Ovládání jasu, Arduino (s animacemi): 7 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Za posledních několik let jsem postavil dva automaty na pinball (pinballdesign.com) a dvě hlavy robotů (grahamasker.com), z nichž každý ovládá Arduinos. Po kariéře mechanického inženýra jsem s návrhem mechanismů v pořádku, ale s programováním mám problémy. Rozhodl jsem se vytvořit animace pro ilustraci některých základních konceptů Arduina. Myslel jsem, že to pomůže mně a ostatním porozumět jim. Obrázek má cenu tisíc slov a animace může být tisíc obrázků!

Zde je tedy animované vysvětlení na téma Ovládání jasu. Animace výše ukazuje schéma potenciometru připojeného k Arduinu. Ukazuje, jak nastavení polohy potenciometru může změnit jas LED. Vysvětlím všechny prvky tohoto procesu. Pro někoho, kdo není obeznámen s potenciometry a LED, začnu s nimi. Poté vysvětlím, proč musí být LED připojena k PWM aktivovanému pinu Arduino a jak je funkce MAP použita v náčrtu Arduino k převodu vstupu z potenciometru na výstup, který je vhodný pro ovládání LED.

Pokud jste obeznámeni s LED diodami a potenciometry, můžete sekce 1 a 2 přeskočit.

Krok 1: O LED diodách

Levý obrázek nahoře ukazuje symbol obvodu pro LED a polaritu nožiček LED. Proud bude proudit LED pouze v jednom směru, takže je důležitá polarita. Pozitivní je delší noha. Rovněž je plochá strana příruby, to je negativní strana.

NAPĚTÍ a AKTUÁLNÍ

Napětí požadované LED se pohybuje od přibližně 2,2 V do 3,2 V v závislosti na její barvě. Jejich aktuální hodnocení je obvykle 20 mA. Aby se omezil proud a zabránilo se přehřívání LED, je nutné použít rezistor v sérii s každou LED. Doporučuji asi 300 ohmů.

Obrázek vpravo nahoře ukazuje způsob pájení odporu k noze LED a jeho izolaci pomocí smršťovacího pouzdra.

Krok 2: POTENCIOMETR

V pojmech Arduino je potenciometr senzor. „Senzor“označuje jakékoli externí zařízení, které při připojení ke vstupním pinům může Arduino snímat. K ovládání jasu LED použijeme potenciometr připojený k Arduinu. Potenciometru se někdy říká dělič napětí, což je podle mě lepší popis. Diagram vlevo nahoře ukazuje princip děliče napětí. V tomto případě je odpor na jednom konci připojen k zemi a na druhém konci je nějakým zdrojem energie držen na 5V. Pokud se jezdec pohybuje po rezistoru, bude na napětí 0v na levém konci, 5v na pravém konci. V jakékoli jiné poloze bude na hodnotě mezi 0v a 5v. V polovině cesty bude například na 2,5V. Pokud přetvoříme uspořádání, jak je znázorněno vpravo nahoře, pak to představuje působení rotujícího potenciometru.

Krok 3: OBVOD

Výše uvedený obrázek ukazuje, jak potřebujeme připojit potenciometr a LED k Arduinu.

Ardunio potřebuje cítit napětí, které je k němu přiváděno potenciometrem. Při otáčení potenciometru se napětí plynule mění, jedná se tedy o analogový signál, a proto musí být připojen k analogovému vstupnímu pinu na Arduinu. Napětí na tomto pinu načte Arduino pokaždé, když to program požaduje prostřednictvím funkce „analogRead“.

Arduino má pouze digitální výstupní piny. Tyto kolíky s vlnovkou (~) vedle nich však simulují analogový výstup, který je vhodný k ovládání jasu LED. Tento proces se nazývá Pulse Width Modulation (PWM) a je vysvětlen v další animaci, Krok 4.

Krok 4: PWM

PWM, Pulse Width Modulation

Jak již bylo zmíněno, kolíky s tildou „~“vedle nich jsou kolíky PWM. Protože jsou piny digitální, mohou být pouze na 0 V nebo 5 V, ale s PWM mohou být použity ke ztlumení LED nebo ovládání rychlosti motoru. Dělají to tak, že dodávají 5v na LED, ale pulzují mezi 0v a 5v při 500 Hz (500krát za sekundu) a prodlužují nebo zmenšují trvání každého prvku 0v a 5v impulsu. Jakmile LED dioda uvidí delší 5v puls než 0v puls, začne být jasnější. V našem programu používáme funkci analogueWrite () k výstupu PWM „čtvercové vlny“. Má 256 přírůstků, nula dává 0% pracovní cyklus a 255 dává 100% „pracovní cyklus“, tj. Nepřetržitých 5 voltů. 127 by tedy poskytlo 50% pracovní cyklus, polovinu času při 0 V a polovinu času při 5 V. Animace výše ukazuje, jak se tento pracovní cyklus natáhne směrem ke 100% a poté se LED rozsvítí.

Krok 5: PROGRAM (ARDUINO SKETCH)

Výše uvedené video prochází programem (skica), který lze použít k ovládání jasu LED pomocí potenciometru. Obvod je stejný jako v kroku 3.

Pokud vám připadá, že se toto video pohodlně čte rychle (nebo pomalu), můžete upravit jeho rychlost. Na pravém konci spodní ovládací lišty je symbol ve tvaru ozubeného kola (někdy s červeným štítkem „HD“).) Po kliknutí vyvolá nabídku, která obsahuje „rychlost přehrávání“.

Bylo by samozřejmě lepší, kdybyste mohli kliknout na tlačítko a procházet každý řádek programu vlastní rychlostí, ale bohužel zde není možné tuto interaktivní metodu poskytnout. Pokud byste raději použili tuto metodu na toto téma a mnoho dalších témat Arduina, pak je na animatedarduino.com k dispozici bezplatná náhledová verze interaktivní/animované elektronické knihy.

Myslím, že v programu je jedna funkce, která si myslím, že potřebuje další vysvětlení: na řádku 14 je použita funkce „mapa“. V kroku 6 je vysvětlení jeho účelu

Krok 6: MAPA

Potenciometr máme připojený k analogovému pinu. Napětí potenciometru se pohybuje mezi 0v a 5V. Tento rozsah je v procesoru registrován v krocích po 1024. Když je vstup hodnoty použit k vytvoření výstupu prostřednictvím digitálního pinu s povoleným PWM, musí být tento rozsah mapován na výstupní rozsah digitálního pinu. To má 255 přírůstků. K tomuto účelu slouží funkce mapy a poskytuje výstup, který je úměrný vstupu.

Ilustruje to výše uvedené video.

Krok 7: Animované Arduino

Obrázky v tomto Instructable byly převzaty z mého ebooku Animated Arduino, který je k dispozici na www.animatedarduino.com, ve kterém se snažím lépe porozumět některým konceptům, se kterými se setkávám při učení programování Arduina.

Na webových stránkách je k dispozici bezplatná náhledová kopie e -knihy, která vám umožní vyzkoušet si interaktivní povahu knihy. Je to v podstatě sbírka ukázkových stránek, a proto vynechává mnoho vysvětlení. Obsahuje ukázkové stránky, které vám umožňují klikat na tlačítka, která vás provedou každým řádkem programu a zobrazí související komentáře. Jiné stránky mají video animace a zvukový obsah, které můžete ovládat. Součástí je stránka s obsahem, abyste viděli, co obsahuje kompletní vydání.