Kurs elektroniki II – #3 – przyciski, diody RGB, kontaktron

Kurs elektroniki II – #3 – przyciski, diody RGB, kontaktron

Nasz kurs elektroniki został podzielony na części, które omawiają przeważnie pojedyncze, obszerne zagadnienia. O kilku użytecznych elementach nie da się jednak napisać dużo - po prostu trzeba zacząć je używać.

Dlatego w tym artykule omówimy kilka elementów, które są zbyt proste, aby tworzyć na ich temat osobne odcinki kursu elektroniki.

Temat microswitchy i kontaktronów został poruszony wcześniej w 9 części kursu elektroniki. Nieco informacji na ich temat znajduje się również w artykule Microswitche jako proste czujniki przeszkód. Wiedza ta zostanie tutaj usystematyzowana oraz poparta przykładami.

Zestaw elementów do kursu

Gwarancja pomocy na forum Błyskawiczna wysyłka

Elementy konieczne do wykonania ćwiczeń zebrane zostały w gotowe zestawy, które można nabyć w Botlandzie. W wygodnym kuferku znajdziecie ponad 160 części elektronicznych!

Kup w Botland.com.pl

Kontaktron - przełącznik sterowany magnesem

Kontaktron, to szklana rurka ze szczelnie wtopionymi dwoma wyprowadzeniami. W jej wnętrzu znajdują się dwie blaszki, które lekko zachodzą na siebie, lecz nie są zetknięte. Blaszki te wykonuje się z materiału czułego na pole magnetyczne.

Kontaktron.

Kontaktron.

Po zbliżeniu magnesu w okolicę rurki, blaszki stykają się, co zamyka obwód elektryczny między doprowadzeniami. Prąd między nimi może wtedy przepływać. Oddalenie magnesu powoduje samoczynne ich rozwarcie.

Elementów tych używa się przykładowo jako czujniki w systemach alarmowych do detekcji otwarcia okien - magnes montowany jest na oknie, a kontaktron na ramie. Rozwarcie blaszek (przerwanie obwodu) powoduje włączenie alarmu. W praktyce wygląda to mniej więcej tak:

Praktyczne wykorzystanie kontaktronu.

Praktyczne wykorzystanie kontaktronu.

Niestety, prosta budowa jest okupiona kilkoma wadami. Najpoważniejszą jest zmniejszenie czułości przy niektórych ustawieniach magnesu - musi on znajdować się wtedy bliżej, aby styki zostały zwarte. Ponadto, styki wykazują pewną histerezę: aby je rozłączyć, należy odsunąć magnes dalej niż było to konieczne do ich zetknięcia się. Objaśnia to poniższa animacja:

Zjawisko histerezy przy kontaktronach.

Zjawisko histerezy przy kontaktronach.

Kolejną niedogodnością kontaktronów jest praca dwustanowa: albo przewodzą prąd, albo nie. W tym przypadku nie znajdziemy jakichkolwiek stanów pośrednich. Pozwala to jedynie stwierdzić, że w jego pobliżu znajduje się źródło dostatecznie silnego pola magnetycznego.

Buzzer - sygnalizacja akustyczna

Buzzer (lub inaczej: sygnalizator z wbudowanym generatorem) to mały element, który znacząco ułatwia komunikację urządzeń elektronicznych z człowiekiem. Po przyłożeniu do jego wyprowadzeń napięcia stałego, zaczyna on jednostajnie piszczeć. Chcąc modulować (np.: przerywać) pisk, wystarczy cyklicznie włączać i wyłączać zasilanie.

Buzzer składa się z generatora (który wytwarza sygnał o częstotliwości kilku kiloherców) oraz przetwornika, którzy zamienia sygnał na dźwięk. Na obudowie oznaczona jest polaryzacja, wedle której należy podłączać zasilanie.

Buzzer użyty w naszym kursie elektroniki.

Buzzer użyty w naszym kursie elektroniki.

Działanie obydwu poznanych elementów możesz teraz przetestować w praktyce. Zmontuj na swojej płytce stykowej prosty układ, składający się z baterii 6V, kontaktronu i buzzera.

Schemat układu do testowania kontaktronu.

Schemat układu do testowania kontaktronu.

Przykładowo w praktyce może to wyglądać następująco:

Kontaktron i buzzer w praktyce.

Kontaktron i buzzer w praktyce.

Buzzer uruchamia się, gdy zbliżymy magnes do kontaktronu. Przy jakich ustawieniach magnesu względem kontaktronu ten drugi wykazuje się największą czułością, a kiedy najmniejszą? Opisz swoje spostrzeżenia w komentarzu!

Microswitch - prosty przycisk

Ten mały element jest niezastąpiony, gdy chcemy wydawać polecenia naszym urządzeniom. Przyciskanie klawisza powoduje zwarcie styków, zaś jego puszczenie - natychmiastowe rozłączenie.

Typowy, użyty w kursie, microswitch wygląda jak na poniższym zdjęciu.

microswitch

Niektóre z nich mają cztery nóżki, wtedy są one połączone parami wewnątrz obudowy.

Popularne microswitche 5mm

Przez styki takich przycisków mogą płynąć niewielkie prądy, rzędu kilkudziesięciu miliamperów, dlatego najczęściej podłączane są one do mikrokontrolerów. Te z kolei, sprawdzając stan wejścia, wykrywają wciśnięcie microswitcha i generują odpowiednie akcje. Więcej na ten temat znajdziesz w kursie Arduino!

Niestety, ale ten prosty element ma poważną wadę: drganie styków. W momencie, gdy naciskamy przycisk wydaje nam się, że zarówno wciśnięcie, jak i puszczenie przebiegło natychmiastowo. W praktyce proces zakłócany jest przez drganie blaszek, które zamontowane są wewnątrz przycisku.

