DLP pikoprojektorid

Tegin ettekande levinumatest pikoprojektori tehnoloogiatest. Süvitsi tutvustasin Texas Instrumentsi Digital Light Processing (DLP) tehnoloogiat. DLP tehnoloogia on enim kasutatud projektoritehnoloogia, mida kasutatakse nii taskuprojektorites kui hiiglaslikes auditooriumi projektorites. Tehnoloogia põhineb elektromehaaniline mikrosüsteemi (MEMS) tehnoloogial. Pilti kuvav element koosneb hulgast peeglitest, mille nurga muutmisega kuvatakse pilti.

Pikoprojektorite ettekande slaidid

Trükkplaaditehnoloogiatest

Tegin hiljuti ettekande erinevatest trükkplaaditehnoloogiatest. Keskendusin kiirele ülevaatele kuidas valida, millist tehnoloogiat kasutada. Näen väga tihti kuidas kasutatakse ainult seda tehnoloogiat, mis on kõige tuttavam, selle asemel, et kasutada head lahendust. Slaidid on kättesaadavad lingilt: Elektroonika_valmistamine

Lisaks soovitan lugeda ka brandneri ja kamitra trükkplaatide valmistamise nõuandelehekülgi.

Elektroonika arenduskomplekt

Elektroonika arenduskomplekt

Elektroonika arenduskomplekt

Nii ise elektroonikat ning robootikat õppides on vaja komponente. Mingeid kiipe ja takisteid, valgusdioode tahaks ju ka. Aga mida täpselt ja mis võimalused üldse on jääb tihti segaseks. Seetõttu ongi algajal mõistlik osta mõni elektroonika arenduskomplekt. Hiinlased müüvad üsna odavalt mingisuguseid, aga kuu aja pikkune postiaeg ja kaheldav sisu jätab külmaks. Siis on alati võimalik ka Arduino ametliku maaletooja ITT Grupi käest midagi osta, aga nende kohutavad sadades ja sadades eurodes olevad hinnasildid on küll täielikud tujurikkujad.

Selle probleemi lahendamiseks paningi kokku elektroonika arenduskomplekti. Selle abil saab ehitada enamusi siin projektis olnud projektidest ning ka palju muud huvitavat. Komplekt sobib hästi algajale ning on lihtsasti laiendatav. Kui mõnda komponenti rohkem vaja on või ära kaob, on võimalik nimekirja järgi neid teistest poodidest juurde osta. Nagu hiljutine kunstitudengitele korraldatud töötuba näitas siis see komplekt sobib väga hästi kokku hunniku Arduinode ja veel suurema hunniku inimestega.

Loopimiskindla elektroonikakohvri sisu

Loopimiskindla elektroonikakohvri sisu

Komplekt sisaldab endas järgnevat:

Hangi see veebipoest: http://pood.tech-thing.org

Heligeneraator

Operatsioonivõimendist relaksatsioongeneraator

Operatsioonivõimendist relaksatsioongeneraator

Tänane skeem on muudetav heligeneraator. Seekord ehitatav elektrongeneraator ei põhine 555 ajastuskiibil vaid hoopis operatsioonivõimendil. Nimelt täna ehitame relaksatsioongeneraator. Nagu elektroonika puhul ikka, on skeem lihtsam kui nimi.

Nagu paljud operatsioonivõimendit kasutavad skeemid, vajab ka täna ehitatav relaksatsioongeneraator kahepolaarset toidet. Inimkeeles tähendab see, et me vajame maandust (0 V), positiivset toidet (5 V) ja negatiivset (-5 V). Sellised kolm pinget võib ka teisiti kirja panna, näiteks 0 V, 5 V ja 10V. Kuna pinge tähistab kahe punkti erinevust võib neid üldse igatepidi kirjutada, ka -10 V, -5 V ja 0V. Siiski on mõistlik valida kirjutamiseks skeemi vaatepunktist loogiline viis, antud juhul siis kõige esimene (-5 V, 0V, 5 V).

Sellist pinget on kõige lihtsam saada, kasutades 9 V patereid ja 5 V pingeregulaatorit. Sellisel juhul on väljundpinged 0 V (patarei negatiivne klemm), 5 V (pingeregulaatori väljund) ja 9V (patarei positiivne klemm). Ehk siis -5 V, 0 V ja 4V, mis on meie skeemi jaoks piisavalt hea.

Signaaligeneraatori skeem

Signaaligeneraatori skeem

Alumine potentsiomeeter on väärtusega 100 kΩ ja ülemine 10 kΩ. Opvõimendiks kasutasin üldlevinud LM358, mille toitepingeks on patarei pinge. Näidatud maandused on tegelikult hoopis pingeregulaatori 5V väljundist. Väljundi ja maanduse vahele ühendasin väikese pieso kõlari, mille sagedust saab alumise potentsiomeetriga muuta. Lisaks ühendasin väljundi ja maanduse vahele valgusdioodi ja takisti, mille heledust saab teisest potentsiomeetrist muuta. Ehk siis alumine muudab sagedust ning ülemine sisselülitatud olemise protsenti.

Skeemi saab lihtsalt valmistada jootevaba makettplaadi (klemmplaat, leivalaud, breadboard) peale.

Heligeneraator leivalaua peal

Heligeneraator leivalaua peal

Operatsioonivõimendi

Operatsioonivõimendi tingmärk

Operatsioonivõimendi tingmärk

Operatsioonivõimendi ehk opvõimendi (või opamp) on kahe sisendiga differentsiaalvõimendi. Ehk siis kiip, mis võimendab kahe sisendi erinevust. Algselt kasutati neid analoogarvutites matemaatiliste arvutuste tegemiseks. Tänapäeval tüütute transistorite (kas sai ikka eelpingestatud?) asendamiseks analoogelektroonikas. Üksikuid transistoreid on jätkuvalt vaja näiteks raadiosagedust võimendades või mootoreid juhtides. Täpsete ja aeglaste signaalide jaoks on operatsioonivõimendi ülim.

Operatsioonivõimendil on kaks toiteühendust, kaks sisendit (+ ja -) ning üks väljund. Toimimispõhimõte on väga lihtne: kui + sisendi pinge on kõrgem kui – sisendil tõuseb väljundi pinge. Kui vastupidi – siis väljundpinge langeb. Kui need on täpselt sama suured siis jääb väljundpinge samaks. Väljundpinge muutumise kiirus (slew rate) on väga suur, näiteks LM358 puhul 0,6 V/µs. Seetõttu peab sellega arvestama ainult väga kiire signaalide puhul (nt. raadiosagedus).

Aku tühjenemise hoiatus pingevõrdlejast.

Aku tühjenemise hoiatus pingevõrdlejast.

Kõige lihtsam on operatsioonivõimendit kasutada pingevõrdlejana. Näiteks saab konstrueerida aku pinget pingeregulaatori pingega võrdleva skeemiga, mis annab valgusdioodiga märku kui aku on tühjaks saamas ehk pinge liiga madalaks langeb.

Alumine pingejagur teeb toitepingest 2,5 V, sest operatsioonivõimendi ei tööta oma toitepingest kõrgemate pingete juures. Ülemine pingejagur jagab 2,5 V nii, et 10,75 V akupinge juures on mõlemad sisendid võrdsed. Kui aku pinge langeb kasvõi 0,0001 V madalamaks kui 10,75 V siis läheb valgusdiood põlema ja püsib sellises olekus.

Andurist tulevat pinget 11 korda võimendav pingevõimendi

Andurist tulevat pinget 11 korda võimendav pingevõimendi

Teine lihtne skeem on võimendi. Paremal on anduri sisendpinget 11 korda võimendav mitteinverteeriv võimendi. Ehk siis kui anduri väljundpinge on 0,1 V siis võimendi väljund on 1,1 V. See on äärmiselt kasulik tundlike andurite signaali võimendamiseks enne mikrokontrolleriga mõõtmist.

Mõistmiseks võib mõelda nii, alguses on väljundpinge 0 V ja pingejagur jagab selle ka – sisendisse 0 V peale. Kui nüüd on anduri sisend 0,1 V siis on positiivne sisend kõrgema pingega ja väljund hakkab tõusma. Väljund tõuseb nii kaua kui pingejagur jagab teisse sisendisse ka täpselt 0,1 V. Pingejaguri valemist saame arvutada: Vsisend = Vväljund(R1+R2)/R2. Vsisend = 0,1 V * 11 kΩ / 1kΩ = 1,1 V

Eestikeelseid elektroonika õppematerjale

Internetist lugedes võib jääda mulje, et kogu elektoronika käib inglise keeles. See pole siiski nii. Kuigi andmelehtede lugemiseks peab kindlasti oskama inglise (või jaapani) keelt, saab põhitõdesid õppida ka emakeeles. Küsimuste puhul esimesena aitab vana sõber google. Tihti leiab huvitavat infot, mis aitab asjade taustast aru saada Vikipeediast.

Komponentide hankimise alast teavet jagab poodlemise juhis.

Häid baasteadmisi võib ammutada näiteks Arvutikasutaja ajakirjas ilmunud Elektroonika-aabitsast.

Tasub vaadata ka sama autori teisi kirjatöid, näiteks on tema kodulehel palju põhjalikult lahti seletatud elektroonikaprojekte.

Raadioelektroonika kohta leiab rohkem infot TTÜ Skeemitehnika õpikust. Peatükkide kaupa jagatud failid on:

Kogu skeemitehnika õpik kokku pakitult.

Veel internetist leitud põhjalike õppematerjale:

Robotiehitamise juhendeid digiwikist:
Arusaadavalt on neid materjale nüüd lõputult palju, ega kõiki neid ei peagi läbi lugema. Lihtsalt kui küsimusi tekib on koht kust järgi vaadata.

EagleCAD

EagleCAD on tasuline trükkplaatide joonistamise tarkvara. Piirangutega versiooni saab tasuta kasutada lõputult kaua. Piiranguteks on trükkplaadi suurust ning kohustus kasutada seda ainult mitte-ärilistel eesmärkidel.

Eagle on algajatele õppimiseks väga lihtne ja võimaldab kiirelt väikeseid skeeme teha. Erinevalt KiCADist on Eagle aastaid kasutusel olnud. Sellest tulenevalt on tegemist hetkel hobielektroonikas kõige populaarsema elektroonikapaketiga. Kasulik on vähemalt natukene kursis olla selle kasutamisega.

Ise ma ei kasuta enam EagleCADi ja põhiliseks tööriistaks ei soovita ka teistele. Kuigi alguses võib skeeme lihtne teha olla, siis natukenegi suuremate skeemidega muutub töö väga palju keerulisemaks. EagleCADiga kaasas oleva komponendiraamatukogu kvaliteet on varieeruv ning ainult sellele toetumine ei ole võimalik. Raamatukogu täiendamine tingmärkide ja jalajälgedega on nii keeruline – ainuüksi see suudab rikkuda kogu kasutamismugavuse.

Alo Peetsi koostatud eestikeelne EagleCADi kasutamise õpetus.

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.

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.