Een beginnersgids voor Arduino (4 / 15 stap)

Stap 4: Hardware & elektronica


Voordat we beginnen, zal ik uitleggen enkele van de belangrijkste elektronische componenten. Als je maar net met elektronica begonnen, dit is voor jou!

Soms zal ik gebruiken sommige fysica uit te leggen hoe een bepaalde component werkt, dit is slechts een kantlijnnotitie, het maakt niet uit als u dit nog niet begrijpt.

Ik heb ook mits enkele links naar video's op YouTube, dat hielp me begrijpen van de basisprincipes van de verschillende onderdelen.

Fundamentele fysica

Elektriciteit is de stroom voor de elektrische lading dragers: elektronen (in de meeste gevallen).

Elektronen zijn de negatief geladen deeltjes die dwarrelen rond de positief geladen nucleus (kern, meervoud: kernen) van een atoom.

Elektronen kunnen gemakkelijk bewegen door metalen, zoals koper, zilver, goud... We noemen deze materialen dirigenten.
Deze materialen hebben vrij bewegende elektronen.

Materialen zoals kunststof, hout, glas, lucht... niet het gedrag van elektriciteit zeer goed. Ze heten isolatoren.
Ze hebben geen bewegende elektronen of andere lading dragers.

Een stuk van materiaal dat heeft meer negatieve ladingen (elektronen) dan positieve degenen (kernen met positieve protonen), negatief geladen is.
Een stuk van materiaal dat heeft minder negatieve ladingen dan positieve, is positief geladen.
(Merk op dat alleen de elektronen bewegen kunnen, de positieve kernen vastzitten in een raster.)

Net als magneten, tegenover kosten trekken elkaar: wanneer u één stuk van materiaal dat heeft meer elektronen en een stuk dat minder elektronen heeft, de elektronen in het negatieve stuk zal worden aangetrokken door de positieve stuk. Als er een dirigent tussen deze stukken, deze elektronen 'doorloopt' op het positieve deel: dit is een elektrische stroom.

Huidige drukt het bedrag van de kosten die een dirigent per eenheid van tijd doorstromen. De eenheid is versterkers (Ampère), en wordt gedefinieerd als C/s, waarbij C Coulomb (toeslag) en s is seconden (keer). Het symbool is ik.

Een accu heeft een negatieve kant die heeft meer elektronen en een positief dat heeft minder elektronen. Zoals ik al eerder zei, de elektronen zal proberen te bereiken van de positieve kant, maar ze kunnen niet gaan via het intern circuit van de batterij zelf overbelasten. Dit geeft de elektronen potentiële energie. Dit is de energie die is uitgebracht als licht en warmte in een lamp, als beweging (kinetische energie) in een motor... Het verschil in potentiële energie van een heffing op de positieve en een vergoeding aan de negatieve kant, heet de spanning. De eenheid volt is, en wordt gedefinieerd als J/C, waarbij J Joule (SI-eenheid van energie) en C is Coulomb (SI-eenheid van lading). Dit spreekt hoeveel energie een bepaalde lading (lees: aantal elektronen) loslaat.
Het symbool voor volt is V of U (van het Duitse woord 'Unterschied', verschil, en verwijst naar het potentiaalverschil).

Macht is de hoeveelheid energie die per tijdseenheid is uitgebracht. De SI-eenheid is watt, en wordt gedefinieerd als J/s waarbij J Joule en s is seconden. Als u huidige door spanning vermenigvuldigen (C/s ∙ J/C) de C tenietdoet, zodat je J/s. Dit betekent dat spanning vermenigvuldigd met huidige geeft u de wattage.

In de meeste schema's, de conventionele stroom wordt gebruikt: pijlen zijn ontleend aan de positieve kant naar de negatieve kant. In de praktijk echter kunnen alleen elektronen bewegen, dus de werkelijke richting van de stroom van de negatieve kant aan de positieve kant.

Weerstanden

Weerstanden zijn componenten met - zoals de naam impliceert - een elektrische weerstand, met andere woorden, zij beperken de stroom van elektronen, dus ze worden vaak gebruikt voor het beperken van de huidige.