Blaszki umieszczone wewnątrz przycisku.

Blaszki umieszczone wewnątrz przycisku.

Podczas ich łączenia oraz rozłączania może następować szereg bardzo krótkich impulsów, które przez układy cyfrowe (takie jak mikrokontrolery) mogą być odczytywane jako osobne wciśnięcia.

Poniżej znajduje się zarejestrowany oscyloskopem przebieg czasowy napięcia wyjściowego. Jak widać, zawiera ono wiele oscylacji.

Oscyloskop - Przyrząd pomiarowy, uznawany za drugi najpotrzebniejszy w warsztacie elektronika - zaraz po multimetrze (może też pełnić część jego funkcji). Oscyloskop pozwala obserwować tzw. przebiegi napięcia i prądu, czyli wykresy przedstawiające zmiany napięcia i prądu w czasie.

Czytaj więcej w leksykonie Forbot.pl

Rozwiązania są dwa. W przypadku przycisków podłączanych do mikrokontrolera filtrowanie takie możemy zrobić programowo. Innym rozwiązaniem, sprzętowym, jest zastosowaniu połączenia kondensatora oraz rezystora w roli filtru RC.

Filtr taki jest zwykły kondensatorem, który będzie się ładował przez rezystor, a rozładowywał przez zwarte styki. W tej drugiej sytuacji, prąd przez nie płynący może być całkiem duży, ponieważ ogranicza go tylko rezystancja styków, która jest rzędu pojedynczych omów. W tym celu, w szereg z kondensatorem dodaje się drugi rezystor, ograniczający prąd jego rozładowania.

Udoskonalony układ włączenia switcha

Udoskonalony układ podłączania przycisku. W tym wypadku wyjście podłączone zostało do mikrokontrolera (uC).

Oto, jak teraz wygląda sygnał na wyjściu przycisku:

drgania_stykow3

Eliminacja drga styków (filtr RC).

Warto mieć na uwadze, aby rezystor rozładowujący kondensator miał rezystancję rzędu kilkuset omów. Zbyt mała nie spełni swojego zadania, a zbyt duża niepotrzebnie wydłuży czas ładowania kondensatora przed następnym przyciśnięciem.

Dioda RGB - łączymy kolory

Informacje na temat zasady działania oraz budowy diody świecącej (LED) zdobyłeś podczas lektury 6 części kursu elektroniki. Tym razem zajmiemy się diodą RGB, która w swojej obudowie zawiera trzy struktury świecące w kolorach: czerwonym, zielonym i niebieskim.

Anody (lub katody) połączone są razem, przez co potrzebne są tylko cztery wyprowadzenia: po jednym do każdego koloru i wspólna.

Wyprowadzenia diody świecącej RGB.

Wyprowadzenia diody świecącej RGB.

Czemu zestaw właśnie tych trzech kolorów zyskał taką popularność? Otóż, mieszając ze sobą te barwy w różnych proporcjach można uzyskać szeroką gamę kolorów. Każdą strukturę świecącą można zasilać oddzielnie, dlatego stosowanie tych diod jest całkiem proste.

Wypadkowy kolor najlepiej jest obserwować po rozproszeniu go na białej ścianie - wtedy wszystkie trzy strumienie świetlne mogą się ze sobą zmieszać.

Przetestuj, jak działa ta dioda, budując prosty układ. Będziesz potrzebował:

  • diody RGB
  • trzech rezystorów 10kΩ
  • trzech rezystorów 1kΩ
  • trzech microswitchy
  • koszyka 4xAA z bateriami
  • płytki stykowej i przewodów połączeniowych

Połącz je według tego schematu:

Schemat układu z diodą RGB

Schemat układu z diodą RGB

Złożony układ wygląda następująco:

Dioda RGB w praktyce.

Dioda RGB w praktyce.

Włącz zasilanie i obserwuj (najlepiej w ciemnym pomieszczeniu) kolor, na jaki świeci dioda. Wciskanie microswitchy powoduje zwiększenie płynącego prądu z ok. 0,3-0,5mA do ok. 3-4mA.

Jakie kolory uzyskujesz? Która barwa jest najbardziej intensywna? Jak myślisz - dlaczego? Opisz swoje wyniki w komentarzu!

Diody RGB dają szczególnie ciekawe efekty, gdy cały czas zmieniamy jasność świecenia kolorów. Do tego celu najlepiej wykorzystać mikrokontroler (na początek dobre będzie Arduino). Efekt uzyskany z wykorzystaniem takiej diody przedstawia poniża animacja zaczerpnięta z naszego kursu programowania STM32.

Dioda RGB sterowana mikrokontroler (przykryta kawałkiem materiału dla lepszego rozproszenia światła).

Dioda RGB sterowana mikrokontrolerem - przykryta kawałkiem materiału dla lepszego rozproszenia światła.

Podsumowanie

W tej części zapoznałeś się z nowymi elementami: kontaktronem, buzzerem, microswitchem i diodą RGB. Od teraz będziemy wykorzystywać je w kolejnych artykułach. Pamiętaj, aby dobrze poznać je w praktyce zanim ruszysz dalej!

W kolejnym odcinku kursu elektroniki wrócimy do tranzystorów. Sprawdzimy, co można uzyskać łącząc odpowiednio dwa tranzystory - poznamy w praktyce układ Darlingtona!

Nawigacja kursu

Nie chcesz przegapić kolejnych części kursu? Skorzystaj z poniższego formularza i zapisz się na powiadomienia o nowych artykułach!

Autor kursu: Michał Kurzela
Redakcja: Damian (Treker) Szymański

buzzer, dioda, kontaktron, kurs, kursElektroniki2, led, rgb

Komentarze

Komentarze do tego wpisu są dostępne na forum: