Συνδεθείτε στην τάξη σας στο Tinkercadκαι επιλέξτε Create new circuit. Εισάγετε ένα Arduino στο χώρο σχεδίασης και 2 rgb led – μην ξεχάσετε τις αντιστάσεις. Αντικαταστήστε τα 3 led (πράσινο πορτοκαλί και κόκκινο) του φαναριού των αυτοκινήτων με το ένα RGB led και τα 2 led (πράσινο και κόκκινο) των πεζών με το 2ο RGB led – τα οποία προσοχή θα συνδέσετε στα 6 ψηφιακά PMW pin (3,5,6,9,10,11) που γίνονται αναλογικές έξοδοι – και υλοποιήστε με τις κατάλληλες εντολές τα φανάρια πεζών και αυτοκινήτων. Δώστε τις κατάλληλες τιμές ώστε να υλοποιήσετε το φανάρι αυτοκινήτων-πεζών. Ονομάστε το κύκλωμά σας “fanari_rgb“. Καλή επιτυχία!
Ένα led με 4 ακροδέκτες που μπορεί με βάση την τεχνολογία rgb να εμφανίζει όποιο χρώμα θέλετε. Οι 3 ακροδέκτες είναι για τα 3 χρώματα (κόκκινο, πράσινο, μπλε) και ο 4ος για την άνοδο ή την κάθοδο. Άρα λοιπόν υπάρχουν rgb led ανόδου και καθόδου.
RGB led ανόδου-καθόδου
Τα καθόδου, που θα χρησιμοποιήσετε εσείς, συνδέονται με την κάθοδο στη γείωση. Μην ξεχάσετε ότι κάθε ακροδέκτης χρώματος πρέπει να «πάρει» και αντίσταση (ανάλογα το χρώμα).
Προσέξτε για τη συνδεσμολογία ότι η γείωση συνδέεται στο πιο μακρύ πόδι του led (2ο από αριστερά στην εικόνα), ο ακροδέκτης για το κόκκινο στο διπλανό εξωτερικό του (1ο από αριστερά), ο ακροδέκτης για το μπλε στο διπλανό εσωτερικό του (3ο από αριστερά) και ο ακροδέκτης για το πράσινο στο άλλο εξωτερικό του (4ο από αριστερά).
Επίσης οι ακροδέκτες για τα 3 χρώματα (red, green, blue) συνδέονται στις εξόδους 3, 5, 6, 9, 10, 11 που έχουν μπροστά από το νούμερο το σύμβολο ~ και μπορούν να λειτουργήσουν και σαν αναλογικές ακίδες εξόδου. Για να βρείτε την τιμή που θα δώσετε σε κάθε μια από τις 3 ακίδες ώστε να πάρετε το σωστό χρώμα συμβουλευτείτε τη Ζωγραφική (επεξεργασία χρώματος).
RED
GREEN
BLUE
KOKKINO
ΠΡΑΣΙΝΟ
ΜΠΛΕ
ΛΕΥΚΟ
ΚΙΤΡΙΝΟ
ΚΥΑΝΟ
ΜΩΒ
ΛΕΥΚΟ
ΠΟΡΤΟΚΑΛΙ
Τιμές χρωμάτων
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ – ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΧΡΩΜΑΤΩΝ ΜΕ RGB LED
Συνδεθείτε στην τάξη σας στο Tinkercadκαι πηγαίνετε στη δραστηριότητα RGB LED. Συνδέστε το rgb led στο Arduino και επιλέξτε Code. Με βάση την εντολή comment εισάγετε τις κατάλληλες τιμές που έχετε καταγράψει στον πίνακα από τη Ζωγραφική και επιλέξτε Start Simulation. Αποθηκεύστε το αρχείο με όνομα “rgb-colors”.
Σε αυτήν τη δραστηριότητα θα συνδέσετε ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΤΕΣ στις ψηφιακές ακίδες εξόδου, και συγκεκριμένα θα συνδέσετε led, και στην συνέχεια θα ελέγξετε τη λειτουργία τους μέσα από τον δικό σας αλγόριθμο.
Έστω ότι σας προσλαμβάνει μια εταιρία κατασκευής φαναριών ελέγχου κυκλοφορίας και σας ζητάει να φτιάξετε ένα με το Arduino. ( Το γνωστό φανάρι στους δρόμους για διέλευση οχημάτων χωρίς αυτά των πεζών, μόνο κόκκινο, πορτοκαλί, πράσινο. Σε δεύτερη φάση θα το δοκιμάσετε και με φανάρι πεζών.)
