Tinkercad gebruiken om uw hardware te testen en te implementeren: 5 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Circuitsimulatie is een techniek waarbij computersoftware het gedrag van een elektronisch circuit of systeem simuleert. Nieuwe ontwerpen kunnen worden getest, geëvalueerd en gediagnosticeerd zonder het circuit of systeem daadwerkelijk te bouwen. Circuitsimulatie kan een handig hulpmiddel zijn bij het oplossen van problemen met een systeem om gegevens te verzamelen voordat het oplossen van problemen op circuitniveau daadwerkelijk plaatsvindt. Hierdoor kan de ontwerper de juistheid en efficiëntie van een ontwerp bepalen voordat het systeem daadwerkelijk wordt gebouwd. Bijgevolg kan de gebruiker de voordelen van alternatieve ontwerpen onderzoeken zonder de systemen daadwerkelijk fysiek te bouwen. Door de effecten van specifieke ontwerpbeslissingen tijdens de ontwerpfase te onderzoeken in plaats van tijdens de constructiefase, nemen de totale kosten van het bouwen van het systeem aanzienlijk af.

Softwaresimulatie is dus een goede manier om te proberen voordat u het circuit fysiek maakt. Tinkercad is een webgebaseerde simulatietool waarmee u zowel uw hardware als software kunt testen zonder een fysieke verbinding tot stand te brengen of zelfs zonder hardware te kopen.

Heb je ooit het tekort aan input-output-pinnen op Arduino gevoeld? Als je dacht tonnen LED aan te sturen of LED Cube wilt maken, denk ik dat je zeker de behoefte voelde aan I / O-pinnen. Weet je dat je een onbeperkt aantal LED's kunt aansturen met slechts 3 pinnen van Arduino? Ja, schuifregisters zullen je helpen om deze magie te maken. In deze instructable laat ik je zien hoe we onbeperkte invoer en uitvoer kunnen implementeren met behulp van 74HC595 schuifregisters. Als voorbeeld zal ik een digitale klok maken met een thermometer en een luxmeter met behulp van zes 7-segments display. Voordat ik uiteindelijk het hardwarecircuit maakte, heb ik het circuit in Tinkercad gesimuleerd omdat hier veel verbindingen mee gemoeid zijn. Een simulatie kan u meer zelfvertrouwen geven en u kunt uw circuit testen zonder fysiek vallen en opstaan. Uiteraard helpt het u om uw kostbare hardware en kostbare tijd te besparen.

U kunt de simulatie hier openen:

Stap 1: Bewaar uw hardware tegen branden

Net als andere elektronische circuits zijn LED-circuits erg gevoelig voor stroom. LED brandt als er meer stroom vloeit dan de nominale stroom (bijv. 20mA). De selectie van een geschikte weerstand is erg belangrijk voor een goede helderheid zonder de circuits of LED's te verbranden.

Tinkercad-circuits hebben een uitstekende eigenschap. Het laat zien of er meer dan de nominale stroom door de circuitelementen stroomt. In het volgende circuit heb ik een display met zeven segmenten rechtstreeks op een schuifregister aangesloten zonder enige weerstand. Het is niet veilig voor het register, zelfs niet voor het zevensegmentendisplay en beide kunnen door deze verbinding worden verbrand. Tinkercad laat het feit zien door de rode sterren.

In het volgende circuit heb ik een weerstand van 180 ohm toegevoegd aan elk segment van de LED. Er vloeit ongeveer 14,5 mA stroom door elk segment van het display, wat veilig is voor het display. Maar uit de simulatie blijkt dat deze weerstandswaarde niet veilig is voor de IC. De maximale stroomcapaciteit van het schuifregister is 50mA. Het IC is dus veilig tot drie op segment van het display (14,5 x 3 = 43,5 mA). Als er meer dan drie segmenten op het IC komen, kan het worden verbrand (bijvoorbeeld 14,5 x 4 = 58mA). Het grootste deel van de maker besteedt hier geen aandacht aan. Ze berekenen de weerstandswaarde alleen rekening houdend met het display.

Maar als ze het circuit in de Tinkercad simuleren, wordt de kans om deze fout te maken nul. Omdat Tinkercad u waarschuwt door de rode ster te tonen.

U kunt de situatie observeren door de muiscursor op de ster te houden, zoals in de onderstaande afbeelding.

Het volgende ontwerp is perfect waarbij ik een weerstand van 470 ohm kies voor elk segment van het scherm. De attache Arduino-schets werd gebruikt bij het simuleren van het circuit.

Stap 2: Meet de spanning, stroom, weerstand en golfvorm

Het meten van stroom en spanning is een groot gedoe voor elektronische schakelingen, vooral meerdere parallelle metingen zijn vereist. Tinkercad-simulatie kan dit probleem heel gemakkelijk oplossen. Stroomspanning en weerstand kun je heel eenvoudig meten. U kunt dit voor meerdere vestigingen tegelijk doen. De volgende opstelling toont de totale stroom en de spanning van het circuit.

