragmentami tworzywa, które mogą zostać wyrzucone w ich
kierunku.
15.
Umieść pokrywę na płycie pojazdu (zobacz rysunek 11.42).
268
Część III: Niech stanie się światłość
Rysunek 11.42.
Gotowy gokart
sterowany
podczerwienią
Sprawdzanie działania projektu
Zbliża się moment, w którym dostaniesz nagrodę za tę całą ciężką pracę. W końcu
będziesz mógł pojeździć gokartem po swoim pokoju. Pamiętaj, aby wcześniej usunąć
z podłogi wszelkie przeszkody!
W celu uruchomienia gokarta wykonaj następujące czynności:
1.
Włóż ogniwa do zasobników.
2.
Włącz obwód za pomocą przełącznika.
3.
Skieruj nadajnik w stronę pojazdu, przyciśnij i zwolnij włącznik
znajdujący się na nadajniku.
4.
Zobacz, jak Twój pojazd rusza z miejsca!
Jeżeli gokart nie rusza, wykonaj następujące czynności:
Sprawdź, czy wszystkie baterie są nowe. Upewnij się, że są zwrócone we
właściwym kierunku i że leżą nieruchomo w zasobniku.
Sprawdź, czy nie poluzował się któryś z komponentów lub przewodów.
Porównaj wygląd swojego obwodu z fotografiami umieszczonymi w książce
— upewnij się, że wszystkie połączenia wykonałeś poprawnie.
Aby skręcić w lewo, wciśnij przycisk „silnik L”. Aby skręcić w prawo, wciśnij przycisk
„silnik P”. Gdy pojazd ustawi się pod odpowiednim kątem, wciśnij ponownie jeden
ze wspomnianych przycisków, a następnie go zwolnij. Gokart ruszy do przodu. Jeżeli
Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
269
chcesz, aby pojazd poruszał się do tyłu, to wciśnij i zwolnij przycisk „silnik L”, a następnie
szybko wciśnij i zwolnij przycisk „silnik P”. Przyciskami możesz również operować
w odwrotnej kolejności. Jeżeli chcesz, aby pojazd ponownie zaczął poruszać się do przodu,
to wciśnij jeszcze raz wspomnianą sekwencję przycisków.
Jeżeli przyciski na Twoim nadajniku działają odwrotnie, to przewody silników podłącz
odwrotnie do zacisków płytki odbiornika.
Silnik samochodu może mieć problemy z rozruchem w chłodny zimowy poranek.
Uruchomienie silnika w takich warunkach może zająć chwilę. Podobne problemy
może mieć Twój gokart. Odczekaj chwilę po uruchomieniu obu obwodów za pomocą
włączników!
Jeżeli nie planujesz korzystania z elementów składowych pojazdu podczas pracy nad
kolejnymi projektami i chcesz na stałe cieszyć się gokartem, to usuń rzepy z silników
i podwozia. Następnie przyczep silniki do podwozia w tych samych miejscach za
pomocą kleju. Zabieg ten sprawi, że pojazd będzie nieco bardziej stabilny. Możesz
również pójść o krok dalej i przykleić koła do wrzecion silników.
Dalsze rozwijanie projektu
Jesteś zafascynowany gokartem i chcesz go rozbudować? Poniżej znajduje się lista kilku
pomysłów na dalszy rozwój tego projektu.
Istnieją układy scalone koderów i dekoderów, które posiadają więcej niż 3 złącza
(w opisanym projekcie korzystamy z układów posiadających zaledwie 3 wejścia
lub wyjścia). Takim układem jest np. para układów firmy Holtek — koder
HT12A i dekoder HT12D. Kolejnym przykładem jest koder-dekoder IR-DX8
firmy Reynolds Electronics. Użycie tych układów pozwoli na sterowanie większą
ilością komponentów zainstalowanych w pojeździe. Mogą to być np. diody LED
pełniące funkcję świateł lub brzęczyk pracujący jako klakson.
Jeżeli chcesz urządzić wyścigi, to zbuduj wraz z przyjaciółmi kilka gokartów,
w których zastosujesz wymienione wyżej kodery i dekodery. Pozwolą one
na przypisanie silnikom różnych pojazdów innych numerów złączy kodera
i dekodera. Jednakże wciąż będziecie musieli uważać na to, aby nie wciskać
jednocześnie przycisków kilku nadajników. Problem ten można rozwiązać,
sterując pojazdami z bliskiej odległości, celując nadajnikiem bezpośrednio
w odbiornik sterowanego pojazdu. Zmniejszy to prawdopodobieństwo zakłócenia
pracy odbiorników. Tak naprawdę jedynym pewnym rozwiązaniem tego problemu
jest zbudowanie układów sterujących pracą pojazdów za pomocą fal radiowych.
Więcej informacji na ten temat znajdziesz w rozdziale 13.
Zmodyfikuj wygląd podwozia i nadwozia pojazdu zgodnie ze swoim gustem.
Gokart może zostać pomalowany lub oklejony paskami, a nawet kalkomaniami.
Możesz zmienić kształt nadwozia i dokleić do niego kawałki futra oraz elementy
przypominające małe, słodkie uszka.
270
Część III: Niech stanie się światłość
Część IV
Pozytywne wibracje
272
Część IV: Pozytywne wibracje
W tej części…
tych rozdziałach zajmiemy się projektami związanymi
z wibracjami. Będziemy mieli do czynienia między
innymi z falami dźwiękowymi rozchodzącymi się w powietrzu
i z poduszkami. Ciekawe? W tej części książki będziemy bawić
się następującymi rzeczami:
a) falami radiowymi, które posłużą do sterowania ruchem zabawki
(rozdział 13.);
b) generowaniem sygnałów przez wykrywacz metali pozwalających
na znalezienie złota lub (co bardziej prawdopodobne) żelaza
(rozdział 12.);
c) konstrukcją urządzenia, które będzie reagowało przerażającym
dźwiękiem na wibracje, jakie wytwarza Twój kot, gdy wskakuje
na kanapę pod Twoją nieobecność (rozdział 14.).
W
Rozdział 12: Poręczny wykrywacz metali
273
Rozdział 12
Poręczny wykrywacz metali
W tym rozdziale:
►
przeanalizujesz schemat obwodu wykrywacza,
►
skompletujesz niezbędne komponenty,
►
wykonasz uchwyt,
►
zamontujesz obwód na uchwycie,
►
będziesz mógł odnaleźć metalowe skarby.
zukanie drobnych, metalowych elementów jest czymś tak czasochłonnym jak
szukanie darmowej muzyki w internecie w celu jej pobrania. Dzięki wykrywaczowi
metali będziesz mógł znaleźć monety, które zapodziały się w czeluściach kanapy,
odnaleźć gwoździe wbite w ścianę a także określić, w której kieszeni Twój kolega
ukrył klucze. Spójrzmy prawdzie w oczy — urządzenie to ma wiele zastosowań.
W tym rozdziale pokażemy, jak zbudować mały, poręczny wykrywacz metali, który
pomoże Ci odnaleźć przedmioty wykonane z pewnych stopów metali, a zwłaszcza
stopów zawierających żelazo. Elementy te mogą znajdować się pod ponad centymetrową
warstwą tynku, piachu lub ziemi, ale w żadnym wypadku wody!
Ogólny zarys projektu
W tym projekcie zastosujesz układ scalony generujący sygnał przemienny zasilający
cewkę. Metalowe przedmioty przewodzą prąd, a więc możemy w nich indukować
prąd. Po zbliżeniu cewki wykrywacza metali do metalowego przedmiotu pole
elektromagnetyczne cewki będzie indukowało prąd w tym przedmiocie. Pole
elektromagnetyczne generowane przez metal wpływa na prąd płynący w cewce.
Zmiany te są wykrywane przez układ scalony, który będzie włączał diodę LED
sygnalizującą obecność metalu.
Na rysunku 12.1 przedstawiono ukończony wykrywacz metali.
Podczas pracy nad wykrywaczem metali:
1. Zbudujesz dość prosty obwód elektroniczny zawierający cewkę, układ scalony
czujnika zbliżeniowego, tranzystor, kilka rezystorów i diodę LED.
2. Umieścisz w obudowie obwód wraz z włącznikiem i zasobnikiem baterii.
3. Zamontujesz obudowę z obwodem na uchwycie wykonanym z plastikowej rury.
S
274
Część IV: Pozytywne wibracje
Rysunek 12.1.
Nasz poręczny
wykrywacz
metali
Analiza schematu
Wykonanie tego projektu jest czymś naprawdę łatwym. Cały obwód zmieścisz na
jednej płytce prototypowej. Schemat tego obwodu przedstawiono na rysunku 12.2.
Rysunek 12.2.
Schemat wykry-
wacza metali
Rozdział 12: Poręczny wykrywacz metali
275
Oto lista elementów tego obwodu:
Cewka L1 (zwana również
wzbudnikiem) jest połączona szeregowo
z kondensatorem C1. Te dwa komponenty tworzą
równoległy układ LC
(indukcyjno-pojemnościowy).Gdy płynie przez niego sygnał przemienny
o częstotliwości kilku kHz, wokół cewki wytwarzane jest pole elektryczne.
Cewka po zbliżeniu do metalicznego przedmiotu wzbudza w nim prądy.
Prądy te wpływają indukcyjnie na prąd płynący przez cewkę — sygnał biegnący
przez równoległy układ LC jest zmieniany.
IC1 jest czujnikiem zbliżeniowym TDA0161. Układ ten ma za zadanie generować
sygnał kierowany do równoległego układu LC. Czip reaguje na zmiany tego
sygnału. Jeżeli cewka znajduje się daleko od metalowych przedmiotów, układ ten
na swoim wyjściu generuje prąd o natężeniu 1 mA (lub niższym). Po zbliżeniu cewki
do jakiegoś metalowego elementu natężenie tego prądu wzrasta do około 10 mA.
R1 to rezystor, a R2 to potencjometr. Komponenty te służą do dostrojenia układu
scalonego IC1 i obwodu LC. Kalibracji można dokonać za pomocą potencjometru,
gdy cewka będzie oddalona od jakichkolwiek metalowych przedmiotów.
Rezystor R5 łączy wyjście układu scalonego IC1 z masą. Gdy wyjście układu IC1
jest aktywne, przez ten rezystor płynie prąd. Wtedy na bazie tranzystora Q1 pojawia
się potencjał dodatni.
Q1 jest tranzystorem 2N3904 podłączonym do wyjścia układu scalonego IC1.
Gdy na wspomnianym wyjściu pojawia się wysoki sygnał, tranzystor Q1 włącza
się i pozwala na przepływ prądu przez diodę LED1.
Dioda LED1 jest zasilana, gdy cewka znajdzie się w pobliżu metalu.
Rezystor R3 ogranicza natężenie prądu płynącego przez diodę LED1, chroniąc ją
przed przepaleniem.
Przełącznik S1 pełni funkcję włącznika.
Uwagi dla konstruktorów
— potencjalne problemy
Uchwyt wykrywacza będzie wykonany ze sklejonych rur PVC. Klej do PVC jest dostępny
w każdym sklepie budowlanym.
Klej do PVC tworzy bardzo trwałe połączenia. Pracuj w rękawicach ochronnych —
wspomniany klej topi plastik. Z pewnością lepiej by było, gdyby nie dostał się na skórę
Twoich dłoni. Przeczytaj etykietę umieszczoną na kleju — zapoznaj się z poradami na
temat bezpiecznego korzystania z tego spoiwa — dowiedz się, co należy zrobić w razie
kontaktu kleju ze skórą. Staraj się kleić w wentylowanych pomieszczeniach.
276
Część IV: Pozytywne wibracje
Poszukiwanie niezbędnych komponentów
Mimo że projekt ten składa się ze stosunkowo niewielkiej ilości komponentów, to
najprawdopodobniej i tak będziesz musiał udać się do sklepu, aby kupić niektóre z nich.
Wszystkie niezbędne komponenty wymieniono na poniższej liście, a część z nich
przedstawiono na rysunku 12.3.
2 rezystory 1 k (
R1, R4)
potencjometr 10 (
R2)
rezystor 330 (
R3)
rezystor 120 (
R5)
2 kondensatory ceramiczne 0,0047 F (
C1, C3)
tranzystor 2N3904 (
Q1)
dioda LED T-1¾ o średnicy 5 mm (
LED1)
gniazdo na diodę LED T-1¾ (o średnicy 5 mm) przeznaczone do montażu
w obudowie
czujnik zbliżeniowy TDA0161 (
IC1)
zasobnik na 4 ogniwa AA
Rysunek 12.3.
Główne kompo-
nenty wykrywa-
cza metali
Rozdział 12: Poręczny wykrywacz metali
277
cewka o rdzeniu zwijkowym 680 H (
L1)
W naszym projekcie korzystaliśmy z cewki 1468420C (znajdziesz ją w katalogu
firmy http://pl.farnell.com/ pod numerem 1077026).
przełącznik SPST (jednobiegunowy, jednopołożeniowy) pełniący
funkcję włącznika (S1)
płytka prototypowa o 400 otworach montażowych
4 dwustykowe listwy zaciskowe
gałka (zakładana na potencjometr)
2 gniazda RCA
2 kątowe wtyki RCA
Zastosowanie kątowych wtyków RCA ma zapobiegać plątaniu się kabli
wychodzących z obudowy projektu. Zamiast gniazd i wtyków RCA możesz
zastosować gniazda i wtyki typu banan.
obudowa
W naszym projekcie zastosowaliśmy plastikową obudowę o wymiarach
15 cm 10 cm 5 cm.
zestaw przewodów połączeniowych o średnicy 0,6 mm (zestaw
przewodów o różnej długości, z których końców fabrycznie usunięto
izolację)
2 kolanka PVC 45°, które można założyć na rury o średnicy 25 mm
(kolanka z jednej strony powinny posiadać końcówkę męską, a z drugiej
żeńską)
korek PVC o średnicy 25 mm (końcówka żeńska)
rura PVC o średnicy 25 mm (rura typu
Sch 40) i długości 30 cm
obejma rury o średnicy 25 mm
śruba M4 o długości 12 mm z łbem stożkowym
2 nakrętki M4
Budowa projektu krok po kroku
Obwód jest prosty, ale jego wykonanie wymaga połączenia ze sobą pewnych
komponentów, a następnie umieszczenia ich w obudowie, którą na koniec trzeba
zainstalować na samodzielnie sklejonym uchwycie. Pracę jak zwykle zaczniemy
od połączenia obwodu.
Budowa obwodu wykrywacza metali
Obwód w tym projekcie steruje wytwarzaniem sygnału wykrywającego metale, a także
przetwarzaniem sygnału zwrotnego (zapalaniem diody LED na podstawie tego sygnału).
Aby zbudować obwód, wykonaj następujące czynności:
278
Część IV: Pozytywne wibracje
1.
Na płytce prototypowej zainstaluj układy TDA0161 (IC1) i 2N3904 (Q1)
oraz 4 listwy zaciskowe (zobacz rysunek 12.4).
Rysunek 12.4.
Na płytce proto-
typowej zainsta-
luj układ scalony,
tranzystor i listwy
zaciskowe
Na rysunku 12.5 opisano funkcje złączy tranzystora.
Rysunek 12.5.
Konfiguracja złą-
czy tranzystora
2N3904
2.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
szyny masy z zaciskiem baterii i emiterem tranzystora, a następnie
połącz ze sobą obie szyny masy za pomocą kolejnego przewodu
(zobacz rysunek 12.6).
Rozdział 12: Poręczny wykrywacz metali
279
Rysunek 12.6.
Połącz kompo-
nenty z szynami
masy, a następ-
nie zewrzyj
ze sobą obie szy-
ny masy
Dwa krótsze przewody łączą szyny masy z komponentami, a dłuższy przewód
(widoczny po prawej stronie fotografii) zwiera ze sobą obie szyny masy.
3.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
szyny zasilające (+) z układem
IC1 i zaciskiem baterii, a następnie
za pomocą kolejnego przewodu zewrzyj ze sobą obie szyny zasilające
(zobacz rysunek 12.7).
Rysunek 12.7.
Połącz kompo-
nenty z szyną
zasilającą
280
Część IV: Pozytywne wibracje
4.
Za pomocą przewodów połącz układ scalony, komponenty dyskretne,
listwę zaciskową cewki (
L1), listwę zaciskową potencjometru (R2)
i listwę zaciskową diody LED (zobacz rysunek 12.8).
Rysunek 12.8.
Połącz ze sobą
układ scalony,
listwy zaciskowe
i komponenty
dyskretne
5.
Korzystając z rysunku 12.9, na płytce prototypowej zainstaluj 2
kondensatory 0,0047 F (
C1 i C2), rezystor 330 (R3), rezystor 120 (R5)
oraz rezystor 1 k (
R1).
W rozdziale 4. omówiliśmy zasady, które pozwolą Ci skracać złącza różnych
komponentów w taki sposób, aby można je było prawidłowo zainstalować
na płytce prototypowej. Druty tnij wyłącznie w okularach ochronnych!
Przygotowanie obudowy obwodu
W obudowie projektu musisz wykonać otwory na diodę LED, potencjometr służący
do regulacji rezystancji układu scalonego i na włącznik. Komponenty te będzie trzeba
połączyć z płytką obwodu.
Rozdział 12: Poręczny wykrywacz metali
281
Rysunek 12.9.
Zainstaluj rezy-
story i kondensa-
tory na płytce
prototypowej
Czas przygotować obudowę. Wykonaj następujące czynności:
1.
W obudowie wywierć otwory, w których zainstalujesz diodę LED,
potencjometr, złącza RCA, włącznik i obejmę.
My zdecydowaliśmy się zainstalować włącznik i potencjometr na wspólnej
ścianie obudowy, diodę LED na innej ścianie obudowy, a złącza RCA w dnie
obudowy. Ty możesz ulokować te komponenty w dowolnych innych miejscach.
Na rysunku 12.10 widać, gdzie zainstalowaliśmy te komponenty w obudowie
naszego obwodu.
Więcej informacji na temat doboru rozmiaru wiertła do poszczególnych
komponentów znajdziesz w rozdziale 4. W rozdziale tym znajdziesz również
wiele innych przydatnych informacji dotyczących pracy nad obudowami
projektów. Czy wiesz, o czym musisz pamiętać? Przed przystąpieniem do
wykonania otworów załóż okulary ochronne!
2.
Włóż nagwintowane części gniazd RCA w wywiercone wcześniej
otwory. Przykręć gniazda za pomocą dołączonych do nich nakrętek.
3.
W wywiercony wcześniej otwór włóż nagwintowaną część włącznika.
Przykręć go za pomocą dołączonej nakrętki.
4.
W wywiercony wcześniej otwór włóż nagwintowaną część potencjometru.
Przykręć go za pomocą dołączonej nakrętki.
282
Część IV: Pozytywne wibracje
Rysunek 12.10.
Obudowa, w któ-
rej zainstalowali-
śmy włącznik,
gniazda RCA,
potencjometr
i diodę LED
5.
Na pokrętło potencjometru nasuń gałkę i przykręć ją za pomocą śruby.
6.
Przez wykonany wcześniej otwór przełóż (od zewnątrz obudowy) górną
część gniazda diody LED. Od wnętrza obudowy włóż diodę LED do
zainstalowanej części gniazda diody LED.
7.
Na złącza diody LED nasuń dolną część gniazda. Połącz ze sobą obie
części gniazda, unieruchamiając diodę LED.
8.
Do jednej końcówki oczkowej włącznika przylutuj czarny przewód
zasobnika baterii. Do drugiej końcówki przylutuj czarny przewód
o długości 20 cm (zobacz rysunek 12.11).
9.
Do środkowego złącza potencjometru przylutuj przewód o długości 20
cm. Kolejny przewód o tej samej długości przylutuj do złącza
znajdującego się po lewej stronie potencjometru (zobacz rysunek 12.11).
10.
Do dłuższego złącza diody LED przylutuj czerwony przewód o długości
20 cm, a do krótszego złącza tego komponentu przylutuj czarny przewód
o długości 20 cm (zobacz rysunek 12.11).
11.
Po wykonaniu wszystkich łączeń lutowniczych nasuń na nie koszulki
termokurczliwe o długości 2,5 cm. Osłoń nimi luty, podgrzewając je
suszarką do włosów.
12.
Do zacisków oczkowych znajdujących się w środku gniazd RCA
przylutuj przewody o długości 20 cm (zobacz rysunek 12.11).
Jeżeli nie masz jeszcze dużego doświadczenia w wykonywaniu połączeń lutowniczych,
to zajrzyj do rozdziału 2. i przypomnij sobie zasady ich wykonywania.
Rozdział 12: Poręczny wykrywacz metali
283
Rysunek 12.11.
Włącznik, poten-
cjometr, złącza
RCA i dioda LED
— komponenty,
do których przy-
lutowano prze-
wody
Łączenie ze sobą wszystkich elementów obwodu
Gdy dysponujesz już płytką z obwodem i przygotowaną obudową, czas umieścić płytkę
w obudowie. Wykonaj następujące czynności:
1.
Przyklej rzepy do płytki prototypowej i dna obudowy, a następnie włóż
płytkę do obudowy.
2.
Przyklej rzepy do zasobnika baterii i obudowy, a następnie włóż
zasobnik do obudowy.
3.
Do zacisków znajdujących się na płytce prototypowej włóż przewody
diody LED, potencjometru, włącznika i zasobnika baterii (zobacz
rysunek 12.12).
Przed podłączeniem przewodu do zacisku skróć go, a następnie zdejmij izolację
z jego końca.
4.
Zepnij przewody za pomocą klipsów w tych miejscach, gdzie jest to
konieczne.
Budowa uchwytu
Uchwyt pozwoli Ci na chodzenie z wykrywaczem metali i przykładanie go do miejsc,
gdzie potencjalnie mogą znajdować się jakieś metalowe przedmioty. Wykonaj
następujące czynności:
1.
Do kolanka przyklej rurę PVC o średnicy 25 mm i długości 20 cm w taki
sposób, aby była ona zwrócona ku górze (zobacz rysunek 12.13).
284
Część IV: Pozytywne wibracje
Rysunek 12.12.
Do płytki proto-
typowej podłącz
diodę LED, po-
tencjometr,
włącznik, cewkę
i zasobnik baterii
Rysunek 12.13.
Uchwyt wykry-
wacza metali
Rozdział 12: Poręczny wykrywacz metali
285
2.
Do drugiego końca wspomnianej rury przyklej kolejne kolanko w taki
sposób, aby było ono zwrócone w dół (zobacz rysunek 12.13).
3.
Do wolnego końca pierwszego kolanka przyklej rurę PVC o średnicy
25 mm i długości 7,5 cm. W tej rurze zostanie zainstalowana cewka
wykrywacza metali.
4.
Do wolnego końca drugiego kolanka przyklej rurę PVC o średnicy 25 mm
i długości 15 cm.
Rura ta będzie pełniła funkcję uchwytu wykrywacza metali.
5.
Do końca rury o długości 15 cm przyklej korek o średnicy 25 mm.
6.
Na środku najdłuższej rury wywierć otwór o średnicy 10 mm. Gdy
będziesz trzymał wykrywacz metali w ręku, to otwór ten powinien
znajdować się po lewej stronie urządzenia.
Przez ten otwór będą biec przewody łączące cewkę z pozostałymi komponentami
obwodu.
Uwaga! Jeżeli jesteś leworęczny, możesz rozważyć wykonanie otworu
po prawej stronie urządzenia. Trzymając wykrywacz metali w lewej ręce, będziesz
mógł łatwiej operować przełącznikami znajdującymi się na obudowie za pomocą
prawej ręki.
Na rysunku 12.13 przedstawiono uchwyt wykrywacza metali wykonany
z elementów hydraulicznych z PVC.
7.
Do złączy cewki przylutuj dwa przewody o długości 30 cm (zobacz
rysunek 12.14). Wykonane połączenia lutownicze osłoń za pomocą
dwóch koszulek termokurczliwych o długości 2,5 cm (nasuń koszulki
w odpowiednie miejsca i ogrzej za pomocą suszarki do włosów).
Rysunek 12.14.
Przewody przylu-
towane do cewki
8.
Skręć ze sobą wolne końce przewodów przylutowanych do cewki i włóż
je w otwarty koniec rury PVC. Końce przewodów powinny znaleźć się
na wysokości otworu o średnicy 10 mm.
286
Część IV: Pozytywne wibracje
9.
Wykonaj hak z drutu o średnicy 0,8 mm lub 0,6 mm. Za pomocą tego
haka przeciągnij przewody przez otwór o średnicy 10 mm.
10.
Włóż cewkę w koniec rury PVC o średnicy 25 mm, tak jak to pokazano
na rysunku 12.15. Przyklej cewkę do rury.
Rysunek 12.15.
Cewka włożona
do rury PVC
11.
Skróć przewody tak, aby wystawały na około 7,5 cm poza otwór o średnicy
10 mm. Następnie na skrócone kable załóż kątowe wtyczki RCA
(zobacz rysunek 12.16).
Rysunek 12.16.
Wtyczki RCA za-
łożone na prze-
wody cewki
My zastosowaliśmy końcówki, do których przewód jest przykręcany za pomocą
śruby, ale Ty równie dobrze możesz skorzystać z końcówek wymagających
przylutowania kabla.
Rozdział 12: Poręczny wykrywacz metali
287
12.
Na rurę PVC o średnicy 25 mm załóż obejmę i przykręć ją do obudowy
projektu za pomocą śrub i nakrętek M4.
Na rysunku 12.17 pokazano obudowę przykręconą do uchwytu.
Rysunek 12.17.
Obudowa obwo-
du przykręcona
do uchwytu
(wtyczki RCA
podłączono już do
gniazd)
13.
Włóż wtyczki RCA do gniazd znajdujących się na obudowie
(zobacz rysunek 12.17).
Gotowy wykrywacz metali pokazano na rysunku 12.18.
Rysunek 12.18.
Gotowy wykry-
wacz metali
288
Część IV: Pozytywne wibracje
Sprawdzanie działania projektu
W Twojej kanapie prawdopodobnie ukrywa się wiele monet. Ta fortuna tylko czeka
na odkrycie. Czas uruchomić wykrywacz metali i odnaleźć cały ten bilon.
Aby przygotować swój gadżet do pracy, wykonaj następujące czynności:
1.
Włóż ogniwa do zasobnika.
2.
Przykręć wieko do obudowy za pomocą znajdujących się w nim śrub
i włącz urządzenie za pomocą przełącznika.
3.
Trzymając cewkę z dala od jakichkolwiek przedmiotów metalowych,
wyreguluj potencjometr tak, aby zapaliła się dioda LED. Następnie
cofnij lekko gałkę potencjometru — dioda LED powinna zgasnąć.
W ten sposób kalibrowany jest układ scalony, który reaguje na niewielkie zmiany
sygnału płynącego przez cewkę.
4.
Wypróbuj działanie wykrywacza, umieszczając go w pobliżu różnych
metalowych przedmiotów.
Za pomocą naszego gadżetu byliśmy w stanie wykryć w kieszeniach przedmioty
takie jak monety, klucze i gwoździe z odległości ponad 1 cm. Większe metalowe
przedmioty takie jak np. wahadłowiec kosmiczny, mogą zostać wykryte z odległości
nawet 2,5 cm.
Jeżeli Twój wykrywacz metali nie działa prawidłowo, wykonaj następujące czynności:
Sprawdź, czy wszystkie baterie są nowe. Upewnij się, że są zwrócone we właściwym
kierunku i że leżą nieruchomo w zasobniku.
Sprawdź, czy nie poluzował się któryś z komponentów lub przewodów.
Porównaj wygląd swojej płytki prototypowej z fotografiami umieszczonymi
w książce — upewnij się, że wszystkie połączenia wykonałeś poprawnie.
Dalsze rozwijanie projektu
Czyż zabawa wykrywaczem metali nie jest czymś uzależniającym? A jeśli nie czymś
uzależniającym, to przynajmniej czymś miłym? Jeżeli spodobał Ci się wykrywacz
metali, to możesz dokonać pewnych dalszych modyfikacji tego projektu:
Wymień diodę LED na brzęczyk. Dzięki temu wykrywacz metali będzie
generował dźwięk, gdy znajdzie się w pobliżu jakiegoś metalowego
przedmiotu.
Wykonaj silniejszy wykrywacz, który pozwoli Ci znaleźć monety
zakopane kilkanaście centymetrów pod powierzchnią piaszczystej plaży.
Schematy wykrywaczy metali charakteryzujących się większą mocą znajdziesz
między innymi na stronie http://thunting.com/. Tego typu urządzenia mogą być
używane np. do szukania znajdujących się pod ziemią skarbów.
Rozdział 13
Czujny Sam kroczy po linii
W tym rozdziale:
►
poznasz potencjalne możliwości Sama;
►
przeanalizujesz bardzo ciekawy i złożony schemat obwodu;
►
przygotujesz się na problemy, które będziesz mógł napotkać podczas pracy nad tym
projektem;
►
skompletujesz niezbędne komponenty;
►
wykonując kolejne czynności, połączysz ze sobą wszystkie komponenty obwodu
i zbudujesz pojazd;
►
uruchomisz Sama i zastanowisz się nad jego dalszą rozbudową.
o dobra, musimy to przyznać: dotarłeś do ulubionego projektu Earla. Czujny Sam
to tak naprawdę wózek wyposażony w silniki. Wystarczy przykleić taśmę izolacyjną
do podłogi, a Sam podąży wyznaczoną przez Ciebie ścieżką. Tworząc różne pętle,
będziesz mógł się bawić całymi godzinami. Sam jest wyposażony w klakson, którym
będzie Cię informował o swojej obecności. Czy to nie wystarczy, aby go pokochać?
W tym rozdziale dowiesz się, jak stworzyć „oczy”, dzięki którym Sam może podążać
wyznaczonym szlakiem. Poznasz również tajniki konstrukcji urządzenia radiowego
zdalnego sterowania, za pomocą którego będziesz mógł aktywować pewne funkcje
projektu. Wprawdzie podczas pracy nad projektem będziesz musiał połączyć ze sobą
wiele małych komponentów, ale nie obawiaj się tego! Praca nad tym urządzeniem
będzie bardzo przyjemna, a przynajmniej bardzo spodobała się Earlowi.
Ogólny zarys projektu
Prawdopodobnie zastanawiasz się, jak wygląda Sam i co tak naprawdę potrafi. To dobrze.
Oto lista pewnych cech charakteryzujących Sama.
Sam posiada trzy koła. Dzięki temu jego konstrukcja jest stabilna. Gdybyśmy
chcieli skonstruować pojazd czterokołowy, to musielibyśmy zaprojektować
zawieszenie, które zapewni kontakt wszystkich kół z podłożem. Zastosowaliśmy
jedno nienapędzane koło z przodu i dwa koła z tyłu, które są napędzane przez
niezależne silniki. Gdy wyłączymy jeden z silników napędowych, wówczas
pojazd zacznie skręcać w stronę, z której wyłączyliśmy silnik. Dzięki temu Sam
może skręcać w lewo lub w prawo.
N
290
Część IV: Pozytywne wibracje
Sam został wyposażony w oczy, które pozwalają mu podążać wyznaczoną
przez Ciebie ścieżką. Oczy te to tak naprawdę fototranzystory wycelowane
w podłogę. Fototranzystory odbierają odbite od podłogi światło podczerwone
generowane przez diody LED. Przyklejając do podłogi taśmę izolacyjną, stworzysz
powierzchnię, która będzie odbijała mniejszą ilość promieniowania podczerwonego.
My zaprojektowaliśmy obwód, który włącza silniki, gdy oczy Sama znajdą się nad
podłogą. Jeżeli któreś z oczu znajdzie się nad czarną taśmą albo inną powierzchnią,
która nie odbija światła, wówczas jeden z silników zostanie wyłączony, co spowoduje
wykonanie przez pojazd skrętu. Gdy tranzystor, który wyłączył jeden z silników,
znajdzie się ponownie nad podłogą odbijającą światło, wówczas silnik ten zostanie
ponownie włączony.
Sam reaguje na polecenia nadawane pilotem zdalnego sterowania za
pomocą fal radiowych. Na tej samej zasadzie brelok dołączony do Twojego
samochodu otwiera drzwi pojazdu. Za pomocą pilota możesz zatrzymać Sama
na chwilę, a następnie kazać mu jechać ponownie do przodu. Nadajnik może
również regulować prędkość Sama, a także włączać klakson. Aby wydać Samowi
polecenie, wystarczy przestawić któryś z przełączników w żądane położenie,
a następnie wcisnąć przycisk „Wyślij”.
Na rysunku 13.1 zaprezentowano czujnego Sama w pełnej okazałości.
Rysunek 13.1.
Nasz czuły Sam
i jego koci przy-
jaciel o imieniu
Willoughby
Podczas pracy nad Samem:
1. Zbudujesz elektroniczny obwód nadajnika zdalnego sterowania, a następnie
płytkę z tym obwodem umieścisz w plastikowej obudowie z przyciskami.
2. Wykonasz elektroniczny obwód, który będzie dekodował sygnał radiowy
i sterował ruchem Sama na podstawie informacji dostarczanych przez
fototranzystory.
3. Zamontujesz obwód, silniki prądu stałego, kółka i kilka przełączników na płycie
podwoziowej.
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
291
Po wykonaniu tych wszystkich czynności będziesz dysponował pojazdem, który potrafi
samodzielnie podążać wyznaczoną ścieżką i będzie reagował na polecenia wydawane
za pomocą fal radiowych. Sam będzie wyposażony w mały słodki klakson, którym
będziesz mógł trąbić na innych.
Analiza schematu
W celu wykonania tego projektu musisz zająć się dwoma schematami. Pierwszym jest
schemat nadajnika, który będzie generował polecenia odbierane przez Sama. Drugim
jest schemat odbiornika, który pozwoli Samowi zrozumieć wydawane przez Ciebie
polecenia.
Wydawanie poleceń Samowi
Obwód nadajnika wysyła do Sama różne polecenia. Dzięki niemu możemy uruchomić
Sama, zmienić prędkość, z jaką się porusza, i zatrąbić jego klaksonem. Do zbudowania
obwodu nadajnika potrzebne są następujące elementy:
Regulator napięcia VR1 jest zasilany prądem o napięciu 6 V. Na jego wyjściu
generowany jest stale prąd o napięciu 5 V. Wprawdzie koder powinien teoretycznie
pracować pod napięciem 6 V, ale gdy go podłączyliśmy do prądu o takim napięciu,
to się spalił, dlatego zastosowaliśmy regulator napięcia. Pamiętaj: lepiej jest
przeciwdziałać, niż leczyć.
Moduł nadajnika generuje modulowany za pomocą kodera sygnał radiowy
o częstotliwości 433,9 MHz.
Układ scalony IC1 jest koderem. W zależności od konfiguracji przełączników
sygnał radiowy wysyłany przez moduł nadajnika jest odpowiednio modulowany.
Koder dokonuje modulacji sygnału (zobacz rysunek 13.2). Górny wykres widoczny
na tym rysunku ilustruje wykres sygnału nakazującego Samowi przyśpieszyć,
a na dolnym wykresie pokazano sygnał, który każe Samowi zwolnić (zobacz
czwarty impuls od prawej strony). Odbiornik sygnału radiowego znajdujący się
na pojeździe wyśle ten sygnał do dekodera, który decyduje o tym, czy Sam ma
się poruszać, czy stać; zwolnić czy przyśpieszyć; aktywować klakson czy nie.
Pin nr 14 kodera jest złączem uruchamiającym transmisję. Pomiędzy tym pinem
a masą wstawiony jest normalnie otwarty przełącznik wciskany. Po wciśnięciu
tego przełącznika koder wysyła sygnał do modułu nadajnika. Sygnał ten zawiera
informację na temat tego, czy styki przełączników (S1 – S4) są ze sobą zwarte,
czy też nie (czy piny o numerach 10, 11, 12 i 13 są połączone z masą, czy nie).
Rezystor R1 decyduje o częstotliwości sygnału generowanego przez generator
drgań znajdujący się wewnątrz kodera. Impulsy te są niezbędne do wygenerowania
zakodowanego sygnału nadawanego do Sama.
Przełącznik S5 pełni funkcję włącznika.
Na rysunku 13.3 pokazano schemat obwodu nadajnika.
292
Część IV: Pozytywne wibracje
Rysunek 13.2.
Górny sygnał
przyśpiesza
Sama, a dolny
zwalnia go
Rysunek 13.3.
Schemat obwodu
nadajnika
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
293
Odbieranie poleceń przez Sama
Na rysunku 13.4 znajduje się schemat obwodu, który odbiera i dekoduje polecenia
wydawane Samowi. Składa się on z następujących elementów:
Rysunek 13.4.
Schemat
odbiornika
Moduł odbiornika oddziela zakodowany sygnał generowany przez nadajnik
od fali nośnej o częstotliwości 433,9 MHz. Na wyjściu odbiornika (pin nr 2)
otrzymujemy odkodowany sygnał (zobacz rysunek 13.2).
294
Część IV: Pozytywne wibracje
Regulator napięcia VR1 jest zasilany prądem o napięciu 6 V. Na jego wyjściu
generowany jest stale prąd o napięciu 5 V. Komponent ten został zastosowany,
ponieważ moduł odbiornika może być zasilany prądem o maksymalnym napięciu
5,5 V. Ta część obwodu zasilana jest z oddzielnego zasobnika baterii. Dzięki
takiemu rozwiązaniu odbiornik sygnału radiowego może pracować stabilnie.
Gdyby odbiornik był zasilany z tej samej baterii co reszta obwodu, pracowałby
niestabilnie.
Przełącznik S1 pełni funkcję włącznika obwodu.
Układ scalony IC1 dekoduje nadawany sygnał. Piny numer 10, 11, 12 i 13
pełnią funkcję wyjść dekodera. Napięcie na tych złączach wynosi 0 V, gdy styki
odpowiadających im przełączników podłączonych do kodera są
zwarte (połączone
z masą). Gdy styki wspomnianych przełączników zostaną
rozwarte (złącza kodera
zostaną odłączone od masy), to na wyjściach dekodera pojawi się potencjał 5 V.
Potencjał na wspomnianych pinach ulega zmianie dopiero po odebraniu sygnału
generowanego przez nadajnik.
Kondensatory o pojemności 10 F i 0,1 F (C1 – C4 i C7 – C12) łączą szynę
masy i szynę zasilającą o dodatnim potencjale w okolicy układów scalonych.
Mają one za zadanie filtrować wszelkie zakłócenia generowane przez silniki
prądu stałego. Zakłócenia te mogłyby spowodować zasilanie układów scalonych
prądem o nieprawidłowym napięciu.
Czip IC2 jest układem zegarowym LM555, który na pinie nr 3 generuje falę
kwadratową. Fala ta oscyluje pomiędzy potencjałem 5 V i 0 V. Częstotliwość
generowanej fali zależy od rezystancji oporników R2 i R3, a także pojemności
kondensatora C5, co omówiliśmy w rozdziale 9. Gdy każesz Samowi zwolnić,
to sygnał ten sprawia, że silnik jest częściej odcinany od zasilającego go prądu
o napięciu 6 V. Gdy każesz Samowi przyśpieszyć, to impulsy zasilające silnik stają
się dłuższe. Jest to tzw. układ
PWM (modulacji szerokości impulsu), który
jest często stosowany do sterowania prędkością obrotową silników prądu stałego.
Kondensator C6 redukuje ilość zakłóceń pojawiających się na 5. pinie układu IC2
— przeciwdziała nieprawidłowemu generowaniu impulsów przez czip LM555.
Gdyby pin nr 5 nie został podłączony do kondensatora, to układ LM555 mógłby
pracować nieprawidłowo.
