[Из песочницы] Электроника для самых начинающих
Стараюсь читать все статьи на Хабре по электронике для начинающих, DIY, Arduino. И вот только что прочитал статью «Ардуино. 6 шагов». Под впечатлением решил попробовать закинуть свои 5 копеек.
Основная деятельность напрямую не связана с электроникой. Она, как и программирование, всегда были лишь хобби. Семь лет назад я стал папой и вот пришло время научить сына, заодно попутно вспомнить всё, ну и научиться самому.Вернусь к указанной выше статье. Кто нибудь посчитал количество употреблений слова «тупо»? Тупо берём, тупо вставляем, тупо находим скетч, тупо заливаем. И даже если работает, тупо не понимаем, что, зачем, почему. Я сторонник системного подхода. Но понимаю, что для поддержания интереса нужна и практика. И первое, чему мы научились с сыном, это паять. Нулевым были, наверное, бесконечные инструкции по технике безопасности. И всё же одного, пусть самого маленького, но ожога отскочившим при отпайке провода сын не избежал. Я его безумно люблю, он у меня один. Но считаю, что этот опыт был неизбежен и необходим. Ещё одной из тем нудных инструкций была бытовая электрическая сеть 220 вольт. Что ничего нельзя к ней подключать самому. Объяснения, что нужно долго учиться. Демонстрация фотографий поражения электрическим током, бесконечные истории «А вот, мальчик полез, и ток его убил. Он умер!». Чувствую, что не прав. Многие скажут «Ты заложил в него комплекс, страх!». Но лучше я потом буду бороться с его фобией 220 вольт, чем он пострадает, самонадеянно решив, что всё сделал правильно, и полезет к розетке сейчас.
Теперь, садясь паять, он одевает одежду с длинным рукавом, всегда придерживает провода. Всегда внимателен к тому, где на столе паяльник, и в каком состоянии он находится. И не лезет к розетке. Вторым была суть электрической цепи. Что такое напряжение, ток, сопротивление. Очень помогли в этом статьи на Хабре. Аналогии с водой и трубами. Может великие гуру и считают их неточными, спорят. Но для ребёнка самое то. Есть батарейка — насос, есть провода — трубы. Есть устройства, использующие напор и объём протекающей воды — электричества. И есть элементы управления. Кнопки, выключатели, переключатели. На примере воды было объяснено, почему сгорел светодиод. Да его просто порвало диким напором. Конечно, были и вопросы. Если его порвало, почему электричество не вытекает? Помнишь, у нас в ванне порвало шланг душа? Пытливый детский ум. Который в итоге смог понять, что есть аналогии. Что вода аналогия, но не то же самое. После была практика. Бесконечные фонарики, маяки на башне из кубиков лего, с пультом управления, вынесенным на проводе. Ветвление цепей, главный выключатель, выключатели отдельных каналов. Суть сопротивлений. Сужение на трубе, форсунка, снижающая напор. Ещё позже были электромоторчики, редукторы. Первый станок из разобранного CD-Rom, рисующего шариковой ручкой всего лишь прямую линию. Но управляемого с выключателей и кнопок. Небольшое введение в механику. Для чего нужен редуктор, как он снижает обороты, но увеличивает силу.
И вот, встал выбор. Что дальше? Ардуино? При том, что он по русски то ещё толком читать не умеет. Путь «Тупо покупаем, тупо вставляем, тупо заливаем скачанную прошивку»? Я решил, а почему бы не быть переходной стадии? Да, микросхемы, но пока БЕЗ ардуино. Просто попробовать свои силы с элементарной логикой. А ещё изучить метод ЛУТ. На носу был день всех влюблённых. И родилось это:
Схема типовая, из мануала к таймеру NE555. Две микросхемы, собственно сам таймер и десятичный счётчик — дешифратор CD4017 (русский аналог К561ИЕ8).
Отличие только в том, что на выходы дешифратора подключены параллельно по два светодиода. Номиналы деталей: R1 от 10 до 47 кОм, VR1 (подстроечный) 47кОм, R2 56 Ом. С1 100 мкФ 16В, С2 10 мкФ 16В, 20 светодиодов.
Принцип работы: конденсатор С2, резистор R1 и подстроечный резистор VR1 образуют времязадающую цепочку для таймера NE555. Счётчик — дешифратор получает от таймера импульсы и выставляет «единичку» (напряжение питания) на своих выходах, к которым подключены светодиоды. В итоге получается последовательное включение светодиодов — бегущий огонёк. Резистор R2 ограничивает ток светодиодов на уровне 10 — 20 мА (миллиампер). Один на всех, так как в каждый момент времени активен только один выход дешифратора. Источник питания — батарея «Крона». Но схема будет работать как от порта USB, так и от бортовой сети мотоцикла или автомобиля. Надо лишь подобрать значение резистора R2. Обе микросхемы очень неприхотливы и спокойно работают в диапазоне напряжений питания от 5 до 16 вольт. При питании «кроной», номинале R1 10кОм, частота импульсов таймера около 5 герц, ток потребления всей схемы 22 мА.
Печатная плата выполнена в форме сердца из одностороннего фольгированного текстолита, лазерно — утюжным методом. На рисунке дорожек есть линия контура. После травления края грубо опиливаются полотном по металлу, после обрабатываются наждачной бумагой. На изготовление платы уходит 1 час.
На рисунке красным обозначены перемычки, изготавливаемые из обрезаемых ножек светодиодов, впаянные со стороны деталей. Плата разведена в Word’е. Да, не дружу я пока ни с Eagle, ни с Proteus. Но так проще. Открываем, либо печатаем дома на глянцевую фотобумагу на лазерном принтере, либо в фотомастерской, копировальном центре или минитипографии. Я распечатал в ближайшем центре. Цена одного листа 30 рублей. Шесть копий рисунка платы на листе.
Кто не знаком с лазерно-утюжным методом: берём кусок фольгированного текстолита, зачищаем нулёвкой, обезжириваем ацетоном или спиртом. Прикладываем отпечаток дорожек тонером к фольге. Проглаживаем очень горячим утюгом минут пять, стараясь не сдвинуть отпечаток на фольге. Кладём получившийся бутерброд между двумя фанерками, и придавливаем (у меня 2 гантели по килограмму). Когда остынет кидаем в холодную воду. Через пол часа аккуратно скатываем размокшую бумагу. Весь тонер, рисунок, остаётся на фольге. Бумагу надо смыть тщательно, чтобы рисунок не белел при высыхании. Особенно центры отверстий. Так будет легче сверлить. Если есть мелкие недостатки (тонер не везде прилип) — подрисовываем лаком для ногтей. Потом кладём плату в раствор хлорного железа, покачиваем. В свежем растворе плата травится 10 — 12 минут. Для рук он безопасен. Но надо быть аккуратным. Пятна хлорного железа не отмываются с раковин из нержавеющей стали. Раствор можно использовать многократно. После травления промываем плату водой, можно с мылом. Смываем тонер ацетоном. Сверлим отверстия сверлом 1 мм. Они протравлены, кернить не надо, сверло не убегает. Лудим либо все дорожки целиком, либо только контактные площадки (на мой взгляд так красивее). Придаём плате нужную форму ножовочным полотном по металлу и наждачкой. Плата готова.
Подготавливаем детали. Ножки диодов и конденсаторов подрезаем, оставляя 2,5 — 3 мм. Ножки резисторов подгибаем, и также подрезаем. Из обрезков ножек светодиодов делаем перемычки. Ножки деталей должны торчать со стороны дорожек на 0,5 — 1 мм. Запаиваем, обращая внимание на полярность светодиодов (катодом на общий проводник по краю), электролитических конденсаторов и микросхем (плюсы конденсаторов и ключи микросхем помечены красными точками на рисунке дорожек). С пайкой справился мой сын.
Результат:
С корпусом мы не успели. Изготовили только подставку из оргстекла. На плате оставили выступ, на пластинке оргстекла высверлили паз. Заклеили на суперклей. Батарейку приклеили за платой на двухсторонний скотч.
Все детали можно приобрести в любом интернет-магазине. Мы покупали в магазинах города. Все детали, лист текстолита на 2 валентинки, хлорное железо, лак для ногтей нам обошлись в 500 рублей. Причём из них 300 — хлорное железо и текстолит. Светодиоды тоже дороговаты, 6 рублей штучка. На алиекспрессе продаются наборы. Чем больше штук, тем дешевле. Клемма для кроны 25 рублей. Микросхемы, резисторы и конденсаторы, стоят вообще копейки (рубли).
Проект можно модифицировать. Расположить по другому светодиоды, сильно увеличить время переключения, и поставить светодиоды, моргающие всеми цветами хаотично. Либо наоборот, уменьшить время. Получится эффект биения сердца, мерцающий красный контур. Можно сделать повторители поворотников для зеркал авто, мото, вело. Либо поставить под заднее стекло авто как дополнительный стоп-сигнал вместо китайской светодиодной линейки. Только подобрать номинал токоограничивающего резистора R2. Можно на выходы дешифратора повесить транзисторные ключи и хоть десятью новогодними гирляндами управлять.
Было изготовлено 2 готовых устройства, для мамы и двоюродной сестрёнки. И ещё две платы, которые остались лежать до лучших времён. Сын потерял к этому устройству интерес. Ему уже хочется больше. Он уже грезит 3D принтерами и фрезерами. Знает, что там шаговые моторы. Но следующее, чем мы занялись — это велокомпьютер. И он уже будет на ардуино нано. Но об этом уже в следующей статье.
