Jak měřit odpor a zkoumat kontinuitu v elektrických obvodech s využitím multimetru

Měření odporu u proměnných rezistorů může být užitečné, pokud chcete ověřit, že dostáváte plný rozsah odporů uvedený na štítku. Proměnné rezistory jsou podobné pasivním rezistorům, ale mají tři nožky. Pokud připojíte měřící hroty na nožky po obou stranách, měli byste změřit maximální odpor rezistoru, který by se měl během otáčení ovládacího kolečka neměnit. Pokud však připojíte hroty mezi střední nožku a jednu z bočních, měřený odpor bude odpovídat skutečné hodnotě, která se bude měnit v závislosti na nastavení ovládacího kolečka. Pokud připojíte hroty mezi střední nožku a opačnou stranu, změníte tím směr otáčení kolečka.

Pokud máte kvalitní multimetr, měl by mít na stupnici symbol reproduktoru nebo symbol pro testování kontinuity. Tento symbol označuje tester kontinuity, který používáte k ověření, že části vašeho obvodu jsou správně propojeny. Multimetr vás o tom informuje pípáním, přičemž ideálně vydává nepřerušovaný tón, když je spojení v pořádku. Nastavte ovládací kolečko na symbol testování kontinuity a spojte konce hrotů dohromady, abyste ověřili, že tester funguje. Pokud uslyšíte nepřerušovaný tón, znamená to, že obvod je správně propojen. Měřící hroty umístěte na jakýkoliv vodič nebo spojení v obvodu, jak je zobrazeno na obrázku.

Elektrické obvody mohou být pro začátečníky poněkud abstraktní, ale pokud se na ně podíváme jednoduše, představují uzavřený systém, který využívá energii z napájení a vrací ji zpět do zdroje, když je obvod uzavřen. Elektrická energie je přenášena formou elektrického proudu, a tento proud je řízen různými komponentami v obvodu. Při práci s obvody je nezbytné mít alespoň základní povědomí o tom, jak fungují základní fyzikální zákony, které říkají, jak se proud a napětí chovají v závislosti na různých rezistorech a dalších součástkách.

$V = I \times R$

Tato rovnice je základem pro výpočet hodnot v obvodu. Pokud znáte dvě z těchto hodnot, můžete vypočítat třetí. Například pokud víte napětí a odpor, můžete vypočítat proud:

V reálné situaci, například při práci s Arduino, může být tato rovnice velmi užitečná. Digitální piny na Arduinu dodávají napětí až 5 V, což je nejběžnější napájení pro základní obvody. LED dioda, která je jedním z nejjednodušších výstupních prvků, vyžaduje napětí obvykle kolem 2 V. Při práci s LED diodami tedy potřebujete správně navrhnout obvod tak, aby napětí a proud odpovídaly požadavkům diody, aniž by došlo k jejímu poškození.

Je důležité si uvědomit, že pokud v obvodu nedochází k odporu, tedy když by napětí bylo přímo propojeno s negativním pólem, dojde k vytvoření zkratu. Zkrat znamená, že proud teče nekontrolovaně a může poškodit nejen komponenty obvodu, ale i napájecí zdroj.

Měření a ověřování kontinuity v obvodu je nezbytnou součástí každého projektu, kde je třeba zajistit, že všechny části obvodu jsou správně propojené. Kromě toho je nezbytné mít přehled o tom, jak správně manipulovat s rezistory a dalšími komponenty, které mohou ovlivnit správné fungování vašeho obvodu. Ohmův zákon je základním nástrojem pro kontrolu těchto hodnot, a pokud se ho naučíte používat, budete schopni nejen chápat, ale i efektivně navrhovat a opravovat elektrické obvody.

Důležitým aspektem při práci s elektrickými obvody je také barvení vodičů a jejich správná interpretace. Barevné kódy na vodičích mohou významně zjednodušit práci při sestavování obvodů, protože vám umožňují rychle rozlišit různé hodnoty napětí nebo signály, které jsou v obvodu přenášeny. Správné barevné označení také minimalizuje riziko chyb a umožňuje vám efektivněji spravovat obvod při jeho testování a opravách.

