En nybörjares guide till Arduino (7 / 15 steg)

Steg 7: Driva mer lysdioder

Nåväl, låt oss bara inse det: blinkar en liten LED är inte så imponerande... Så i det här steget ska jag visa hur du kan köra mer lysdioder.

Beräknas utifrån de resistor för våra lysdioder

Innan du börjar har vi att beräkna motstånd i serie med våra LED. Formeln vi behöver, är Ohms lag: R = ^V⁄_jag

Men problemet här är att vi inte vet spänningen och strömmen av motståndet ännu... Låt oss hitta det!

Vi ansluter motstånd i serie med våra LED, och vi vet att spänningen i Arduino produktion stift är 5v, så om vi lägger till spänningen av LED till spänningen i motståndet, detta bör lika 5v. Därför: V_R + V_L = 5v och V_R = 5v - V_L.
Eftersom de är i serien, innebär detta också att alla elektroner som passerar genom LED, kommer att gå igenom motståndet också. Eftersom nuvarande definieras som mängden elektroner per tidsenhet, vet vi att strömmen genom motståndet är lika med strömmen genom lysdioden. Därför: I_R = jag_L.

Nu kan vi använda Ohms lag för att hitta vårt motstånd motstånd: R = V_R/I_R = (5v - V_L) / I_L

(bild 1)

Om du använder en 3.3V Arduino, du kan bara ersätta 5v med 3.3V. Detta är bara matningsspänningen, det kan vara allt.

Värdena för V_L och jag_L kan hittas i din LED datablad, eller du kan använda tabellen nedan.
Jag_L ska vara mindre än 20mA, annars kan du döda din LED. Men de flesta av tss.
Observera att du måste dela upp detta värde (i milliampere) av 1000, att få ampere, SI-enheten för ström. Annars kommer du inte få ditt svar i ohm (men i kilo-ohm istället).
V_L är lysdioder framspänningsfall. (Lysdioder som avger lägre energi ljus, med längre våglängder, som röd och IR har en mycket lägre spänningsfall än ljus med högre energi fotoner, som blått eller ultraviolett ljus.)

Detta är bara en uppskattning, men kommer det inte hålla sann för varje LED.

Du förmodligen inte har ett motstånd av det exakta värdet du bara beräknat, så runda upp till nästa värde i serien E-12. Denna serie har endast värdena 1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 27, 3.3, 3,9, 4.7, 5.6, 6,8, 8.2 och dessa värden multipliceras med tio, som 10, 100, 1000, 10.000 etc.
Mitt resultat var till exempel 65Ω, så jag tog ett motstånd av 68Ω.
Det är bättre att ta en resistor med ett högre värde, så du inte dödar din LED.

Ansluta lysdioder till Arduino

Som jag förklarade tidigare, är en LED i grunden en diod, så låter den aktuella passet i endast en riktning. Om vi ansluter lysdioden tvärtom, kommer att ingenting hända.

En LED har en katod och en anod: i Schematisk representation, pilens riktning är konventionella nuvarande flödesriktningen, så den pekar på den negativa sidan: katoden.
När du tar en närmare titt på en LED, ser du att en sida är platt, och den andra är rund. Också, ena benet är kortare än den andra: den platta sidan med det kortare benet är katoden, och vi ansluter denna sida till de negativa, eller marken av Arduino.

Det spelar ingen roll var du lagt motståndet, så länge det är i serie med lampan, så du kan ansluta den till katoden eller till anoden.

Om vi vet att endast en LED kommer att vara på samma gång, kan vi använda en resistor för alla våra lysdioder.

Ta en titt på bilder 2-3-4, sedan ansluta motståndet till marken och en av de horisontella skenorna i din skärbräda och en LED med den korta ben i samma järnväg och den långa ben i stift 12 på Arduino.

Observera att du måste beräkna specifik motståndet för din LED. Du kan använda formeln ovan, eller använda en online-verktyg, eller en app (jag använder detta verktyg och denna app). Om du klickar på frågetecken bredvid fälten, verktyget kommer att ge dig lite extra information och appen har en nedrullningsbar meny för att välja färg.

Om du är osäker, eller - som jag - bara för lat för att leta upp det och hitta rätt motstånd, kan du bara använda någon motstånd mellan 220Ω och 330Ω. Detta endast gäller om du använder den med en 5v Arduino! 270Ω och 330Ω är lite högt att använda med en 3v3 Arduino, i så fall, använda något mellan 100Ω och 220Ω. Om du vill använda en LED med en högre spänning, måste du beräkna det.