Tranzystor Q1 włącza i wyłącza klakson. Gdy na 12. pinie dekodera pojawi się
potencjał 5 V, tranzystor Q1 zostaje włączony. Dzięki temu prąd płynie przez
brzęczyk. Brzęczyk możesz włączyć, ustawiając w pozycji otwartej przełącznik
podłączony do 12. pinu kodera znajdującego się w obwodzie nadajnika, a następnie
wciskając przycisk aktywujący nadajnik. Aby wyłączyć brzęczyk, musisz przełącznik
podłączony do 12. pinu kodera znajdującego się w obwodzie nadajnika ustawić
w pozycji zamkniętej, a następnie wcisnąć przycisk aktywujący nadajnik.
Tranzystor Q2 i Przekaźnik 1 decydują o prędkości, z jaką porusza się Sam.
Tranzystor Q2 jest włączany, gdy na 10. pinie dekodera pojawi się potencjał 5 V.
Standardowo piny numer 4 i 6 są połączone ze sobą, a piny nr 4 i 8 są rozłączone.
Włączenie tranzystora Q2 umożliwia przepływ prądu przez cewkę przekaźnika nr 1
(piny nr 4 i 8 są wtedy połączone ze sobą). Pin numer 4 jest wyjściem przekaźnika
nr 1, a pin nr 8 jest złączem, do którego kierowana jest fala kwadratowa generowana
przez układ IC2. Gdy tranzystor Q2 jest wyłączony, to przez przekaźnik nr 1 nie
przepływa prąd, a pin nr 4 jest połączony z pinem nr 6. Na wyjściu przekaźnika
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
295
nr 1 generowany jest potencjał około 5 V. Jeżeli chcesz, aby Sam poruszał się
najszybciej, jak potrafi, ustaw przełącznik podłączony do 10. pinu dekodera
w pozycji zamkniętej i wciśnij przycisk aktywujący nadajnik. Jeżeli chcesz,
aby Sam zwolnił, ustaw przełącznik podłączony do 10. pinu dekodera w pozycji
otwartej i wciśnij przycisk aktywujący nadajnik.
Tranzystor Q3 i Przekaźnik 2 wprawiają Sama w ruch i go zatrzymują. Tranzystor
Q3 jest włączany wtedy, gdy na 13. pinie dekodera pojawi się potencjał 5 V. Gdy
przełącznik start/stop znajdujący się na nadajniku zostanie przełączony na pozycję
zamkniętą, wówczas przez cewkę przekaźnika nr 2 płynie prąd, a pin nr 4 (wyjście
przekaźnika nr 2) zostaje połączony z pinem nr 8. Wtedy Sam uruchamia silniki.
Gdy natomiast przełącznik start/stop zostanie przestawiony na pozycję otwartą,
tranzystor Q3 jest wyłączany — prąd nie płynie przez cewkę przekaźnika nr 2,
a pin nr 4 jest połączony z pinem numer 6. W związku z tym na wyjściu
przekaźnika nr 2 znajduje się potencjał 0 V.
Układ scalony IC3 to sterownik silnika wyposażony w mostek H. Układ ten
posiada wiele funkcji, ale my będziemy go używali wyłącznie do zasilania silnika
poruszającego Samem do przodu (więcej informacji na temat tego układu
znajdziesz w rozdziale 11.). Silniki są zasilane z zasobnika baterii podłączonego
do 8. pinu układu IC3. Wyjście przekaźnika nr 2 jest podłączone do 1. i 9. pinu
układu IC3. Gdy do pinów tych zostanie skierowany potencjał 5 V, to układ IC3
będzie zasilał silniki. Gdy na wspomniane złącza zostanie skierowany potencjał 0
V, to układ IC3 nie będzie zasilał silników, a więc Sam będzie stał nieruchomo.
Sam może poruszać się samodzielnie dzięki parze czujników. Gdy pojazd dojedzie
do miejsca, w którym jego tor skręca, to jeden z czujników znajdzie się nad czarną
taśmą izolacyjną, w wyniku czego odcięty zostanie dopływ prądu do silnika
znajdującego się po stronie tego czujnika. Sam skręca. Gdy czujnik ten znajdzie
się z powrotem nad odbijającą światło powierzchnią podłogi, to silnik ten zostanie
ponownie włączony, a Sam zacznie poruszać się prosto.
Na schemacie za pomocą liter P i Z oznaczono przewody (koloru pomarańczowego
i zielonego) biegnące do diody LED. Do diod podłączono również rezystory
ograniczające prąd (R4 i R6). Komponenty te zapobiegają przepaleniu diody LED.
Fototranzystor jest podłączony za pomocą przewodu niebieskiego (N) i białego
(B). Gdy czujnik znajdzie się nad powierzchnią odbijającą światło (np. nad
drewnianą podłogą), fototranzystor zostanie włączony, a bazy tranzystorów Q5
i Q4 będą połączone z masą — tranzystory te zostaną wyłączone, a wyjścia
przekaźników nr 3 i 4 połączone z pinem nr 11. Wtedy silniki będą pracować.
Gdy jeden z czujników znajdzie się nad powierzchnią, która nie odbija światła
(np. nad taśmą izolacyjną), to jeden z fototranzystorów zostanie wyłączony,
a baza tranzystora Q5 lub Q4 zostanie połączona z dodatnim potencjałem
(za pośrednictwem rezystorów R7 lub R5), co spowoduje uruchomienie się
któregoś z wymienionych tranzystorów. W tym przypadku wyjście jednego
z przekaźników nie jest połączone z pinem nr 11 — jeden z silników zostaje
wyłączony.
296
Część IV: Pozytywne wibracje
Uwagi dla konstruktorów
— potencjalne problemy
Sam jest czujny, ale zarazem wrażliwy. Podczas pracy musisz zachować ostrożność,
ponieważ np. dość łatwo jest ułamać zaciski silników, które są wykonane z cienkiej
blachy i których nie można zbyt mocno wyginać. Aby zmniejszyć ryzyko ich
przypadkowego ułamania, przylutuj do nich przewody plecione. Nie przylutowuj
do nich sztywnych pojedynczych drutów. Konieczność użycia przewodów plecionych
będzie zaznaczana w opisie budowy projektu.
Podczas pracy nad Samem musisz również uważać na anteny. Drut pełniący funkcję
anteny należy przylutować zarówno do modułu nadajnika, jak i do modułu odbiornika.
Świetnie w roli anteny sprawuje się drut o średnicy 0,8 mm i długości 30 cm. Drut
o średnicy 0,8 mm (w przeciwieństwie do drutu o średnicy 0,6 mm) jest sztywny i nie
wygina się samoczynnie. Jedynym problemem związanym z korzystaniem z grubszego
drutu jest to, że trudniej go przylutować do złączy modułów, ale jeżeli skorzystasz
z poniższych wskazówek, to z pewnością wykonasz poprawnie to połączenie lutownicze.
Proces lutowania nie może trwać dłużej niż kilka sekund. Zapobiegnie to
uszkodzeniu modułu.
Pozostaw około 6 mm przewodu poniżej połączenia lutowniczego. pozwoli
to na wsadzenie w otwory płytki prototypowej sąsiednich złączy.
Możesz przylutować drut o średnicy 0,8 mm bezpośrednio do złącza komponentu,
ale lepiej by było, gdybyś przylutował do drutu kilkucentymetrowy fragment
giętkiego przewodu, osłonił to miejsce koszulką termokurczliwą, a następnie
przylutował giętki przewód do złącza modułu. Zabieg taki zmniejsza
prawdopodobieństwo odłamania pinu od czipa.
Przylutowanie sztywnego drutu bezpośrednio do złącza układu scalonego może
doprowadzić do tego, że na złącze to będzie działał zbyt duży nacisk i zostanie
ono ułamane.
Poszukiwanie niezbędnych komponentów
Niezbędne komponenty umieściliśmy na dwóch listach. Na jednej z nich znajdują się
elementy niezbędne do wykonania obwodu nadajnika, a na drugiej liście znajdziesz
rzeczy potrzebne do zbudowania obwodu odbiornika i konstrukcji Sama.
Elementy niezbędne
do wykonania obwodu nadajnika
Do zbudowania obwodu wydającego polecenia Samowi będziesz potrzebował
komponentów wymienionych na poniższej liście. Część z nich przedstawiono
na rysunku 13.5.
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
297
Rysunek 13.5.
Główne kompo-
nenty nadajnika
regulator napięcia 5 V LM7805 (
VR1)
3 przełączniki SPST (
S1, S2, S3)
normalnie otwarty, przyciskowy przełącznik SPST (
S4)
koder Holter HT12E (
IC1)
rezystor 1 M (
R1)
moduł nadajnika radiowego TWS-434
Układ TWS-434 jest trudno dostępny w Polsce. Możesz sprowadzić go z zagranicy,
zamawiając go na przykład w sklepie Hobby Engineering http://hobbyengineering.com/.
Możesz również rozważyć zastosowanie alternatywnego nadajnika RFM02, który
kupisz np. w sklepie http://botland.com.pl/, jednakże zastosowanie innego modułu
nadajnika może wiązać się z koniecznością wykonania pewnych modyfikacji
projektu.
płytka prototypowa posiadająca 400 otworów montażowych
zasobnik na 4 ogniwa AA oraz klips pozwalający na podłączenie
zasobnika do obwodu
5 dwustykowych listew zaciskowych
plastikowa obudowa
298
Część IV: Pozytywne wibracje
My korzystaliśmy z obudowy o wymiarach 5 cm 10 cm 15 cm (przedmiot
nr 270-1806 w katalogu firmy Radio Shack).
zestaw przewodów połączeniowych o średnicy 0,6 mm (zestaw przewodów
o różnej długości, z których końców fabrycznie usunięto izolację)
Komponenty niezbędne do wykonania
odbiornika i konstrukcji nośnej Sama
Do zbudowania obwodu pozwalającemu Samowi zrozumieć nadawane polecenia
potrzebne są komponenty wymienione na poniższej liście. Część z nich pokazano
na rysunku 13.6.
dekoder Holtek HT12D (
IC1)
mostek H L293D (
IC3)
układ zegarowy LM555N-1 (
IC2)
5 tranzystorów 2N3904 (
Q1 – Q5)
brzęczyk zasilany prądem o napięciu 6 V
moduł odbiornika RWS-434
Rysunek 13.6.
Główne kompo-
nenty Sama
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
299
Układ RWS-434 jest trudno dostępny w Polsce. Możesz sprowadzić go z zagranicy,
zamawiając go na przykład w sklepie Hobby Engineering lub Reynolds Electronics.
Możesz również rozważyć zastosowanie alternatywnego odbiornika RFM01,
który kupisz np. w sklepie http://botland.com.pl/, jednakże zastosowanie innego
modułu nadajnika może wiązać się z koniecznością wykonania pewnych modyfikacji
projektu.
4 przekaźniki półprzewodnikowe typu DPDT (dwubiegunowy,
dwupołożeniowy)
lub SPDT (jednobiegunowy, dwupołożeniowy)
dopuszczające przepływ prądu o natężeniu 1 A lub większym
My zastosowaliśmy przekaźnik typu DPDT Shinmei RSB-5-S, który kupiliśmy
za pośrednictwem firmy Jameco (http://www.jameco.com/). W obwodzie odbiornika
można zastosować również przekaźnik typu SPDT, ale my wybraliśmy przekaźnik
typu DPDT, ponieważ możliwy jest tu wybór strony, z której podłączymy do
niego przewody. Kupując przekaźnik, zwróć uwagę na to, czy jego złącza są
rozstawione w taki sposób, aby można je było zainstalować w otworach płytki
prototypowej. Wiele przekaźników nie jest przeznaczonych do montażu na płytce
prototypowej.
2 silniki przekładniowe zasilane prądem stałym i wyposażone w koła
o średnicy np. 5,7 cm
My wybraliśmy silniki z dołączonymi dedykowanymi kołami, których montaż
nie przysparza żadnych trudności. Silniki wraz z dedykowanymi kołami kupisz
w sklepach takich jak Botland (http://botland.com.pl/) i Kamami (http://www.kamami.pl/).
2 metalowe listwy montażowe, które zostaną użyte do montażu silników
Listwy montażowe o wymiarach zbliżonych do 75 mm 15 mm znajdziesz
w każdym sklepie z artykułami budowlanymi. Nadają się one świetnie do
montażu silników.
jedno kółko samonastawne o średnicy 38 mm
6 kondensatorów ceramicznych 0,1 F (
C1, C3, C6, C7, C9 i C11)
6 kondensatorów ceramicznych 10 F (
C2, C4, C5, C8, C10 i C12)
rezystor 51 k (
R1)
3 rezystory 10 k (
R3, R5 i R7)
2 rezystory 150 (
R4 i R6)
rezystor 330 (
R2)
2 płytki prototypowe o 830 otworach montażowych
2 czujniki Fairchild QRB1134
3 zasobniki na 4 ogniwa AA wraz z klipsami pozwalającymi
na podłączenie ich do obwodu
10 dwustykowych listew zaciskowych
4 śruby M4 o długości 38 mm z łbem stożkowym ściętym
4 nakrętki M4
4 śruby M3 o długości 13 mm z łbem stożkowym ściętym
300
Część IV: Pozytywne wibracje
4 nakrętki M3
4 śruby M3 o długości 20 mm z łbem stożkowym ściętym
4 nakrętki M3
2 drewniane pudełka
5 cm szerokości, 13 cm wysokości i 3 cm głębokości
14 cm szerokości, 21,5 cm długości i 6 cm głębokości
Pudełka tego typu znaleźliśmy w naszym lokalnym sklepie z artykułami
rzemieślniczymi. W większym pudełku zmieścił się główny obwód, a w mniejszym
pudełku, które zainstalowaliśmy z przodu Sama, zmieściły się czujniki.
zestaw przewodów połączeniowych o średnicy 0,6 mm (zestaw przewodów
o różnej długości, z których końców fabrycznie usunięto izolację)
Budowa projektu krok po kroku
Aby wykonać czułego Sama, będziesz musiał:
połączyć obwód nadajnika i umieścić go w obudowie;
połączyć obwód odbiornika, który zostanie umieszczony wewnątrz Sama;
zbudować płytę podwoziową (wraz z całym korpusem Sama), na której zostanie
umieszczony obwód odbiornika.
Budowa obwodu i obudowy nadajnika
Obwód nadajnika po umieszczeniu w obudowie pozwoli Ci uruchamiać Sama i go
zatrzymywać, zwiększać i zmniejszać prędkość, z jaką się porusza, a także włączać
klakson. Czas rozpocząć pracę nad obwodem nadajnika. Wykonaj następujące czynności:
1.
Na płytce prototypowej zainstaluj układ HT12E i 5 listew zaciskowych
(zobacz rysunek 13.7).
Pięć listew zaciskowych widocznych na rysunku posłuży do połączenia różnych
komponentów z obwodem. Przewody podłączone do tych zacisków będą biec
do zasobnika baterii, włącznika, przycisku nadawania i trzech przełączników.
2.
Do 4. pinu modułu nadajnika przylutuj drut pełniący funkcję anteny
(zobacz rysunek 13.8).
Wskazówki dotyczące wykonywania tej czynności przedstawiliśmy wcześniej
w sekcji „Uwagi dla konstruktorów — potencjalne problemy”.
3.
Na płytce prototypowej zainstaluj regulator napięcia (
VR1),
rezystor 1 M (
R1) i moduł nadajnika (zobacz rysunek 13.9).
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
301
Rysunek 13.7.
Na płytce proto-
typowej zainsta-
luj układ scalony
i listwy
zaciskowe
Rysunek 13.8.
Funkcje poszcze-
gólnych złączy
regulatora
napięcia (VR1)
i nadajnika
302
Część IV: Pozytywne wibracje
Rysunek 13.9.
Na płytce proto-
typowej zainsta-
luj rezystor,
regulator napię-
cia i nadajnik
4.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
układ scalony, regulator napięcia, nadajnik i listwy zaciskowe z szynami
masy(–). Następnie zewrzyj ze sobą obie szyny masy (zobacz rysunek 13.10).
Rysunek 13.10.
Połącz kompo-
nenty z szynami
masy
Szesnaście krótszych przewodów łączy komponenty z szynami masy, a dłuższy
przewód widoczny po lewej stronie rysunku łączy ze sobą obie szyny masy.
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
303
5.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
układ scalony, regulator napięcia i nadajnik ze zbiorczymi szynami
zasilającymi (+). Następnie zewrzyj ze sobą obie szyny zasilające
(zobacz rysunek 13.11).
Rysunek 13.11.
Połącz kompo-
nenty z dodatnimi
szynami
zasilającymi
6.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
układ scalony, regulator napięć, nadajnik i listwy zaciskowe (zobacz
rysunek 13.12).
Kolejnym etapem prac będzie wykonanie wielu otworów w obudowie nadajnika.
W otworach tych zainstalujesz różne komponenty. Wykonaj następujące czynności:
1.
W obudowie nadajnika wywierć otwory, w których zainstalujesz antenę,
włącznik nadajnika, przełącznik wprawiający Sama w ruch i zatrzymujący
go, przełącznik zmieniający prędkość, z jaką porusza się Sam, i przełącznik
aktywujący klakson (zobacz rysunki 13.13 i 13.14).
Przełączniki możesz zainstalować w dowolnej kolejności w dolnych miejscach
obudowy. Pamiętaj o tym, że nie mogą one zostać zainstalowane w pobliżu
miejsca, w którym (wewnątrz obudowy) umieścisz zasobnik baterii.
Po prawej stronie obudowy widoczny jest otwór, przez który będzie wystawała
antena.
304
Część IV: Pozytywne wibracje
Rysunek 13.12.
Połącz ze sobą
układ scalony,
zaciski, nadajnik
i regulator
napięcia
Rysunek 13.13.
Obudowa, w któ-
rej zainstalowano
wszystkie prze-
łączniki
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
305
Rysunek 13.14.
Otwór, przez któ-
ry antena będzie
wystawała
z obudowy
Więcej informacji na temat doboru rozmiaru wiertła do poszczególnych
komponentów znajdziesz w rozdziale 4. W rozdziale tym znajdziesz również
wiele innych, przydatnych informacji dotyczących pracy nad obudowami
projektów. Przed przystąpieniem do wykonania otworów załóż okulary
ochronne i przykręć pudełko do stołu za pomocą ścisku!
2.
W wykonane wcześniej otwory włóż nagwintowane części przełączników
i przykręć je za pomocą dołączonych do nich nakrętek.
3.
Czarny przewód zasobnika baterii przylutuj do jednego ze złączy
włącznika, a do drugiego złącza włącznika przylutuj czarny przewód
o długości 20 cm (zobacz rysunek 13.15).
Rysunek 13.15.
Przewody przylu-
towane do
włącznika i przy-
cisku urucha-
miającego nada-
wanie
306
Część IV: Pozytywne wibracje
4.
Do każdego z dwóch złączy przycisku uruchamiającego nadawanie
przylutuj przewód o długości 20 cm (zobacz rysunek 13.15).
5.
Do każdego z dwóch złączy każdego z trzech przełączników
zainstalowanych w pokrywie obudowy przylutuj przewód o długości 15 cm
(zobacz rysunek 13.16).
Rysunek 13.16.
Przewody przylu-
towane do prze-
łączników zain-
stalowanych
w pokrywie
obudowy
Przełączniki zainstalowane w pokrywie obudowy warto jest łączyć z obwodem
za pomocą przewodu plecionego o średnicy 0,6 mm. Przewód pleciony jest
bardziej giętki — dzięki niemu będziesz mógł z łatwością zdejmować i zakładać
pokrywę obudowy. O korzyściach związanych ze stosowaniem giętkich przewodów
plecionych pisaliśmy w rozdziale 4.
Powtarzaj za nami! Podczas wykonywania połączeń lutowniczych będę stosował
się do wszystkich zasad bezpieczeństwa opisanych w rozdziale 2. Będę pracował
w przewiewnym miejscu i nie będę wdychał oparów spoiwa lutowniczego.
Lutownicę będę odkładał do stabilnego stojaka, tak aby nie upadła na mnie
podczas pracy.
6.
Za pomocą rzepów unieruchom płytkę prototypową i zasobnik baterii
wewnątrz obudowy nadajnika (zobacz rysunek 13.17).
Montując płytkę prototypową w obudowie, pamiętaj o tym, że drut pełniący
funkcję anteny musi zostać ostrożnie przełożony przez wykonany wcześniej
otwór. Drut unieruchom za pomocą klipsów do kabli.
