Kontaktní nepájivé pole
Kutilský set je ideální pomůcka pro seznámení s elektronikou a programováním. Obsahuje rozšiřující desku pro micro:bit s kontaktním nepájivým polem, které umožňuje jednoduše zapojovat všechny komponenty obsažené v sadě. Díky kontaktnímu poli lze snadno sestavovat obvody a poznávat funkce jednotlivých elektronických součástek bez nutnosti pájení.
Na začátku je vhodné si rozmístění obvodu nejprve navrhnout na vytištěný plán kontaktního pole. Jakmile si ověříme správnost zapojení, můžeme ho přenést na skutečné pole. K propojení součástek slouží dupont vodiče, které jsou součástí sady.
Funkce
Na obrázku vpravo je znázorněno uspořádání propojení v kontaktním poli. Propoje určují, které řádky a sloupce jsou vodivě spojeny. Napájecí lišty označené červeně (+V) a modře (–V) vedou vodorovně, zatímco zbylé sloupce v hlavní části pole jsou propojeny svisle. Díky tomuto uspořádání lze jednoduše zapojovat součástky a šetřit množství propojovacích vodičů.
Schématické značky
Funkce
Pro práci na kontaktním poli je důležité znát základní elektronické součástky a umět s nimi správně zacházet.
Na začátek doporučujeme vytvářet projekty podle přiložených schémat. Elektronické schéma slouží jako přehledný nákres zapojení jednotlivých součástek a pomáhá pochopit strukturu elektrického obvodu. Všichni elektrotechnici se podle něj orientují. Jakmile si osvojíte základy, můžete si zkusit navrhnout vlastní schéma nebo se inspirovat na internetu.
Na obrázku jsou znázorněny schématické značky základních součástek. U každé součástky je uveden její název, grafická značka používaná ve schématech a její reálný vzhled. U některých součástek je potřeba sledovat polaritu (směr zapojení) nebo hodnotu (např. velikost odporu).
Například u rezistoru určujeme hodnotu pomocí barevných proužků. U LED diody je důležité zapojení správné polarity – delší nožička (anoda) se připojuje ke kladnému napětí (+V), kratší (katoda) k zápornému. Vždy je nutné si tyto informace pečlivě ověřit, aby zapojení fungovalo správně.
Komponenty
LED
LED
Funkce
- Katoda – záporná elektroda
- Anoda – kladná elektroda
Specifikace
- Napětí: ± 2 V
- Maximální proud: 20 mA
- Výkon: 100 mW
- Průměr diody: 5 mm
- Vyzařovací úhel: 20°
- Čočka diody: průhledná, zelená
Zapojení
Schéma
Pro zapojení LED musíme použít také rezistor, jelikož vnitřní odpor diody je velmi malý. Došlo by tak ke zkratu. V našem případě použijeme rezistor o odporu 470 Ohm. Pozor! Pro jiné barvy LED je třeba použít jiné hodnoty rezistorů, protože vytváří jiný úbytek napětí.
Volba rezistoru
Při napájecím napětí UCC = 3,3 V a úbytku napětí na diodě UF = 2 V zbývá na rezistor UR = 1,3 V, protože je zapojen v sérii. Podle Ohmova zákona spočítáme odpor pro požadovaný proud – maximální proud diodou je vyšší, než kolik zvládne pin micro:bitu (max. 5 mA), proto zvolíme nižší proud, např. 3 mA. Výpočet: R = UR / I = 1,3 / 0,003 = 433,3 Ω. Nejbližší vyšší hodnota z odporové řady je 470 Ω, kterou použijeme.
Upozornění: Pro jiné barvy LED je třeba použít jiné hodnoty rezistorů, protože vytváří jiný úbytek napětí.
Program
Základní program
Tlačítko
Tlačítko
Funkce
Toto tlačítko je navrženo pro snadné a spolehlivé použití v různých elektronických zařízeních. Má kompaktní rozměry a nízký profil, což umožňuje jeho snadnou integraci do desek plošných spojů. Je vybaveno mikrospínačem, který zajišťuje přesnou a spolehlivou detekci stisknutí. Díky tomu tlačítko reaguje citlivě na uživatelské vstupy.
Funkce tlačítka je jednoduchá – při uvolnění je obvod rozpojený, při stisknutí dojde ke zkratu a propojení obvodu. Toto chování je přehledně znázorněno také ve schématické značce.
Specifikace
- Typ přepínače: mikrospínač
- Počet pozic: 2
- Maximální zatížení: 0,05 A / 24 VDC
- Mechanická trvanlivost: 1 000 000 cyklů
- Výška tlačítka: 5 mm
Zapojení
Tlačítko jednoduše propojuje dva body v obvodu – při stisknutí vytvoří spojení mezi pinem micro:bitu a napájením (nebo zemí, podle zapojení).
Schéma
V tomto případě stačí umístit tlačítko mezi pin P0 a zem – pin GND. Zmáčknutím tedy dojde ke zkratu, což v tomto případě nepředstavuje nebezpečí pro micro:bit, protože tyto piny typu GPIO jsou k tomuto použití přizpůsobeny.
Program
Základní program
Potenciometr
Potenciometr
Funkce
Potenciometr je speciální druh rezistoru, který se používá jako snímač. Pomocí něj můžeme řídit elektrické obvody, především ovládat hlasitost, jas, rychlost a další parametry. Tento potenciometr je vybaven jedním kanálem o odporu 10 kOhm. Je navržen pro snadné zapojení a montáž na desky plošných spojů. Má standardní velikost a jedná se o typický otočný potenciometr se 3 vývody.
Potenciometr je v principu rezistor, jehož odpor můžeme upravit otočením hlavičky. Přesněji funguje jako napěťový dělič, u kterého nastavujeme poměr odporů. Uzlovým bodem mezi rezistory je jezdec, který je spojen s hlavičkou, kterou otáčíme.
Specifikace
- Typ potenciometru: axiální
- Hodnota: 10 kΩ
- Průběh: lineární
- Úhel otáčení: 300°
- Výkon: 125 mW
Zapojení
Schéma
Program
Základní program
Micro:bit je schopen měřit také analogové hodnoty, nikoliv pouze logickou 1 a 0 (zapnuto/vypnuto, svítí/nesvítí). Na pinu P0 budeme měřit napětí. Maximální hodnota měřeného napětí je 3,3 V, která je však přečtena jako hodnota 1023. Minimální hodnota 0 V je přečtena jako 0.
Pro lepší reprezentaci úrovně naměřeného napětí použijeme blok sloupcový graf z knihovny LED obrazovka. Zobrazená hodnota je přečtené číslo z pinu P0. Maximální hodnota je 1023.
Fotorezistor
Fotorezistor
Funkce
Další velice zajímavá součástka je fotorezistor. Fotorezistor, jak už název napovídá, reaguje na změnu dopadajícího světla změnou svého vnitřní odporu. Tuto změnu můžeme sledovat pomocí AD převodníku (ADC) v micro:bitu, stejně jako u potenciometru.
Specifikace
- Napájení: 3 V
- Spektrální citlivost: 540 nm
- Odezva: 20 ms (náběžná hrana), 30 ms (sestupná hrana)
- Provozní teplota: –30 až 70 °C
- Maximální napětí: 150 V DC
- Maximální výkon: 150 mW
Zapojení
Schéma
Podle připraveného schématu zapojíme na kontaktním poli fotorezistor a rezistor o odporu 10 kOhm do série. Do uzlového bodu sériového zapojení přivedeme dupont z pinu P0.
Program
Základní program
Analogová hodnota
Fotorezistor
Změnou intenzity dopadajícího světla se mění vnitřní odpor fotorezistoru.
Tuto změnu odporu micro:bit pozná podle změny napětí na analogovém
vstupu. Změnu intenzity dopadajícího světla můžeme vyvolat zakrytím
fotorezistoru rukou, nebo naopak osvícením.
Zobrazení
Tranzistor BC547
Tranzistor BC547
Informace
Jedná se o bipolární tranzistor typu NPN. Je často používán v elektronických obvodech pro zesilování signálů nebo řízení proudu.
Tento tranzistor má schopnost spínat a regulovat elektrické proudy v obvodech připojených na jeho elektrody. Je vhodný pro různé aplikace, jako například výrobu zesilovačů, spínačů nebo stabilizátorů napětí. Vyznačuje se nízkým zesílením, nízkým napětím přesycení a je snadno dostupný.
Funkce
Základní vlastností tranzistoru je schopnost zesilovat – malým proudem na vstupu vyvoláme velký proud na výstupu. Pokud do vstupu teče malý proud, z výstupu může téct 200 až 800-krát větší proud (v závislosti na druhu tranzistoru).
Jestliže se na výstupu dostaneme na maximální hodnotu proudu, tranzistor se ze zesilovacího režimu dostává do spínacího režimu. Pak říkáme, že tranzistor je saturován. Jakékoliv zvýšení vstupního proudu již výstupní proud nezmění.
Specifikace
- Typ tranzistoru: NPN
- Maximální proud: 100 mA
- Maximální napětí: 45 V
- Zesílení: od 200 do 800
Zapojení
Tranzistor má 3 elektrody (nožky): báze, emitor a kolektor. Báze je řídící elektroda, která představuje vstup do tranzistoru. Emitor a kolektor jsou řízené výstupní elektrody.
Bipolární tranzistory se řídí proudem vtékajícím do báze. Proto je vždy třeba na bázovou elektrodu připojit rezistor.
Schéma
Použití
Pokud bychom chtěli například ovládat laserovou diodu, nemůžeme ji připojit přímo na pin micro:bitu, protože tento výstup je velmi slabý a slouží pouze k řízení. Proto musíme využít tranzistor. Díky němu slouží výstupní pin pouze k řízení a laserová dioda může být připojena k napájení.
Laserová dioda
Laserová dioda
Funkce
Jedná se o elektronické zařízení, které generuje tenký paprsek laserového světla. Tento laser je napájen napětím o úrovni 3 V. Svou optikou soustředí světlo do jednoho bodu, jiné typy mohou vytvářet různé vzory a efekty.
Je důležité si uvědomit, že laserové zařízení je nutné používat s opatrností a pod dohledem dospělé osoby, protože přímý kontakt s očima může být nebezpečný.
Laser s optikou je obecně využíván v prezentacích, ukázkách optických principů a dalších.
Specifikace
- Napájení: 3 V
- Barva laseru: Červená (650 nm)
- Třída laseru: IIIA
- Výstupní výkon: < 5 mW
- Tvar paprsku: bod
Zapojení
Laserová dioda je elektronická součástka, která vyzařuje úzký a soustředěný paprsek světla, obvykle v červené oblasti spektra. Na rozdíl od běžných LED vytváří koherentní světlo, které je vhodné pro přesné zaměřování, optické přenosy nebo měření vzdálenosti.
Schéma
Program
Základní program
Tranzistor BD911
Tranzistor BD911
Informace
Jedná se opět o bipolární NPN tranzistor, který je však určen pro větší napětí a zvládne přenést vyšší hodnotu proudu. Oproti BC547 je větší a má kovová záda, díky kterým se dokáže lépe chladit. Navíc má i možnost namontování přídavného chladiče.
Opět se využívá v zařízeních, jako jsou zesilovače, spínače, stabilizátory napětí a další.
Zapojení
Je třeba upozornit, že tento tranzistor má jiné uspořádání elektrod, než předchozí BC547. Pro vyzkoušení většího zesílení nebudeme používat laserovou diodu, ale vyzkoušíme si reproduktor.
