Kā izmantot Tinkercad, lai pārbaudītu un ieviestu aparatūru: 5 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Ķēdes simulācija ir metode, kurā datoru programmatūra simulē elektroniskās shēmas vai sistēmas uzvedību. Jaunus dizainus var pārbaudīt, novērtēt un diagnosticēt, faktiski neizveidojot ķēdi vai sistēmu. Ķēdes simulācija var būt noderīgs rīks, lai novērstu sistēmas traucējumus, lai apkopotu datus pirms ķēdes līmeņa problēmu novēršanas. Tas ļauj projektētājam noteikt konstrukcijas pareizību un efektivitāti pirms sistēmas faktiskas izveides. Līdz ar to lietotājs var izpētīt alternatīvo dizainu priekšrocības, faktiski fiziski neveidojot sistēmas. Izpētot konkrētu projektēšanas lēmumu ietekmi projektēšanas posmā, nevis būvniecības posmā, kopējās sistēmas izveides izmaksas ievērojami samazinās.

Tātad, programmatūras simulācija ir labs veids, kā izmēģināt pirms ķēdes fiziskas izveides. Tinkercad ir tīmekļa simulācijas rīks, kas palīdzēs pārbaudīt aparatūru, kā arī programmatūru, neveidojot fizisku savienojumu vai pat nepērkot aparatūru.

Vai esat kādreiz jutis Arduino ievades un izvades tapu trūkumu? Ja jūs domājāt vadīt tonnas LED vai vēlaties izgatavot LED kubu, es domāju, ka jūs noteikti jutāt I/O tapas. Vai jūs zināt, ka varat vadīt neierobežotu skaitu gaismas diodes, izmantojot tikai 3 Arduino tapas? Jā, maiņu reģistri palīdzēs jums izveidot šo maģiju. Šajā pamācībā es jums parādīšu, kā mēs varam ieviest neierobežotu ievadi un izvadi, izmantojot 74HC595 maiņu reģistrus. Kā piemēru es izveidošu digitālo pulksteni ar termometru un luksa mērītāju, izmantojot sešus 7 segmentu displejus. Pirms beidzot izveidot aparatūras ķēdi, es simulēju ķēdi Tinkercad, jo ar tiem ir saistīts daudz savienojumu. Simulācija var padarīt jūs pārliecinātāku, un jūs varat pārbaudīt ķēdes pabeigšanu bez fiziskiem izmēģinājumiem un kļūdām. Acīmredzot tas palīdzēs ietaupīt dārgo aparatūru un dārgo laiku.

Simulācijai varat piekļūt šeit:

1. darbība: ietaupiet aparatūru no dedzināšanas

Tāpat kā citas elektroniskās shēmas, LED shēmas ir ļoti jutīgas pret strāvu. LED deg, ja plūst vairāk strāvas nekā nominālā strāva (piemēram, 20 mA). Piemērota rezistora izvēle ir ļoti svarīga pareizam spilgtumam, nededzinot ķēdes vai gaismas diodes.

Tinkercad shēmām ir lieliska īpašība. Tas parāda, vai caur ķēdes elementiem plūst vairāk nekā nominālā strāva. Nākamajā shēmā es pievienoju septiņu segmentu displeju tieši maiņu reģistram bez jebkāda rezistora. Reģistram tas nav drošs pat septiņu segmentu displejā, un šis savienojums var sadedzināt abus. Tinkercad parāda faktu ar sarkanajām zvaigznēm.

Nākamajā shēmā katram LED segmentam pievienoju vienu 180 omu rezistoru. Katrā displeja segmentā plūst aptuveni 14,5 mA strāva, kas tiek saglabāta displejam. Bet no simulācijas var redzēt, ka šī pretestības vērtība nav droša IC. Maiņu reģistra maksimālā strāvas jauda ir 50 mA. Tādējādi IC ir drošs līdz trim displeja segmentiem (14,5 x 3 = 43,5 mA). Ja uz IC kļūst vairāk nekā trīs segmenti, to var sadedzināt (piemēram, 14,5 x 4 = 58 mA). Lielākā daļa veidotāju nepievērš uzmanību šim faktam. Viņi aprēķina rezistora vērtību, ņemot vērā tikai displeju.

Bet, ja viņi simulē ķēdi Tinkercad, iespēja pieļaut šo kļūdu ir nulle. Tā kā Tinkercad jūs brīdinās, parādot sarkano zvaigzni.

Jūs varat novērot situāciju, virzot peles kursoru uz zvaigznes, kā parādīts attēlā.

Šis dizains ir ideāls, ja es izvēlos 470 omu rezistoru katram displeja segmentam. Simulējot ķēdi, tika izmantota atašeja Arduino skice.

2. darbība. Izmēriet spriegumu, strāvu, pretestību un viļņu formu

Strāvas un sprieguma mērīšana ir liela problēma elektroniskajai shēmai, jo ir nepieciešami vairāki paralēli mērījumi. Tinkercad simulācija var ļoti viegli atrisināt šo problēmu. Jūs varat ļoti viegli izmērīt strāvas spriegumu un pretestību. To var izdarīt vairākām filiālēm vienlaikus. Tālāk redzamā iestatīšana parāda ķēdes kopējo strāvu un spriegumu.

