Kako uporabljati Tinkercad za testiranje in implementacijo vaše strojne opreme: 5 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:06

Simulacija vezja je tehnika, pri kateri računalniška programska oprema simulira obnašanje elektronskega vezja ali sistema. Nove zasnove je mogoče preizkusiti, ovrednotiti in diagnosticirati, ne da bi dejansko zgradili vezje ali sistem. Simulacija vezja je lahko koristno orodje pri odpravljanju težav v sistemu za zbiranje podatkov, preden se dejansko odpravi težave na ravni vezja. To omogoča oblikovalcu, da ugotovi pravilnost in učinkovitost zasnove, preden je sistem dejansko zgrajen. Posledično lahko uporabnik razišče prednosti alternativnih modelov, ne da bi dejansko fizično zgradil sisteme. S preučevanjem učinkov posebnih oblikovalskih odločitev v fazi projektiranja in ne v fazi gradnje se skupni stroški gradnje sistema znatno zmanjšajo.

Torej je simulacija programske opreme dober način, da poskusite, preden fizično naredite vezje. Tinkercad je spletno orodje za simulacijo, ki vam bo pomagalo preizkusiti vašo strojno in programsko opremo, ne da bi vzpostavili fizično povezavo ali celo brez nakupa strojne opreme.

Ste kdaj občutili pomanjkanje vhodno-izhodnih zatičev na Arduinu? Če ste mislili voziti na tone LED ali želite narediti LED kocko, mislim, da ste zagotovo čutili pomanjkanje V/I zatičev. Ali veste, da lahko uporabite samo neomejeno število LED z uporabo samo 3 zatičev Arduina? Da, premični registri vam bodo pomagali narediti to čarobnost. V tem navodilu vam bom pokazal, kako lahko uporabimo neomejen vnos in izhod z uporabo registrov premikov 74HC595. Kot primer bom naredil digitalno uro s termometrom in luksmetrom s šestimi 7 -segmentnimi zasloni. Preden sem končno izdelal strojno vezje, sem simuliral vezje v Tinkercadu, ker je s tem povezano veliko povezave. Simulacija vas lahko naredi bolj samozavestne in lahko preizkusite dokončanje svojega vezja brez kakršnih koli fizičnih poskusov in napak. Očitno vam bo to pomagalo prihraniti drago strojno opremo in dragocen čas.

Do simulacije lahko dostopate tukaj:

1. korak: Shranite strojno opremo pred izgorevanjem

Tako kot druga elektronska vezja so LED vezja zelo občutljiva na tok. LED gori, če teče več toka kot nazivni tok (npr. 20mA). Izbira ustreznega upora je zelo pomembna za pravilno osvetlitev brez izgorevanja vezij ali LED.

Tinkercad vezja imajo odlično lastnost. Prikaže, če skozi elemente vezja teče več kot nazivni tok. V naslednjem vezju sem priključil sedem segmentni zaslon neposredno na premični register brez upora. Za register ni varno niti za sedemsegmentni zaslon in oba lahko s to povezavo zažgeta. Tinkercad to dejstvo prikazuje z rdečimi zvezdicami.

V naslednjem vezju sem vsakemu segmentu LED dodal en 180 ohmski upor. Skozi vsak segment zaslona teče približno 14,5 mA toka, ki je prihranjen za zaslon. Toda iz simulacije je razvidno, da ta vrednost upora ni varna za IC. Največja trenutna zmogljivost registra premikov je 50 mA. Torej je IC varen do treh na segmentu zaslona (14,5 x 3 = 43,5 mA). Če na IC nastanejo več kot trije segmenti (npr. 14,5 x 4 = 58 mA). Večina proizvajalcev se na to dejstvo ne ozira. Izračunajo vrednost upora le glede na prikaz.

Če pa simulirajo vezje v Tinkercadu, se možnost te napake zmanjša na nič. Ker vas bo Tinkercad opozoril s prikazom rdeče zvezde.

Opazujete lahko situacijo pri lebdenju kurzorja miške na zvezdi, kot je prikazano na spodnji sliki.

Naslednja zasnova je popolna, če za vsak segment zaslona izberem 470 ohmski upor. Skica Attache Arduino je bila uporabljena pri simulaciji vezja.

2. korak: Izmerite napetost, tok, upor in obliko valov

Merjenje toka in napetosti je velika težava za elektronsko vezje, še posebej je potrebno več vzporednih meritev. Simulacija Tinkercada lahko to težavo reši zelo enostavno. Zelo enostavno lahko izmerite trenutno napetost in upor. To lahko storite za več vej hkrati. Naslednja nastavitev prikazuje skupni tok in napetost vezja.

