Natukene teadmatust ning selle võimsus!

Nädalavahetusel õnnestus mul näha toredat lõimu selle kohta, kuidas keegi lubas näidata, et sidrunite, kurkide ja banaanidega on täitsa võimalik telefoni akusid laadida, ning ainus põhjus miks seda ei tehta, on taastuvenergia allikate korporatiivne maha surumine.

Siinkohal kasutan meie artikli kangelase nimeks pseudonüümi M M.
M M: Ok, minu mobla tahab saada minimaalselt 4,5 volti. 1 sidrun annab 4 lõigatuna 3,13 volti, seega on mul vaja 2 sidrunit, vaskmünte, naelu, juhtmeid ja voltmeetrit.

M M: Ja kui sidruneid parasjagu majas pole, siis saab kasutada kartuleid. 1 kartul terves tükis annab 0,9 volti, 4 lõigatuna tuleb voltmeetriga ära mõõta aga põhimõtteliselt 3-4 kartulist peaks piisama.

 

Arvan, et praeguseks postituseks, et võimsusest rääkida ei ole rohkem vaja M M-i tekste välja panna. Esimese asjana et selgitada millest M M valesti aru saab toome sisse termini “Võimsus“. 

“Võimsus näitab, kui palju tööd teeb elektrivool elektriseadme töötamisel ajaühikus.” Sellest võib järeldada, et voolust või pingest üksinda ei piisa. Toome näiteks minu mobiiltelefoni millel on 1.23Ah Liitiumpolümeeraku mille nominaalpinge on 3.7V. Selleks, et saada ligikaudselt teada mitu Vatt/tundi see aku endas mahutab saame teha ligikaudse arvutuse kasutades aku mahtuvust ning nominaalpinget, et arvutada aku mahtuvus Vatt-tundides. 3.7V*1.23Ah =  4.551Wh.

4.551Wh näitab mitme vatist koormist suudaks eelmainitud aku tund aega töös hoida. Siinkohal mainin ka ära, et aku maksimum voolu võimekus sõltub hoopis sisetakistusest, millest täpsemalt räägin kunagi hiljem.

Selleks, et aga vaadata kuidas peaks seda akut laadima sidrunitega võtame eelduseks, et me suudame kõik tekitatud voolu otse, ilma kadudeta, akusse panna.

Inglise keelne wikipedia annab meile sidruniaku kohta täitsa kenasti infot.

Esiteks on vaja teada, et sidruniaku vooluteke on võimalik tänu ühe metalli oksüdeerumisele.

Tsingitud naelaga sidruniaku

Wikipedia andmetel on ühe sidruniga tsink elektroodi kasutades (eeldame ühte elektroodide paari sidruni kohta ning et sidrunist on võimalik saada samasugust voolu terve tunni)   keskmiselt võimalik 1mA voolu saada ning 0.7V. Kasutades eeldust, et saame sama pinge ja voolu vähemalt tund aega järjest näeme, et  0.001A*0.7V = 0.0007W võimsust ühe tunni jooksul ehk 0.0007Wh. Ning selleks, et saada võimsus 4.551Wh oleks meil vaja umbkaudselt  4.551Wh/0.0007Wh = 6501 sidrunit.

See arvutus eeldab ideaalseid tingimusi ning näitab üpris kenasti kuidas sellise idee välja käimine ei ole just kõige informeeritum, kuna me võime saada suuri pingeid ning jääda oma võimsusega alla poole vati. Samal ajal võime saada tuhandeid vatte vaid 1V pingega. Võimsus on sõltuvuses voolust JA pingest.

Sidruniakude katse teen ma peagi ning seda selgitades ka keemilisi reaktsioone, mis seal toimuvad.

 

 

Kicadis skeemide joonistamine

KiCad on vaba tarkvara elektroonikaskeemide ja trükkplaadidisainide loomiseks. Tegemist on kõige levinuma ilma piiranguteta elektroonika disaini tarkvaraga. Debiani baasil linuxites saab KiCadi paigaldada tarkvarakeskusest. Info teiste operatsioonisüsteemide kasutajatele.

Täna teeme nimelt 555 ajastuskivist mudelismi servomootoritestimise skeemi. Soovitan esimese asjana luua eraldi kaust “projektid” ja sinna sisse projekti kaust “555_servo”.

555 servo testija skeem

555 servo testija skeem

Peale KiCadi käivitamist tuleb teha uus projekt. Vali File -> New -> Blank ja pane projektile nimeks 555_servo. KiCadi projektiaknas vajuta nupu Eeschema – avaneb skeemi joonistamise programm. Soovitan programmiga põgusalt tutvuda. Tuletan meelde, et hea on pidevalt oma tööd salvestada.

Uue sümboli lisamiseks vajuta “a”. Selle peale avaneb otsingukast, kust saab komponente nime järgi otsida. Otsingukastis on ka selles projektis kasutatud komponentide kiirvalik. Esiteks otsi “555”, vastustena leitakse LM555N, mis ongi meie otsitav komponent. Vali see komponent ja lisa sümbol skeemi. Järgmisena lisa kolme kontaktiga pesa – “CONN_3″. Erineva kontaktide arvuga pesasid saab otsingusõnadega “CONN_5″, “CONN_10″, “CONN_3x2″ jne. Lisa veel skeemile kaks kondensaatorit “C”, kaks takistit “R”, diood “DIODE” ja potentsiomeeter “POT”.

Komponentide liigutamiseks vajuta hiirt nende kohal hoides “m” tähte (move) ja keeramiseks “r” (rotate). Kui komponendid on paigas, saab nupuga “w” (wire) nende vahele ühendusi vedada. Kui mõnda vajalikku kohta ei teki ühendussõlme, siis saab selle sinna joonistada “j” tähega (junction). Elemente saab kustutada Delete klahvi vajutades.

Näidiskeemil on näha ka toite- ja maaühendusi, need on komponendid nimedega “VCC” ja “GND”. Kui joonisel olevat 555 ajastuskiipi lähedalt vaadata, siis võib tähele panna, et sellel pole toiteühendusi. Need on peidetud. Enne varjatud viikude ühendamiseks peab vasakul olevas menüüs vajutama nuppu  “Show hidden pins”. Peale seda saab kiibi ära ühendada toite ja maandusega.

Kõigile komponentidele peab kirjutama väärtused. Nende määramiseks peab vajutama skeemi sümboli kohal nuppu “v” (value) ja avanenud kasti pealkirjaga “Edit Value Field” kirjutama soovitud väärtused.

Kui skeem on valmis, peab ka komponentidele nimed genereerima. Selleks vajuta ülemises menüüs nuppu  “Annotate the components in the schematic” ja tekkinud kastis nuppu “Annotate”. Selle tulemusena saavad kõik elemendid endale nimed. Skeem on nüüd valmis ja on viimane aeg uuesti salvestada.

 

PS. Kui tahta, et kõik oleks täiuslik, peab lisama ühe kahese pesa voolu jaoks ja ühe kondensaatori voolu ja maanduse vahele.

Mis on servo ja kuidas see Arduinol käima saada.

Minu eelmises postituses oli juttu sellest mis asi on arduino ning Jaanus rääkis just blogi eelmises postituses 555 ajastuskiibi sisemusest. Kuna on olemas mootorite liik, mille jaoks võiks hästi sobida just 555 ajastuskiibi võnkuv seadistus. Seetõttu tundub olema väga hea mõte rääkida, kuidas servo töötab ning ka arduino koodinäide juurde panna näitamaks kuidas teie saaksite selle väga kiirelt käima.

Pilt võimalikust robotist mis on üles ehitatud servodest

Alustuseks tuleks ära defineerida misasi servo kui selline on, et ei tekiks vale ettekujutlust nendest seadmetest.

Servomootor on tagasisidega mootor – see tähendab, et servomootorit juhtides antakse signaaliga ette mootori positsioon, kuhu tahetakse mootorit keerata ja mootor püüab seda postitsiooni hoida. Kui mootorit keerata, siis hakkab ta koheselt ennast tasakaalupunkti poole keerama.  Kena artikkli leiate selle kohta siit.

 

Selline näeb välja raadioservo.

 

Selline näeb raadioservo kokkupandult välja.

Raadioservo asendikontrollimine käib tavaliselt kasutades 50Hz pulsside jada, kus servo seadepunkti uuendamine toimub 50Hz sagedusega.  Sagedus on Wikipedia abil eestikeeles kirjeldatud kui võrdsete ajavahemike tagant korduvate sündmuste arv ajaühikus. 1Hz on 1 sündmus sekundis. 5Hz on 5 sündmust sekundis.

Selleks, et saaks nüüd saaks Arduinoga kontrollida raadioservot on palju rohkem kui 1 võimalus. Minu jaoks on meeldiv kasutada protsessoril endal riistvaras olevat ajastus-süsteemi mille ma seadistan üles nii, et välja tuleb soovitud sagedus. Kahjuks on see aga selline protsess mis nõuab täiesti eraldi postitust, mis tuleb siia blogisse kunagi kui hakkme rääkima mikroprotsessorist sügavamalt.

Selleks, aga et see asi Arduinoga käima panna on vaja ühendada servo maandus juhe (must või pruun) Arduino GND viiguga ning servo toitejuhe (punane) arduino +5V viiguga.  Lisaks on servol kas oranž või valge  juhe mis tuleb ühendada soovitud kontrolleri väljundviiguga. Meie näites on selleks väljundviiguks Digital9 viik.

Siin on kenasti näidatud servo ühendused Arduinole.