Reproduktor
Reproduktor
Funkce
Specifikace
- Impedance: 8 Ω
- Výkon: 0,5 W
- Rozměry: 36 × 5 mm
Zapojení
Reproduktor je elektromechanická součástka, která převádí elektrické signály na zvuk. Využívá magnet a cívku k pohybu membrány, která vytváří tlakové vlny ve vzduchu – tedy slyšitelný zvuk. Používá se k reprodukci hudby, hlasu nebo jiných zvukových výstupů v různých elektronických zařízeních.
Schéma
Program
Základní program
DC motor
DC motor
Funkce
Specifikace
- Napětí: 3–5 V
- Proud naprázdno: 0,35–0,4 A
- Počet otáček: 18 000 RPM
- Průměr těla: 20 mm
- Průměr osy: 2 mm
Zapojení
DC motor je elektromechanická součástka, která převádí elektrickou energii na rotační pohyb. Funguje na principu interakce mezi magnetickým polem a proudem protékajícím cívkou, což způsobuje otáčení hřídele. Využívá se k pohonu kol, ventilátorů nebo mechanických částí v různých elektronických a robotických zařízeních.
Schéma
Program
Základní program
LED RGB
LED RGB
Funkce
Specifikace
- Typ diody: LED
- Barva diody: RGB
- Proud LED: 20 mA
- Napětí (červená): 1,8 – 2,6 V
- Napětí (zelená): 2,7 – 3,6 V
- Napětí (modrá): 2,7 – 3,6 V
- Průměr: 4,9 mm
Zapojení
Schéma
Program
Základní program
LED displej 7-segment
LED displej 7-segment
Funkce
Specifikace
- Typ zobrazovače: LED
- Napětí LED: 1,8 V
- Druh zobrazovače: 7-segmentový
- Výška znaku: 14,2 mm
- Barva: zelená
- Počet znaků: 1
Zapojení
Schéma
Program
Základní program
LED displej TM1637
LED displej TM1637
Funkce
Tento displej slouží k zobrazení hodnot ve formě čísel nebo znaků. Narozdíl od předchozího displeje má tento displej možnost zobrazit až 4 znaky vedle sebe. Navíc již není třeba starat se o zapojení jednotlivých segmentů a jejich následné ovládání. Displej je totiž vybaven vlastní jednotkou pro komunikaci s micro:bitem. Zapojení se pak stává velmi snadným.
Je vhodný k vypisování hodnot elektrických a fyzikálních veličin, jako jsou čas, napětí, proud, a další.
Displej se dá zapojit k OMG Robotics rozšiřujícím deskám MB1, MB2 a MB3 pomocí Dupont vodičů. Propojení s micro:bitem je pak mnohem snadnější.
Specifikace
- Napájení: 3–5 V
- Počet znaků: 4 znaky
- Rozměry těla: 66 × 27 × 10 mm
- Rozměry displeje: 50 × 19 × 7 mm
- Barva podsvícení: Červená
- Hmotnost: 15 g
Zapojení
Schéma
Pomocí čtyř Dupont vodičů stačí displej připojit k napájení (3V3) a k zemnícímu pinu (GND). Další dva piny slouží pro komunikaci.
Popis pinů:
- CLK (clock): pin pro hodinový signál (I2C komunikace)
- DIO (data): datový pin (I2C komunikace)
- VCC (voltage): kladný pin pro napájení
- GND (ground): záporný pin pro napájení, zem
Program
Základní program
Budeme potřebovat knihovnu TM1637, která je v testovacím programu již importována.
Inicializace
V prvním kroku je potřeba vytvořit objekt tm, který reprezentuje náš displej. Při vytváření objektu definujeme piny pro komunikaci – dle schématu to jsou piny P0 pro datový signál (DIO) a P1 pro hodinový signál (CLK). Dále nastavíme intenzitu podsvícení (maximálně 8, výchozí je 7) a počet znaků, které displej zobrazí (LED count).
