Как да използвате Tinkercad за тестване и внедряване на вашия хардуер: 5 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Симулацията на верига е техника, при която компютърният софтуер симулира поведението на електронна схема или система. Новите дизайни могат да бъдат тествани, оценявани и диагностицирани без действително изграждане на веригата или системата. Симулацията на верига може да бъде полезен инструмент за отстраняване на неизправности в системата за събиране на данни, преди действително да се извърши отстраняване на неизправности на ниво верига. Това позволява на проектанта да определи правилността и ефективността на дизайна, преди системата да бъде реално изградена. Следователно, потребителят може да проучи достойнствата на алтернативните дизайни, без всъщност да изгражда физически системите. Чрез изследване на ефектите от конкретни дизайнерски решения по време на фазата на проектиране, а не на фазата на изграждане, общите разходи за изграждане на системата намаляват значително.

Така че софтуерната симулация е добър начин да опитате, преди да направите веригата физически. Tinkercad е уеб-базиран инструмент за симулация, който ще ви помогне да тествате хардуера, както и софтуера, без да правите никаква физическа връзка или дори без да купувате хардуер.

Чувствали ли сте някога недостига на входно-изходни щифтове на Arduino? Ако сте мислили да управлявате тонове LED или искате да направите LED Cube, мисля, че определено сте почувствали нуждата от I/O щифтове. Знаете ли, че можете да управлявате неограничен брой светодиоди, използвайки само 3 пина на Arduino? Да, регистрите за смяна ще ви помогнат да направите тази магия. В тази инструкция ще ви покажа как можем да внедрим неограничен вход и изход, като използваме регистрите за смяна 74HC595. Като пример ще направя цифров часовник с термометър и луксметър, използвайки шест 7 -сегментен дисплей. Преди най -накрая да направя хардуерна верига, симулирах веригата в Tinkercad, защото много връзки са свързани с тях. Симулацията може да ви направи по -уверени и можете да тествате финализирането на вашата верига без никакви физически опити и грешки. Очевидно това ще ви помогне да спестите скъпия хардуер и ценното време.

Можете да получите достъп до симулацията от тук:

Стъпка 1: Запазете хардуера си от изгаряне

Подобно на други електронни схеми, LED схемите са много чувствителни към тока. Светодиодът изгаря, ако тече повече ток от номиналния (напр. 20mA). Изборът на подходящ резистор е много важен за правилната яркост без изгаряне на веригите или светодиодите.

Tinkercad схемите имат отлична характеристика. Той ви показва, ако през елементите на веригата тече повече от номиналния ток. В следната схема свързах седемсегментен дисплей директно към регистър за смяна без никакъв резистор. Не е безопасно за регистъра дори за седем сегментния дисплей и и двата могат да бъдат изгорени от тази връзка. Tinkercad показва факта чрез червените звезди.

В следната схема добавих по един 180 омов резистор към всеки сегмент от светодиода. Около 14,5 mA ток преминава през всеки сегмент на дисплея, който е запазен за дисплея. Но от симулацията може да се види, че тази стойност на съпротивлението не е безопасна за IC. Максималният токов капацитет на регистъра за смяна е 50mA. Така че, IC е безопасен до три на сегмента на дисплея (14.5 x 3 = 43.5mA). Ако повече от три сегмента попаднат на интегралната схема, тя може да бъде изгорена (например 14,5 x 4 = 58 mA). Повечето производители не обръщат внимание на този факт. Те изчисляват стойността на резистора, като отчитат само дисплея.

Но ако симулират веригата в Tinkercad, шансът да се направи тази грешка отива до нула. Защото Tinkercad ще ви предупреди, като покаже червената звезда.

Можете да наблюдавате ситуацията при задържане на курсора на мишката върху звездата, както е показано на фигурата по -долу.

Следният дизайн е перфектен, когато избирам резистор от 470 ома за всеки сегмент от дисплея. Скицата на аташето Arduino е използвана при симулиране на веригата.

