Kiểm soát độ sáng, Arduino (với Hình ảnh động): 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Trong vài năm qua, tôi đã chế tạo hai máy chơi pinball (pinballdesign.com) và hai đầu rô bốt (grahamasker.com), mỗi máy do Arduinos điều khiển. Từng có sự nghiệp kỹ sư cơ khí, tôi thấy ổn với việc thiết kế các cơ chế, tuy nhiên tôi gặp khó khăn với việc lập trình. Tôi quyết định tạo hình ảnh động để minh họa một số khái niệm cơ bản về Arduino. Tôi nghĩ nó sẽ giúp tôi và những người khác hiểu họ. Một bức tranh có giá trị một nghìn từ và một hình ảnh động có thể là một nghìn bức tranh!

Vì vậy, đây là một giải thích hoạt hình về chủ đề Kiểm soát độ sáng. Hình ảnh động ở trên cho thấy một sơ đồ của một chiết áp được kết nối với Arduino. Nó cho thấy cách điều chỉnh vị trí của chiết áp có thể làm thay đổi độ sáng của đèn led. Tôi sẽ giải thích tất cả các yếu tố của quá trình này. Đối với bất kỳ ai không quen thuộc với chiết áp và đèn led, tôi sẽ bắt đầu với những cái đó. Sau đó, tôi sẽ giải thích lý do tại sao led phải được kết nối với chân Arduino hỗ trợ PWM và cách chức năng MAP được sử dụng trong bản phác thảo Arduino để chuyển đổi đầu vào từ chiết áp thành đầu ra phù hợp để điều khiển đèn led.

Nếu bạn đã quen với led và chiết áp thì có thể bỏ qua phần 1 và 2.

Bước 1: GIỚI THIỆU về đèn LED

Hình minh họa bên trái ở trên là ký hiệu mạch cho một con led và cực tính của các chân led. Dòng điện sẽ chỉ chạy qua đèn LED theo một hướng vì vậy cực tính là rất quan trọng. Chân dài hơn là dương. Ngoài ra có một mặt phẳng đối với mặt bích, đây là mặt tiêu cực.

VOLTAGE và HIỆN TẠI

Điện áp yêu cầu của một đèn LED nằm trong khoảng từ 2,2 v đến 3,2 vôn tùy thuộc vào màu sắc của nó. Đánh giá hiện tại của họ thường là 20mA. Để hạn chế dòng điện và ngăn đèn LED quá nóng, cần sử dụng một điện trở mắc nối tiếp với mỗi đèn LED. Tôi đề nghị khoảng 300 ohms.

Hình minh họa bên phải ở trên cho thấy một cách hàn điện trở vào chân của một đèn led và cách điện nó với kiểu dáng co nhiệt.

Bước 2: KHÁCH HÀNG

Theo thuật ngữ Arduino, chiết áp là một cảm biến. “Cảm biến” đề cập đến bất kỳ thiết bị bên ngoài nào khi được kết nối với các chân đầu vào có thể được Arduino cảm nhận. Chúng tôi sẽ sử dụng một chiết áp được kết nối với Arduino, để điều khiển độ sáng của đèn LED. Một chiết áp đôi khi được gọi là một bộ chia điện áp, mà tôi nghĩ là một mô tả tốt hơn. Sơ đồ bên trái ở trên cho biết nguyên lý chính của bộ chia điện áp. Trong ví dụ này, một điện trở được nối với đất ở một đầu và được giữ bằng một số nguồn điện đến 5v ở đầu kia. Nếu một thanh trượt được di chuyển dọc theo điện trở thì nó sẽ ở hiệu điện thế 0v ở đầu bên trái, 5v ở đầu bên phải. Ở bất kỳ vị trí nào khác, nó sẽ ở giá trị từ 0v đến 5v. Ví dụ ở một nửa chặng đường, nó sẽ ở mức 2,5V. Nếu chúng ta định hình lại sự sắp xếp như hình bên phải ở trên, thì điều này thể hiện hoạt động của một chiết áp xoay.

Bước 3: MẠCH

Hình minh họa ở trên cho thấy cách chúng ta cần kết nối chiết áp và led với Arduino.

Ardunio cần cảm nhận điện áp được cấp bởi chiết áp. Điện áp thay đổi trơn tru khi chiết áp được xoay, do đó nó là tín hiệu tương tự và do đó cần được kết nối với chân đầu vào tương tự trên Arduino. Điện áp trên chân này sẽ được Arduino đọc mỗi khi chương trình yêu cầu nó thông qua chức năng “analogRead”.

Arduino chỉ có các chân đầu ra kỹ thuật số. Tuy nhiên, các chân có dấu ngã (~) bên cạnh mô phỏng một đầu ra tương tự phù hợp để điều khiển độ sáng của đèn Led. Quá trình này được gọi là Điều chế độ rộng xung (PWM) và được giải thích qua hình ảnh động tiếp theo, Bước 4.