Jak ovládat motor a servo motor pomocí Arduina: Základy a optimalizace

Po sestavení obvodu a otevření nového Arduino sketche, je potřeba jej uložit pod nějakým zapamatovatelným názvem, například „myMotorControl“. Poté zadejte následující kód:

cpp
Copy code
int potPin = A0; 

int motorPin = 9; 
int potValue = 0; 
int motorValue = 0;
void setup() {
  Serial.begin(9600);  
}
void loop() {
  potValue = analogRead(potPin);
  motorValue = map(potValue, 0, 1023, 0, 255); 
  analogWrite(motorPin, motorValue);              
  Serial.print(“potentiometer = “ );                          
  Serial.print(potValue);         
  Serial.print(“\t motor = “);         
  Serial.println(motorValue);      
  delay(2);                      
}

Tento kód je variantou sketche AnalogInOutSerial a funguje přesně stejně, ale s několika změnami v názvech proměnných, které lépe označují to, co právě ovládáte a monitorujete. Jak je běžné, na začátku deklarujete různé proměnné používané ve sketchi. Pomocí potPin přiřazujete pin potenciometru a motorPin posílá signál motoru. Proměnná potValue slouží k uchování surové hodnoty z potenciometru a motorValue uchovává hodnotu, kterou chcete poslat na tranzistor pro řízení motoru.

Získání minimální hodnoty motoru

Pokud budete mít pocit, že motor zpomalí a začne jen hučet, znamená to, že nemá dostatečný výkon pro roztočení. Pokud budete sledovat hodnoty, které jsou odesílány motoru, můžete zjistit minimální hodnotu pro rozběh motoru a upravit motorValue tak, aby motor správně fungoval v celém svém rozsahu.

Pro získání rozsahu motorValue postupujte následovně:

1. S nahraným sketchi klikněte na tlačítko pro sériový monitor v pravém horním rohu okna Arduino.
   Sériový monitor vám ukáže hodnotu potenciometru následovanou hodnotou, kterou motor dostává, v následujícím formátu:

   ini
   Copy code
   potentiometer = 1023
   
   motor = 255
   

   Tyto hodnoty se zobrazují v dlouhém seznamu a aktualizují se, jak otáčíte potenciometrem. Pokud nevidíte, jak se seznam posouvá dolů, ujistěte se, že je zaškrtnuta možnost „Autoscroll“.

2. Začněte s potenciometrem nastaveným na hodnotu 0 a pomalu otáčejte, dokud neuslyšíte, jak motor začne točit místo hučení.

3. Poznamenejte si hodnotu, která při tomto bodě odpovídá.

4. Použijte podmínku „if“, která způsobí, že motor změní rychlost, pouze pokud je hodnota větší než minimální hodnota potřebná k roztočení motoru. Nahradíte příkaz:

   cpp
   Copy code
   analogWrite(motorPin, motorValue);
   

   tímto kódem:

   cpp
   Copy code
   if (motorValue > vašeHodnota) {
   
     analogWrite(motorPin, motorValue);
   } else {
     digitalWrite(motorPin, LOW);
   }
   

   Nahraďte „vašeHodnota“ číslem, které jste si poznamenali. Pokud je motorValue vyšší než tato hodnota, motor se zrychlí, pokud je nižší, pin se nastaví na LOW, čímž se motor vypne.

Tato malá optimalizace pomáhá vašemu projektu fungovat plynule, bez zbytečného pohybu nebo nevyužitých hodnot.

Servo motory

Servo motor se skládá z motoru a zařízení nazývaného enkodér, které sleduje otáčky motoru. Servo motory jsou určeny pro přesné pohyby, přičemž se pohybují o určitý počet stupňů na přesně určené místo. Pomocí Arduina můžete řídit servo motor a nastavit, na jaký stupeň se má pohybovat. Většina servos motorů je schopná pohybu o 180 stupňů, ale můžete použít převody, které tento úhel zvětší.

