Tablica edukacyjna dla dzieci. Przykłady zastosowań elektroniki i nauka programowania w oparciu o Scratch.

Patrząc na zdobywające popularność i coraz bardziej wymyślne tablice sensoryczne dla najmłodszych, wpadłem na pomysł realizacji czegoś podobnego, ale z większym naciskiem na elektronikę i programowanie, skierowanym raczej dla starszaków. Opisywana tablica poprzez zabawę i eksperymentowanie, w przystępny sposób wprowadza w podstawy zastosowań elektroniki do monitorowania otoczenia (czujniki), sterowania (przyciski, joystick), uruchamiania elektrycznych elementów wykonawczych (serwo, silnik, elektromagnes) i prezentacji wyników: pomiarów, stanu elementów sterujących i wykonawczych (LEDy, linijki LED, wyświetlacz LCD).  Stan wszystkich elementów i interakcje między nimi można opisać (zakodować) w Scratchu na poziomie prostego przenoszenia bloczków graficznych.

Tablica

Moduł odbiornika audio Bluetooth - updgrade radia

Na AliExpress można znaleźć wiele modułów audio z transmisją po bluetooth-ie i z różnym poziomem mocy wyjściowej - zależnie od potrzeb. W moim przypadku moc nie była priorytetem i wybrałem moduł o nazwie "Bluetooth audio receiver template stereo wireless speaker power amplifier modified DIY Bluetooth module 4.0" kosztujący niecałe 6zł. Moduł chciałem zastosować w radiu (nie posiadającym bluetootha) do którego sygnał audio mógłbym wysłać bezprzewodowo. Stacji radiowych już od dawna nie słucham, bo szlak mnie trafia, jak co 10 minut słyszę durne reklamy ;) Korzystam za to ze Spotify i chcę sobie czasem posłuchać muzyki właśnie na tym radiu.

Opisywany moduł audio

Moduł WiFi ESP8266-01 i Arduino - publikowanie danych z czujnika DHT11 w ThingSpeak

ESP8266-01 to niewielki moduł umożliwiający komunikację Arduino po WiFi ze światem zewnętrznym. Z racji na bardzo przystępną cenę i podobny jak w Arduino próg wejścia moduł ten jest świetnym kandydatem dla projektów IOT. Co więcej, sam może pracować w roli pełnoprawnego mikrokontrolera. Tworzenie kodu i jego przesyłanie do ESP możliwe jest z poziomu Arduino IDE. W tym poście dane z czujnika DHT11 postaram się przesłać na platformę IoT - ThingSpeak, gdzie będą one dostępne w postaci wykresów.

ESP8266-01

Moduł czytnika kart microSD i SD - zapis danych na karcie

Moduł czytnika kart daje duże możliwości, jeśli chodzi magazynowanie danych i to skłoniło mnie do uruchomienia i sprawdzenia jego możliwości. Wbrew nazwie, modułem takim można także zapisywać dane na karcie. Wziąłem pod lupę dwa posiadane moduły czytników kart: mikroSD i SD. Ten drugi dzięki odpowiednim przejściówkom także oczywiście obsługuje te mniejsze karty. W praktyce jednak okazał się bezużyteczny z racji na brak konwertera poziomów logicznych o czym będzie więcej w akapicie o uruchomieniu czytnika. Dlatego dalej opisuję tylko ten pierwszy z czytników (na zdjęciu po lewej).

Moduły kart: mikroSD (po lewej) i SD (po prawej)

Moduł RTC DS3231 i EEPROM AT24C32

Moduł RTC, inaczej zegar czasu rzeczywistego, służy do precyzyjnego odmierzania czasu. Znajdzie więc zastosowanie w rozmaitych zegarach, budzikach, rejestratorach i wszędzie tam, gdzie dodatkowo zechcemy pokazywać bieżący czas. Opisywany moduł dodatkowo oferuje pomiar temperatury, pamięć EEPROM i baterię podtrzymującą zasilanie.

Moduł RTC DS3231 i EEPROM AT24C32

BME280 Czujnik wilgotności, ciśnienia i temperatury

BME280 to chyba jedyny cyfrowy czujnik posiadający możliwość pomiaru aż trzech parametrów powietrza: wilgotności, ciśnienia atmosferycznego oraz temperatury. Jak inne moje moduły, tak i ten, ma racjonalną cenę, zaczynającą się od 2,35 € na AliExpress. Można tam znaleźć także moduły z czujnikiem BME680, mierzącym dodatkowo zawartość rozmaitych gazów w powietrzu, a ogólnie jakość powietrza. Cena jednak w jego przypadku jest o wiele większa i  zaczyna się od 15 €.

Moduł BME280

Moduł sterownika PWM PCA9685

Opisywany moduł zawiera 16 kanałowy 12 bitowy sterownik PWM oparty na układzie PCA9685 sterowany po magistrali I2C. Może przydać się kiedy zabraknie pinów w Arduino, a tych w przypadku UNO od PWM jest sześć. Zajmując tylko dwa piny (do sterowania magistralą I2C) dostajemy kolejne 16. Moduł z definicji przeznaczony jest do sterowania diodami LED, ale może posłużyć też do sterowania silnikami (poprzez mostek H), czy serwami.