Za opazovanje oblike valov in merjenje frekvence lahko uporabite tudi osciloskop.

V zgornjem nastavitvenem osciloskopu, ki prikazuje signal ure iz Arduina. Prav tako lahko izmerite tok in napetost več vej hkrati, kar je zelo učinkovito. Če želite izmeriti tok več vej hkrati z multimetrom iz praktičnega vezja, bo zelo težko. Toda v Tinkercadu lahko to storite zelo enostavno. V naslednjem vezju sem uporabil več ampermetrov za merjenje toka iz različnih vej.

3. korak: Pisanje programa in uporaba serijskega monitorja

Ena izmed zanimivih in uporabnih lastnosti vezja Tinkercad je, da ima urejevalnik kod in lahko napišete program za Arduino in ESP8266 neposredno iz njegovega okolja. Program lahko razvijete tudi v grafičnem okolju tako, da izberete način blokiranja. To je zelo koristno za izdelovalca in ljubitelje, ki nimajo izkušenj s programiranjem.

Vgrajen ima tudi razhroščevalnik, od koder lahko razhrostite svojo kodo. Odpravljalec napak vam bo pomagal prepoznati napako (napako) v vaši kodi in jo odpraviti (odpraviti).

Tinkercad vezje ima tudi serijski monitor, s katerim lahko zelo enostavno spremljate vrednost senzorja in odpravljate napake v vezju. Naslednje vezje je bilo uporabljeno za preskušanje PIR in ultrazvočnega senzorja ter za vklop podatkov = b v serijskem monitorju.

Do vezja lahko dostopate s povezave:

4. korak: Simulacija velikega in zapletenega vezja (ura s termometrom in merilnikom Lux)

V Tinkercadu lahko simulirate katero koli kompleksno vezje, preden ga naredite praktično. Lahko vam prihrani dragocen čas. Možnost napake v kompleksnem vezju je zelo velika. Če ga najprej preizkusite v Tinkercadu, je lahko zelo učinkovit, saj veste, ali bosta vezje in program delovala ali ne. Na podlagi tega lahko svoje vezje spremenite in posodobite glede na vaše zahteve.

Simuliral sem zapleteno vezje v Tinkercadu in je vezje ure s termometrom in merilnikom luksov. Vezje se napaja iz 9V baterije s 5V regulatorjem. Šest, sedem segmentni zaslon se uporablja za prikaz časa z uro, minuto in sekundo. Za nastavitev časa se uporabljajo štirje gumbi, ki uporabljajo en sam analogni vhod. Za nastavitev alarma je priključen zvočni signal. LM35 IC se uporablja za prikaz občutljivosti temperature okolja. Za merjenje luksa se uporablja senzor zunanje svetlobe.

Stikalo digitalnega gumba se uporablja za Arduino pin #7. To stikalo gumbov se uporablja za spremembo možnosti. Privzeto prikazuje čas ali deluje v načinu ure. Za prvi pritisk prikazuje temperaturo in nivo luksa za drugi pritisk.

5. korak: Izvajanje s strojno opremo

Po simulaciji vezja in prilagoditvi vrednosti programa in upora je idealen čas za praktično izvedbo vezja. Praktično vezje je mogoče izvesti na plošči, če želite nekje narediti prototip za prikaz. Okrožni krog ima nekaj prednosti in slabosti. Glavna prednost vezja za plošče je, da ga je mogoče enostavno spremeniti in za to ni potrebno spajkanje. Po drugi strani pa je lahko povezava vezja na plošči zelo enostavno ohlapna in jo je za kompleksno vezje zelo težko prepoznati.

Če ga želite uporabiti za praktično uporabo, je najbolje spajkano vezje tiskanega vezja. PCB vezje lahko preprosto izdelate doma. Za to niso potrebna posebna orodja. Če želite izvedeti o DIY PCB, lahko sledite tem lepim navodilom.

1. Domača izdelava PCB-ja korak za korakom z zamenjavo.

2. pinomelovski vodič za izdelavo PCB

Na spletu lahko naročite tudi profesionalno tiskano vezje. Več proizvajalcev ponuja tiskanje PCB po zelo nizki ceni. SeeedStudio Fusion PCB in JLCPCB sta dva najpomembnejša ponudnika storitev. Lahko poskusite eno od teh.

[Opomba: Nekatere slike so zbrane iz interneta.]

Druga nagrada v izzivu Nasveti in zvijače v zvezi z elektroniko