Ovládání servomotoru

Pro ovládání servomotoru pomocí Arduina stačí napájení a signál z Arduina. Servo je připojeno třemi vodiči, obvykle červeným, černým a bílým. Červený kabel je připojen k 5V na Arduinu pro napájení motoru a vnitřní elektroniky serva. Černý kabel je připojen k GND pro uzemnění serva a bílý je připojen k pinu 9 pro řízení pohybu serva. Barvy vodičů se mohou lišit, proto je vždy dobré zkontrolovat datasheet nebo dokumentaci k vašemu konkrétnímu motoru.

Pro jednoduché testování můžete použít následující „Sweep“ sketch:

cpp
Copy code
#include <Servo.h>
Servo myservo;
int pos = 0;
void setup() {
  myservo.attach(9);
}
void loop() {
  for(pos = 0; pos < 180; pos++) {
    myservo.write(pos);
    delay(15);
  }
  for(pos = 180; pos >= 1; pos--) {
    myservo.write(pos);
    delay(15);
  }
}

Servo motor se bude pohybovat od 0° do 179° a zpět, což simuluje pohyb starého rotačního hodinového mechanismu.

Jak používat různé typy senzorů tlaku pro detekci hmotnosti a síly

Nejjednodušší formou senzoru tlaku je tlaková podložka, která se skládá z dvou vrstev folie oddělených pěnou. Když je pěna stlačena, kovové kontakty se dotknou skrze pěnu, čímž se uzavře obvod. Tento mechanismus je velmi podobný těm, které se používají v tanečních podložkách, a ukazuje, že pro detekci tlaku není nutné složité řešení. Tyto podložky jsou cenově dostupné a mohou být použity pro různé aplikace, kde je potřeba zjistit, zda na povrch byl vyvinut dostatečný tlak.

Pro větší přesnost je možné použít sílu senzory, které měří sílu, která je na ně aplikována. Tento typ senzoru, běžně označovaný jako odporové senzory, je schopný zaznamenat změnu odporu v závislosti na síle, která na ně působí. I když tyto senzory mohou detekovat změnu hmotnosti, jejich přesnost není dostatečně vysoká pro přesná měření. Jsou vyrobeny z flexibilního PCB (tištěného obvodu) a mají výhodu v tom, že snesou velké síly. Nicméně, je důležité chránit je před přímým kontaktem, aby nedošlo k jejich poškození. Pro ochranu odolných komponentů je doporučeno použití pěny nebo vinylu pro měkčí povrch, na kterém se bude senzor používat.

Na druhém konci spektra, co se týče přesnosti a složitosti, se nacházejí senzory zatížení, které jsou velmi podobné těm, které se nacházejí v koupelnových váhách. Tyto senzory jsou schopné velmi přesně měřit hmotnost do určitého limitu a pracují na principu měření změny odporu, když je kovový prvek podroben napětí. Vzhledem k tomu, že tyto změny jsou velmi malé, vyžadují použití zesilovacího obvodu, jako je most Wheatstone. Tento typ senzoru je nejkomplexnější a jeho implementace obvykle zahrnuje připojení zesilovače k Arduino desce nebo jinému řídicímu zařízení, což může být pro začátečníky náročnější.

Senzory zatížení, na druhé straně, vyžadují stabilní a pevný povrch pro správnou funkci. To může znamenat, že je potřeba experimentovat s jejich umístěním, pokud je použijete pro přesné měření hmotnosti. V některých případech se používají i více senzorů k získání průměrného měření.

Pokud máte zájem o praktické využití těchto senzorů, můžete je snadno integrovat do projektů využívajících platformu Arduino. Například můžete vytvořit klávesnici, která používá síťové odporové senzory k detekci síly stisku jednotlivých kláves, což vám umožní reagovat na intenzitu stisku stejně jako u tradičního piana. Senzory síly jsou velmi flexibilní a mohou být použity nejen pro měření tlaku nebo hmotnosti, ale také pro širokou škálu dalších aplikací, kde je potřeba reagovat na změny v síle nebo tlaku.