Sterownik PWM PCA9685

Ultradźwiękowy czujnik odległości HC-SR04

Moduł HC-SR04 to ultradźwiękowy czujnik odległości pracujący w zakresie od kilku centymetrów do kilku metrów. Może znaleźć zastosowanie na przykład w inteligentnym samochodzie omijającym przeszkody, który nawiasem mówiąc powoli składam i uruchamiam. Jest to też chyba najtańszy z modułów do pomiaru odległości jakie znam. Na plus trzeba mu też zaliczyć bardzo prostą obsługę w kodzie w Arduino.

Moduł HC-SR04

L298N - moduł sterownika silników DC i krokowych

Moduł sterownika L298N umożliwia niezależne sterowanie dwoma silnikami prądu stałego lub jednym silnikiem krokowym. Układ scalony L298N jest podwójnym mostkiem H. Mostek stąd, że łączy bieguny silnika z zasilaniem (naprzemiennie - co wpływa na kierunek obrotów), a "H" bo typowy układ elektryczny obrazujący działanie mostka przyjmuje kształt tej litery.

Moduł sterownika

Moduł bluetooth HC-05 - konfiguracja i uruchomienie w Arduino

Tym razem wziąłem na warsztat popularny moduł HC-05 służący do komunikacji po bluetooth-ie. Zapewne na powody tej popularności ma duży wpływ niska cena, do której można dodać łatwość obsługi i bezproblemowe działanie. To się ceni, zwłaszcza, że moje doświadczenia z tą technologią były dotychczas różne i niekoniecznie satysfakcjonujące.

HC-05 - góra

HC-05 - dół

Moduł radia FM TEA5767 & Arduino

Popularny i tani moduł radia FM TEA5767 jest pierwszym modułem jaki wziąłem na tapetę. Prawie pierwszym, bo był jeszcze epizod ze znacznie mnie popularnym QN8025. Niestety poległ, zanim zdążyłem go uruchomić, najprawdopodobniej z racji na komunikację po szynie danych I2C z napięciem 5V.  Potem jeszcze nabyłem układ RDA5807M, który chyba jest najwartościowszy z tej trójki, bo posiada wbudowane takie fjuczery jak RDS czy cyfrowa regulacja głośności za porównywalną cenę TEA5767 a jest tańszy od niezbyt popularnego QN8025.

Wygląd modułu z obu stron

Moduł wzmacniacza mocy audio PAM8403

Moduł wzmacniacza audio oparty na układzie PAM8403 to ciekawa i warta wzięcia pod uwagę alternatywa dla takich układów jak TDA2030, gdy wystarczy nam moc kilku watów. Zalety modułu to niewielka cena (kilka złotych), względnie małe rozmiary oraz brak konieczności stosowania radiatora. Możliwe jest to, ponieważ omawiany układ jest cyfrowym wzmacniaczem stereo klasy D o wysokiej sprawności dochodzącej do 90%. W przypadku TDA2030 (klasa AB) sprawność dochodzi do 60%.

Moduły z PAM8403

Pilot IR (NEC) z odbiornikiem HX1838. Obsługa w Arduino.

Pilot IR wraz z odbiornikiem HX1838, działający w oparciu o protokół NEC umożliwia tanią, wygodną i bezprzewodową możliwość sterowania urządzeniami. Dodatkowo jest prosty w implementacji w kodzie, gdyż mamy do dyspozycji dostępne biblioteki napisane pod Arduino, takie jak IRemote, czy IRLib opatrzone wieloma, przystępnymi przykładami użycia.

Odbiornik i piloty - szary (po lewej) i biały (po prawej)

Moduł I2C 1602 dla wyświetlaczy LCD ze sterownikiem HD4478

Moduł o nazwie I2C LCD1602 jest alternatywą do innego opisywanego przeze mnie modułu sterowania LCD przy użyciu rejestru 74HC164. Oba obsługują wyświetlacze LCD ze sterownikiem HD4478. Natomiast zaletą LCD1602 jest ograniczenie jeszcze bardziej użytych pinów mikrokontrolera, bo do dwóch obsługujących magistralę I2C. Na plus też należy zaliczyć gotowy do użycia układ. Moduł z 74HC164 jest wprawdzie znacznie tańszy, ale z kolei wymaga własnego zrobienia płytki i montażu elementów.

Opisywany moduł LCD1602

Czujnik ruchu PIR HC-SR501

Moduł PIR HC-SR501 jest reklamowany często przez sprzedawców jako "moduł kompatybilny z Arduino". To określenie jest przesadne, ale pewnie znacznie poprawia jego sprzedaż ;) Kompatybilność oznacza w tym wypadku możliwość bezpośredniego podłączenia do modułu z Arduino. Ja go sprawdzałem zarówno wg. prostego testu z baterią i LED-em, jak i  po podłączeniu do ATmegi (z prostą obsługą napisaną w C).

CZUJNIK RUCHU PIR HC-SR501