De SI-eenheid van resistentie is Ohm, vaak geschreven als de Griekse letter omega (Ω). Ze worden vaak gebruikt met de eenheid voorvoegsels kilo (k) en mega (M). Bijvoorbeeld 1.2MΩ = 1M2Ω = 1, 200kΩ = 1.200, 000Ω = 1.200, 000E = 1.200, 000R. (merk op dat het schrijven van een cijfer na het voorvoegsel hetzelfde is als het schrijven ervan na het decimaalteken. Ook in sommige schema's, worden E- of R gebruikt in plaats van Ω).

De waarde van een weerstand is geïndiceerd door 4 (of 5) gekleurde banden, met behulp van de weerstand kleurcode:
De eerste bands 2 (of 3) zijn de 2 (of 3) eerste cijfers van de waarde, en de 3e (of 4e) band is de macht van tien die na die 2 (of 3) cijfers komt. Dit wordt ook wel genoemd de multiplier, en is alleen het aantal nullen dat je moet toevoegen. De laatste band is de tolerantie, en is meestal zilver of goud.
Bijvoorbeeld rood rood rood goud = 22 x 100Ω = 2, 200Ω = 22 x 10² Ω = 2k2Ω = 2.2kΩ, met een tolerantie van 5%; blauw zwart bruin roze groen = 560 x 10Ω = 5, 600Ω = 5k6Ω = 5.6kΩ, met een tolerantie van 2%.

De relatie tussen weerstand, spanning en stroom kan worden berekend aan de hand van de wet van Ohm.

IK = V/R

waar I is de stroom in ampère, de spanning in volt, V en zijn de weerstand in ohm.
Dit is een zeer, als niet de meest belangrijke formule in elektronica, dus probeer te onthouden!

Condensatoren

Een condensator is een elektrische component die kan elektrische lading opslaan (in de vorm van elektronen).
Hoewel ze fundamenteel verschillend, in sommige opzichten zijn, gedraagt het zich als een kleine oplaadbare batterij.
Wanneer een spanning wordt toegepast op een condensator, het potentiaalverschil (een verschil in aantal elektronen → de kant met meer elektronen heeft een negatieve lading, in vergelijking met de andere kant) deze elektronen kunnen stromen uit de condensator weer wanneer de spanning niet langer wordt toegepast, net als een batterij.

Condensatoren worden gebruikt in de filters, bijvoorbeeld om te filteren op het 50 / 60Hz lawaai van uw voeding, of om te hoge frequenties uit uw muziek filteren wanneer u op de low-pass filter, of het uitschakelen van de bass en treble knoppen op uw versterker. In deze gevallen de condensator lasten en plichten kwijt en echt snel.
Een ander gebruik van de condensator, is filteren op gelijkspanning.

De SI-eenheid van elektrische capaciteit is Farad, of F. Dit is een zeer grote eenheid, en in de meeste gevallen ziet u voorvoegsels zoals pico (p), nano (n) of micro (µ).

Op enkele kleinere condensatoren, is de capaciteit geschreven met behulp van een drie-cijferige nummer. De eerste twee cijfers zijn de eerste twee cijfers van de waarde, en het derde cijfer is de macht van tien te vermenigvuldigen met. De eenheid van de waarde die u krijgt is picofarad.
Bijvoorbeeld 104 = 10 x 10⁴ = 100.000 pF = 100 nF = 0.1 µF (= 0,0000001 F)

Grotere condensatoren, het elektrolytische type, (meestal cilindrische degenen) hebben een polariteit, gekenmerkt door een grijze lijn. Als u verbinding maakt hen de verkeerde manier rond, kunnen ze exploderen, wees voorzichtig!

Transistors

Een transistor is een halfgeleider-apparaat, dat wordt gebruikt om te schakelen of een signaal versterken. U kunt denken aan het als een schakelaar, dat kan worden bediend met behulp van een zeer zwak signaal, een huidige gecontroleerde schakelaar.