Panin koodi üles pastebin-i kuna minu veebioskused on väga piiratud. 

See kood on väga hea alustamise näide nii sellele kuidas servot liigutada, esimest koodi kirjutada kui ka mitmeid koodi omapärasid tutvustada. Kahjuks aga ei saa täna rääkida kõigest lähemalt.

Arduino jaoks on kirjutatud ka oma tarkvara millega koodi üles laadida, kuid jällegi on tänane postitust liiga pikk, et kõigele keskenduda ja kõigest rääkida.

Ma väga loodan, et sellest tutvustusest ja näitest on teile kasu ning kõikide küsimuste jaoks on alati olemas postituste kommentaarid. Lisaks üritame kindlasti kõik teemad ja mured läbi võtta, mis postitustes puudu jäävad.

555 ajastuskiip

555 ajastuskiip on üks enimkasutatavaid kiipe lihtsates elektroonikaprojektides. Selle blogi esimene projekt oli 555el põhinev ja nüüd räägin ka veidi pikemalt selle kasutamisest.

Tegemist on 8 jalaga kiibiga, mida müüakse nii kaherealises läbi augu monteeritavas (DIL8) kui ka pindmonteeritavas (SO8) pakis. Lisaks toitejalgadele VCC (8) ja GND (1) on veel RESET viik (4), millel kõrget signaali (ehk siis üle 2V) hoides kiip töötab ja madalal hoides on kiip välja lülitatud. Signaali väljundit annab kiip jalast OUT ja stabiilseks tööks vajab ühte väikest (keraamilist) kondensaatorit CTRL viigu ja maanduse vahele.

Enimlevinud skeemitüübid, mille koostamisel kasutatakse 555 ajastuskiipi on stabiilne ja võnkuv.

Üheselt stabiilne 555 ajastuskiip

Stabiilne 555 ajastuskiibiga skeem

Stabiilses skeemis on üks sisendsignaal, mis on ühendatud TRIG viigu külge. Kui sisendsignaal muutub kõrgeks, läheb OUT jalast tulev väljundsignaal samuti kõrgeks (võrdseks skeemi toitepingega). Peale teatava aja möödumist läheb signaal OUT jalast madalaks (pinge 0V). Aega saab määrata takistiga R ja kondensaatoriga C, valemiga t ≈ 1.1 * R * C või mõne netikalkulaatoriga.

Näide ühest kasutusviisist: ma tahan, et peale TRIG viigu ja toite vahele ühendatud nupu vajutamist põleks väljundisse (Out) ühendatud valgusdiood umbes 10 sekundit (t ≈ 10 s). Kasutan kodus olevat 100 nF keraamililist kondensaatorit(C = 100 nF (nano Farad)) ning arvutan välja takistuse: 10 s / (1.1 * 100 nF) ≈ 90 MΩ. Selgub, et nii suure takistusega takistit mul ei ole. Üldiselt on kasulik vältida nii suuri takistite väärtus, kuna lekkevoolud jms hakkavad skeemi toimimist pärssima. Järgnevalt proovin kasutada suurt 10 µF elektrolüütkondensaatorit (C = 10 µF) ja arvutan sellega: 10 s / (1.1 * 10 µF (mikro Farad)) ≈ 909 kΩ. Tulemuseks on juba oluliselt parema suurusega takisti. Täpselt sellist takistit mul jällegi ei ole, seetõttu teen ümaradmise ning kasutan 1 MΩ standardväärtusega takistit.

Võnkuva väljundiga 555 kiip

Võnkuva väljundiga 555 ajastuskiibga skeem

Võnkuvas skeemis ehk võnkuva väljundiga skeemis on takisteid rohkem. Takisti R2 ja kondensaator C määravad väljundsignaali madalal olemise aja. Kõrgel olemise aja määrab takistite R1 ja R2 väärtuste summa ning kondensaatori C mahtuvus.

Täpsemad valemid on:

tkõrge = ln(2) * (R1 + R2) * C

tmadal = ln(2) * R2 * C

Nagu valemist näha, siis kõrgel olemise aeg (tkõrge) sõltub mõlemast takistist. Seetõttu ei ole võimalik saavutada väljundsignaali, mis oleks madalal kauem kui kõrgel. Sellise väljundsignaali saavutamine on siiski võimalik, kasutades dioodi, mis on paralleelselt takistiga R ja suunatud kondensaatori C poole. Dioodi lisamine skeemi kaotab ära kõrgel olemise aja (tkõrge) sõltuvuse takistist R( tkõrge = ln(2) * R1 * C ). Nii on võimalik saavutada ükskõik millise täiteteguriga (signaali ühe perioodi ja signaali kõrgel olemise aja suhe) väljundsignaale.

Ingliskeelne 555 ajastuskiibi andmeleht. Ühikutega arvutamiseks saab kasutada Qalculate! või Wolfram|Alphat.