Ілля Копалін

Навчальний набір «Цифрова лабораторія» NR05 із серії «Азбука електронщика» може мати безліч практичних застосувань.

З компонентів, що входять в набір, можна зібрати кілька цікавих і корисних пристроїв, таких як годинник, светобудільнік, метеостанцію та інші.

Набір також допоможе закласти основи розуміння сучасної електроніки, програмування мікроконтролерів, взаємодії електронних компонентів в пристроях. Додаючи до набору різні електронні модулі, можна реалізувати практично необмежену кількість цікавих ідей і задумів.

У цьому матеріалі ми розповімо, як з компонентів набору і інфрачервоного бар'єру BM083 виробництва Майстер Кіт можна зробити лічильник / обмежувач доступу в приміщення або на захід, а також електронний фініш з індикацією часу. Причому схема підключення мінятися не буде, а різниця буде тільки в прошивках (програмах) мікроконтролера.

Нам знадобляться входять в набір плата розширення з вбудованим символьним індикатором, триколірний RGB-світлодіод, звуковипромінювач, дроти, а також додатково два джерела живлення на 12 В, і, звичайно, інфрачервоний (ІК) бар'єр BM083 .

Бар'єр складається з двох модулів - передавача (ліворуч) і приймача (праворуч). Для роботи кожного з них необхідне джерело живлення постійного струму напругою 12 В і струмом не менше 60 мА для приймача і 30 мА для передавача. Відстань між передавачем і приймачем може бути до 50 м. Передавач формує інфрачервоне випромінювання, модульоване імпульсами для збільшення завадостійкості, а приймач приймає це випромінювання і включає реле при його зникненні.

Основний варіант роботи ІК бар'єру - це робота «на просвіт», коли приймач і передавач встановлюються один проти одного на певній відстані. У цьому випадку реле в приймальнику спрацьовує при перетині області поширення променя непрозорим для інфрачервоного випромінювання предметом. При використанні такого режиму бар'єр має деякі особливості. Так як приймач комплекту має досить високу чутливість, то при використанні ІК бар'єру в ситуаціях, коли поруч присутні значні відображають поверхні, наприклад, стіни, можуть мати місце збої в роботі, так як приймач буде реагувати на сигнал відбитий від стін. Для того щоб уникнути таких ситуацій, рекомендується на приймач і передавач встановлювати захисні бленди - пластмасові або металеві трубки, зачернені всередині. Такі бленди звужують поле зору пристрою і підвищують надійність його роботи. Висока чутливість приймача дозволяє крім традиційної роботи «на просвіт» використовувати ІК бар'єр в режимі роботи «на відображення». Для реалізації цього режиму потрібно, щоб в контрольованій зоні не було відображають об'єктів. В цьому випадку приймач і передавач ставляться поруч і прямують у бік цієї зони. Між ними встановлюється непрозора перегородка, що перешкоджає прямій засветке приймача передавачем. При появі в контрольованій зоні відбиває світло приймач включить реле. Дальність дії в такому режимі залежить від величини об'єкту, що відображає, але у всіх випадках буде менше, ніж при роботі на просвіт.

Ми будемо використовувати контакти реле приймача для подачі сигналу про спрацювання бар'єру в мікроконтролер (МК) плати Ардуіно, встановленої на платі розширення набору NR05. При цьому для підвищення перешкодозахищеності використовуваного входу мікроконтролера слід використовувати так звані підтягує резистори.

Як відомо, висновки мікроконтролера можуть використовуватися як на вихід, так і на вхід. Висновки Ардуіно стандартно налаштовані як порти введення, таким чином, не потрібно явної декларації в функції pinMode (). Сконфігуровані порти введення знаходяться в високоімпедансних стані. Це означає, що порт введення дає занадто малу навантаження на схему, в яку він включений. Еквівалентом внутрішньому опору буде резистор 100 МОм підключений до висновку мікросхеми. Таким чином, для перекладу порту введення з одного стану в інший потрібно дуже невеликий струм. Це дозволяє застосовувати висновки мікросхеми для підключення ємнісного датчика торкання, фотодіода, аналогового датчика зі схемою, схожою на RC-ланцюг.

З іншого боку, якщо до цього висновку нічого не підключено, то значення на ньому братимуть випадкові величини, що наводяться електричними перешкодами або ємнісний взаємозв'язком з сусіднім висновком.

Якщо на порт введення не надходить сигнал, то в цьому випадку рекомендується поставити порту відоме стан. Це робиться додаванням підтягують резисторів 10 кОм, що включають вхід або до +5 В (підтягують до харчування резистори), або до землі (підтягують до землі резистори).

Мікроконтролер має програмовані вбудовані підтягують до харчування резистори 20 ком. Програмування даних резисторів здійснюється наступним чином.

pinMode (pin, INPUT); // призначити висновку порт введення
digitalWrite (pin, HIGH); // включити підтягаючий резистор

Також допустима така скорочений запис:

pinMode (pin, INPUT_PULLUP);

Підтягує резистори управляються тими ж регістрами (внутрішніми адресами пам'яті мікроконтролера), які керують станами виведення: HIGH або LOW. Отже, якщо висновок працює як порт введення зі значенням HIGH, що означає включення підтягує до харчування резистора, то конфігурація функцією pinMode () порту виведення на даному виводі мікросхеми передасть значення HIGH. Дана процедура працює і у зворотному напрямку, тобто якщо висновок має значення HIGH, то конфігурація виведення мікросхеми як порту введення функцією pinMode () включить підтягуючий до харчування резистор.

Підключення компонентів нашого пристрою однаково для роботи його в якості лічильника і в якості електронного фінішу.

Нижче наведені коди програм для цих двох застосувань.

Коди забезпечені достатньою кількістю коментарів для розуміння їх роботи.

Підключення Ардуіно до комп'ютера, установка оболонки Arduino IDE для написання програм і їх завантаження в Ардуіно докладно описані в навчальному посібнику, що входить в набір. Там же дані початкові відомості про мову програмування для Ардуіно, тексти програм і приклади підключення різних датчиків і пристроїв.

Маленьке відео, яке демонструє роботу пристроїв:

1. Код програми (скетч) для роботи пристрою в якості лічильника .
   
   
2. Код програми (скетч) для роботи пристрою в якості електронного фінішу .

Майстер Кіт