U kunt ook een oscilloscoop gebruiken om de golfvorm te observeren en de frequentie te meten.

In de bovenstaande opstelling toont de oscilloscoop het kloksignaal van de Arduino. U kunt ook de stroom en spanning van meerdere takken tegelijk meten, wat zeer effectief is. Als u meerdere takkenstroom tegelijk wilt meten met behulp van een multimeter van een praktisch circuit, zal het erg moeilijk zijn. Maar in Tinkercad kun je het heel gemakkelijk doen. In het volgende circuit heb ik meerdere ampèremeters gebruikt om de stroom van verschillende takken te meten.

Stap 3: Programma schrijven en seriële monitor gebruiken

Een van de interessante en handige functies van het Tinkercad-circuit is dat het een code-editor heeft en dat je een programma voor Arduino en ESP8266 rechtstreeks vanuit zijn omgeving kunt schrijven. U kunt ook een programma ontwikkelen in een grafische omgeving door de modus Blokkeren te selecteren. Het is erg handig voor de maker en hobbyist die geen programmeerervaring hebben.

Het heeft ook een ingebouwde Debugger van waaruit u uw code kunt debuggen. De debugger zal u helpen om de bug (fout) in uw code te identificeren en deze te corrigeren (debuggen).

Tinkercad-circuit heeft ook de seriële monitor en u kunt de sensorwaarde bewaken en uw circuit heel gemakkelijk debuggen. Het volgende circuit werd gebruikt om de PIR- en ultrasone sensor te testen en de gegevens in seriële monitor op te volgen.

Je hebt toegang tot het circuit via de link:

Stap 4: Simulatie van groot en complex circuit (klok met thermometer en luxmeter)

In Tinkercad kun je elk complex circuit simuleren voordat je het praktisch maakt. Het kan u kostbare tijd besparen. De kans op fouten in een complexe schakeling is erg groot. Als u het eerst in Tinkercad test, kan het zeer effectief zijn omdat u weet of uw circuit en programma zullen werken of niet. Op basis van het resultaat kunt u uw circuit ook aanpassen en bijwerken volgens uw vereisten.

Ik heb een complexe schakeling in Tinkercad gesimuleerd en het is een klokschakeling met thermometer en luxmeter. Het circuit wordt gevoed door een 9V-batterij met een 5V-regelaar. Zes, zeven segmenten display wordt gebruikt om de tijd met uur, minuut en seconde weer te geven. Vier knoppen die een enkele analoge ingang gebruiken, worden gebruikt om de tijd aan te passen. Er is een zoemer aangesloten om het alarm in te stellen. LM35 IC wordt gebruikt om de temperatuur van de omgeving weer te geven. Een omgevingslichtsensor wordt gebruikt om de lux te meten.

Een digitale knopschakelaar wordt gebruikt voor Arduino pin #7. Deze knopschakelaar wordt gebruikt om de optie te wijzigen. Standaard toont het de tijd of werkt het in de klokmodus. Voor de eerste keer drukken toont het de temperatuur en het lux-niveau voor de tweede keer drukken.

Stap 5: Implementeren met hardware

Na het simuleren van de schakeling en het aanpassen van het programma en de weerstandswaarde is het de perfecte tijd om de schakeling praktisch uit te voeren. Een praktische schakeling kan op het breadboard worden geïmplementeerd als je ergens een prototype wilt maken om te laten zien. Breadboard-circuit heeft enkele voor- en nadelen. Het grote voordeel van het breadboard-circuit is dat het eenvoudig kan worden aangepast en dat er geen solderen voor nodig is. Aan de andere kant kan de verbinding van het breadboard-circuit heel gemakkelijk losraken en is het erg moeilijk te identificeren voor een complex circuit.

Als je het voor praktisch gebruik wilt maken, is een gesoldeerd PCB-circuit het beste. Je kunt heel eenvoudig thuis je eigen PCB-schakeling maken. Daar is geen speciaal gereedschap voor nodig. Als je meer wilt weten over de DIY-printplaat, kun je deze leuke Instructables volgen.

1. Zelfgemaakte PCB-stap-voor-stap door recwap.

2. Gids voor het maken van PCB's door pinomelean

U kunt ook online een professionele print bestellen. Verschillende fabrikanten bieden printservice voor printplaten tegen een zeer lage prijs. SeeedStudio Fusion PCB en JLCPCB zijn de twee meest prominente serviceproviders. Je kunt een van deze proberen.

[Opmerking: sommige afbeeldingen zijn verzameld van internet.]

Tweede prijs in de Electronics Tips & Tricks Challenge