När du har anslutit den LED och motstånd till Arduino, kan du ersätta stift 13 i exemplet Blink av 12. Du kan använda genvägen CTRL + F: Ange 13, i fältet "Sök" och i fältet "Ersätt med" Ange 12, sedan klicka på 'Ersätt alla'. Nu ladda upp skissen till din Arduino: LED du har bifogat ska nu blinka.

Fortfarande inte imponerad? Nej? Tja, du har rätt...
Men nu har du grunderna, kan vi göra något mer spektakulära...

Mer lysdioder

Anslut 5 extra lysdioder, till stift 2, 4, 6, 8 och 10 med deras längre ben, och Anslut deras kortare ben till samma järnväg på en skärbräda som LED på stift 12 och motståndet.

Nu hämta zip-filen med de andra exemplen, extraktet den och öppna Blink6-a i Arduino IDE.
Om du kommer ihåg exemplet Blink, borde inte det vara så svårt att förutsäga vad programmet gör. Ladda upp den till din Arduino, och kolla om din hypotes var korrekt!

Optimera koden

Om du tar en närmare titt, kommer du se att några bitar av koden är bara 6 gånger samma kommandon, med bara en annan pin-kod... Tja, det finns ett sätt att lösa detta: vi kallar det den för loop.

Öppna Blink6-b skissen från zip-filen. När du ladda upp den till Arduino, ser du att den gör exakt samma som Blink6-en, men den har mycket färre kodrader.

Detta är alla tack vare de två for-loopar som används.
Men innan jag kan förklara de for-loop, jag måste först förklara hur variabler fungerar:

På den första raden, det finns ett nytt uttryck "int fördröjningstid = 200." Detta är det så kallade uttalandet av variabeln "fördröjningstid". En variabel är bara en bit av minnet, där du kan lagra ganska mycket vad du vill. En variabel har en datatyp, ett namn och ett värde: i det här fallet datatypen är 'int': ett heltal, heltal och kan positivt eller negativt. Namnet är "fördröjningstid", detta är bara ett godtyckligt namn när du ge variabeln, det kan ha bokstäver och siffror i det och vissa symboler som ett understreck. Om namnet består av flera ord, används stora bokstäver för varje nytt ord, eftersom du inte kan använda utrymmen. Välja lämpligt namn för dina variabler kommer att göra en enorm skillnad i din kod läsbarhet. Med 'int fördröjningstid;', variabeln är korrekt förklarat, men ännu har inget värde. Tilldela ett värde till variabeln kallas initierar. I det här fallet initiera vi variabel fördröjningstid till 200. Nu varje gång vi använder "fördröjningstid" i vår kod, kommer det att ersättas av numret 200. Om du läser en variabel utan att första initiera det, det bara ger dig 0, i bästa fall, men antagligen bara ett slumpmässigt värde som råkade vara på denna plats av minnet, eventuellt orsakar fel i programmet.

Du måste också veta att en variabel har en så kallad tillämpningsområdet. I det här exemplet förklaras fördröjningstid på toppen, så det är en global variabel. Detta innebär att du kommer att kunna komma åt det inuti varje funktion, varje loop, i hela programmet. En variabel kan också vara lokala, vilket innebär att du kan bara använda den i den omfattning som det definierats. Till exempel, om vi skulle flytta den första raden till setup, skulle vi få misstag

"fördröjningstid" förklarades inte i detta scope

När vi skulle försöka komma åt den i det viktigaste kretsar (delay(delayTime);), eftersom detta är en annan omfattning än setup.
Men lokala variabler kan komma till hands, när du inte har mycket minne att avvara, exempelvis eftersom lokalen "raderas" när du lämnar räckvidd de deklareras i.
De flesta av tiden, är gränserna för ett scope krökt parenteser.

Men varför använda denna variabel? Tja, istället för att behöva ändra alla delay(200); funktion, vi kan bara förändra den första raden. I detta fall är det inte särskilt användbar, men om du har riktigt stora program, det verkligen gäller.

Arduino referens: variabler

Arduino referens: int

Arduino referens: variabel räckvidd

En annan bra sak om variabler är att du kan ändra dem, medan koden körs. Och detta är precis vad som händer i en för-loop. Den första delen mellan hakparenteserna är bara en försäkran om en viss variabel "i" vi initiera den till 2. Nästa del är "jag < = 12', detta innebär att de for-loop kommer att upprepa så länge jag är mindre än eller lika med 12. Den tredje och sista delen "jag = jag + 2' betyder att varje gång loopen upprepas, värde på i kommer att öka med 2.