7.
Do listew zaciskowych podłącz przewody zasobnika baterii, włącznika,
przycisku nadawania i trzech przełączników sterujących różnymi
funkcjami Sama (zobacz rysunek 13.17).
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
307
Rysunek 13.17.
Obwód nadajnika
zamontowany
w obudowie
Budowa obwodu odbiornika
Wewnątrz konstrukcji Sama zostanie umieszczony obwód odbiornika. Będzie on
odbierał sygnały radiowe sterujące pracą Sama. Aby zbudować ten obwód, wykonaj
następujące czynności:
1.
Weź dwie płytki prototypowe posiadające 830 otworów i połącz je
(zakładki znajdujące się w bocznej części jednej płytki włóż w wyżłobienia
znajdujące się z boku drugiej płytki). W ten sposób stworzysz jedną
dużą płytkę prototypową.
2.
Na płytce prototypowej zainstaluj czipy HT12D (
IC1), LM555 (IC2),
L293D (
IC3), moduł odbiornika i listwy zaciskowe (zobacz rysunek 13.18).
3.
Na płytce prototypowej umieść 4 przekaźniki RB5-5-S (
Przekaźnik
1 – Przekaźnik 4) i 5 tranzystorów 2N3904 (Q1 – Q5) (zobacz rysunek 13.19).
308
Część IV: Pozytywne wibracje
Rysunek 13.18.
Na płytce proto-
typowej zainsta-
luj układy scalone
i listwy
zaciskowe
Rysunek 13.19.
Na płytce proto-
typowej zainsta-
luj przekaźniki
RB5-5-S, regula-
tor napięcia
LM7805 i tranzy-
story 2N3904
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
309
Złącza tranzystorów umieść w kolejnych rzędach otworów:
złącze kolektora powinno znajdować się po lewej stronie (tak jak to pokazano
na rysunku 13.19),
złącze bazy powinno znajdować się w środku,
złącze emitera powinno znajdować się po prawej stronie.
Złącza kolektora tranzystora Q2 należy umieścić w tym samym rzędzie otworów
montażowych, w którym znajduje się 16. pin przekaźnika 1. Złącza kolektora
tranzystora Q3 należy umieścić w tym samym rzędzie otworów montażowych,
w którym znajduje się 16. pin przekaźnika 2. Na rysunku 13.20 opisano złącza
tranzystora 2N3904 i regulatora napięcia LM7805.
Rysunek 13.20.
Konfiguracja złą-
czy tranzystora
2N3904, regula-
tora napięcia
LM7805 i prze-
kaźnika RB5-5-S
(NZ oznacza
normalnie
zamknięty,
NO — normalnie
otwarty)
4.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
układy scalone, regulator napięcia, tranzystory, przekaźniki i listwy
zaciskowe z szynami masy, a następnie połącz ze sobą szyny masy
(zobacz rysunek 13.21).
Szyny masy płytek prototypowych oznaczono symbolem odejmowania (–).
Trzydzieści jeden krótszych przewodów łączy komponenty z szynami masy.
Jeden krótki przewód i dwa długie przewody łączą ze sobą szyny masy.
310
Część IV: Pozytywne wibracje
Rysunek 13.21.
Połącz kompo-
nenty z szynami
masy
5.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
układy scalone, listwy zaciskowe, przekaźniki i regulator napięcia ze
zbiorczymi szynami zasilającymi, a następnie połącz ze sobą zbiorcze
szyny zasilające (zobacz rysunek 13.22).
Rysunek 13.22.
Komponenty
podłączone do
zbiorczych szyn
zasilających
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
311
Zbiorcze szyny zasilające płytek prototypowych oznaczono symbolem dodawania (+).
6.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
układy scalone, listwy zaciskowe, przekaźniki i komponenty dyskretne
(zobacz rysunki 13.23, 13.24 i 13.25).
Rysunek 13.23.
Połącz ze sobą
układy scalone,
listwy zaciskowe,
przekaźniki
i komponenty
dyskretne
312
Część IV: Pozytywne wibracje
Rysunek 13.24.
Wykonaj kolejne
połączenia
pomiędzy kom-
ponentami
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
313
Rysunek 13.25.
Wykonaj pozo-
stałe połączenia
pomiędzy kom-
ponentami
314
Część IV: Pozytywne wibracje
Konfigurację złączy modułu odbiornika pokazano na rysunku 13.26.
Rysunek 13.26.
Konfiguracja złą-
czy modułu od-
biornika
7.
Korzystając z rysunku 13.27, dołącz do obwodu następujące komponenty:
6 kondensatorów ceramicznych 0,1 F (C1, C3, C6, C7, C9 i C11),
6 kondensatorów elektrolitycznych 10 F (C2, C4, C5, C8, C10 i C12),
rezystor 51 k (R1),
3 rezystory 10 k (R3, R5 i R7),
2 rezystory 150 (R4 i R6),
rezystor 330 (R2).
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
315
Rysunek 13.27.
Na płytce proto-
typowej zainsta-
luj kondensatory
i rezystory
Instalując te komponenty, korzystaj zarówno ze schematu, jak i z fotografii.
Ze schematu możesz wyczytać, że np. dodatni biegun kondensatora C5 jest
połączony z 2. pinem układu IC2, a drugi biegun kondensatora C2 jest przyłączony
do masy. W związku z tym dłuższe złącze kondensatora C2 należy umieścić
w tym samym rzędzie otworów, w którym umieszczony jest 2. pin układu IC2,
a krótsze złącze wspomnianego kondensatora należy podłączyć do szyny masy.
Na rysunku 13.27 komponenty, które musisz zainstalować, oznaczono
następującymi numerami:
1. kondensator C1 łączący szynę zasilającą z szyną masy;
2. kondensator C2 łączący szynę zasilającą z szyną masy;
3. kondensator C3 łączący szynę zasilającą z szyną masy;
4. kondensator C4 łączący szynę zasilającą z szyną masy;
5. kondensator C7 łączący szynę zasilającą z szyną masy;
6. kondensator C8 łączący szynę zasilającą z szyną masy;
7. kondensator C9 łączący szynę zasilającą z szyną masy;
8. kondensator C10 łączący szynę zasilającą z szyną masy;
9. kondensator C5 łączący 2. pin układu IC2 z szyną masy;
10. kondensator C6 łączący 5. pin układu IC2 z szyną masy;
316
Część IV: Pozytywne wibracje
11. rezystor R1 łączący 15. pin układu IC1 z 16. pinem układu IC1;
12. rezystor R2 łączący 6. pin układu IC2 z 7. pinem układu IC2;
13. rezystor R3 łączący 7. pin układu IC2 ze zbiorczą szyną zasilającą;
14. rezystor R4 łączący zacisk prawego czujnika z masą;
15. rezystor R6 łączący zacisk lewego czujnika z masą;
16. rezystor R5 łączący zacisk prawego czujnika z dodatnią szyną zasilającą;
17. rezystor R7 łączący zacisk lewego czujnika z dodatnią szyną zasilającą;
18. kondensator C11 łączący szynę zasilającą z szyną masy;
19. kondensator C12 łączący szynę zasilającą z szyną masy.
Budowa konstrukcji nośnej Sama
Jeżeli jesteś osobą wrażliwą na estetykę, tak jak Sam, to zapewne wiesz, że wygląd
zewnętrzny jest bardzo ważny. Aby zbudować praktyczną, niewielką konstrukcję
nośną, w której zostanie umieszczony odbiornik radiowy, wykonaj następujące
czynności:
1.
Do złączy silnika przylutuj przewody plecione o długości 30 cm
(zobacz rysunek 13.28).
Rysunek 13.28.
Przewody przylu-
towane do złączy
silnika
2.
Wywierć otwory śrub M3 utrzymujących kółko samonastawne
(zobacz rysunek 13.29).
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
317
Rysunek 13.29.
Wnętrze pudełka
po wywierceniu
otworów oraz
przykręceniu
silników i kółka
samonastawnego
Miejsca, w których należy wykonać otwory, zaznacz na dolnej części konstrukcji
nośnej Sama, przykładając do niej kółko samonastawne.
3.
Po obu stronach kółka samonastawnego wywierć otwory (w odległości
około 2,5 cm od podstawy kółka). Otwory te powinny mieć średnicę 6 mm.
Później przeprowadzisz przez nie przewody silników i czujników
(zobacz rysunek 13.29).
4.
Do spodu konstrukcji nośnej Sama (w miejscach, w których chcesz
zainstalować silniki) przyłóż metalową listwę montażową. Zaznacz
cztery miejsca, w których wykonasz otwory przeznaczone na śruby M4
(zobacz rysunek 13.29).
5.
Do konstrukcji nośnej Sama przykręć kółko samonastawne. Zrób to za
pomocą czterech śrub i nakrętek M3 (zobacz rysunek 13.30).
6.
Do konstrukcji nośnej Sama przykręć silniki. Każdy z silników zamontuj
za pomocą dwóch śrub M4, dwóch nakrętek M4 i metalowej listwy
montażowej (zobacz rysunki 13.30 i 13.31).
7.
W bokach małego pudełka wykonaj otwory na śruby M3, które posłużą
do montażu czujników (zobacz rysunek 13.32).
318
Część IV: Pozytywne wibracje
Rysunek 13.30.
Kółko samona-
stawne i silniki
zamontowane na
spodniej części
konstrukcji no-
śnej Sama
Rysunek 13.31.
Zamontowany
silnik widziany
z bliska
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
319
Rysunek 13.32.
Skierowanie
czujników
w stronę podłogi
pozwoli Samowi
podążać ścieżką
wyznaczoną
za pomocą taśmy
izolacyjnej
8.
Za pomocą jednej śruby M3 i jednej nakrętki M3 przykręć każdy
z czujników do małego pudełka.
9.
Przeprowadź przewody czujników i silników przez otwory,
które wywierciłeś wcześniej w pobliżu koła samonastawnego.
10.
Przyklej małe pudełko do konstrukcji nośnej Sama (zobacz rysunki
13.32 i 13.33).
Rysunek 13.33.
Zamontowane
czujniki (widok
od spodu)
Czujniki powinny znajdować się 6 mm nad podłogą.
320
Część IV: Pozytywne wibracje
11.
Wykonaj 2 otwory na śruby M3, które posłużą do montażu brzęczyka
(zobacz rysunek 13.34).
Rysunek 13.34.
Brzęczyk
i włącznik po za-
montowaniu
na konstrukcji
nośnej Sama
12.
Za pomocą dwóch śrub M3 i odpowiednich nakrętek zamontuj brzęczyk.
13.
Wywierć otwór, w którym zamontujesz włącznik (zobacz rysunek 13.34).
14.
W wywiercony otwór włóż nagwintowaną część włącznika i przykręć go
za pomocą nakrętki.
Jeżeli ściana pudełka pełniącego funkcję konstrukcji nośnej Sama jest zbyt gruba,
aby gwint włącznika sięgnął do nakrętki, to otwór od wewnętrznej strony pudełka
poszerz za pomocą dłuta, tak aby nakrętka mogła sięgać do nagwintowanej części
włącznika.
15.
Do jednego złącza włącznika przylutuj czarne przewody trzech klipsów
baterii. Do drugiego złącza włącznika przylutuj czarny przewód
o długości 30 cm.
Na rysunku 13.35 pokazano przewody przylutowane do włącznika.
16.
Przyklej rzepy do płytki prototypowej i dna większego pudełka,
a następnie przyczep płytkę wewnątrz pudełka.
17.
Przyklej rzepy do zasobników baterii i większego pudełka, a następnie
przyczep zasobniki wewnątrz pudełka.
18.
Do listew zaciskowych płytki prototypowej podłącz przewody czujników,
silników, zasobników baterii, brzęczyków i włącznika (zobacz rysunki
13.36 i 13.37).
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
321
Rysunek 13.35.
Przewody przylu-
towane
do włącznika
Rysunek 13.36.
Do płytki proto-
typowej podłącz
czujniki, silniki,
zasobniki baterii,
brzęczyk
i włącznik
322
Część IV: Pozytywne wibracje
Rysunek 13.37.
Płytka, do której
podłączono
przewody
Przed podłączeniem każdego przewodu do listwy zaciskowej skróć go tak, aby
łączył on dany komponent z zaciskiem i nie był zbyt długi. Pamiętaj o zdjęciu
izolacji z końców przewodów.
Na rysunku 13.37 przewody oznaczono następującymi numerami:
1. czerwony przewód brzęczyka,
2. czarny przewód brzęczyka,
3. czerwony przewód zasobnika baterii odbiornika,
4. czarny przewód zasobnika baterii odbiornika,
5. czerwony przewód głównego zasobnika baterii,
6. przewód głównego zasobnika baterii,
7. czerwony przewód zasobnika baterii silników,
8. czarny przewód zasobnika baterii silników,
9. przewody lewego silnika,
10. biały przewód lewego czujnika,
11. niebieski przewód lewego czujnika,
12. zielony przewód lewego czujnika,
Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
323
13. pomarańczowy przewód lewego czujnika,
14. biały przewód prawego czujnika,
15. niebieski przewód prawego czujnika,
16. zielony przewód prawego czujnika,
17. pomarańczowy przewód prawego czujnika,
18. przewody prawego silnika.
Jeżeli zachodzi taka potrzeba, to zepnij przewody za pomocą klipsa.
Na rysunku 13.38 przedstawiono czułego Sama jeżdżącego w blasku chwały po
podłodze naszego salonu.
Rysunek 13.38.
Sam będzie się
kręcił po wyzna-
czonej trasie, do-
póki go nie
zatrzymasz
Sprawdzanie działania projektu
Zbudowałeś już Sama oraz pilota sterującego jego pracą, a więc możesz wyprowadzić
go na spacer. Przygotuj swój gadżet do pracy, wykonując następujące czynności:
1.
Naklej taśmę izolacyjną na podłodze wykonanej z materiału
odbijającego światło (takiego jak np. twarde drewno lub linoleum).
Taśma nie musi tworzyć linii prostej. Możesz utworzyć ścieżkę, która będzie
owalna lub okrągła.
2.
Postaw Sama nad wykonaną ścieżką w taki sposób, aby czujniki
znajdowały się po obu stronach taśmy izolacyjnej.
3.
Włóż ogniwa do zasobników baterii Sama oraz do nadajnika zdalnego
sterowania. Włącz oba urządzenia.
324
Część IV: Pozytywne wibracje
4.
Przestaw przełącznik
start-stop w pozycję start i wciśnij przycisk
nadawania.
5.
Zmień pozycję przełącznika prędkości lub włącznika klaksonu i wciśnij
przycisk nadawania, aby zobaczyć efekt działania któregoś z tych
przełączników.
6.
Aby zatrzymać Sama, przestaw przełącznik
start/stop w pozycję stop
i wciśnij przycisk nadawania.
Jeżeli nic się nie dzieje:
Sprawdź, czy wszystkie baterie są nowe. Upewnij się, że są zwrócone we właściwym
kierunku i że leżą nieruchomo w zasobniku.
Sprawdź, czy nie poluzował się któryś z komponentów lub przewodów.
Porównaj wygląd swojego obwodu z fotografiami umieszczonymi w książce
— upewnij się, że wszystkie połączenia zostały wykonane poprawnie.
Jeżeli Sam rusza, ale nie podąża wzdłuż wyznaczonego toru, wówczas poluzuj śruby
mocujące czujniki i obniż lub podnieś czujniki.
W przypadku, gdy Sam dalej ociąga się z ruszeniem:
1.
Przestaw przełącznik
start/stop w pozycję start.
2.
Jeszcze raz wciśnij przycisk nadawania.
Dalsze rozwijanie projektu
Jesteśmy pewni, że teraz już rozumiesz, dlaczego Sam stał się ulubionym projektem
Earla. W swoim pokoju możesz wyznaczyć duży tor, po którym wykonany przez Ciebie
pojazd będzie się poruszał. Sam wprawia w zdumienie krnąbrne kocury (zobacz rysunek
13.1). Do swojego pojazdu możesz przyczepiać notatki, a następnie wysyłać je na drugi
koniec pokoju.
Jeżeli poczujesz chęć dalszej pracy nad tym projektem, to rozważ realizację poniższych
sugestii:
Zbuduj Samantę — bliźniaczy pojazd sterowany sygnałami radiowymi o innej
częstotliwości, z którym Sam mógłby się ścigać.
Zainstaluj światła, które mogą zostać włączone za pomocą czwartego pinu kodera
i dekodera.
Poczytaj więcej na temat projektów sterowanych drogą radiową. Znajdziesz je np.
w serwisie www.elektroda.pl.
Jeżeli konstrukcja nośna Sama jest wystarczająco solidna, to możesz używać go
do przewożenia po mieszkaniu np. puszek z napojami lub pilota od telewizora.
Takie rozwiązanie polubi każda osoba lubiąca poleniuchować na kanapie.
Rozdział 14
Odstraszacz leniwca
W tym rozdziale:
►
przeanalizujesz schemat obwodu odstraszacza leniwca,
►
skompletujesz niezbędne komponenty,
►
wykonasz obwód odstraszacza leniwca,
►
umieścisz obwód wraz z peryferyjnymi komponentami w obudowie,
►
usłyszysz dźwięk generowany przez zbudowane urządzenie.
yobraź sobie następującą sytuację. Wracasz do domu po męczącej partii squasha.
Marzysz tylko o chwyceniu paczki chipsów, puszki ze schłodzonym napojem
i usadowieniu się na swojej wygodnej kanapie. Okazuje się niestety, że kanapa jest
okupowana przez Twojego kota, który głośno mruczy i nie chce Ci ustąpić miejsca.
Nie chciałbyś uniknąć takich przykrych sytuacji w przyszłości? W tym rozdziale
zbudujemy gadżet wyposażony w czujnik ruchu, który będzie generował odstraszający
dźwięk, gdy tylko Twój ukochany kiciuś położy swoją łapę na Twojej wygodnej kanapie.
Ogólny zarys projektu
Jeżeli zdecydujesz się na wykonanie tego projektu, to będziesz dysponował urządzeniem,
które określiliśmy mianem „odstraszacza leniwca”. W jego skład wchodzi czujnik
drgań oraz układ nagrywający i odtwarzający dźwięk. Urządzenie pozwoli Ci na
zarejestrowanie dowolnego odgłosu. Możesz nagrać siebie wykrzykującego: „Wynoś
się z mojej kanapy!”. Zarejestrowany dźwięk zostanie odtworzony przez urządzenie
wtedy, gdy Twój kot wskoczy na łóżko i wprawi czujnik w wibracje.
Gotowy gadżet przedstawiono na rysunku 14.1.
Czym dokładnie będziemy się zajmować w tym rozdziale? Podczas pracy nad tym
projektem:
wykonasz obwód elektroniczny;
umieścisz obwód w drewnianej obudowie;
podłączysz do obwodu przełączniki, mikrofon i głośnik.
W
326
Część IV: Pozytywne wibracje
Rysunek 14.1.
Gotowy odstra-
szacz leniwca
Analiza schematu
Obwód odstraszacza leniwca mieści się na jednej płytce prototypowej. Przyjrzyj się
schematowi tego obwodu pokazanemu na rysunku 14.2.
Rysunek 14.2.
Schemat obwodu
odstraszacza
leniwca
Rozdział 14: Odstraszacz leniwca
327
Na schemacie widoczne są następujące komponenty:
Jednym z głównych elementów tego obwodu jest czujnik. Wykrywa on kota
wskakującego na kanapę, a raczej wibracje i drgania generowane przez kota.
Powinien on być zamontowany w płaszczyźnie poziomej na dnie obudowy
projektu. Czujnik, wykrywając ruch, zwiera podłączone do niego przewody,
a więc działa jak przełącznik.
Układ scalony IC1 jest kolejnym ważnym elementem obwodu. Czip ten może
rejestrować dźwięki lub komunikaty głosowe i je odtwarzać. Czujnik jest podłączany
pomiędzy 24. pin układu IC1 i masę. Przewody podłączone do czujnika zostaną
zwarte, gdy wykryje on ruch, a więc wspomniane złącze układu IC1 zostanie
połączone z masą, co spowoduje odtworzenie zarejestrowanego dźwięku.
