Как использовать Tinkercad для тестирования и внедрения вашего оборудования: 5 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Схемное моделирование - это метод, при котором компьютерное программное обеспечение моделирует поведение электронной схемы или системы. Новые конструкции можно тестировать, оценивать и диагностировать без фактического построения схемы или системы. Моделирование схемы может быть полезным инструментом при поиске и устранении неисправностей в системе для сбора данных до того, как действительно произойдет устранение неисправностей на уровне схемы. Это позволяет проектировщику определить правильность и эффективность проекта до того, как система будет фактически построена. Следовательно, пользователь может исследовать достоинства альтернативных проектов без физического построения систем. Изучая влияние конкретных проектных решений на этапе проектирования, а не на этапе строительства, общие затраты на строительство системы значительно снижаются.

Таким образом, программное моделирование - это хороший способ попробовать, прежде чем создавать схему физически. Tinkercad - это веб-инструмент моделирования, который поможет вам протестировать ваше оборудование и программное обеспечение без каких-либо физических подключений или даже без покупки какого-либо оборудования.

Вы когда-нибудь ощущали нехватку выводов ввода-вывода на Arduino? Если вы думали водить тонны светодиодов или хотите сделать светодиодный куб, я думаю, вы определенно почувствовали потребность в выводах ввода / вывода. Знаете ли вы, что вы можете управлять неограниченным количеством светодиодов, используя только 3 контакта Arduino? Да, сдвиговые регистры помогут вам в этом волшебстве. В этом руководстве я покажу вам, как можно реализовать неограниченный ввод и вывод с использованием регистров сдвига 74HC595. В качестве примера я сделаю цифровые часы с термометром и люксметром, использующим шесть 7-сегментных дисплеев. Прежде чем наконец сделать аппаратную схему, я смоделировал схему в Tinkercad, потому что с ними связано много соединений. Моделирование может сделать вас более уверенным, и вы можете протестировать свою схему без каких-либо физических проб и ошибок. Очевидно, это поможет вам сэкономить дорогостоящее оборудование и драгоценное время.

Вы можете получить доступ к моделированию здесь:

Шаг 1. Сохраните свое оборудование от сжигания

Как и другие электронные схемы, светодиодные схемы очень чувствительны к току. Светодиод горит, если ток превышает номинальный (например, 20 мА). Выбор подходящего резистора очень важен для правильной яркости без сжигания цепей или светодиодов.

У схем Tinkercad есть отличная особенность. Он показывает, протекает ли через элементы схемы ток, превышающий номинальный. В следующей схеме я подключил семисегментный дисплей напрямую к регистру сдвига без какого-либо резистора. Это небезопасно для регистра даже для семисегментного дисплея, и оба могут сгореть при таком подключении. Tinkercad показывает этот факт красными звездами.

В следующей схеме я добавил по одному резистору на 180 Ом к каждому сегменту светодиода. Через каждый сегмент дисплея протекает ток около 14,5 мА, за исключением дисплея. Но из моделирования видно, что это значение сопротивления небезопасно для ИС. Максимальный ток сдвигового регистра составляет 50 мА. Таким образом, микросхема безопасна до трех на сегменте дисплея (14,5 x 3 = 43,5 мА). Если более трех сегментов становится на IC, можно сжечь (например, 14,5 x 4 = 58 мА). Большинство производителей на это не обращает внимания. Они рассчитывают номинал резистора только с учетом дисплея.

Но если они смоделируют схему в Tinkercad, вероятность совершения этой ошибки будет равна нулю. Потому что Tinkercad предупредит вас, показывая красную звезду.

Вы можете наблюдать за ситуацией, наведя курсор мыши на звезду, как показано на рисунке ниже.

Следующая конструкция идеально подходит, когда я выбираю резистор 470 Ом для каждого сегмента дисплея. Эскиз атташе Arduino использовался при моделировании схемы.

Шаг 2: Измерьте напряжение, ток, сопротивление и форму волны

Измерение тока и напряжения - большая проблема для электронной схемы, особенно если требуется несколько параллельных измерений. Симуляция Tinkercad может очень легко решить эту проблему. Вы можете очень легко измерить текущее напряжение и сопротивление. Вы можете сделать это для нескольких веток одновременно. Следующая настройка показывает полный ток и напряжение в цепи.