Стъпка 2: Измерете напрежението, тока, съпротивлението и формата на вълната

Измерването на ток и напрежение е голяма неприятност за електронната схема, особено са необходими множество паралелни измервания. Симулацията на Tinkercad може да реши този проблем много лесно. Можете да измервате текущото напрежение и съпротивление много лесно. Можете да направите това за няколко клона едновременно. Следващата настройка показва общия ток и напрежението на веригата.

Можете също да използвате осцилоскоп за наблюдение на формата на вълната и измерване на честотата.

В горния осцилоскоп за настройка показва часовника сигнал от Arduino. Можете също така да измервате тока и напрежението на множество клонове наведнъж, което е много ефективно. Ако искате да измервате ток от няколко клона наведнъж, използвайки мултицет от практическа верига, ще бъде много трудно. Но в Tinkercad можете да го направите много лесно. В следната схема използвах множество амперметри за измерване на ток от различни клони.

Стъпка 3: Писане на програма и използване на сериен монитор

Една от интересните и полезни функции на веригата Tinkercad е, че тя има редактор на код и можете да напишете програма за Arduino и ESP8266 директно от нейната среда. Можете също така да разработите програма, използвайки графична среда, като изберете режим на блокиране. Това е много полезно за производителя и любителя, който няма опит в програмирането.

Той също така има вграден Debugger, откъдето можете да отстраните грешки в кода си. Дебъгерът ще ви помогне да идентифицирате грешката (грешка) във вашия код и да я коригирате (отстраняване на грешки).

Tinkercad веригата също има сериен монитор и можете да наблюдавате стойността на сензора и да отстранявате грешки много лесно. Следната схема беше използвана за тестване на PIR и ултразвуков сензор и включване = bсервиране на данните в сериен монитор.

Можете да получите достъп до веригата от връзката:

Стъпка 4: Симулация на голяма и сложна верига (часовник с термометър и лукс метър)

В Tinkercad можете да симулирате всяка сложна верига, преди да я направите на практика. Това може да ви спести ценно време. Шансът да направите грешка в сложна верига е много голям. Ако първо го тествате в Tinkercad, той може да бъде много ефективен, защото знаете, че вашата схема и програма ще работят или не. От резултата можете също да промените и актуализирате веригата си според вашите изисквания.

Аз симулирах сложна схема в Tinkercad и това е часовник с термометър и луксметър. Веригата се захранва от 9V батерия с 5V регулатор. Шест, седем сегментен дисплей се използва за показване на времето с час, минута и секунда. Четири бутона, използващи един аналогов вход, се използват за регулиране на часа. За задаване на алармата е свързан зумер. LM35 IC се използва за показване на температурата на околната среда. За измерване на лукса се използва сензор за околна светлина.

Превключвател с цифров бутон се използва за Arduino щифт #7. Този бутон се използва за промяна на опцията. По подразбиране показва часа или работи в режим часовник. За първото натискане показва температура и показва ниво на лукс за второто натискане.

Стъпка 5: Внедряване с хардуер

След като симулирате веригата и коригирате програмата и стойността на съпротивлението, това е идеалното време за практическо прилагане на веригата. Практическа схема може да бъде внедрена на макета, ако искате да направите прототип за показване някъде. Електрическата схема има някои предимства и недостатъци. Основното предимство на схемата за макет е, че тя може лесно да бъде модифицирана и за това не се изисква запояване. От друга страна, връзката на макета може да се разхлаби много лесно и е много трудно да се идентифицира за сложна верига.

Ако искате да го направите за практическа употреба, споената печатна платка е най -подходяща. Можете да направите своя собствена верига за печатни платки у дома много лесно. За това не са необходими специални инструменти. Ако искате да знаете за DIY PCB, можете да следвате тези хубави инструкции.

1. Домашно изработена печатна платка стъпка по стъпка чрез повторна смяна.

2. Ръководство за създаване на печатни платки от pinomelean

Можете също така да поръчате онлайн за професионална печатна платка. Няколко производители предоставят услуги за печат на печатни платки на много ниска цена. SeeedStudio Fusion PCB и JLCPCB са два най -известни доставчика на услуги. Можете да опитате един от тях.

[Забележка: Някои изображения се събират от интернет.]

Втора награда в предизвикателството за съвети и трикове по електроника