Przełącznik przyciskowy S1 jest normalnie otwarty (NO). Jeżeli zostanie on
wciśnięty, to 27. pin układu IC1 zostanie połączony z masą, co spowoduje,
że wspomniany czip będzie nagrywał dźwięk rejestrowany przez mikrofon.
Zwolnienie tego przycisku spowoduje zakończenie nagrywania dźwięku.
Rezystor R3 łączy mikrofon z szyną zasilającą. Dzięki niemu do mikrofonu
dostarczany jest niezbędny prąd o napięciu 4,5 V.
Kondensator C3 blokuje przepływ prądu stałego pomiędzy mikrofonem a 17.
pinem układu IC1. Kondensator pozwala na przepływ sygnału przemiennego.
Głośnik jest podłączony do 14. i 15. pinu układu IC1. Odtwarza on komunikaty
zapisane w pamięci układu IC1, gdy czujnik połączy 24. pin tego czipu z masą.
Przełącznik S2 włączony do obwodu pomiędzy ujemnym biegunem zasobnika
baterii i szyną masy płytki prototypowej pełni funkcję włącznika.
Rezystor R1 i kondensator C1 filtrują zakłócenia elektryczne.
Rezystor R2 i kondensator C2 łączą masę z automatycznym obwodem sterującym
głośnością nagrywanego dźwięku, który znajduje się wewnątrz czipa IC1.
Rezystancja R2 i pojemność C2 określają szybkość reakcji wspomnianego
obwodu na zmiany głośności nagrywanych komunikatów.
Uwagi dla konstruktorów
— potencjalne problemy
Odstraszacz leniwca znajdzie się prawdopodobnie w Twoim salonie, a zapewne
chciałbyś, aby Twój dom wyglądał schludnie, dlatego zdecydowaliśmy się na umieszczenie
tego projektu w drewnianym pudełku.
W celu znalezienia drewnianego pudełka przetrząsaliśmy półki naszego lokalnego
sklepu rzemieślniczego, ale na zakupy moglibyśmy udać się równie dobrze do sklepu
z artykułami biurowymi. Można tam znaleźć między innymi pudełka przeznaczone
na karty katalogowe. Pudełko to musi być po prostu na tyle duże, aby zmieściła się
w nim płytka prototypowa.
328
Część IV: Pozytywne wibracje
Ściany drewnianych pudełek są grubsze od ścian plastikowych obudów przeznaczonych
dla gadżetów elektronicznych. W związku z tym gwinty na przełącznikach mogą być
zbyt krótkie, aby przykręcić je do ściany pudełka. Jeżeli spotkasz się z takim problemem,
to wywierć otwór pozwalający na umieszczenie w nim pałąka przełącznika, a przełącznik
unieruchom za pomocą kleju.
Średnica wierteł służących do wykonania otworów dla włączników, głośnika i mikrofonu
zależy od rozmiaru posiadanych przez Ciebie komponentów. My otwory przełączników
wykonaliśmy wiertłem o średnicy 12 mm, a otwór mikrofonu — za pomocą wiertła
o średnicy 10 mm. Otwory przeznaczone na śruby mocujące głośnik wykonaliśmy
za pomocą wiertła o średnicy 4 mm. Otwór na środkową część głośnika wykonaliśmy
za pomocą włośnicy.
Poszukiwanie niezbędnych komponentów
Na poniższej liście wymieniono wszystkie rzeczy, które musisz kupić, aby wykonać
odstraszacz leniwca. Część z nich pokazano na rysunku 14.3.
czujnik odchyłu (ruchu) Signal Systems 3004
Istnieje wiele czujników drgań (zwanych również
czujnikami odchyłu lub
czujnikami ruchu). My odpowiadający nam model znaleźliśmy w asortymencie
firmy Jameco (http://www.jameco.com/). Podobny czujnik, i to tani, znajduje się
również w ofercie firmy Mouser (http://pl.mouser.com/). Wybraliśmy ten czujnik,
ponieważ nie jest on umieszczony w obudowie przeznaczonej do montażu
powierzchniowego. Obudowa tego typu utrudniłaby nam pracę.
głośnik 16 , 0,2 W
mikrofon elektretowy EM-99
My wybraliśmy mikrofon znajdujący się w ofercie firmy Jameco, ale Ty możesz
podłączyć do obwodu również inny mikrofon elektretowy. W rozdziale 3.
znajdziesz informacje, które pomogą Ci w wyborze właściwego modelu. Jeżeli
wybierzesz inny model mikrofonu, to pamiętaj o tym, aby dostosować rezystancję
R3 — mikrofon powinien być zasilany prądem o odpowiednim napięciu.
czip nagrywająco-odtwarzający Winbond Electronics ISD1110 (
IC1)
kondensator 0,01 F (
C1)
kondensator 0,1 F (
C3)
kondensator elektrolityczny 4,7 F (
C2)
4 śruby M4 o długości 16 mm
4 nakrętki M4
3 klipsy do kabli
rezystor 5,1 k (
R1)
rezystor 470 k (
R2)
rezystor 2,2 k (
R3)
Rozdział 14: Odstraszacz leniwca
329
Rysunek 14.3.
Główne kompo-
nenty
przycisk — normalnie otwarty przełącznik chwilowy (
S1)
płytka prototypowa (830 otworów montażowych)
przełącznik SPST (
S2)
zasobnik na 4 ogniwa AA wraz z klipsem pozwalającym na podłączenie
go do obwodu
4 dwustykowe listwy zaciskowe
obudowa
W roli obudowy zastosowaliśmy drewniane pudełko o wymiarach 20 cm 13 cm
8 cm wyposażone w zatrzask.
rzepy
zestaw przewodów połączeniowych o średnicy 0,6 mm (zestaw przewodów
o różnej długości, z których końców fabrycznie usunięto izolację)
330
Część IV: Pozytywne wibracje
Budowa projektu krok po kroku
Aby zbudować swój odstraszacz leniwca, będziesz musiał połączyć obwód i zainstalować
w pudełku głośnik, mikrofon, baterię, przełączniki i płytkę z obwodem, a następnie
połączyć ze sobą wszystkie te komponenty.
Zacznijmy od wykonania obwodu. W tym celu wykonaj następujące czynności (pamiętaj
o tym, aby nie zdradzić swoich planów Twojemu pupilowi):
1.
Na płytce prototypowej zainstaluj układ scalony obsługujący głos
oraz 4 listwy zaciskowe (zobacz rysunek 14.4).
Rysunek 14.4.
Na płytce proto-
typowej zainsta-
luj układ scalony
obsługujący głos
oraz 4 listwy za-
ciskowe
Wspomniane listwy zaciskowe posłużą do podłączenia do obwodu (za
pośrednictwem przewodów) następujących komponentów: zasobnika baterii,
włącznika zasilania, włącznika nagrywania oraz mikrofonu.
2.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
układ scalony i listwy zaciskowe z szynami masy, a następnie połącz
ze sobą obie szyny masy (zobacz rysunek 14.5).
Sześć krótszych przewodów łączy komponenty z szynami masy (szynami płytki
prototypowej oznaczonymi znakiem –), a dłuższy przewód widoczny po lewej
stronie wspomnianego rysunku łączy ze sobą dwie szyny masy.
3.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
układ scalony i listwy zaciskowe ze zbiorczymi szynami zasilającymi,
a następnie połącz ze sobą obie szyny zasilające (zobacz rysunek 14.6).
Rozdział 14: Odstraszacz leniwca
331
Rysunek 14.5.
Połącz
komponenty
z szynami masy
Rysunek 14.6.
Połącz kompo-
nenty ze zbior-
czymi szynami
zasilającymi
Do obwodu dodano cztery przewody:
trzy krótsze przewody łączą komponenty ze zbiorczymi szynami zasilającymi
(szynami płytki prototypowej oznaczonymi znakiem +);
dłuższy przewód dodany po lewej stronie płytki zwiera ze sobą obie zbiorcze
szyny zasilające.
332
Część IV: Pozytywne wibracje
4.
W odpowiednie otwory płytki prototypowej włóż przewody łączące
układ scalony, listwy zaciskowe i wolne rzędy otworów płytki
prototypowej, do których później podłączysz komponenty dyskretne
(zobacz rysunek 14.7).
Rysunek 14.7.
Połącz ze sobą
układ scalony,
listwy zaciskowe
i wolne miejsca,
w których później
zainstalujesz
komponenty
dyskretne
5.
Na płytce prototypowej zainstaluj komponenty dyskretne oraz czujnik
odchyłu (zobacz rysunek 14.8).
6.
W pudełku pełniącym funkcję obudowy odstraszacza leniwca wywierć
otwory, w których później zainstalujesz przełączniki, mikrofon i głośnik.
Na rysunku 14.9 pokazano pudełko, w którym z przodu wykonano otwory
na przełączniki, a z boku otwory na głośnik. Pracując nad swoim projektem,
możesz wykonać te otwory w dowolnych innych miejscach.
Rozdział 14: Odstraszacz leniwca
333
Rysunek 14.8.
Na płytce proto-
typowej zainsta-
luj komponenty
dyskretne
Rysunek 14.9.
Wywierć otwory,
w których później
zainstalujesz
przełączniki,
mikrofon i głośnik
Zawsze pracuj w okularach ochronnych, gdy wiercisz otwory, skracasz przewody
oraz wykonujesz inne czynności, w wyniku których coś może zostać wyrzucone
w kierunku Twojego oka.
334
Część IV: Pozytywne wibracje
7.
W pudełku zainstaluj głośnik, przełączniki i mikrofon
(zobacz rysunek 14.10).
Rysunek 14.10.
W pudełku zain-
staluj głośnik,
przełączniki
i mikrofon
My przykręciliśmy głośnik za pomocą śrub M4 o długości 16 mm. Wywierciliśmy
na tyle wąski otwór mikrofonu, że mogliśmy go
wpasować. Wpasować, czyli
unieruchomić bez potrzeby stosowania np. kleju. Włącznik nagrywania również
wpasowaliśmy w otwór wykonany w pudełku, ale na wszelki wypadek
unieruchomiliśmy go za pomocą dodatkowej kropli kleju. Włącznik zasilania
przykręciliśmy za pomocą dołączonej do niego nakrętki.
8.
Do głośnika oraz włącznika nagrywania przylutuj przewody o długości
15 cm (zobacz rysunek 14.11). Mogą one mieć dowolny kolor.
9.
Do włącznika zasilania przylutuj czarny przewód klipsa baterii oraz
kolejny czarny przewód o długości 15 cm (zobacz rysunek 14.11).
10.
Do mikrofonu przylutuj 2 przewody o długości 30 cm (zobacz rysunek
14.11). Jeden z nich powinien mieć kolor czerwony, a drugi czarny.
Na rysunku 14.12 pokazano, do którego ze złączy mikrofonu powinieneś
przylutować czerwony przewód, a do którego czarny.
Rozdział 14: Odstraszacz leniwca
335
Rysunek 14.11.
Pudełko pełniące
funkcję obudowy
odstraszacza le-
niwca — do za-
instalowanych
w nim kompo-
nentów przylu-
towano przewody
Rysunek 14.12.
Złącza mikrofonu,
do których należy
przylutować
przewody
11.
Gdy wykonane przez Ciebie połączenia lutownicze ostygną, oklej je
taśmą izolacyjną, co zabezpieczy je przed przypadkowym zwarciem.
336
Część IV: Pozytywne wibracje
Pamiętaj o zachowaniu ostrożności! Podczas wykonywania połączeń lutowniczych
stosuj się do zasad przedstawionych w rozdziale 2. Między innymi nie pozostawiaj
włączonej lutownicy bez nadzoru. Na litość boską! Uważaj, aby nie upuścić
rozgrzanej lutownicy na kolana!
12.
Do dna pudełka oraz płytki prototypowej i zasobnika baterii przyklej
rzepy. W pudełku zamocuj płytkę prototypową oraz zasobnik (zobacz
rysunek 14.13).
Rysunek 14.13.
Obudowa odstra-
szacza leniwca,
w której zainsta-
lowano zasobnik
baterii, płytkę
prototypową
i klipsy spinające
przewody
Zwróć uwagę na to, że spięliśmy przewody w trzech miejscach. Dzięki temu nie
przeszkadzały nam one podczas montażu płytki i zasobnika.
13.
Do listew zaciskowych podłącz przewody złącza zasobnika baterii,
włącznika zasilania, włącznika nagrywania, mikrofonu i głośnika
(zobacz rysunek 14.14).
Przed podłączeniem każdego przewodu do listwy zaciskowej skróć go tak, aby
łączył on dany komponent z zaciskiem i nie był zbyt długi. Pamiętaj o zdjęciu
izolacji z końców przewodów.
14.
Zamknij wieko pudełka za pomocą zatrzasku.
To wszystko! Gotowe urządzenie pokazano na rysunku 14.15.
Rozdział 14: Odstraszacz leniwca
337
Rysunek 14.14.
Podłącz przewo-
dy do listew za-
ciskowych
Rysunek 14.15.
Gotowy odstra-
szacz leniwca
338
Część IV: Pozytywne wibracje
Sprawdzanie działania projektu
No dobra, czas wypróbować nową broń znajdującą się w Twoim arsenale podczas
walki o dominację nad kanapą.
Aby uruchomić odstraszacz leniwca, wykonaj następujące czynności:
1.
Włóż ogniwa do zasobnika.
2.
Włącz zasilanie za pomocą odpowiedniego przełącznika.
3.
Wciśnij i przytrzymaj włącznik nagrywania. Nagraj swój głos albo inny
dźwięk, którego boi się Twój kot.
4.
Połóż urządzenie na kanapie.
5.
Delikatnie wrzuć swojego pupila na kanapę. Zobacz, jak szybko z niej
ucieknie!
Upewnij się, że obudowa projektu jest zamknięta. Chyba nie chcesz, żeby Twój
pupil dorwał się do wnętrza odstraszacza leniwca i udławił się przewodem
lub rezystorem.
Jeżeli zbudowane przez Ciebie urządzenie nie działa, to jak zwykle wykonaj
następujące czynności:
Sprawdź, czy wszystkie baterie są nowe. Upewnij się, że są zwrócone
we właściwym kierunku i że leżą nieruchomo w zasobniku.
Sprawdź, czy nie poluzował się któryś z komponentów lub przewodów.
Porównaj wygląd swojego obwodu z fotografiami umieszczonymi w książce
— upewnij się, że wszystkie połączenia zostały wykonane poprawnie.
Jeżeli nagrany przez Ciebie dźwięk nie odstrasza Twojego ulubieńca, postaraj się
nagrać coś innego lub coś głośniejszego. Koty nie lubią szumu, a psy lepiej reagują
na słowa. Powodzenia!
Dalsze rozwijanie projektu
Nasz odstraszacz leniwca czeka na opatentowanie. Jest to na tyle fajne urządzenie,
że możesz spróbować je nieco zmodyfikować.
Jeżeli dźwięk generowany przez gadżet jest za cichy, to pomiędzy układem IC1
a głośnikiem umieść wzmacniacz. Więcej informacji na ten temat znajdziesz
w nocie aplikacyjnej dostępnej na stronie http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf
/I/S/D/1/ISD1100-SERIES.shtml.
My podobny zabieg zastosowaliśmy w przypadku „szepczącego Merlina” —
projektu opisanego w rozdziale 7. Jeśli do obwodu dodasz wzmacniacz, dźwięk
gadżetu powinien być na tyle dynamiczny, że wprawi w osłupienie nawet
przygłuche zwierzęta domowe.
Rozdział 14: Odstraszacz leniwca
339
Odpicuj obudowę projektu. Możesz ją pomalować, przyczepić do niej dowolne
przedmioty lub ozdobić ją brokatem.
Wypróbuj działanie projektu w nieco innych sytuacjach:
Nagraj komunikat pokroju: „Pamiętaj o swojej diecie!” i połóż gadżet na
lodówce. Jeżeli lodówka zostanie otwarta przez łakomczucha, który poluje
na resztki sernika, choć nie powinien w ogóle zaglądać do lodówki, to wykonane
przez Ciebie urządzenie zamieni się w „odstraszacza łakomczuchów”.
Jeżeli jesteś jeszcze nastolatkiem i nie chcesz, aby rodzice wchodzili
niespodziewanie do Twojej sypialni, to przyczep pasek do obudowy projektu
i powieś go na klamce drzwi prowadzących do pokoju. Dzięki temu każda
osoba wchodząca do Twojego pokoju zostanie poinformowana, że robi to
wbrew Twojej woli. Wymyśl jakiś komunikat lub dźwięk, który zamieni
Twój projekt w „odstraszacz niechcianych gości”!
340
Część IV: Pozytywne wibracje
Część V
Dekalogi
342
Część V: Dekalogi
W tej części…
a końcu każdej książki wydanej w ramach serii „dla
bystrzaków” znajdziesz rozdziały zawierające cenne porady!
Każdy z rozdziałów znajdujących się w tej części zawiera listę
„Top 10”. W rozdziale 15. znajdziesz listę najpopularniejszych
sklepów z komponentami elektronicznymi. W rozdziale 16.
umieściliśmy listę źródeł, dzięki którym możesz poszerzać
swoją wiedzę na temat elektroniki. Na koniec, w rozdziale 17.
znajdziesz listę dziesięciu najlepszych stron internetowych
poświęconych elektronice.
N
Rozdział 15: Dziesięć najpopularniejszych sklepów
343
Rozdział 15
Dziesięć najpopularniejszych
sklepów z komponentami
elektronicznymi
W tym rozdziale:
►
dowiesz się, jak wybrać właściwego dostawcę;
►
poznasz najpopularniejszych dostawców działających w Polsce i za granicą;
►
odkryjesz źródła tanich komponentów;
►
dowiesz się, że czasem mniejsza wygoda zakupu może oznaczać mniejszy wydatek pieniędzy.
ozpoczynając przygodę z projektami elektronicznymi, musisz nawiązać
długoterminową współpracę z dystrybutorami komponentów elektronicznych
— firmami, które zajmują się sprzedażą takich rzeczy, jak rezystory, tranzystory,
układy scalone, płytki prototypowe itp.
Nie wszystkie sklepy są tak samo dobre. Niektóre firmy oferują lepszą obsługę klienta,
inne posiadają w swej ofercie tańsze komponenty, a jeszcze inne oferują rzadko spotykane
podzespoły. Przedstawiamy listę dziesięciu sklepów, którymi warto się zainteresować.
Warto jest zamówić sobie katalogi kilku różnych dystrybutorów. Katalogi są darmowe
i można je zamówić za pośrednictwem internetu. Są one bardzo poręczne, ponieważ
wymienione w nich komponenty są podzielone na kategorie, co ułatwi Ci znalezienie
odpowiedniego podzespołu. Jeżeli stale zamawiasz jakieś rzeczy od jednego dostawcy,
to najprawdopodobniej firma ta będzie Ci sama przysyłać swoje aktualne katalogi.
Nawet jeżeli nie planujesz zakupów u jakiegoś sprzedawcy, to warto dysponować jego
katalogiem.
Jak wybrać odpowiedni sklep?
Czasami warto jest przejechać się do dużego dyskontu, gdzie akurat jest promocja,
dzięki której można kupić tanio dużą ilość warzyw, a czasem wygodnie jest przejść się
do najbliższego sklepu i kupić jakąś konkretną rzecz drożej. Jak wybrać właściwy sklep
oferujący podzespoły elektroniczne? Co sprawia, że pewne sklepy są lepsze od innych?
R
344
Część V: Dekalogi
Wybór sklepu sprzedającego komponenty, podobnie jak wybór sklepu spożywczego,
zależy od Twoich aktualnych potrzeb.
Możliwość złożenia zamówienia przez internet. Jeżeli lubisz kupować rzeczy
za pośrednictwem internetu, to zwróć uwagę na to, czy witryna danego dystrybutora
pozwala zapisywać i modyfikować listę zamawianych komponentów podczas kolejnych
wizyt. Wielu dystrybutorów udostępnia takie funkcje w swoich serwisach internetowych,
ale są one dostępne dopiero po zarejestrowaniu.
Czas dostawy. Dystrybutorzy oferują różne czasy dostawy. Zależą one głównie od
miejsca, z którego zamówione przedmioty będą wysyłane. Jeżeli dystrybutor dokonuje
wysyłki z magazynu położonego w tym samym województwie, to zamówione przez
Ciebie komponenty mogą zostać do Ciebie przysłane nawet kolejnego dnia. Przesyłanie
paczki przez firmę położoną z dala od Twojego miejsca zamieszkania może trwać
nawet 4 – 5 dni w zależności od wybranej przez Ciebie metody dostawy.
Etykiety. Sklepy zwykle wysyłają komponenty zapakowane w wiele małych torebek.
Torebki te mogą być oznaczane w różny sposób. Niektórzy producenci w ogóle nie
naklejają na nie etykiet. Jeżeli boisz się, że odróżnienie od siebie poszczególnych
komponentów przerośnie Cię, to poszukaj dostawcy, który skrupulatnie oznacza
wysyłane towary. Po odebraniu zamówień złożonych w kilku sklepach dowiesz się,
który styl oznaczania komponentów jest dla Ciebie najlepszy.
Cena. Cena jest istotnym czynnikiem decydującym o wyborze sklepu. Niektóre firmy
zapewniają swoich klientów, że w przypadku znalezienia gdzieś tańszego komponentu
różnica w cenie zostanie zwrócona. Niektórzy sprzedawcy specjalizują się w sprzedaży
komponentów, które trudno znaleźć w ofercie innych firm, ale ich ceny mogą okazać
się dość zaporowe. Jeżeli planujesz zakup dużej ilości podzespołów elektronicznych,
to warto, abyś znalazł jak najtańsze źródło, co na dłuższą metę pozwoli Ci zaoszczędzić
wiele pieniędzy.
Różne wersje komponentów. Pamiętaj o konieczności sprawdzenia wersji zamawianych
komponentów. Wiele podzespołów jest umieszczanych w obudowach przeznaczonych
do montażu powierzchniowego przez zautomatyzowane linie produkcyjne. Komponenty
tego typu nie są wyposażone w złącza pozwalające na montaż na płytce prototypowej.
Wymiary. Zwróć uwagę na wymiary zamawianych podzespołów. Niektóre komponenty
są tak małe, że trudno jest je utrzymać w palcach. Wymiary podzespołów są zwykle
podane w milimetrach. Pamiętaj o tym, że łatwiej jest pracować z przedmiotami
o wymiarach 12 mm 12 mm niż z przedmiotami o wymiarach 3 mm 3 mm.
Pomoc. Czy chciałbyś, aby ktoś pomógł Ci w pracy z zakupionymi podzespołami?
Niektórzy dystrybutorzy specjalizują się w sprzedaży komponentów związanych
z jakąś konkretną gałęzią elektroniki. Takie firmy mogą umieszczać w swoich serwisach
internetowych różne artykuły i poradniki. Witryny internetowe innych dystrybutorów
mogą ułatwiać Ci znalezienie not aplikacyjnych udostępnianych przez producentów.
W dokumentacji tego typu znajdziesz wiele przydatnych informacji, które pomogą Ci
zastosować dany komponent w obwodzie.
Rozdział 15: Dziesięć najpopularniejszych sklepów
345
Polska
W tym podrozdziale prezentujemy kilka polskich sklepów internetowych
z komponentami elektronicznymi.Pamiętaj o tym, że wiele podzespołów znajdziesz
również w serwisach aukcyjnych takich jak np. Allegro.
Vega-tronik
Polska firma założona w roku 1993. Zajmuje się produkcją oraz dystrybucją różnorakich
komponentów elektrycznych i elektronicznych. Firma prowadzi sklep stacjonarny
w Warszawie, ale posiada również sklep internetowy, który znajdziesz pod adresem
Aprovi
Firma Aprovi — Skład Elementów Elektronicznych powstała w 1991 roku w Gdańsku.
Oferuje duży wybór części i układów elektronicznych, a także gotowych modułów
i urządzeń. Warto odwiedzić jej stronę internetową — http://www.aprovi.com.pl/.
Sklepy z artykułami dla robotyków
Warto jest zapoznać się z ofertą firm takich jak Kamami (http://www.kamami.pl/)
i Botland (http://botland.com.pl/). Znajdziesz tam wiele układów scalonych,
mikrokontrolerów, a także szeroki wybór silników, kół i innych elementów
przydatnych podczas pracy nad jeżdżącymi gadżetami.
AVT
Jeden z najpopularniejszych dostawców podzespołów elektronicznych. Poza
komponentami znajdziesz tam również wiele zestawów przeznaczonych do
samodzielnego montażu. Adres internetowy: http://sklep.avt.pl/.
RS Components
Zagraniczna firma prowadząca polski sklep internetowy http://pl.rs-online.com/.
W ofercie tego sklepu znajdziesz komponenty ponad 2500 producentów.
TME
Firma Transfer Multisort Elektronik powstała w roku 1990 w Łodzi. Jako jedna
z pierwszych firm w Polsce prowadziła sprzedaż wysyłkową komponentów
elektronicznych. Pełny asortyment TME znajdziesz na stronie http://www.tme.eu/.
346
Część V: Dekalogi
Farnell
Brytyjski Farnell jest jednym z największych dystrybutorów podzespołów elektronicznych
na świecie. Swoją działalność prowadzi również w Polsce. Warto jest zajrzeć do katalogu
tej firmy znajdującego się pod adresem http://pl.farnell.com/. Znajdziesz tam wiele
szczegółowych informacji na temat oferowanych produktów.
Poza Polską
Tutaj znajdziesz informacje na temat kilku dużych dystrybutorów spoza Polski.
Jameco
My lubimy katalog firmy Jameco (http://www.jameco.com/) — nie trzeba było wycinać
całego lasu, aby go wydrukować, zawiera kolorowe zdjęcia podzespołów i bardzo
łatwo jest odnaleźć w nim niezbędne komponenty.
Jest to jeden z tych dostawców, którzy zapewniają „gwarancję najniższej ceny”
— jeżeli znajdziesz gdzieś tańszy komponent, to firma Jameco sprzeda Ci go po cenie
oferowanej przez konkurencję.
Jameco posiada w swojej ofercie tanie komponenty ogólnego stosowania, a także
produkty markowe.
Mouser
Mouser jest jednym z największych dystrybutorów komponentów elektronicznych.
My lubimy stronę http://pl.mouser.com/, ponieważ pozwala ona na tworzenie różnych list
zamawianych komponentów, na których możemy umieszczać podzespoły niezbędne
do wykonania różnych projektów. Listy te możesz zapisywać, uzupełniać i wracać
do nich, kiedy tylko chcesz. Wysyłając komponenty, Mouser oznacza je etykietami
zawierającymi wiele przydatnych informacji.
Katalog firmy Mouser, podobnie jak np. katalog firmy Digi-Key, składa się z około
1 300 stron — oferuje szeroki wybór podzespołów, ale znalezienie niezbędnego
komponentu może wymagać wytężenia wzroku.
RadioShack
Firma RadioShack (http://www.radioshack.com/) prowadzi sieć sklepów z artykułami
elektronicznymi w USA. Sklepy te, podobnie jak osiedlowe sklepy spożywcze, są dość
wygodne, ale zarazem drogie. Gdybyś mieszkał w USA i potrzebował jakiegoś pojedynczego
komponentu w niedzielę o godzinie 4.30, to mógłbyś przejść się do pobliskiego sklepu firmy
RadioShack, a potem kontynuować pracę przez resztę popołudnia.
Nie wszystkie sklepy stacjonarne firmy RadioShack oferują ten sam asortyment.
Niektóre sklepy są lepiej wyposażone niż pozostałe.
Rozdział 16
Zasoby,
z których warto korzystać
W tym rozdziale:
►
poznasz publikacje przeznaczone dla miłośników elektroniki;
►
dowiesz się, gdzie można znaleźć schematy obwodów;
►
zaczniesz korzystać z witryn internetowych i forów dyskusyjnych związanych z elektroniką;
►
poznasz książki dotyczące elektroniki.
eżeli złapałeś już elektronicznego bakcyla, to prawdopodobnie Twoja przygoda
z elektroniką będzie trwała dość długo. Dlatego w tym rozdziale przedstawiamy
zasoby, które pozwolą Ci zaspokoić potrzebę poszerzania swojej wiedzy.
Oto lista dziesięciu, a w sumie to więcej niż dziesięciu, źródeł ogólnej wiedzy związanej
z elektroniką. Znajdziesz tam inspirację do pracy nad kolejnymi obwodami i projektami.
Internetowe fora dyskusyjne pozwolą Ci na wymianę doświadczeń z innymi pasjonatami
elektroniki.
Zwróć uwagę na to, że w wielu obwodach, których schematy znajdziesz w internecie,
płynie prąd o większym napięciu i natężeniu niż prąd płynący w obwodach projektów
opisanych w tej książce. Przed przystąpieniem do pracy nad takimi projektami zdobądź
odpowiednią wiedzę i wystarczające przygotowanie, które pozwoli Ci na bezpieczną pracę.
Czasopisma dotyczące elektroniki
Dziś już prawie wszystko można znaleźć w internecie, ale czasami warto jest wziąć
do ręki kolorowe czasopismo, którego lektura umili podróż autobusem lub posiłek
w stołówce. W tej sekcji wymienimy kilka czasopism wartych uwagi.
„Elektronika Praktyczna”
Polski miesięcznik kierowany głównie do elektroników konstruktorów. W każdym
numerze tego czasopisma znajdziesz projekty, w których praktyczne zastosowanie
znajdują najnowsze technologie, projekty tworzone przez czytelników, a także wiele
artykułów dotyczących elektroniki.
J
348
Część V: Dekalogi
„Elektronika dla Wszystkich”
Polski miesięcznik kierowany głównie do elektroników hobbystów. W każdym
numerze tego czasopisma znajdziesz kilka dokładnie opisanych projektów wraz ze
schematami, artykuły współtworzone przez czytelników, a także wiele interesujących
artykułów związanych z elektroniką.
„Świat Radio”
Polski miesięcznik skierowany do wszystkich użytkowników eteru. Znajdziesz w nim
wiele informacji dotyczących krótkofalarstwa, CB radia, radiotechniki i telekomunikacji.
Uruchom swoją kreatywność,
pracując nad obwodami
Praca nad projektem elektronicznym zawsze zaczyna się od wykonania obwodu, a więc
musisz wiedzieć, gdzie można znaleźć różne ciekawe schematy. W tej sekcji znajdziesz
kilka źródeł inspirujących schematów.
Elektroda
Bogate źródło wiedzy i schematów. Szeroka baza artykułów i największe polskie forum
dyskusyjne dotyczące szeroko pojętej elektroniki.
Elektronika Radiotechnika Elementy Schematy
Serwis zawierający wiele artykułów, a także innych materiałów edukacyjnych związanych
z elektroniką. Znajdziesz tutaj dużą bazę schematów.
e-Elektronika
Portal, na którym znajdziesz wiele schematów, projektów, a także artykułów dotyczących
wielu zagadnień związanych z elektroniką.
Rozdział 16: Zasoby, z których warto korzystać
349
Hobby Elektronika
Serwis oferujący wiele ciekawych schematów obwodów, które możesz wykonać
samodzielnie.
Elektronika Wirtualna
Strona zawierająca wiele informacji, które mogą Ci się przydać zwłaszcza na początku
przygody z elektroniką. Znajdziesz na niej również wiele schematów obwodów i opisów
budowy różnych projektów.
Internet jako pomocna dłoń
W internecie możesz znaleźć wiele przydatnych informacji — od artykułów
wyjaśniających podstawowe prawa elektryczności do opisów technik wykonywania
połączeń lutowniczych. Oto kilka zagranicznych (anglojęzycznych) stron, które mogą
okazać się pomocne.
Witryna Electronics Teacher
http://www.electronicsteacher.com/
Znajdziesz tutaj wiele samouczków dotyczących elektroniki i robotyki. Są one
podzielone na trzy kategorie: dla początkujących, dla średnio zaawansowanych i dla
zaawansowanych. Dzięki temu łatwo znajdziesz odpowiedni artykuł. Na tej stronie
znajdziesz również wiele kalkulatorów przydatnych podczas pracy nad elektroniką,
a także opcję Ask an Expert, która pozwala wysłać pytanie do eksperta. Odpowiedź
na Twoje pytanie zostanie opublikowana na forum.
Po kliknięciu odnośnika Components zostanie wyświetlona lista katalogów firm
internetowych z całego świata, które zajmują się dystrybucją komponentów.
Witryna Electronics Club
Jeżeli jesteś dopiero na samym początku swojej przygody z elektroniką, zajrzyj na tę
stronę. Znajdziesz tam wyjaśnienie wielu zagadnień elektronicznych związanych np.
z częściami lub budową projektów. Na stronie znajduje się również wiele porad
przydatnych podczas pracy nad projektami, wskazówki dotyczące wykonywania
połączeń lutowniczych, a także tabela zawierająca wyjaśnienia symboli elektronicznych.
Lektura działu Studying Electronics to niezła internetowa lekcja elektroniki.
350
Część V: Dekalogi
Witryna Electronics Tutorials
http://www.electronics-tutorials.com/
Znajdziesz tutaj wyjaśnienie ponad 120 różnych zagadnień związanych z elektroniką.
Serwis zawiera słownik pozwalający na szybkie odnalezienie jakiegoś konkretnego
zagadnienia. W dziale Links znajdziesz informacje o dystrybutorach oraz innych
stronach o charakterze edukacyjnym oraz ich adresy internetowe.
Jeżeli Twoim ojczystym językiem nie jest język angielski, to w górnej części głównej
strony tego serwisu znajdź opcję pozwalającą na przetłumaczenie wyświetlanych treści
na inne języki.
Forum dyskusyjne All About Circuits
http://forum.allaboutcircuits.com/
Forum to charakteryzuje się dużą aktywnością. Zarejestrowało się tam już ponad 5000
użytkowników. Możesz tu pytać o różne zagadnienia związane z elektroniką (takie jak
np. programowanie mikrokontrolerów) lub o niezrozumiałe rzeczy, na które trafiłeś
podczas lektury podręcznika do elektroniki. Jeżeli masz dość czytania o elektronice,
to zajrzyj do działu Off Topic. Znajdziesz tam mnóstwo rzeczy, które pozwolą Ci się
na chwilę odprężyć.
Wspomniany wcześniej polski serwis Elektroda posiada swoje forum dyskusyjne
(http://www.elektroda.pl/rtvforum/forums.html). Forum to posiada wielu aktywnych
użytkowników. Możesz znaleźć tam odpowiedzi na wiele pytań związanych z szeroko
pojętą elektroniką. Forum dyskusyjne pozwoli Ci skonsultować z innymi osobami
Twoje wątpliwości związane z projektami, nad którymi pracujesz.
Książki o elektronice
Zarabiamy na tantiemach, a więc wierzymy w książki. Oto dwie kolejne pozycje,
w które warto zaopatrzyć się po przeczytaniu książki Projekty elektroniczne dla bystrzaków.
Dwutomowa Sztuka elektroniki (Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 2013)
stała się niemalże klasyką. Paul Horwitz i Winfield Hill opisują wiele zagadnień
związanych z obwodami cyfrowymi i analogowymi. Jest to dobrze napisana
publikacja, która da Ci podstawy pozwalające projektować własne obwody.
Polecamy Ci również lekturę książki Elektronika dla bystrzaków (Helion, 2012)
autorstwa Cathleen Shamieh i Gordona McComba. Książki z serii Dla bystrzaków
są napisane przystępnym językiem. Książka ta stanowi dobry wstęp do teorii
elektroniki. Znajdziesz tam również wiele ogólnych informacji na temat np.
konstrukcji płytek PCB i wskazówek dotyczących np. organizacji własnego
warsztatu.
Inne książki poświęcone tematyce elektronicznej znajdziesz na stronie http://www.helion.pl/.
Rozdział 17
Źródła wiedzy specjalistycznej
W tym rozdziale:
►
dowiesz się, gdzie można zdobyć wiedzę na temat zagadnień związanych z komunikacją
radiową;
►
poznasz źródła, z których będziesz mógł czerpać wiedzę związaną z techniką audio;
►
zagłębisz się w świat robotyki.
rozdziale 16. przedstawiliśmy Ci źródła, z których możesz czerpać ogólną
wiedzę na temat elektroniki. Gdy zagłębisz się w świat elektroniki, to niektóre jej
gałęzie zaczną interesować Cię bardziej niż inne. Może to być np. krótkofalarstwo lub
robotyka. W związku z tym postanowiliśmy podać listę przydatnych publikacji oraz
stron internetowych, które pomogą Ci znaleźć odpowiedzi na nurtujące Cię pytania.
W wielu obwodach, których schematy znajdziesz w internecie, płynie prąd o większym
napięciu i natężeniu niż prąd płynący w obwodach projektów opisanych w tej książce.
Przed przystąpieniem do pracy nad takimi projektami zdobądź odpowiednią wiedzę
i wystarczające przygotowanie, które pozwoli Ci na bezpieczną pracę.
Radio (serwisy zagraniczne)
Krótkofalarstwo wciąż żyje i ma się świetnie. Osoby zajmujące się krótkofalarstwem
określa się często mianem
radioamatorów. Jeżeli interesujesz się radiotechniką,
to z pewnością warto, abyś zajrzał na poniższe strony internetowe.
Projekty radioodbiorników
i nadajników Iana Purdie
http://my.integritynet.com.au/purdic
Serwis ten jest przeznaczony dla osób zainteresowanych krótkofalarstwem i projektami
elektronicznymi. Znajdziesz tam poradniki, opisy projektów oraz informacje o dostawcach
sprzętu krótkofalarskiego. Poznasz terminologię, którą posługują się krótkofalowcy.
Znajdziesz również wiele hiperłącz, które skierują Cię do witryn interesujących książek
lub przydatnego oprogramowania.
W
352
Część V: Dekalogi
Kwartalnik QRP
Kwartalnik wydawany przez organizację non-profit QRP Amateur Radio Club
International jest publikowany (jak zapewne się domyślasz) cztery razy do roku przez
zespół ciężko pracujących wolontariuszy. W czasopiśmie bardzo często ukazują się
artykuły napisane przez grube ryby środowiska krótkofalowców. Znajdziesz tam również
profesjonalne schematy obwodów i projekty elektroniczne.
Australijski serwis z projektami
http://www.alphalink.com.au/~parkerp/project.htm
Serwis zawiera wiele amatorskich projektów. Niektóre z nich są opatrzone opisem
i dodatkowymi informacjami, ale niektóre projekty mają formę samego schematu
i kilku uwag (w takim przypadku będziesz musiał do niektórych wniosków dojść
samodzielnie). Znajdziesz tutaj schematy różnych urządzeń — nadajników, odbiorników
i skanerów. Jeżeli jesteś miłośnikiem historii krótkofalarstwa, to znajdziesz tutaj istny
wehikuł czasu — w archiwum znajdują się artykuły napisane jeszcze w latach 90.
Strona IK3OIL
http://digilander.libero.it/ik3oil/menu_eng.htm
Strona ta jest przeznaczona dla osób samodzielnie konstruujących sprzęt radiowy.
Znajdziesz tam wiele ciekawych pomysłów. Znajdujące się tu projekty są dobrze
opisane, opatrzone kolorowymi zdjęciami i są umieszczone w postaci plików
w formacie PDF. W przyszłości będziesz mógł tu umieścić swój własny projekt.
Przejrzyj projekty umieszczone w tym serwisie — dowiesz się, jakie ciekawe rzeczy
potrafią zaprojektować miłośnicy radiokomunikacji.
Wszędzie dobrze, ale w domu najlepiej
W swojej okolicy również możesz znaleźć osoby
posiadające duże doświadczenie w dziedzinie krót-
kofalarstwa.
Znajdź swoje lokalne stowarzyszenie krót-
kofalowców. Znajdziesz tam osoby dysponują-
ce dużą wiedzą i doświadczeniem — emery-
towanych inżynierów elektroników, a także
zapaleńców, którzy potrafią zbudować coś z ni-
czego.
Przejdź się do najbliższego sklepu z artyku-
łami RTV. W naszej okolicy znajduje się sklep,
w którym co sobotę spotyka się kilku miłośni-
ków elektroniki, aby wspólnie pracować nad
modelem kolejki. Takie osoby mogą co prawda
nie posiadać wiedzy specjalistycznej poszu-
kiwanej przez Ciebie, ale z pewnością możesz
nauczyć się od nich np. czegoś na temat me-
chaniki lub konstruowania obudów projektów,
co również przyda Ci się podczas pracy nad
projektami.
Rozdział 17: Źródła wiedzy specjalistycznej
353
Radio (polskie serwisy)
Chcieliśmy przedstawić Ci również kilka polskich serwisów dotyczących krótkofalarstwa.
Forum krótkofalarskie
http://www.forum.krotkofalarskie.pl/
Forum, na którym znajdziesz wielu miłośników krótkofalarstwa. Serwis jest podzielony
na wiele działów tematycznych, w których znajdziesz dyskusje nad różnymi
zagadnieniami związanymi z radiotechniką.
Polski Związek Krótkofalowców
Internetowy serwis Polskiego Związku Krótkofalowców. Znajdziesz tutaj wiele
przydatnych informacji na temat krótkofalarstwa, a także adresy innych serwisów
dotyczących komunikacji radiowej.
Serwisy prowadzone
przez różne zrzeszenia radioamatorów
Na stronie http://www.dmoz.org/World/Polski/Wypoczynek/Hobby/Radioamatorstwo/Kluby
znajdziesz adresy wielu serwisów prowadzonych przez kluby zrzeszające miłośników
krótkofalarstwa.
Muzyka i technika audio
W tej sekcji znajdziesz serwisy, które mogą Cię zainteresować, jeżeli chcesz wykonać
projekt związany z muzyką lub przetwarzaniem dźwięku. Są to serwisy, których
tematyka skupia się wokół efektów gitarowych lub wzmacniaczy.
GEO — projekty efektów gitarowych
W tym serwisie znajdziesz wiele projektów związanych z gitarą. W dziale FX Projects
znajdziesz wiele schematów efektów gitarowych.
W dziale Guitar Effects FAQ w sekcji Finding Guitar Effects Schematics znajdziesz listę
innych witryn sieci Web, na których znajdują się informacje o efektach gitarowych.
354
Część V: Dekalogi
Projekty audio oparte na lampach próżniowych
http://www.reocities.com/bobdanielak/projects.html
Znajdziesz tutaj dużo schematów różnych wzmacniaczy lampowych. Jeżeli potrzebujesz
porządnego schematu wzmacniacza lampowego, to znajdziesz go właśnie tutaj. Strona
nie jest już od dawna aktualizowana, ale jeżeli interesujesz się budową wzmacniaczy
lampowych, warto ją odwiedzić.
Tremolo
Polska strona, na której znajdziesz wiele informacji na temat efektów i wzmacniaczy
gitarowych. Wizyta na tej stronie jest dobrym punktem wyjścia dla osób rozpoczynających
swoją przygodę z budową efektów gitarowych.
Robotyka
Niezależnie od tego, czy jesteś fanem chodzących, brzęczących puszek z filmów science
fiction z lat 50., czy też nowoczesnych zautomatyzowanych odkurzaczy, możesz być
zainteresowany samodzielnym wykonaniem robota. Oto kilka źródeł, do których
możesz zajrzeć na początku swojej przygody z robotyką.
Biblioteka BEAM
http://www.solarbotics.net/library.html
Serwis założony przez byłego pracownika laboratorium Los Alamos National
Laboratory, który w chwili obecnej prowadzi badania na rzecz producenta zabawek.
BEAM to dość specyficzne podejście do robotyki. Polega ono na tworzeniu prostych,
nieskomputeryzowanych robotów reagujących na bodźce zewnętrzne. W przeciwieństwie
do konstrukcji opartych na procesorach roboty takie są tańsze i można je zbudować
w ciągu kilku godzin bez posiadania szerokiej wiedzy specjalistycznej. Praca nad takimi
projektami pozwoli Ci szybko się zorientować w podstawowych zagadnieniach
związanych z robotyką.
Amerykańskie czasopismo „Robot”
Nawet jeżeli jeszcze nie jesteś zainteresowany robotyką, to warto zajrzeć do tego
czasopisma. Znajdziesz tam wiele ciekawych projektów związanych z elektroniką.
Jeżeli masz bzika na punkcie robotyki, to lektura tego dwumiesięcznika będzie
dla Ciebie niezwykłym przeżyciem. Na łamach tej gazety znajdziesz informacje
o nowinkach technologicznych, ilustrowane opisy projektów, a także informacje
na temat konkursów dla robotyków. A może ciekawią Cię najnowsze zestawy
do samodzielnego montażu? W tym czasopiśmie znajdziesz ich recenzje.
Rozdział 17: Źródła wiedzy specjalistycznej
355
Forbot
Polski serwis przeznaczony dla robotyków. Jeżeli chcesz rozpocząć swoją przygodę
z budową robotów, to koniecznie zajrzyj na tę stronę.
356
Część V: Dekalogi
Słowniczek
Elektronicy, tak jak wszyscy profesjonaliści, posługują się własnym żargonem. W jego
skład wchodzą terminy mające coś wspólnego z elektroniką — są to pojęcia takie jak
np. napięcie, elektron oraz inne słowa będące nazwami różnych podzespołów lub
narzędzi używanych podczas pracy.
Poniższy słownik pomoże Ci zrozumieć nieznane wyrazy i zwroty, które możesz
napotkać podczas lektury niniejszej książki.
American Wire Gauge (AWG) — znormalizowany system średnic przewodów
elektrycznych stosowany w Stanach Zjednoczonych. Zobacz również średnica przewodu.
amplituda — informuje o napięciu sygnału elektrycznego.
anoda — elektroda diody spolaryzowana dodatnio. Zobacz również katoda.
automatyczne ustalanie zakresu pomiarowego — funkcja niektórych multimetrów,
która pozwala na automatyczne określenie zakresu pomiarowego. Zobacz również multimetr.
bipolarny — popularny rodzaj układów scalonych. Zobacz również układ scalony.
bramka NOT — bramka logiczna o pojedynczym wejściu. Zobacz również bramka
logiczna.
bramka logiczna — układ scalony, który na podstawie sygnałów wejściowych
generuje sygnały wyjściowe według określonych zasad.
cewka indukcyjna — komponent, który po włączeniu do obwodu potrafi
przechowywać energię w postaci pola magnetycznego.
cewka nastawna — cewka nawinięta na ruchomy metalowy element. Poruszając tym
elementem, możemy zmieniać indukcyjność cewki.
ciągłość — multimetr posiadający tryb sprawdzania ciągłości obwodu może określić,
czy pomiędzy dwoma punktami obwodu nie występuje przerwa. Zobacz również
multimetr.
CMOS — układy scalone typu CMOS są bardzo wrażliwe na wyładowania
elektrostatyczne. Zobacz również elektryczność statyczna.
358
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
cykl — fragment fali sygnału przemiennego, w którym napięcie wzrasta od wartości
najniższej do najwyższej i opada z powrotem. Cykl ten powtarza się stale aż do
momentu wyłączenia sygnału.
cynowanie — proces polegający na rozgrzewaniu lutownicy do temperatury pracy
i nakładaniu małej ilości spoiwa lutowniczego na końcówkę grotu. Zapobiega to
przywieraniu spoiwa do końcówki lutownicy.
częstotliwość — określa, jak często powtarzany jest przebieg sygnału przemiennego.
Częstotliwość często jest symbolicznie oznaczana literą f.
czip — zobacz układ scalony.
czujnik temperatury na podczerwień — czujnik dokonujący pomiaru temperatury
za pomocą elektryczności.
czujniki — komponenty elektroniczne służące do pomiaru określonych własności,
takich jak np. temperatura lub jasność.
dekoder — układ scalony odbierający dane transmitowane za pomocą fal radiowych
lub podczerwieni i przetwarzający je na sygnał wyjściowy akceptowany przez kolejne
komponenty obwodu. Zobacz również koder, układ scalony.
dioda — komponent pozwalający na przepływ prądu tylko w jednym kierunku.
Diody są stosowane do prostowania prądu przemiennego.
DPDT — zobacz przełącznik dwubiegunowy, dwupołożeniowy.
DPST — zobacz przełącznik dwubiegunowy, jednopołożeniowy.
drut — długi metalowy element konstrukcyjny o niewielkiej średnicy, element
składowy przewodu. Zobacz również przewód pleciony (linka).
działający obwód — obwód pod napięciem.
dzielnik napięcia — element obwodu, z którego wypływa prąd o napięciu niższym
od prądu, który do niego wpłynął.
elektromagnes — drut nawinięty na kawałek metalu (zwykle żelazny pręt). Gdy
przez drut przepływa prąd, metal ulega namagnesowaniu. Wyłączenie prądu sprawi,
że metal straci swoje właściwości magnetyczne.
elektron — cząstka o ujemnym ładunku. Zobacz również proton.
elektryczność — przepływ elektronów przez przewodnik.
elektryczność statyczna — prąd, który zostaje w izolatorze po odłączeniu go od
źródła generującego ładunek. Błyskawica powstaje na skutek wyładowania ładunku
elektrostatycznego.
fala sinusoidalna — sygnał, którego napięcie przechodzi pomiędzy stanem wysokim
i niskim, a cykl ten (od momentu włączenia sygnału do chwili jego wyłączenia) można
opisać za pomocą sinusoidy.
Słowniczek
359
fala kwadratowa — sygnał, którego napięcie przechodzi pomiędzy stanem wysokim
i niskim, a cykl ten można przedstawić na wykresie (od momentu włączenia sygnału
do chwili jego wyłączenia) za pomocą fali, której przebieg ma kształt kwadratów.
farad — jednostka pojemności elektrycznej w układzie SI. (Mikrofarad stanowi jedną
milionową część farada). Zobacz również kondensator.
filtr górnoprzepustowy — obwód przepuszczający sygnały o częstotliwości wyższej
od określonej przez konstruktora. Zobacz również filtr dolnoprzepustowy.
filtr dolnoprzepustowy — obwód przepuszczający sygnały o częstotliwości niższej
od określonej przez konstruktora. Zobacz również filtr górnoprzepustowy.
generator drgań — obwód generujący sygnał. Zobacz również kształt fali.
herc (Hz) — jednostka miary określająca ilość zmian polaryzacji prądu przemiennego
w ciągu jednej sekundy.
I — symboliczne oznaczenie natężenia prądu.
impedancja — opór pozorny stawiany przez obwód zasilany prądem przemiennym.
impuls — sygnał, który bardzo szybko przechodzi pomiędzy stanem wysokim i niskim.
indukcyjność — zdolność do przechowywania energii w postaci pola magnetycznego.
Indukcyjność wyrażamy w henrach.
izolator — substancja, w której elektrony nie mogą poruszać się swobodnie.
jack — rodzaj złącza. Zobacz również złącze.
kabel — przewodnik elektryczny składający się z przynajmniej dwóch przewodów
otoczonych wspólną warstwą izolującą. Przykładem kabla jest przewód łączący
urządzenia z gniazdkiem sieciowym.
katoda — elektroda diody spolaryzowana ujemnie. Zobacz również anoda.
kiloom (k) — 1000 omów. Zobacz również om.
knot rozlutowniczy — knot przydaje się podczas rozlutowywania trudno dostępnych
elementów. Narzędzie to jest miedzianym oplotem, który absorbuje spoiwo lutownicze
sprawniej od blaszek, które są stykami komponentów i płytek obwodów.
koder — układ scalony kodujący informacje, które mają zostać przekazane za pomocą
podczerwieni lub fal radiowych. Zobacz również dekoder, układ scalony.
komponenty — podzespoły, takie jak kondensatory i rezystory, z których składają się
obwody.
komutator — urządzenie zmieniające kierunek prądu płynącego przez silnik lub
generator.
kondensator — komponent służący do gromadzenia ładunków elektrycznych Zobacz
również kondensator elektrolityczny, kondensator ceramiczny, kondensator tantalowy.
360
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
kondensator ceramiczny — jeden z najpopularniejszych typów kondensatorów.
Kondensatory tego typu zwykle charakteryzują się małą pojemnością. Zobacz również
kondensator.
kondensator elektrolityczny — jeden z najpopularniejszych typów kondensatorów.
Kondensatory tego typu zwykle charakteryzują się dużą pojemnością. Zobacz również
kondensator.
kondensator tantalowy — kondensatory tego typu są stosowane wtedy, gdy w obwodzie
nie można umieścić wielu kondensatorów o różnych pojemnościach. Zobacz również
kondensator.
kondensator nastawny — kondensator składający się przynajmniej z dwóch
metalowych płytek, które są oddzielone od siebie powietrzem. Obracając pokrętłem
znajdującym się na takim kondensatorze, możemy zmieniać jego pojemność. Zobacz
również kondensator.
końcówka oczkowa — metalowy komponent z otworem wykonanym na środku.
Końcówkę tę można założyć na kablu, a następnie przylutować ją do jakiegoś
komponentu.
kształt fali — zmiany napięcia można przedstawić za pomocą fal o różnych kształtach
np. sinusoidy lub fali kwadratowej. Zobacz również oscyloskop, sinusoida, fala
kwadratowa.
lutowanie — metoda łączenia ze sobą komponentów za pomocą niewielkich ilości
roztopionego metalu (spoiwa lutowniczego).
lutownica — zobacz lutownica ołówkowa.
lutownica ołówkowa — spiczaste narzędzie służące do rozprowadzania spoiwa
lutowniczego.
masa — potencjał zerowy (0 V).
mikrokontroler — obwód programowalny.
moc — ilość pracy wykonywanej przez prąd elektryczny płynący przez dany komponent.
Moc jest wyrażana w watach.
modulacja szerokości impulsu — technika pozwalająca na regulację prędkości
obrotowej silnika, która polega na szybkim włączaniu i wyłączaniu napięcia. Im dłuższe
są impulsy napięcia, tym większe obroty silnika.
mostek H — układ scalony pozwalający na sterowanie zasilaniem silników prądu
stałego. Zobacz również układ scalony.
multimetr — przyrząd pomiarowy pozwalający na określenie napięcia, rezystancji,
a także natężenia prądu.
napięcie — siła, z jaką przyciągają się ładunki dodatnie i ujemne.
obudowa podłużna, dwurzędowa (DIP) — zwykle w tego typu obudowach
umieszcza się układy scalone przeznaczone do montażu w płytkach prototypowych
i płytkach drukowanych przez hobbystów.
Słowniczek
361
obwód — przewody łączące komponenty w taki sposób, że prąd przepływa przez
te komponenty i wraca do źródła.
obwód zamknięty — obwód, w którym przełączniki zostały ustawione w pozycje
pozwalające na przepływ prądu. Zobacz również obwód otwarty.
odsysacz — urządzenie pozwalające na odessanie nadmiaru spoiwa lutowniczego
za pomocą podciśnienia.
ogniwo galwaniczne — ogniwo wytwarzające różnicę potencjałów pomiędzy
elektrodami na skutek reakcji elektrochemicznej. Prąd jest wytwarzany przez dwie
elektrody, które są wykonane z różnych metali i są zanurzone w elektrolicie.
ogniwo słoneczne — półprzewodnik generujący prąd po wystawieniu na działanie
światła.
om () — jednostka oporu elektrycznego. Zobacz również rezystancja.
oscyloskop — elektroniczne urządzenie przeznaczone do pomiaru napięcia,
częstotliwości i innych parametrów sygnałów.
otwarty obwód — obwód, w którym jeden z przewodów jest odłączony. Nie dochodzi
do przepływu prądu. Zobacz również obwód zamknięty.
płytka prototypowa — jest to płytka, zwana również płytką uniwersalną, która
posiada rzędy otworów montażowych. Płytki takie mogą mieć różne kształty i rozmiary.
Otwory znajdujące się w jednym rzędzie są ze sobą zwarte. Płytki te służą do budowy
obwodów — poszczególne komponenty są umieszczane w otworach montażowych,
a następnie łączone za pomocą przewodów. Zobacz również płytka lutowana.
płytka uniwersalna — zobacz płytka prototypowa.
płytka lutowana — płytka prototypowa, do której przylutowuje się komponenty.
Zobacz również płytka prototypowa.
płytka uniwersalna niewymagająca wykonywania połączeń lutowniczych
— zobacz płytka prototypowa.
podawanie napięcia bias — kierowanie małego prądu do bazy tranzystora.
Przepływ tego prądu aktywuje działanie tranzystora.
pojemność elektryczna — ilość przechowywanych elektronów, wielkość ta jest
wyrażana w faradach.
pojemność pasożytnicza — zjawisko to występuje na skutek oddziaływania na siebie
pól elektrycznych generowanych przez przewody umieszczone zbyt blisko siebie.
Takie magazynowanie energii nie jest czymś celowym.
pole kontaktowe — miejsca na płytce obwodu, do których podłączane są komponenty.
potencjometr — rezystor nastawny pozwalający na regulację oporu elektrycznego.
Opór może być regulowany niemalże od zera do maksymalnej wartości
charakteryzującej dany potencjometr.
362
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
pozycja, w której styki przełącznika są zwarte — pozycja przełącznika, w której
dochodzi do przepływu prądu. Zobacz również pozycja, w której styki przełącznika są
rozwarte.
pozycja, w której styki przełącznika są rozwarte — pozycja przełącznika,
w której nie dochodzi do przepływu prądu. Zobacz również pozycja, w której styki
przełącznika są zwarte.
półprzewodnik typu
n — półprzewodnik z domieszką różnych substancji, dzięki
którym znajduje się w nim więcej elektronów niż w czystym półprzewodniku.
półprzewodnik typu
p — półprzewodnik z domieszką różnych substancji, dzięki
którym znajduje się w nim mniej elektronów niż w czystym półprzewodniku.
półprzewodnik — materiał, który wykazuje pewne właściwości zarówno przewodnika,
jak i izolatora. Przykładem półprzewodnika jest krzem.
półprzewodnikowy czujnik temperatury — czujnik temperatury dokonujący
pomiarów za pomocą prądu.
prawo Ohma — wzór pozwalający na obliczenie napięcia, natężenia, rezystancji i mocy.
prąd przemienny (AC) — prąd elektryczny, który charakteryzuje się zmiennym
kierunkiem przepływu elektronów. Zobacz również prąd stały (DC).
prąd — przepływający ładunek elektryczny.
prąd stały (DC) — w obwodach zasilanych prądem stałym elektrony wypływają
z ujemnego bieguna źródła prądu, a następnie płyną przez przewody i komponenty
w kierunku dodatniego bieguna źródła. Źródłem prądu stałego są baterie.
proton — cząstka o dodatnim ładunku. Zobacz również elektron.
przekaźnik — komponent działający jak przełącznik. Zwiera lub rozwiera obwód
w zależności od napięcia w innym obwodzie.
przełącznik dwubiegunowy, dwupołożeniowy (DPDT) — przełącznik
posiadający dwa wejścia i cztery wyjścia.
przełącznik dwubiegunowy, jednopołożeniowy (DPST) — przełącznik
posiadający dwa wejścia i dwa wyjścia.
przełącznik jednobiegunowy, dwupołożeniowy (SODT) — przełącznik
posiadający jedno wejście i dwa wyjścia.
przełącznik suwakowy — przełącznik, którego suwak (w celu włączenia
lub wyłączenia urządzenia) należy przesunąć do przodu lub do tyłu.
przełączniki dwubiegunowe — przełączniki posiadające dwa wejścia.
przełączniki jednobiegunowe — przełączniki posiadające jedno złącze wejściowe.
przewodnik — materiał łatwo przewodzący prąd.
Słowniczek
363
przewód pleciony (linka) — dwa lub trzy splecione ze sobą druty umieszczone
we wspólnej izolacji. Zobacz również drut.
przewód — długi metalowy element składający się zwykle ze splecionych ze sobą
miedzianych drucików. Podczas pracy nad projektami przewody są stosowane do
wykonywania połączeń elektrycznych. Przez przewód mogą poruszać się elektrony,
a więc może dochodzić do przepływu prądu.