Een transistor heeft drie terminals: ze heten de base (B), de emitter (E) en de verzamelaar (C).
De emitter 'straalt' elektronen, en ze worden 'verzameld' door de verzamelaar. De basis is gebruikt om deze stroom van elektronen.
Als een kleine huidige stromen van de basis naar de emitter, zullen een veel grotere stroom van de collector naar de emitter vloeien. Hoe groter deze C-E-stroom is, is afhankelijk van een constante, specifiek voor het type transistor. Deze constante heet de huidige winst van DC, en is het symbool van de Griekse letter BètaNieuws (β) of Hfe.
Bijvoorbeeld hebt u een transistor met β = 100, en uw huidige B-E = 10mA, zullen uw huidige C-E 1A.
Dit beginsel wordt gebruikt in de versterkers.

Natuurlijk, de transistor niet kan houden op frequentiebanden te versterken voor altijd: op een bepaald punt, zal de transistor slechts fungeren als een schakelaar: de transistor is nu in de verzadiging modus.

Er zijn twee soorten transistoren: NPN en PNP. Dit heeft te maken met de halfgeleiders binnen.
Het verschil is de richting waarin de stroom, meer hierover in de voorbeelden in de volgende stappen vloeit.

MOSFETs

Een ander type transistor is de MOSFET, afkorting van Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor.
De MOS gewoon staat voor de materialen die het wordt gemaakt van en FET betekent dat de hoeveelheid stroom die wordt verhuurd door wordt gecontroleerd door een veld, een elektrisch veld, meer in het bijzonder. Natuurkunde vertelt ons dat hoe hoger de spanning, hoe sterker het elektrische veld, zodat we de stroom met behulp van een spanning, controleren kunnen terwijl de normale (bipolaire Junction Transistor of BJT) stroom gebruikt om de huidige controle.

Een MOSFET heeft ook drie pinnen: een poort (G), een afvoer (D) en een bron (S).
De bron is waar de elektronen uit komen, en ze doorstromen naar het afvoerkanaal. Deze stroom wordt geregeld door de spanning aan de poort (en haar begeleidende elektrisch veld). Naar analogie met de transistor, kan de poort worden vergeleken met de basis, de bron van de emitter en de afvoer aan de verzamelaar.

Een voordeel van een MOSFET ten opzichte van een BJT is de hogere efficiëntie: wanneer volledig ingeschakeld, een MOSFET heeft een D-S-weerstand van een paar tientallen gelijkstroomweerstand. Dit resulteert in veel minder Vermogensdissipatie (warmte) tijdens het rijden van high-current ladingen.
Ook geen huidige stromen van de poort naar de bron.

Een nadeel is echter dat u nodig heeft over 10v op de poort voor de meeste MOSFETs om volledig op. Dit is 2 - 3 keer hoger dan de spanning van een Arduino uitgang Pins, bijvoorbeeld.

Diodes

Net als een transistor is een diode een halfgeleider-apparaat. Een van de interessante eigenschappen van een diode, is dat ze alleen elektriciteit in één richting voeren.
Arduino boards Arduino boards hebben bijvoorbeeld een diode in serie met hun macht-ingang, om te voorkomen dat u van de omkering van de macht, en het beschadigen van de chip.

Dioden hebben een voorwaartse spanningsval variërend van 0.5v tot 0.7v. Dit betekent dat als u de spanning voordat de diode meet, het zal gaan over 600mV hoger dan na de diode.

Natuurlijk, een diode heeft zijn grenzen: als de omgekeerde spanning te hoog is, het zal breken, waardoor het om te laten van huidige pass in de verkeerde richting. In sommige dioden gebeurt dit op een gecontroleerde manier. Deze dioden, zener diodes worden genoemd. Ze zal alleen uitvoeren als de spanning hoger dan een bepaalde waarde, specifiek voor de zener is.
Deze waarde is constant, dus zener diodes worden gebruikt als verwijzing in spanningsstabilisatoren.

LED 's

Een LED, afkorting voor Light Emitting Diode, is als een normale diode, maar ze de energie (van hun voorwaartse spanningsval) als licht, in plaats van warmte uitstralen. Hun spanningsval is hoger dan een normale diode: uit 1.2V voor een infrarode LED, tot 3.5v voor de blauwe en ultraviolette LED's.

Als de huidige gaan door de LED te hoog is, zal het sterven. Om dit te voorkomen, wordt een weerstand in serie gebruikt.
Doe dit altijd, anders zult u het doden van de LED binnen een seconde.

Relais

Een Relais is een ware huidige gestuurde schakelaar. Het bestaat uit een spoel, naast een stuk metaal, die door een veer terug getrokken. Wanneer huidige stroomt door de spoel, het genereert een magnetisch veld dat trekt het stuk metaal en een verbinding maakt.

Het voordeel is dat u zeer kunt hoge-current of AC ladingen, en zij voegen vrijwel geen extra weerstand.
De nadelen zijn dat relais zijn traag, aangezien zij moeten fysiek verplaatsen, ze zijn kwetsbaarder, als gevolg van de bewegende delen, ze uiterst traag zijn, in vergelijking met een transistor, en ze kunnen creëren vonken.

Andere delen

Natuurlijk zijn er talloze andere onderdelen die u in uw Arduino projecten gebruiken kunt:

Microfoons en luidsprekers: dynamische microfoons hebben een spoel en een magneet aan de trillingen van de lucht omzetten in elektrische signalen. Ook sprekers gebruiken een spoel die in een permanent magneetveld beweegt om te genereren die trillingen, wanneer gevoed met een AC-signaal. Electret microfoons vertalen luchtbeweging aan veranderingen in capaciteit. Piëzo schijven trillingen omzetten in spanning, en vice versa, dus ze kunnen worden gebruikt als een microfoon én een kleine luidspreker.

Schakelaars: schakelopties zijn gemakkelijk invoerapparaten voor uw Arduino, ze bestaan in alle soorten en maten.

Variabele weerstanden of potentiometers: dit is alleen circulaire resistieve overtrekken en een wisser, verbonden aan een draaiende as, die de weerstand verandert als het beweegt langs het spoor.
Kleine versies zonder een schacht heten trimpots.

ICs en chips: er is een enorm breed scala aan ICs beschikbaar, zoals spanningsstabilisatoren, microprocessoren, op-amps, versterkers, logic-poorten, geheugen, timers, enzovoort.

Sensoren: Vindt u een sensor voor vrijwel alles licht sensoren, temperatuursensoren, afstand sensoren, alcohol sensoren, zelfs GPS-modules, camera's... Andere varianten zijn optointerrupters, reed (magneetschakelaars)...

Roterende of optische encoders: ze beweging omzetten in een reeks van pulsen, zoals de volumeknop in uw auto, of de knop op uw magnetron.

Schermen: LCD-schermen kunnen worden gebruikt (sommige met touchscreen), of eenvoudige 7-segment LED displays, zelfs kleine OLED displays zijn beschikbaar.

Ventilatoren, spoelen en motoren: computer fans, elektromagneten, gelijkstroommotoren, stappenmotoren, servo's, enzovoort.

Macht

U kunt stroom uw Arduino van een USB-poort, maar deze oplossing is beperkt tot 5v en 500mA alleen, dus als u gebruik wilt maken zoals motoren, of dingen die een hoger voltage vereisen, u een voeding moet.
Een benchtop voeding is de beste oplossing, denk ik: ze hebben huidige beperkende functies, verstelbare spanningen, en ze kunnen leveren veel macht. De meeste van hen hebben ook enkele handige 12v en 5v output, naast hun regelbare output. Maar ze zijn meestal vrij duur...

Een oplossing kan zijn een muur-wrat-adapter, die stekkers recht in je Arduino. De on-board voltage regulator van de Arduino zal stap naar 5v voor de chip zelf. De regelgever kun je alle spanning tussen 6v en 12v, volgens de specs.

Een andere grootmacht oplossing is de voeding van een computer: ze hebben veel macht, thermische beveiliging, kortsluiting bescherming, en leveren de meest voorkomende spanningen (3v3, 5v, 12v). Er zijn een heleboel Instructables op welke manier voor kappen een oude computer PSU, bijvoorbeeld:
Een nadeel is dat de huidige bescherming niet gevoelig helemaal niet, omdat het is ontworpen voor computeronderdelen die over 30A trekken kunnen of meer in totaal, dus uw circuit kan ontploffen en vuur, vernietiging van iets dat het verbonden is, zolang het trekt minder dan de nominale stroom, de PSU zal gelukkig houden op het leveren van kracht.
Daarnaast gebruikt de PSU echt hoge spanningen, in een metalen behuizing, dus het hacken is niet zonder risico's...