Συνδεθείτε στην τάξη σας στο Τinkercad και δημιουργήστε το circuit /κύκλωμα “Fanari _cars_name“
Εισάγετε ένα κόκκινο, ένα πορτοκαλί και ένα πράσινο led και έναArduino. Στην πραγματικότητα θα εισάγεται τρία κόκκινα και στην συνέχεια θα αλλάξετε το χρώμα των δύο, από την καρτέλα του που εμφανίζετε κάθε φορά που επιλέγετε ή εισάγετε κάποιο. ( Τόσο λίγο ψάξιμο δεν είναι κακό)
Στην συνέχεια δημιουργήστε τρεις ξεχωριστές συνδέσεις με τρεις αντιστάσεις σε τρεις εξόδους, τρία όμοια κυκλώματα με αυτό που μάθατε στο builtin led.
Τέλος δημιουργήστε ένα κώδικα ελέγχου ώστε στην αρχή να έχετε ανοιχτό το κόκκινο led και σβηστά τα άλλα, κ.ο.κ ώστε να προσομοιάσετε ένα φανάρι κυκλοφορίας.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει τους χρόνους λειτουργίας για κάθε χρώμα
ΧΡΩΜΑ ΦΑΝΑΡΙΟΥ – (αυτοκίνητα)
ΧΡΟΝΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ – (σε secs)
ΠΡΑΣΙΝΟ
10
ΠΟΡΤΟΚΑΛΙ
3
ΚΟΚΚΙΝΟ
13
Χρόνοι λειτουργίας φαναριού για αυτοκίνητα
ΦΑΝΑΡΙ 2(για αυτοκίνητα και πεζούς)
Έχοντας υλοποιήσει το φανάρι για τα αυτοκίνητα, δημιουργείτε ένα αντίγραφο του έργου fanari_cars_name …
Δημιουργία αντιγράφου επιλέγοντας Duplicate στις Ρυθμίσεις του κυκλώματος στο Dashboard
… όπου θα προσθέσετε αλλά 2 led (ένα κόκκινο και ένα πράσινο) για τους πεζούς. Για να υλοποιήσετε τον αλγόριθμο θα σας βοηθήσει να συμπληρώσετε τον παρακάτω πίνακα.
ΧΡΩΜΑ ΦΑΝΑΡΙΟΥ–(ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ)
ΧΡΩΜΑ ΦΑΝΑΡΙΟΥ–(ΠΕΖΟΙ)
ΧΡΟΝΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ–(SECS)
ΠΡΑΣΙΝΟ
10
ΠΟΡΤΟΚΑΛΙ
3
ΚΟΚΚΙΝΟ
13
Χρόνοι λειτουργίας φαναριού για αυτοκίνητα και πεζούς
Σκεφτείτε :
Οι πεζοί βλέπουν ποτέ πορτοκαλί φανάρι;
Πόσο χρόνο συνεπώς θα βλέπει ένας πεζός το πράσινο ή το κόκκινο φανάρι;
Μπορεί το αυτοκίνητο και ο πεζός να βλέπουν ταυτόχρονα κόκκινο ή πράσινο φανάρι;
Για να βοηθήσω, υπενθυμίζω ότι το φανάρι ανάβει αν το pin εξόδου που είναι συνδεδεμένο παίρνει τιμή High κατά την προσομοίωση – Start Simulation – και σβήνει αν το pin εξόδου που είναι συνδεδεμένο παίρνει τιμή Low.
Αν απαντήσετε τις παραπάνω ερωτήσεις με βάση τη λογική, το κύκλωμα/circuit “fanari_cars_ped_name” (το name δεν είναι και απαραίτητο, εφόσον υλοποποιείτε το κύκλωμα στην τάξη σας στο Tinkercad) σε μερικά λεπτά θα είναι έτοιμο. Καλή επιτυχία!
Έστω ότι θέλετε να δημιουργήσετε το παραπάνω απλό κύκλωμα που περιλαμβάνει μπαταρία για παροχή τάσης, ένα led και μια αντίσταση. Την αντίσταση τη χρειάζεστε διότι η εσωτερική αντίσταση του led μπορείτε να θεωρήσετε ότι είναι σχεδόν μηδενική. Οπότε χωρίς την προσθήκη εξωτερικής αντίστασης κατά τη σύνδεση το led απλά θα καταστρεφόταν. Στο παραπάνω κύκλωμα θα μπορούσατε να προσθέσετε και ένα διακόπτη μέσα από τον οποίο θα μπορούσατε να ελέγξετε τη λειτουργία του led. Πότε θα ανάβει και πότε θα σβήνει.