Vytvoříme také proměnnou pocet, která bude uchovávat počet stisknutí tlačítka A. Následně zavoláme funkci turn on, která displej aktivuje. Funkci musíme předat objekt tm.
Zobrazení hodnot
Pro zobrazení hodnot použijeme funkci show number, která funguje podobně jako příkaz pro displej micro:bitu ze základní knihovny. Do funkce předáme proměnnou pocet.
Počet stisknutí
Použijeme blok Při stisknutí tlačítka A, ve kterém budeme k proměnné pocet přičítat 1. Vyzkoušejte si také přidat blok pro tlačítko B, který od proměnné pocet odečítá 1.
IR senzor
IR Senzor
Funkce
Tento senzor je schopen určit, zda je před ním přítomna překážka. Funguje na principu přijímače a vysílače. Vysílač před sebe vyšle světelný signál. Přijímač pak detekuje, kolik světla se vrátilo zpět. Pokud se před senzorem objeví překážka, světlo se od ní odrazí a dopadá na přijímač. Signál má podobu světla, ale v infračerveném spektru, proto se označuje IR, neboli infrared.
Taková technologie se využívá v průmyslu při automatizaci výrobních linek, u automatických bran, snímání pohybu a dalších aplikacích.
Intenzita světla se nemusí měnit pouze přítomností překážky, ale také barvou povrchu, od které se odráží. Senzor tak může poznat, zda je před ním povrch bílé nebo černé barvy.
Senzor je vybaven potenciometrem, kterým jsme schopni určit, při jaké intenzitě se jeho výstup překlopí z logické 1 na logickou 0. Pokud váš senzor není schopen rozpoznat přítomnost překážky, zkuste upravit tuto úroveň otočením potenciometru.
Specifikace
- Čidlo: IR dioda, IR fotodioda
- Komparátor: LM393
- Logický proud: > 15 mA
- Napájecí napětí: 3–5 V
- Velikost: 32 × 14 mm
- Detekční rozsah: 1–15 mm
Zapojení
Schéma
Senzor lze snadno připojit k rozšiřující desce OMG Robotics MB3 pomocí Dupont vodičů. Je potřeba propojit následující piny:
- VCC – napájení (3–5 V)
- GND – zem
- DO – digitální výstup pro komunikaci s micro:bitem
Program
Základní program
Světelný senzor
Světelný senzor
Funkce
Specifikace
- Čidlo: fotorezistor
- Komparátor: LM393
- Logický proud: > 15 mA
- Napájecí napětí: 3–5 V
- Velikost: 32 × 14 mm
Zapojení
Schéma
Senzor lze snadno připojit k rozšiřující desce OMG Robotics MB3 pomocí Dupont vodičů. Je potřeba propojit následující piny:
- VCC – napájení (3–5 V)
- GND – zem
- DO – digitální výstup pro komunikaci s micro:bitem
Program
Základní program
Servomotor
Servomotor
Funkce
Specifikace
- Provozní napětí: 3–7,2 V
- Délka vodičů: 150 mm
- Rychlost: 0,12 s / 60°
- Točivý moment: 1,2 kg·cm
- Teplotní rozsah: -30 až 60 °C
Zapojení
Schéma
Program
Základní program
IR dioda a IR Fotodioda
IR dioda a IR fotodioda
IR dioda
IR dioda funguje stejně jako LED, hlavní rozdíl je v
záření, které emituje. Tento typ záření nejsme schopni
vidět lidským okem, jelikož se nachází v infračerveném
spektru.
IR fotodioda
Specifikace
- Průměr diody: 5 mm
- Výkon: 100 mW
- Vyzařovací úhel: 20°
- Čočka diody: průhledná, modrá
Zapojení
Schéma