Вы также можете использовать осциллограф для наблюдения за формой волны и измерения частоты.

В приведенной выше настройке осциллограф показывает тактовый сигнал от Arduino. Вы также можете измерять ток и напряжение нескольких ветвей одновременно, что очень эффективно. Если вы хотите измерить ток нескольких ветвей одновременно с помощью мультиметра из практической схемы, это будет очень сложно. Но в Tinkercad это можно сделать очень легко. В следующей схеме я использовал несколько амперметров для измерения тока от разных ветвей.

Шаг 3: Написание программы и использование последовательного монитора

Одна из интересных и полезных функций схемы Tinkercad заключается в том, что в ней есть редактор кода, и вы можете написать программу для Arduino и ESP8266 прямо из его среды. Вы также можете разработать программу с использованием графической среды, выбрав Блочный режим. Это очень полезно для создателей и любителей, у которых нет опыта программирования.

Он также имеет встроенный отладчик, из которого вы можете отлаживать свой код. Отладчик поможет вам определить ошибку (ошибку) в вашем коде и исправить (отладить) ее.

Схема Tinkercad также имеет последовательный монитор, и вы можете очень легко отслеживать значение датчика и отлаживать свою схему. Следующая схема использовалась для тестирования ИК-датчика и ультразвукового датчика и для сохранения данных в последовательном мониторе.

Вы можете получить доступ к схеме по ссылке:

Шаг 4: Моделирование большой и сложной схемы (часы с термометром и люксметром)

В Tinkercad вы можете смоделировать любую сложную схему, прежде чем реализовывать ее на практике. Это может сэкономить ваше драгоценное время. Шанс ошибиться в сложной схеме очень велик. Если вы сначала протестируете его в Tinkercad, он может быть очень эффективным, потому что вы знаете, что ваша схема и программа будут работать или нет. В результате вы также можете изменить и обновить свою схему в соответствии с вашими требованиями.

Я смоделировал сложную схему в Tinkercad, и это схема часов с термометром и люксметром. Схема питается от батареи 9В с регулятором 5В. Шести-, семисегментный дисплей используется для отображения времени с часами, минутами и секундами. Четыре кнопки, использующие один аналоговый вход, используются для настройки времени. Для установки будильника подключен зуммер. LM35 IC используется для отображения температуры окружающей среды. Датчик внешней освещенности используется для измерения люкс.

Цифровой кнопочный переключатель используется для вывода 7 Arduino. Этот кнопочный переключатель используется для изменения параметра. По умолчанию показывает время или работает в режиме часов. При первом нажатии отображается температура, а при втором нажатии - уровень люкс.

Шаг 5: Реализация с помощью оборудования

После моделирования схемы и настройки программы и значения сопротивления наступило идеальное время для практической реализации схемы. Практическая схема может быть реализована на макетной плате, если вы хотите сделать прототип для отображения где-нибудь. Макетная схема имеет ряд достоинств и недостатков. Основное преимущество макетной схемы в том, что она легко модифицируется и для этого не требуется пайка. С другой стороны, соединение макетной платы может быть очень легко ослаблено, и его очень трудно идентифицировать для сложной схемы.

Если вы хотите сделать это для практического использования, лучше всего подойдет паяная печатная плата. Вы можете очень легко сделать свою собственную печатную плату дома. Для этого не требуется никаких специальных инструментов. Если вы хотите узнать о печатной плате DIY, вы можете следовать этим красивым инструкциям.

1. Самодельная печатная плата - пошаговая инструкция по повторной замене.

2. Руководство по изготовлению печатных плат от pinomelean

Вы также можете заказать в Интернете профессиональную печатную плату. Некоторые производители предоставляют услуги печати печатных плат по очень низкой цене. SeeedStudio Fusion PCB и JLCPCB - два самых известных поставщика услуг. Вы можете попробовать один из них.

[Примечание: некоторые изображения собраны из Интернета.]

Второй приз в конкурсе "Советы и рекомендации по электронике"