Allt detta innebär att kommer den först att köra kod inuti hakparenteserna med värdet 2 för jag, uppsättningar stift 2 som en utgång. Nu den har nått slutet av koden, så 2 läggs till jag → jag är nu lika med 4, och den kod går igen med denna nya värde för i: stift 4 är inställd som en utgång. 2 läggs igen, jag är nu lika med 6, koden körs igen, 2 läggs... och så vidare. Tills jag är lika med 12. När slingan blir avrättad för i = 12, allt är normalt, men när den når slutet av koden nu och 2 läggs igen, jag inte uppfyller villkoret "jag ≤ 12' (jag är nu 14). Programmet avslutas de for-loop.
Varje stift med en LED fäst anges nu som en utgång, med endast två rader kod, i stället för sex.

Arduino referens: för-loop

Sammanfattning:

Att hitta rätt motståndet för din LED

1. Slå upp framspänning i lysdioder datablad, eller i tabellen ovan. Detta är V_L
2. Slå upp framåt strömmen i lysdioder databladet, eller använda något mellan 2 och 20mA och konvertera detta nummer till ampere. Detta är jag_L
3. Hitta din leverans, 5v eller 3,3 v spänning för de flesta mikro-styrenheter som Arduino. Detta är V_s
4. Nu använda denna formel för att hitta motstånd värdet: R = (V_s - V_L) / jag_L
5. Runt detta värde upp till närmaste motståndet har du. Du kan alltid använda ett högre värde än det motstånd som du beräknade, men om du använder ett lägre motstånd, detta kommer att drastiskt förkorta livslängden på din LED. Om motståndet är för hög, kommer att LED vara mycket svagt.

• Den runda sidan LED, med längre benet, är anoden, och är den positiva sidan.
• Den släta sidan LED, med kortare benet, är katoden, och är den negativa sidan.
• CTRL + F öppnas fönstret Sök/Sök/Ersätt i Arduino IDE
• int fördröjningstid; Detta är förklaringen av en variabel av data typ int, kallas "fördröjningstid"
• int fördröjningstid = 200. Detta är förklaringen av en variabel data typ int, kallas "fördröjningstid" och dess initiering till ett värde av 200.
• Globala variabler kan nås överallt i programmet, lokala variabler endast i den omfattning där de deklarerades.
• för (int jag = 0; jag < 10; i = i + 1) {} är en för-loop som initierar variabel i till ett värde av 0, lägger till 1 att jag varje gång det upprepas och upprepas så länge som jag < 10 (10 gånger).

Extra: Beräkning av effektförlusten i motståndet

Om du använder en 5v strömförsörjning, som den på Arduino, kommer en normal ¼ watt resistor räcka, men när du använder en högre Matningsspänning, eller en LED som drar mer ström, effektförlusten i motståndet blir för hög, och det kommer att brinna.

Därför måste vi beräkna vad effektförlusten i motståndet är.

(Bild 6)

Formeln för att beräkna effekten är P = V∙I. Så kan vi bara beräkna spänningen över resistorn: matningsspänningen minus spänningen över LED: V_R = V_s - V_L.
Och strömmen genom motståndet är samma som strömmen genom lysdioden: I_R = jag_L.

Därför: P_R = (V_s - V_L) ∙I_L

I exemplet som visas i bild 6, effektförlusten i resistorn är mycket låg, så en ¼ watt resistor kommer att räcka, men om det beräknade värdet är högre, du behöver en mer kraftfull (= tjockare) motstånd.

Dessa värden är dock bara ett teoretiskt antagande.

Om du verkligen vilja till veta den verkliga effekt motståndet avleder, måste du mäta strömmen eller spänningen över det, eller i bästa fall båda.

I fallet kan du mäta både nuvarande och spänningen (fall A), kan du bara använda samma formel.

Om du kan, dock bara mäta en av dessa värden, kan du använda Ohms lag för att ersätta spänningen eller strömmen i formeln för effekt. (fall B & C)

Endast fallet A ger dig den riktiga effektförlusten, i mål B & C, behöver du värdet på motståndet. Värdet på motståndet har en viss tolerans, så att du har någon avvikelse i din wattal.