R — symbol rezystancji (oporu elektrycznego).
radiator — metalowy komponent odprowadzający ciepło generowane przez elementy
znajdujące się w obwodzie. Radiatory są często stosowane w celu ochrony tranzystorów
i układów scalonych przed uszkodzeniem.
rezystancja — określa możliwość przepływu elektronów przez dany materiał.
rezystor — komponent ograniczający ilość elektronów płynących w obwodzie.
rezystor nastawny — zobacz potencjometr.
schemat — rysunek ilustrujący sposób, w jaki połączone są ze sobą elementy obwodu.
siła elektromotoryczna — siła przyciągania się dodatnich i ujemnych ładunków.
Siłę tę wyrażamy w woltach.
spadek napięcia — do spadku napięcia dochodzi podczas przepływu prądu przez
rezystory (oraz wszystkie inne komponenty). Każdy element obwodu wypromieniowuje
część przechodzącej przez niego energii.
SPDT — zobacz przełącznik jednobiegunowy, dwupozycyjny.
spoiwo lutownicze 60/40 — stosowane w elektronice spoiwo lutownicze, w skład
którego wchodzi około 60% cyny i około 40% ołowiu. Spoiwo ma formę drutu,
którego rdzeń wypełniono topnikiem (kalafonią).
stała czasowa (oporowo-pojemnościowa) — wzór pozwalający na obliczenie
czasu, w którym kondensator zostanie naładowany do dwóch trzecich pojemności
lub rozładowany do jednej trzeciej pojemności.
sygnał wysoki — w przypadku układów cyfrowych jest to sygnał o napięciu wyższym
od 0 V.
sygnał niski — w przypadku układów cyfrowych jest to sygnał o napięciu zbliżonym
do 0 V.
szerokość pasma — w przypadku oscyloskopu jest to parametr informujący
o maksymalnej częstotliwości sygnału, który może być analizowany przez dane
urządzenie. Wartość ta jest wyrażana w megahercach.
szyna zbiorcza — rząd połączonych ze sobą otworów montażowych.
ścieżki — przewody łączące elektrycznie pola kontaktowe i komponenty na płytce
prototypowej.
364
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
średnica — zobacz średnica przewodu.
średnica przewodu — w Europie średnicę przewodu podajemy w milimetrach,
w USA stosowany jest specjalny system standardowych średnic (AWG).
środek do usuwania kalafonii — środek przeznaczony do czyszczenia płytki
obwodu z nadmiaru topnika. Zapobiega on utlenianiu elementów obwodu.
śruba z łbem z gniazdem płaskim — śruba zakończona płaskim łbem, w którym
wykonano pojedyncze nacięcie. Śruba tego typu może być wkręcona za pomocą
płaskiego śrubokręta.
śruba z łbem płaskim z gniazdkiem krzyżowym — śruba, która może być
przykręcona za pomocą śrubokręta krzyżowego.
termistor — rezystor, którego opór elektryczny ulega zmianie na skutek zmiany
temperatury otoczenia.
termopara — ogniwo termoelektryczne wykorzystywane jako czujnik mierzący
temperaturę za pomocą prądu elektrycznego.
tolerancja — dozwolone odchylenie parametrów komponentu od ich wartości
znamionowych, które powstaje na skutek procesu produkcji. Zwykle wartość ta jest
podana w formie przedziału.
topnik — woskowa substancja, która ma sprawić, że roztopione spoiwo lutownicze
opłynie łączone elementy (połączenie zostanie wykonane poprawnie).
tranzystor — półprzewodnik sterujący przepływem prądu.
tryb odwracający — wzmacniacz operacyjny, który pracując w trybie odwracającym,
generuje sygnał wyjściowy i odwraca sygnał wejściowy.
U — symbol napięcia.
układ scalony (czip) — moduł składający się z kilku mniejszych komponentów,
takich jak rezystory, kondensatory i tranzystory.
układ szeregowy — układ, w którym prąd płynie kolejno przez wszystkie
komponenty.
watogodzina — jednostka pomiaru energii potrzebnej urządzeniu lub obwodowi
na wykonanie określonej pracy.
wyładowanie elektrostatyczne — zobacz elektryczność statyczna.
wyskok — zobacz wyskok napięcia.
wyskok napięcia — chwilowy wzrost napięcia.
wzmacniacz operacyjny — układ scalony składający się z tranzystorów i innych
komponentów. W przeciwieństwie do pojedynczego tranzystora wzmacniacz
operacyjny zapewnia liniowe wzmocnienie szerokiego spektrum częstotliwości.
Słowniczek
365
wzmocnienie — stopień wzmocnienia sygnału. Aby go obliczyć, należy podzielić
napięcie sygnału wyjściowego przez napięcie sygnału wejściowego.
zacisk — metalowy element, do którego możesz podłączać przewody (zaciski znajdują
się np. na biegunach akumulatora).
zacisk — plastikowy element stosowany do unieruchamiania podłączanych kabli.
zimny lut — nieprawidłowo wykonane połączenie lutownicze. Dochodzi do niego
wtedy, gdy spoiwo lutownicze nie opłynie dokładnie łączonych elementów.
złącze — metalowe lub plastikowe gniazdo, do którego można podłączyć końcówki kabli.
złącze
pn — element półprzewodnika — połączenie pomiędzy borem i fosforem.
Złącze pn występuje w tranzystorach i diodach. Zobacz również tranzystor, dioda.
zwarcie — dochodzi do niego, gdy jakiś przewodnik połączy ze sobą pewne elementy
obwodu, znacznie skracając drogę, przez którą płynie prąd.
366
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
Skorowidz
A
ABS, 62
AC, Patrz: prąd stały
AM, Patrz: modulacja amplitudy
B
bateria, 24, 25, 31
AA, 32, 33
bezpieczeństwo, 18, 24, 31, 32, 33, 34, 35, 40, 42
lutowanie, 37
narzędzia, 39
ubranie, 40
wyładowanie elektrostatyczne, 35
bias, 98, Patrz też: prąd stały
bramka NOT, 245
brzęczyk, 62
C
cewka, 277
indukcyjna, 168, 170
częstotliwość, 170
nawijanie, 181
nastawna, 73
pole elektromagnetyczne, 273
transformatorowa, 170
częstotliwość rezonansowa, 169, 170
czip, Patrz: układ scalony
czujnik, 50
drgań, 59
dźwięku, 58
odchyłu, Patrz: czujnik ruchu
podczerwieni, 58, 59, 187, 191, 194, 238,
241, 245
zakłócenia, 188
ruchu, 325, 327, 328
światła, 58
zbliżeniowy, 276
D
DC, Patrz: prąd przemienny
dekoder, 239, 241, 245, 269, 298
dioda, 50
emitująca światło podczerwone, 193
LED, Patrz: LED
polaryzacja, 60, 72
symbol, 71
T-1¾, 60
drut montażowy, 66
E
elektronarzędzia, 39
elektryczność, 33
F
fala
dźwiękowa, 121
kwadratowa, 188, 190, 216, 294
częstotliwość, 218
radiowa, 290, 291
farad, 51
filtr
dolnoprzepustowy, 98, 146
górnoprzepustowy, 98
środkowoprzepustowy, 120
FM, Patrz: modulacja częstotliwości
fotodioda, 241
fototranzystor, 290
G
gąbka do czyszczenia grotów, 45, 84
głośnik, 61, 327
budowa, 61
impedancja, 61
moc, 61
368
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
I
izolator, 35
K
klej kontaktowy, 64
knot rozlutowniczy, 45, 84
koder, 239, 269, 291
modulacja, 291
podczerwieni, 243
kombinerki, 47
komponent, 50
dyskretny, 50, 54
nota aplikacyjna, 72
polaryzacja, 72
kondensator, 50, 51, 74, 75
ceramiczny, 51, 80
elektrolityczny, 51, 80
osiowy, 51
polaryzacja, 52, 147
radialny, 51
nastawny, 73, 169
pojemność, 51
kod, 52
stała, 52
zmienna, 52
polaryzacja, 72
pompujący ładunek, 146
symbol, 71
tantalowy, 51
polaryzacja, 52, 147
konwerter, 146
koszulka termokurczliwa, 67
krótkofalarstwo, 184, 351, 352, 353
kryształ piezoelektryczny, 62
L
lampa próżniowa, 52
LED, 60, 111, 189, 215
biała, 60
emitująca światło podczerwone, 290
niebieska, 60
polaryzacja, 112
licznik
dekadowy, Patrz: licznik dziesiętny
dziesiętny, 215, 216, 218, 220
listwa zaciskowa, 67
lutowanie, 43, 80, 81, 82, 83, 84
lutownica, 29, 38, 44, 80
czujnik temperatury grotu, 44
czyszczenie, 45
końcówka, 44
regulator mocy, 44
stojak, 44
Ł
ładunek
elektryczny, 34, 51
statyczny, 35
M
masa, 70
maska ochronna z filtrem, 42
mata antystatyczna, 36, 37
mikrofon, 115, 327
czułość, 60
elektretowy, 59, 60, 74, 97, 122, 123, 124, 328
WM61A, 126
membrana, 59
paraboliczny, 60, 121
montaż, 130, 133, 136, 138
pojemnościowy, 59
pojemność, 59
zmostkowanie styków, 124
mikrokontroler, 24
modulacja
amplitudy, 167
częstotliwości, 167
montaż powierzchniowy, 54
mostek H, 241, 242, 245, 295, 298
multimetr, 28, 34, 49, 85
analogowy, 49
cyfrowy, 49
próbnik, 49, 85
N
nadajnik, 247, 254
podczerwieni, 237, 244
radiowy, 297
sygnału radiowego, 291
napięcie, 33, 49
pomiar, 86
regulator, 239, 291
narzędzia, 43, 45, 47, 49
elektryczne, Patrz: elektronarzędzia
ręczne, 39
natężenie, 33, 49, 50
nożyce do kabli, 47
Skorowidz
369
O
obudowa, 87
ABS, 62
drewniana, 63, 88, 89, 173
kable, 64
metalowa, 173
montaż, 64, 88, 89
plastikowa, 88, 89
samodzielnie robiona, 63
obwód, 24, 25
odbiornik, 247, 256
sygnału radiowego, 293
odsysacz, 45
ogniwo, Patrz: bateria
Ohma prawo, Patrz: prawo Ohma
okulary ochronne, 29, 37, 39, 40, 41, 48, 175, 193
ołówek lutowniczy, Patrz: lutownica
om, 50
opaska antyelektrostatyczna, 54
opaska antystatyczna, 36
oscyloskop, 29, 188
P
pasta do czyszczenia grotu, 45, 84
piła, 45, 46
pin, Patrz: złącze
płytka
drukowana, 44, 54, 64, 66
lutowana, 64
prototypowa, 27, 54, 64, 75, 80, 90
budowa, 75
polaryzacja, 76
rozmiary, 65, 75
zasady montażu, 78, 79
podzespół elektroniczny, 23
potencjometr, 51, 73, 74
sterujący głośnością, 169
półprzewodnik
bipolarny, 35
metal-tlenek, Patrz: półprzewodnik MOS
MOS, 35
prawo Ohma, 33
prąd
napięcie, Patrz: napięcie
natężenie, Patrz: natężenie
porażenie, 31
przemienny, 32, 34, 51
zagrożenia, 32
stały, 32, 51
zagrożenia, 32
wirowy, 170
projekt elektroniczny, 23, 24, 25, 343
budowa, 25
przedwzmacniacz, 59
przekaźnik, 58
DPDT, 299
przełącznik, 50, 56, 72
dotykowy, 57, 147
DPDT, 56, 57, 72, 299
jednobiegunowy, 56, 72
otwarty, 56
przechylny, 57
przekaźnik, Patrz: przekaźnik
SPDT, 56, 72
SPST, 56, 72, 74
chwilowy, 72
suwakowy, 58
wciskany, 57
zamknięty, 56
przewody
grubość, 67
izolacja, 67
połączeniowe, 67
kolor, 77
optymalizacja, 77
plecione, 78, 90, 99
R
radioodbiornik
AM, 167, 170
FM, 167, 184
montaż, 174
reflektor paraboliczny, 124, 127
regulator napięcia, 245
rezonator, 241
ceramiczny, 239, 244, 246
rezystancja, 33, 49, 50
pomiar, 86
rezystor, 50, 74
nastawny, 51
symbol, 71
rękawice ochronne, 39, 193
rękawice robocze, 40
robotyka, 345, 354
równanie stałej czasowej RC, 190, 218
S
schemat, 25, 69, 71
analiza, 70
czujny Sam, 291, 292, 293
czytanie, 73
370
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
schemat
gokart sterowany za pośrednictwem
podczerwieni, 238, 240
mikrofon paraboliczny, 123
odstraszacz leniwca, 326
radioodbiornika, 168
straszne dynie, 188, 191
syntezator dźwięku, 145
tańczące delfiny, 216, 220
tańczące światełka, 96
wykrywacz metali, 274
silnik
prądu stałego, 241, 246
prędkość obrotowa, 294
zakłócenie, 242
sterownik, 295
sklep elektroniczny, 343, 344, 345, 346
słuchawki, 127
spoiwo lutownicze, 37, 45, 80, 81
stała czasowa RC, 190, 218
syntezator dźwięku, 143, 213
programowanie, 162, 164, 166
SpeakJet, 146, 162
szczypce, 47
szyna
masy, 76
zasilająca, 76
Ś
ściągacz izolacji, 48
środki ochronne, 39
T
taśma izolacyjna, 67
w płynie, 99
topnik, 45, 81
tranzystor, 50, 52, 103
baza, 53, 103
do montażu ręcznego, 53
emiter, 53, 103
kolektor, 53, 103
konfiguracja złączy, 53
npn, 53
obudowa, 53
pnp, 53
symbol, 71
tworzywo sztuczne, 62, 63
U
układ
generujący dźwięk, Patrz: syntezator dźwięku
indukcyjno-pojemnościowy, Patrz: układ
równoległy LC
modulacji szerokości impulsu, Patrz: układ
PWM
PWM, 294
równoległy LC, 275
scalony, 24, 50, 54
4017, 216, 218, 220
HT12A, 269
HT12D, 269
IR-DX8, 269
L293D, 245
LM324, 55
LM358, 55
LM385, 102
LM386, 56, 146, 151, 172
LM386N, 124, 127, 128
LM555, 190, 216, 218, 220, 294
LP2950, 243
MAX232, 146, 151
MC33171, 55
MC33172, 55
MC33174, 55
MC34119, 56
obudowa DIP, 54
obudowa SOIC, 54
PNA4602M, 245
programowalny, 24
RWS-434, 299
SN74F04, 245
SpeakJet, 151, 162, 164, 166, 236
TDA0161, 275, 276, 278
TEA5710N, 184
TWS-434, 297
złącze, Patrz: złącze
ZN416E, 173
zegarowy, 190, 215, 216, 218, 220, 294
urządzenie programowalne, 23
uziemienie, 36
W
wiertarka, 45
wykrywacz metali, 273, 288
wyładowanie elektrostatyczne, 35
zapobieganie, 35, 36
Skorowidz
371
wyprowadzenie, Patrz: złącze
wyświetlacz LED, 95
wzbudnik, 275
wzmacniacz
audio, 55, 56, 74, 124
gitarowy, 354
lampowy, 354
operacyjny, 55, 74, 97, 99, 100
poczwórny, 55
podwójny, 55
stopień wzmocnienia, 98
zasilanie, 55
Z
zacisk, 79
złącze, 50, 77
DB9, 150, 155
Ź
źródło
napięcia, 70
prądu, 25
372
Projekty elektroniczne dla bystrzaków
Lista symboli stosowanych na schematach
Zaprezentowane symbole są używane w Polsce.
W zagranicznych publikacjach możesz spotkać się z nieco innymi symbolami.
Nazwa (skrót)
Symbol
Nazwa (skrót)
Symbol
Antena
Czujnik podczerwieni
Bateria
Dioda (D)
Bipolarny tranzystor NPN (Q)
Dioda LED (LED)
Bipolarny tranzystor PNP (Q)
Foto dioda (D)
Bramka AND
Fototranzystor (Q)
Bramka NAND
Głośnik
Bramka NOR
Komórka fotoelektryczna
— fotorezystor
1
Bramka NOT
Kondensator (C)
Bramka OR
Kondensator zmienny(C)
Brzęczyk piezoelektryczny
Krzyżujące się przewody
niepołączone galwanicznie (1)
Cewka (L)
Krzyżujące się przewody
niepołączone galwanicznie (2)
Cewka nastawna
1
Terminów „komórka fotoelektryczna” oraz „fotorezystor” możesz używać zamiennie.
Lista symboli stosowanych na schematach
Nazwa (skrót)
Symbol
Nazwa (skrót)
Symbol
Krzyżujące się przewody
połączone galwanicznie (1)
Przełącznik typu SPST (S)
Krzyżujące się przewody
połączone galwanicznie (2)
Regulator napięcia (VR)
Masa
Rezonator kwarcowy (X)
Miernik
Rezystor (R)
Mikrofon
Rezystor nastawny (R)
2
Ogniwo fotowoltaiczne
Silnik (M)
Przekaźnik (RLY)
Tranzystor MOSFET
z kanałem typu n (Q)
Przełącznik normalnie
otwarty (S)
Tranzystor MOSFET
z kanałem typu p (Q)
Przełącznik normalnie
zamknięty (S)
Wzmacniacz operacyjny
(U lub IC)
Przełącznik typu DPDT (S)
Zasilanie (+V)
Przełącznik typu SPDT (S)
Żarówka
2
Rezystor nastawny jest nazywany również potencjometrem.
Document Outline
- Spis treści
- O autorach
- Podziękowania od autorów
- Wstęp
- Część I: Przygotowania do pracy nad projektami
- Rozdział 1: Rozpoczynamy przygodę z projektami elektronicznymi
- Czym tak naprawdę jest projekt elektroniczny?
- Elektronika, mechanika, robotyka?
- Programowalne i nieprogramowalne
- Efekty, jakie możemy uzyskać
- Co osiągniesz, pracując nad projektami elektronicznymi?
- Tylko dla zabawy
- Tworzenie rzeczy, które mogą Ci się przydać
- Nauka podczas zabawy
- Co będzie potrzebne, aby zacząć przygodę z elektroniką?
- Czym tak naprawdę jest projekt elektroniczny?
- Rozdział 2. Bezpieczeństwo jest najważniejsze
- Rozdział 3: Skompletuj swój elektroniczny arsenał
- Rozdział 4: Nabywanie przydatnych umiejętności
- Rozdział 1: Rozpoczynamy przygodę z projektami elektronicznymi
- Część II: Dźwięk
- Rozdział 5. Tańczące światełka
- Rozdział 6: Skupianie dźwięku za pomocą mikrofonu parabolicznego
- Rozdział 7: Szepczący Merlin
- Rozdział 8: Serfując na falach eteru
- Część III: Niech stanie się światłość
- Rozdział 9. Straszne dynie
- Rozdział 10: Tańczące delfiny
- Rozdział 11: Gokart sterowany za pomocą podczerwieni
- Część IV: Pozytywne wibracje
- Rozdział 12: Poręczny wykrywacz metali
- Rozdział 13: Czujny Sam kroczy po linii
- Rozdział 14: Odstraszacz leniwca
- Część V: Dekalogi
- Źródła wiedzy specjalistycznej
- Słowniczek
- Skorowidz
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Boysen E Projekty elektroniczne dla bystrzaków
Elektronika dla bystrzakow Wydanie II
Elektronika dla bystrzakow Wydanie II
Elektronika dla bystrzakow Wydanie II
Elektronika dla bystrzakow Wydanie II elebys
Elektronika dla bystrzakow Wydanie II elebys 2
informatyka elektronika dla bystrzakow wydanie ii cathleen shamieh ebook
Elektronika dla bystrzakow Wydanie II elebys(1)
Elektronika dla bystrzakow Wydanie II 2
więcej podobnych podstron