Το παραπάνω κύκλωμα στο Arduino γίνεται έτσι ώστε να μην επεμβαίνετε εσείς με ένα διακόπτη αλλά το led να ανάβει ή να σβήνει όταν κάτι άλλο συμβαίνει στο περιβάλλον. Αυτό σημαίνει εξάλλου ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΣ. Στη θέση του διακόπτη λοιπόν μπαίνει ένα Arduino, το οποίο ελέγχει μέσα από εντολές πότε θα δοθεί ρεύμα στο led.
Όπως έχει ήδη αναφερθεί στο άρθρο https://amichou.sites.sch.gr/ti-perilamvanei-to-arduino-uno/, στην ψηφιακή ακίδα/pin 13 του μικροελεγκτή Arduino είναι εκ κατασκευής βραχυκυκλωμένο ένα “εσωτερικό” led του μικροελεγκτή γνωστό ως builtin led.
Συνδεόμενοι στο Tinkercadκαι ξεκινώντας την πρώτη σας δημιουργία κυκλώματος θα εισάγετε το Arduino Uno στο χώρο σχεδίασης του κυκλώματος. Χωρίς να κάνετε καμία άλλη κίνηση εάν επιλέξετε Start Simulation θα δείτε το built in led πάνω στο Arduino να αναβοσβήνει κάθε 1 δευτερόλεπτο. Αν επιλέξετε Code θα δείτε αμέσως και τις εντολές του Scrtach που χρησιμοποιούνται και δίνουν αυτό το αποτέλεσμα.
Built in led
Συνδέστε ένα led στην ακίδα 13 ότι χρώμα θέλετε – μην ξεχάσετε την αντίσταση και επιλέξτε πάλι Start Simulation. Αν δεν θυμάστε πώς να συνδέσετε το led δείτε εδώ. Παίξτε αλλάζοντας την τιμή της αντίστασης και απαντήστε τις παρακάτω ερωτήσεις
Αν δεν αναβοσβήνει το led, τι φταίει; τι λάθος έχει γίνει; Διορθώστε
Αν η αντίσταση γίνει αρκετά μικρή τι παθαίνει το φως του led;
Αν αφαιρέσετε την αντίσταση τι συμβαίνει;
Αν η αντίσταση γίνει αρκετά μεγάλη τι παθαίνει το φως του led;
Χρησιμοποιήσατε εντολή επανάληψης, όπως π.χ. για πάντα;
Πώς γίνεται και αναβοσβήνει συνεχώς το led μέχρι να επιλέξετε Stop simulation;
Για να απαντήσετε την 6η ερώτηση πατήστε στο βελάκι δεξιά από τα Blocks και επιλέξτε Blocks and Text και δείτε τον κώδικα που θα γράφατε και σε περιβάλλον Arduino IDE.
Να ονομάζετε κάθε κύκλωμα που δημιουργείτε και να αποσυνδέεστε από το Tinkercad.
Όταν συνδεθείτε ξανά θα βρεθείτε στο dashboard του Tinkercad, και επιλέγοντας αριστερά κάτω από το username σας -> Circuits, θα δείτε το κύκλωμά σας όποτε ξανασυνδεθείτε. Πατώντας πάνω του θα εμφανιστεί άλλη οθόνη στην οποία επιλέγοντας Tinkerthis θα μπορείτε να μπείτε στο κύκλωμα και να κάνετε τυχόν αλλαγές, οι οποίες σώζονται αυτόματα. Επίσης στο dashboard μπορείτε να επιλέξετε CreateNewCircuit και να δημιουργήσετε ένα νέο κύκλωμα.
Τί είναι; είναι η προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρικών φορτίων ή φορέων ηλεκτρικού φορτίου, κατά μήκος ενός ηλεκτροφόρου αγωγού. Από τον ορισμό του ηλεκτρικού ρεύματος προκύπτει ότι για να εμφανιστεί χρειάζονται δύο προϋποθέσεις:
Η ύπαρξη φορέων ηλεκτρικού φορτίου με ελευθερία κίνησης.
Αίτιο για την προσανατολισμένη κίνηση των φορέων, δηλαδή κάποιο ηλεκτρικό πεδίο.
Συνήθως τα ηλεκτρικά φορτία είναι ελεύθερα ηλεκτρόνια μεταλλικών αντικειμένων όπως στα καλώδια. Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η μεταφερόμενη ηλεκτρική ενέργεια. Το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί τη θέρμανση των σωμάτων τα οποία διαρρέει. Συσκευές που λειτουργούν με βάση τα θερμικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ο θερμοσίφωνας και η ηλεκτρική κουζίνα.