Bước 4: PWM

PWM, Điều chế độ rộng xung

Như đã đề cập trước đó, các chân có dấu ngã, “~“bên cạnh chúng là các chân PWM. Bởi vì các chân là kỹ thuật số, chúng chỉ có thể ở 0v hoặc 5v, tuy nhiên với PWM, chúng có thể được sử dụng để làm mờ đèn LED hoặc điều khiển tốc độ của động cơ. Họ làm như vậy bằng cách cung cấp 5v cho một đèn LED nhưng tạo xung cho nó từ 0v đến 5v ở 500 Hz (500 lần mỗi giây) và kéo dài hoặc thu nhỏ thời lượng của từng phần tử 0v và 5v của xung. Khi đèn LED nhìn thấy xung 5v dài hơn xung 0v thì nó trở nên sáng hơn. Trong chương trình của chúng tôi, chúng tôi sử dụng hàm analogueWrite () để xuất ra “sóng vuông” PWM. Nó có 256 mức tăng, Zero cho chu kỳ nhiệm vụ 0% và 255 cho "chu kỳ nhiệm vụ" 100%, tức là 5 volt liên tục. Vì vậy, 127 sẽ cung cấp 50% chu kỳ nhiệm vụ, một nửa thời gian ở 0v và một nửa thời gian ở 5v. Hình ảnh động ở trên cho thấy khi chu kỳ nhiệm vụ này được kéo dài đến 100% thì đèn led sẽ sáng hơn.

Bước 5: CHƯƠNG TRÌNH (ARDUINO SKETCH)

Video trên hướng dẫn một chương trình (bản phác thảo) có thể được sử dụng để điều khiển độ sáng của đèn led bằng cách sử dụng một chiết áp. Mạch tương tự như được hiển thị ở bước 3.

Nếu bạn thấy video này có tốc độ nhanh (hoặc chậm) để đọc thoải mái thì bạn có thể điều chỉnh tốc độ của nó Ở đầu bên phải của thanh điều khiển phía dưới là một biểu tượng có hình bánh răng cưa (một số lần có nhãn 'HD' màu đỏ trên đó.) Nếu được nhấp vào, nó sẽ hiển thị menu bao gồm "tốc độ phát lại".

Tất nhiên, sẽ tốt hơn nếu bạn có thể nhấp vào một nút để lướt qua từng dòng của chương trình với tốc độ của riêng bạn, tuy nhiên rất tiếc là không thể cung cấp phương pháp tương tác đó ở đây. Nếu bạn muốn sử dụng phương pháp đó cho chủ đề này và nhiều chủ đề Arduino khác thì có phiên bản xem trước miễn phí của ebook tương tác / hoạt hình có sẵn tại animarduino.com

Có một tính năng trong chương trình mà tôi nghĩ cần giải thích thêm: trên dòng 14, chức năng "bản đồ" được sử dụng. Tiếp theo sẽ có lời giải thích về mục đích của nó, ở bước 6

Bước 6: BẢN ĐỒ

Chúng tôi có chiết áp được kết nối với một chân tương tự. Điện áp chiết áp thay đổi trong khoảng 0v đến 5v. Phạm vi này được đăng ký trong bộ xử lý theo 1024 gia số. Khi đầu vào giá trị được sử dụng để tạo đầu ra thông qua chân kỹ thuật số hỗ trợ PWM, phạm vi này phải được ánh xạ tới phạm vi đầu ra của chân kỹ thuật số. Điều này có 255 gia số. Chức năng bản đồ được sử dụng cho mục đích này và cung cấp đầu ra tỷ lệ với đầu vào.

Video trên minh họa điều này.

Bước 7: Hoạt hình Arduino

Các hình ảnh trong Có thể hướng dẫn này được lấy từ ebook Animated Arduino của tôi có sẵn tại www.animatedarduino.com, trong đó tôi nhằm mục đích cung cấp sự hiểu biết tốt hơn về một số khái niệm gặp phải khi học lập trình Arduino.

Có một bản sao xem trước miễn phí của ebook có sẵn trên trang web cho phép bạn trải nghiệm bản chất tương tác của cuốn sách. Về cơ bản, nó là một tập hợp các trang mẫu và do đó bỏ qua rất nhiều phần giải thích. Nó bao gồm các trang mẫu cho phép bạn nhấp vào các nút đưa bạn qua từng dòng của một chương trình và xem các nhận xét liên quan. Các trang khác có hoạt ảnh video và nội dung âm thanh mà bạn có thể kiểm soát. Một trang nội dung được bao gồm để bạn có thể xem ấn bản hoàn chỉnh chứa những gì.