U kon ook het bouwen van uw eigen voeding natuurlijk, maar het zal waarschijnlijk goedkoper om te kopen gewoon een fatsoenlijke benchtop power supply.

Voedingsbronnen voor mobiele toepassingen kunnen coin cell batterijen, als het circuit niet veel macht, tekent of standaard AA batterijen, een 9v batterij, oplaadbare Ni-MH of Li-ion batterijen, een USB-powerbank, of zelfs zonnepanelen.

Opslag

Ik gebruik twee lade kasten voor het opslaan van alle kleine onderdelen en een dozijn andere vakken voor motoren, PCB's, kabels enz. Sommige hebben kleine compartimenten, voor het opslaan van schroeven, bouten en moeren.

Als je Arduino of sommige andere IC of chip geleverd in een glanzende plastic zak, gooi het niet weg! Het is waarschijnlijk een antistatische zak, ter bescherming van de componenten die gevoelig zijn voor schade als gevolg van ESD (elektrostatische kwijting), gebruiken ze om te slaan uw fiches.

Ook de meeste ICs komen in een stuk van antistatische schuim, houd ze voor het opslaan van uw chips, het beschermt ze tegen ESD, en zorgt ervoor dat de benen buigen.

Hulpmiddelen

De basisinstrumenten die je nodig hebt zijn draad scharen en draad strippers, waarschijnlijk sommige Tangen en een aantal kleine schroevendraaiers. Een multimeter in handig komt heel vaak, en hebt u dat twee van hen, u zowel spanning en stroom op hetzelfde moment, dat is een groot pluspunt, hoewel niet op alle noodzakelijke kunt meten.
U moet ook een soldeerbout en wat soldeer, misschien een desoldering pomp, tot delen van de restwaarde van een oude PCB.

Voor prototyping moet u een solderless breadboard, en wat jumper draadjes. U kunt ook dunne koperen draad met een vaste kern. Één van beide manier, u moet wat draad, meestal koop ik rode, zwarte en witte draad, ongeveer 10m. (Rode wordt gebruikt voor positieve, zwart voor negatieve of grond, en wit voor 'andere dingen') U zult versteld staan van hoe snel u het uitputten.

Sommige perfboard kan handig komen voor permanente circuits.

Gerelateerde Artikelen

Een beginnersgids voor Kolrosing, door een beginner.

Een beginnersgids voor Kolrosing, door een beginner.

* Dit is mijn inzending voor de wedstrijd "Houtbewerking". Als je van wat ik hier heb gedaan gelieve te stemmen! Bedankt! *Dus je zo ongeveer klaar met uw houtbewerkingsproject bent, hebt misschien je gemaakt enkele lepels, een mooie doos, een m
Visie: Een fakkel voor de personen met gezichtsstoornissen

Visie: Een fakkel voor de personen met gezichtsstoornissen

Visie is een apparaat van de fakkel gevormd om te helpen blinden navigeren met meer comfort, snelheid en vertrouwen, terwijl maken gebruik van ultrasone golven te detecteren in de buurt van hindernissen en hoogte te stellen van de gebruiker door midd
Digitale multimeter shield voor Arduino

Digitale multimeter shield voor Arduino

Dit instructable beschrijft een schild, die "Arduino" board in een digitale multimeter (DMM converteert).Het schild kan worden ingevoegd in "Arduino" UNO und Duemilanove planken. Het kan werken in drie modi:standalone - de meting gegev
How to Build een schild voor de Linkit One

How to Build een schild voor de Linkit One

Hallo mensen! Pure koolstof hier met een ander Instructable. Vandaag zal ik u tonen hoe te bouwen van een aangepaste schild voor het Linkit één Board. Voordat we in dat krijgen maar moet ik u vertellen waarom ik ging op dit streven in de eerste plaat
Een Absolute beginnersgids voor de Intel Edison