Το μέγεθος που μετρά το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος, που ορίζεται ως: I = dQ/dt
Υπολογισμός έντασης ρεύματος
Δηλαδή ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ο ρυθμός διέλευσης του ηλεκτρικού φορτίου από τη διατομή ενός αγωγού. Πιο απλά, σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα περνάει από τη διατομή του αγωγού ηλεκτρικό φορτίο. Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος δείχνει πόσο φορτίο περνά στη μονάδα του χρόνου. Μετριέται στο διεθνές σύστημα μονάδων σε Αμπέρ Α (γαλλικά Ampere) και θεωρείται θεμελιώδης μονάδα.
ΕΙΔΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ
Συνεχές ρεύμα
Συνεχές ρεύμα είναι το ηλεκτρικό ρεύμα που έχει μία συγκεκριμένη φορά.
Συνήθως το συνεχές ρεύμα έχει σταθερό μέτρο έντασης, με το οποίο λειτουργούν τα περισσότερα κυκλώματα και το οποίο παράγουν οι μπαταρίες. Αυτά τα κυκλώματα είναι μικρά ηλεκτρικά κυκλώματα ή ηλεκτρονικά κυκλώματα. Επειδή έχει σταθερή ένταση, υποχρεωτικά παράγεται από σταθερή τάση, δεδομένου ότι το κύκλωμα δεν αλλάζει σημαντικά με την πάροδο του χρόνου.
Η τάση που παρέχει η μπαταρία, η οποία ωθεί την κίνηση των φορτίων, δηλαδή το ηλεκτρικό ρεύμα, ονομάζεται ηλεκτρεγερτική δύναμη. Ηλεκτρεγερτική δύναμη μπορεί να παρέχει και μια ηλεκτρογεννήτρια, μια φωτοβολταϊκή συστοιχία ή θερμοηλεκτρικές συστοιχίες. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις η τάση «εγείρεται» με διαφορετικό φυσικό μηχανισμό. Στην μπαταρία, η διαφορά δυναμικού δημιουργείται από χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν μέσα στην μπαταρία μεταξύ των συστατικών της. Κατά τη διάρκεια της ζωής μιας μπαταρίας, οι ποσότητες των στοιχείων που αντιδρούν για να δώσουν τη διαφορά δυναμικού ελαττώνονται και έτσι η παραγόμενη διαφορά δυναμικού εξασθενεί.
Εναλλασσόμενο ρεύμα
Εναλλασσόμενο ρεύμα είναι το ρεύμα στο οποίο εναλλάσσεται η φορά, δηλαδή η φορά αλλάζει περιοδικά με το χρόνο. Συνήθως αυτή η μεταβολή είναι αρμονική συνάρτηση του χρόνου, οπότε έχει περίοδο και φάση, και με το οποίο λειτουργούν μεγάλα δίκτυα ηλεκτροδότησης.
Η παροχή του ηλεκτρικού ρεύματος γίνεται από το υφιστάμενο ηλεκτρικό δίκτυο ή δίκτυο ηλεκτροδότησης. Γενικά, το παρεχόμενο ηλεκτρικό ρεύμα είναι εναλλασσόμενο ημιτονοειδές ηλεκτρικό ρεύμα, ενεργής τάσης 230V και συχνότητας 50hz.
Ηλεκτρεγερτική δύναμη (συντομογραφικά: ΗΕΔ) είναι το πηλίκο του έργου ανά μονάδα ηλεκτρικού φορτίου κατά μήκος μιας κλειστής ηλεκτρικής διαδρομής (ηλεκτρικό κύκλωμα), το οποίο (έργο) χρειάζεται να αποδοθεί στη μονάδα του φορτίου ώστε αυτό (το μοναδιαίο φορτίο) να διατρέξει έναν πλήρη κύκλο στη διαδρομή αυτή. Στην περίπτωση που το κύκλωμα είναι ανοικτό, όπως σε μια ασύνδετη μπαταρία, το έργο αφορά τη μετακίνηση του μοναδιαίου φορτίου από τον ένα πόλο της μπαταρίας στον άλλο και ισούται με την ηλεκτρική τάση μεταξύ των πόλων (πολική τάση) της ασύνδετης πηγής. Η ΗΕΔ μετράται σε μονάδες: ενέργεια προς φορτίο, δηλαδή σε βολτ (V), στο διεθνές σύστημα μονάδων.
Έστω ένας αντιστάτης αντίστασης R, στον οποίον εφαρμόζεται διαφορά δυναμικού V (ή η ΗΕΔ μιας μπαταρίας) και ο οποίος διαρρέεται από ρεύμα Ι. Η ένταση του ρεύματος Ι είναι ανάλογη της διαφοράς δυναμικού με συντελεστή αναλογίας 1/R. Στη μαθηματική γλώσσα αυτή η σχέση γράφεται:
