Temat 4 - podłączamy diody LED do Raspberry Pi

Raspberry Pi to wspaniały komputer pozwalający podłączać wiele czujników i odbiorników.
Znamy już program SCRATCH to teraz spróbujemy sterować diodami LED za jego pomocą.
Użyjemy trzech diod LED, o różnych kolorach, połączonych tak jak na schemacie ideowym.

R1, R2 i R3 to rezystory o wartości 510 omów. Do połączenia elementów użyjemy płytki stykowej.
Tak powinien wyglądać rezultat naszej pracy.

Podłączenia do RasPi można dokonać tylko przy wyłączonym zasilaniu i po dokładnym sprawdzeniu układu. Przy błędnym połączeniu możemy uszkodzić komputer.

Po połączeniu wszystkich elementów na płytce stykowej sprawdź ich działanie podłączając źródło zasilania, czyli nasz koszyk z trzema bateriami AA. Biegun ujemny (czarny kabelek) podłączamy do dowolnego pinu w wierszu Y. Biegun dodatni (+) podłączamy kolejno do przewodów służących do połączenia z RasPi.

Jeżeli zapalają się wtedy diody LED to wszystko jest OK. Odłączamy zasilanie, sprawdzamy czy zasilanie RasPi jest wyłączone i podłączamy cztery kabelki do odpowiednich pinów złącza GPIO.

Sprawdzamy raz jeszcze i jeżeli wszystko jest OK włączamy zasilanie RasPi.

Po chwili uruchomi się system z ekranem powitalnym podobnym do systemu Windows. Na pulpicie znajdziemy ikonę SCRATCH GPIO4.  Jest to specjalna wersja umożliwiająca sterowanie diodami.

A teraz stworzymy pierwszy program:

Wewnątrz pętli "zawsze" znajdziesz nowe polecenie "nadaj" Powoduje ono nadanie, czyli wysłanie sygnału włączania lub wyłączenie odpowiedniego wyjścia. Nadaj pin15high oznacza ustaw linię 15 w stan wysoki, a pin15low oznacza ustaw ją w stan niski. No to teraz chyba wszystko już jest jasne.

Po wykonaniu pierwszego polecenia zaświeci się dioda połączona do wyjścia 15. Potem po 1 sekundzie zgaśnie, bo nadaliśmy polecenie pin15low. Potem po sekundzie znów zostanie nadane polecenie pin15high i tak wszystko będzie się odbywało w pętli bez końca.

A tutaj pokażę jeszcze inne sposoby sterowania wyjściami GPIO.

Polecenia high i low zastąpimy teraz przez on i off. Działanie jest dokładnie takie samo. All na początku oznacza, że polecenie dotyczy wszystkich wyjść.

Można też łączyć po dwa lub więcej poleceń w jednej komendzie nadaj.
Pytanie kontrolne:
Jak będzie działał program pokazany na ostatnim wydruku?

Temat 3 - Jak to teraz połączyć

Wspomniałem w poprzednim temacie, że do łączenia elementów będziemy używali prototypowej płytki stykowej. Dziś ją dokładnie poznamy. Taka płytka ma postać plastikowej podstawki z wieloma otworami. Niektóre z nich są ze sobą połączone od spodu metalową listwą przewodzącą prąd. Pamiętamy z poprzednich tematów, że plastik ( tworzywo sztuczne ) jest izolatorem i nie przewodzi prądu.
Elektronicy używają płytek o różnej wielkości i ilości otworów. My użyjemy takiej, która ma 270 punktów stykowych.

Te czerwone, niebieski i czarne kreski przechodzące przez punkty stykowe oznaczają ich połączenie i nie są widoczne. Będziemy mówili, że te punkty stykowe położone poziomo obok siebie leżą w wierszach, a te pionowo obok siebie umieszczone są w kolumnach. Poszczególne wiersze oznaczone są literami od A do J, oraz X i Y, a kolumny liczbami od 1 do 23. Nie wszystkie są opisane z powodu braku miejsca. A więc wszystkie punkty leżące w wierszu X są ze sobą połączone, co oznacza czerwona kreska. Tak samo te z wiersza Y - niebieska kreska. Leżące w kolumnach punkty A,B,C,D,E są też połączone, co oznaczają czarne kreski. To samo dotyczy punktów F,G,H,I,J.

Ćwiczymy:
1. Policz ile kolumn z otworami stykowymi występuje na płytce.
2. Policz ile jest wierszy.

Na pewno znasz grę w okręty, a więc określenie położenie punktu za pomocą jego współrzędnych nie jest Ci obce. Tak więc określenie A,1 oznacza punkt leżący w drugim wierszu i pierwszej kolumnie. J,15 to punkt leżący w wierszu 12 i 15-tej kolumnie itd.

Ćwiczymy:
Odszukaj punkty o współrzędnych X,5  E,21  C,6   J,19  G,11  Y,13

A teraz trochę o przewodach, które będą nam potrzebne do łączenia. Jak widzisz są różnej długości i każdy ma metalową końcówkę pasującą do otworu w płytce.

Ćwiczymy:
Połącz ze sobą punkty B2 i E20, a następnie G23 i J15. Dobieraj długość przewodu tak aby nie było zbyt dużego nadmiaru.
Zadanie sprawdzające: 
Wybierz 3 dowolne pary punktów na płytce. Zapisz je na kartce. Przygotuj stoper lub zegarek z sekundnikiem. Poproś rodziców lub rodzeństwo o "sędziowanie". Na sygnał START rozpocznij łączenie tych punktów przewodami. Osiągnięty czas prześlij mi SMSem lub e-mailem. Powodzenia.

A więc poznałeś już źródło prądu, diody LED, rezystory i płytkę montażową. Już niedługo zaczniemy to wszystko łączyć.

Temat 2 - Podzespoły elektroniczne: diody LED i rezystory

Zanim zaczniemy budować jakikolwiek obwód elektryczny musimy dokładnie poznać wszystkie elementy z których będzie się on składał. Znamy już źródła prądu. A teraz poznamy:

DIODY ŚWIECĄCE LED

To elementy bardzo często spotykane w wielu urządzeniach codziennego użytku. Pod wpływem przepływu prądu elektrycznego kryształek półprzewodnika wysyła światło o różnej barwie. Najpopularniejsza jest dioda świecąca na czerwono, ale spotykamy żółte, zielone, niebieskie, białe, a także takie które wysyłają światło niewidzialne. Niektóre diody świecą światłem przerywanym.

Dioda ma wyprowadzone dwa przewody zwane anodą i katodą. Ważne jest aby dobrze podłączyć diodę do źródła zasilania. Anoda musi być zawsze podłączana do bieguna dodatniego (+), a Katoda do bieguna ujemnego (-). Jak poznać które wyprowadzenie jest anodą lub katodą.

Najczęściej anoda jest dłuższa od katody. Niekiedy długości wyprowadzeń bywają jednakowe. Wtedy trzeba popatrzeć na diodę od strony wyprowadzeń. Zauważ, że z jednej strony ta okrągła obudowa jest spłaszczona. Tu właśnie jest katoda.
Ćwiczymy. 
Obejrzyj dokładnie każdą diodę i określ które wyprowadzenie jest anodą, a które katodą.

REZYSTORY

nazywane też opornikami służą do ograniczenia prądu płynacego w obwodzie. Rezystor to taki mały cylinder, który ma dwa wyprowadzenia. Na rezystorze namalowane są kolorowe paski. To zakodowana wartość ich oporności.

Zapamiętaj - duży opór wtedy w obwodzie popłynie mały prąd, a przy małym oporze duży prąd.
Diod LED nie wolno podłączać do zasilania bez rezystora ograniczającego wielkość prądu, bo duży prąd który wtedy popłynie mógłby je zniszczyć.

PRZEWODY i ELEMENTY POMOCNICZE

Będziemy też używali przewodów połączeniowych. Przewód zbudowany jest z dwóch zasadniczych warstw. W środku jest metalowy drut, który przewodzi prąd, a na zewnątrz kolorowa izolacja  zabezpieczająca przed dotknięciem i przypadkowym zwarciem przewodów.

Ćwiczymy. 
Weź kawałek przewodu, sprawdź, czy nie jest podłączony do prądu i usuń z niego izolację na długości około 1 cm. Pomyśl z jakich narzędzi skorzystać przy usuwaniu izolacji.  Zapamiętaj, że metale są przewodnikami prądu, a tworzywa sztuczne nie.

Jak teraz połączyć te elementy. Można na wiele sposobów. Często stosuje się rozmaite zaciski gdzie np. śrubka  dociska przewody i w ten sposób je łączy. Można też lutować przewody. A my tak jak wszyscy elektronicy do doświadczeń i próbnych połączeń użyjemy tak zwanej prototypowej płytki stykowej. I od jej poznania zaczniemy następne spotkanie.

Temat 1 - Podstawowe źródła zasilania

Mój Kochany Wnuku,
spróbuję pomóc Ci poznać wspaniały świat elektroniki i komputerów. Jeżeli Cię to zaciekawi to nauczymy się budować różne obwody elektryczne i pisać programy. Celem będzie zbudowanie urządzenia wykonującego zadane polecenia. Czy będzie to robot? To zależy tylko od nas jak go skonstruujemy, zbudujemy i zaprogramujemy. Przed nami dużo pracy, w więc do dzieła.
Na początku poznamy elementy elektroniczne z których będziemy niebawem korzystać.

ŹRÓDŁA PRĄDU

Będziemy na razie korzystać tylko z baterii lub akumulatorków. Znasz je doskonale, to te używane w latarkach, czy zabawkach. Mają różne wielkości i kształty. Ich cechą charakterystyczną jest napięcie elektryczne. Później wyjaśnię o co tu chodzi, ale już dziś musisz wiedzieć, że wysokie napięcie może być dla człowieka bardzo niebezpieczne.
Jednostką napięcia jest VOLT.
Na bateriach spotkasz nieraz oznaczenie: AA LR6 1,5V
Spróbujmy je rozszyfrować zaczynając ok końca.
V - to skrót jednostki napięcia czyli Voltów.
1,5 - to wartość napięcia jakie wytwarza dana bateria lub akumulator
LR6 - to typ baterii
AA - to jej rozmiar
Akumulatorki wyglądają najczęściej podobnie jak popularne baterie. Można je też stosować do zasilania różnych urządzeń, a mają tą zaletę, że po rozładowaniu można je ponownie naładować. Baterie są jednorazowego użycia i nie wolno ich ładować.

W gniazdkach (kontaktach) domowej instalacji elektrycznej też występuje też napięcie elektryczne.
Ma ono wartość 230 V i może być bardzo niebezpieczne dla człowieka. 
Zapamiętaj, że:
- napięcie elektryczne większe niż 12 V może być dla ludzi bardzo niebezpieczne
- nigdy nie wolno ładować baterii elektrycznych
- nigdy nie wolno dotykać odizolowanych przewodów elektrycznych jeżeli nie wiesz czy nie są podłączone do prądu
- nie wolno wyrzucać zużytych baterii do pojemnika na śmieci, gdyż mogą być zagrożeniem dla środowiska

Baterie mogą być ze sobą łączone na przykład szeregowo. Jeżeli połączymy tak dwie baterie 1,5 V to otrzymamy źródło prądu o napięciu 1,5 + 1,5 czyli 3V
Bateria, jak i każde źródło prądu ma dwa bieguny. Dla prądu stałego są to biegun dodatni (+) i ujemny (-).
Połączone baterie umieszczone bywają w obudowach nazywanych nieraz "koszykami na baterie". Koszyk z bateriami może wyglądać tak jak na zdjęciu:

Wychodzące z koszyka dwa przewody pozwalają przyłączyć źródło zasilania do obwodu elektrycznego. Najczęściej przewód czerwony to biegun (+), a czarny (-), ale pamiętaj, że ktoś może zastosować przewody o innych kolorach izolacji.

No i pytania sprawdzające:
1. Jakie napięcie będzie miało źródło prądu pokazane na zdjęciu?
2. Czym będzie się różniła (od pokazanej na fotce) bateria, gdzie w oznaczeniu wystąpią litery AAA?