Een Absolute beginnersgids voor de Intel Edison

Hey daar! Onlangs ontving ik een Intel Edison board van Instructables, als een aardige gift. Als je afvraagt wat dat is, is de Intel Edison een kleine computer de grootte van een SD-kaart (dat is serieus klein), voor elektronica en computer hobbyiste
ArduDroid: Een eenvoudige 2-weg Bluetooth gebaseerde Androïde Controller voor Arduino

ArduDroid: Een eenvoudige 2-weg Bluetooth gebaseerde Androïde Controller voor Arduino

UPDATES:19 nov. 2031: advies: de fantastische synergie tussen Arduino & Android.30 oktober 2013: Andruino is nu officieel ARDUDROID en zal binnenkort beschikbaar op Google Play. Deze naamswijziging te vermijden conflict met een andere app op Google P
Het maken van een androïde toepassing voor Arduino (LED Turn on/off)

Het maken van een androïde toepassing voor Arduino (LED Turn on/off)

hier hebben we een androïde toepassing die gebruikmaakt van ecllipsedeze toepassing inschakelen leidde op arduino.deze toepassing werkt ook in je LAN.Hardware vereist:1: arduino uno2: arduino ethernet Shield3: RJ45-kabel4: LED5. android telefoonDe so
SensoDuino: Zet uw Androïde telefoon in een draadloze sensoren Hub voor Arduino

SensoDuino: Zet uw Androïde telefoon in een draadloze sensoren Hub voor Arduino

UPDATES23 november 2013: SensoDuino 0.160 krijgt een links.19 nov. 2031: advies: de fantastische synergie tussen Arduino & Android.19 november 2013: SensoDuino 0.159 is uit. Android telefoon datum (y, m, d) en tijd (h, m, s) worden ondersteund als se
Gemakkelijk, omkeerbare Motor controle voor Arduino (of een Microcontroller)

Gemakkelijk, omkeerbare Motor controle voor Arduino (of een Microcontroller)

dit project maakt gebruik van slechts drie hoofdcomponenten voor voorwaartse en omgekeerde bepalen voor een interne motor.  U kunt het gemakkelijk interface naar een Arduino of elke andere microcontroller.Het is zo eenvoudig - u kunt het draad van "f
AVRSH: Een tolk opdrachtshell voor Arduino/AVR.

AVRSH: Een tolk opdrachtshell voor Arduino/AVR.

Ooit wilde worden "aangemeld" bij uw AVR microcontroller? Ooit gedacht dat het zou gaaf zijn aan de "kat" een register om te zien van de inhoud ervan? Hebt u altijd al wilde een manier om de nodige energie en individuele perifere sub-s
Een Complete gids voor Onboard Jumpers op de Intel Edison kit voor Arduino

Een Complete gids voor Onboard Jumpers op de Intel Edison kit voor Arduino

De Intel® Edison kit voor Arduino kunt de Intel® Edison verenigbaar met Arduino shields ontworpen voor de UNO R3. De Arduino Expansion Board omvat verschillende jumper headers configureren van de Raad van bestuur met verschillende instellingen zoals
Een kleine Tea Timer (TTT) machine voor Arduino en ATtiny

Een kleine Tea Timer (TTT) machine voor Arduino en ATtiny

De TinyTeaTimmer (TTT) is een implementatie voor een kleine accessoire die gemakkelijk kan worden gemonteerd en geprogrammeerd d.m.v. een schakelaar, een knop, 1 of 2 LED's, een kleine servomotor en een Arduino board of een ATTiny-processor.De schets
Een gids voor het beheren van dingen met wisselende inbreng (via arduino)

Een gids voor het beheren van dingen met wisselende inbreng (via arduino)

het hart van dit project is een) aansluiten van een sensor op de analoge ingang van de arduino en b) programmeren met de if... else-statement.dit specifieke project toont een computer koelsysteem te handhaven bepaalde temperatuur binnen een computer
Een gids voor Raspberry Pi Arduino mededeling in Embedded systemen

Een gids voor Raspberry Pi Arduino mededeling in Embedded systemen

Dit is een gids voor verschillende methoden voor communicatie tussen de Raspberry Pi en Arduino. Deze handleiding is gemaakt van alles wat die ik heb geleerd van de oprichting van een forest capaciteiten. De post van het project kan worden gezien, ee