Viļņu formas novērošanai un frekvences mērīšanai varat izmantot arī osciloskopu.

Iepriekš minētajā iestatīšanas osciloskopā tiek parādīts Arduino pulksteņa signāls. Jūs varat arī izmērīt vairāku zaru strāvu un spriegumu vienlaikus, kas ir ļoti efektīvi. Ja vēlaties izmērīt vairākas filiāles strāvu vienlaikus, izmantojot multimetru no praktiskas shēmas, tas būs ļoti grūti. Bet Tinkercad jūs to varat izdarīt ļoti viegli. Nākamajā shēmā es izmantoju vairākus ampērmetrus, lai izmērītu strāvu no dažādām filiālēm.

3. darbība: rakstīšanas programma un seriālā monitora izmantošana

Viena no interesantajām un noderīgajām Tinkercad shēmas funkcijām ir tā, ka tai ir koda redaktors, un jūs varat rakstīt programmu Arduino un ESP8266 tieši no tās vides. Varat arī izstrādāt programmu, izmantojot grafisko vidi, izvēloties Bloķēšanas režīms. Tas ir ļoti noderīgi veidotājam un hobijam, kam nav programmēšanas pieredzes.

Tam ir arī iebūvēts atkļūdotājs, no kura jūs varat atkļūdot savu kodu. Atkļūdotājs palīdzēs jums identificēt koda kļūdu (kļūdu) un to labot (atkļūdot).

Tinkercad shēmai ir arī sērijas monitors, un jūs varat ļoti viegli uzraudzīt sensora vērtību un atkļūdot ķēdi. Sekojošā shēma tika izmantota, lai pārbaudītu PIR un ultraskaņas sensoru un ieslēgtu = bservētu datus seriālajā monitorā.

Jūs varat piekļūt ķēdei no saites:

4. solis: lielas un sarežģītas ķēdes simulācija (pulkstenis ar termometru un luksa mērītāju)

Tinkercad varat simulēt jebkuru sarežģītu shēmu, pirms to praktiski izveidot. Tas var ietaupīt jūsu dārgo laiku. Iespēja kļūdīties sarežģītā ķēdē ir ļoti liela. Ja vispirms pārbaudāt to Tinkercad, tas var būt ļoti efektīvs, jo jūs zināt, vai jūsu ķēde un programma darbosies vai nē. Rezultātā jūs varat arī mainīt un atjaunināt ķēdi atbilstoši savām prasībām.

Esmu modelējis sarežģītu ķēdi Tinkercad, un tā ir pulksteņa ķēde ar termometru un luksa mērītāju. Ķēde tiek darbināta no 9V akumulatora ar 5V regulatoru. Sešu, septiņu segmentu displejs tiek izmantots, lai parādītu laiku ar stundu, minūti un sekundi. Lai regulētu laiku, tiek izmantotas četras pogas, kas izmanto vienu analogo ieeju. Modinātāja iestatīšanai ir pievienots skaņas signāls. LM35 IC tiek izmantots, lai parādītu vides temperatūras uztveri. Luksa mērīšanai tiek izmantots apkārtējās gaismas sensors.

Digitālās pogas slēdzis tiek izmantots Arduino tapai #7. Šo pogas slēdzi izmanto, lai mainītu opciju. Pēc noklusējuma tas parāda laiku vai darbojas pulksteņa režīmā. Pirmajam spiedienam tas parāda temperatūru un luksa līmeni otrajam spiedienam.

5. darbība: ieviešana ar aparatūru

Pēc ķēdes simulācijas un programmas un pretestības vērtības pielāgošanas ir īstais laiks ķēdes praktiskai ieviešanai. Praktisku shēmu var ieviest uz maizes dēļa, ja vēlaties kaut kur izveidot prototipu demonstrēšanai. Maizes dēļa ķēdei ir dažas priekšrocības un trūkumi. Maizes dēļa ķēdes galvenā priekšrocība ir tā, ka to var viegli pārveidot, un tam nav nepieciešama lodēšana. No otras puses, maizes dēļa ķēdes savienojums var būt ļoti viegli vaļīgs, un to ir ļoti grūti noteikt sarežģītai shēmai.

Ja vēlaties to praktiski izmantot, vislabāk ir pielodēta PCB ķēde. Jūs varat ļoti viegli izveidot savu PCB ķēdi mājās. Šim nolūkam nav nepieciešami īpaši instrumenti. Ja vēlaties uzzināt par DIY PCB, varat sekot šīm jaukajām instrukcijām.

1. Pašmāju PCB soli pa solim, mainot.

2. PCB izgatavošanas ceļvedis ar pinomelean

Jūs varat arī pasūtīt tiešsaistē profesionālu PCB. Vairāki ražotāji nodrošina PCB drukāšanas pakalpojumus par ļoti zemu cenu. SeeedStudio Fusion PCB un JLCPCB ir divi ievērojamākie pakalpojumu sniedzēji. Jūs varat izmēģināt kādu no šiem.

[Piezīme: daži attēli tiek apkopoti no interneta.]

Otrā balva elektronikas padomu un triku izaicinājumā