Elektronika i internet rzeczy. Przewodnik dla ludzi z prawdziwą pasją - ebook

Nowe technologie, zwłaszcza te związane z elektroniką, mają w sobie coś onieśmielającego. Jeśli jednak zechcesz się im przyjrzeć bliżej, łatwo możesz się nimi zainteresować w sposób wykraczający poza suchą teorię. Być może masz świetny pomysł na nowy gadżet albo marzy Ci się choć trochę inteligentny dom? A może zastanawiasz się nad podjęciem pracy zawodowej związanej z elektroniką? Nawet jeśli chodzi tylko o wciągającą zabawę, przed zbudowaniem pierwszego obwodu koniecznie musisz zdobyć podstawową wiedzę i praktyczne umiejętności.

Dzięki tej książce łatwo wkroczysz w pasjonujący świat elektroniki, nowych technologii i internetu rzeczy. Równolegle z poznawaniem podstaw teoretycznych będziesz tworzyć proste obwody i przełączniki, aby stopniowo zajmować się coraz bardziej złożonymi projektami. Dowiesz się, jak korzystać z płytki Arduino i tworzyć programy sterujące zbudowanymi przez Ciebie urządzeniami. Nauczysz się w bezpieczny sposób podłączać te urządzenia do internetu. Zawarte tutaj wskazówki nie tylko ułatwią Ci eksperymentowanie, ale także pozwolą uniknąć często popełnianych błędów. Wśród przykładów opisanych w książce znajdziesz projekty służące do poważnych zadań, ale również takie, które przede wszystkim są zabawne i pozwalają na rozwinięcie kreatywności!

Dowiedz się, jak zbudować:

• jasno świecącą lampę turystyczną
• alarm laserowy
• gadżety elektroniczne dla dzieci
• obwody sterowane światłem
• watomierz z wykorzystaniem płytki Arduino
• wiele innych urządzeń, które można połączyć z internetem

Lutownica? Świetnie pasuje do każdej dłoni!

 

O autorce 13

 

O korektorze merytorycznym 15

Podziękowania 17

Wstęp 19

CZĘŚĆ I. INTERNET RZECZY I PODSTAWY ELEKTRYCZNOŚCI 25

Rozdział 1. Internet rzeczy i elektronika 27

• Internet rzeczy w pigułce 28
  • Elementy systemu internetu rzeczy 28
  • Urządzenia 28
    • Czujniki 29
    • Obwody, oprogramowanie i mikroprocesory 30
  • Komunikacja 30
    • Poziomy 30
    • Protokoły i standardy 31
    • Analiza danych i zarządzanie 31
  • User Experience 32
• Wyzwania we wdrażaniu internetu rzeczy 32
• Przyszłość internetu rzeczy 33

Rozdział 2. Elektryczność - dobre i złe strony 35

• Wypróbuj: wytwarzanie elektrostatyczności 35
  • Lewitacja styropianowego talerza 36
  • Wygięty strumień wody 36
  • Tworzenie światła za pomocą elektrostatyki 37
  • Magiczne poruszanie styropianową piłką 37
• Prąd na poziomie atomowym 38
• Przewodniki i izolatory 40
• Właściwości prądu 41
  • Natężenie 42
  • Napięcie 42
  • Rezystancja 43
• Indukcja i przewodnictwo 43
• Wypróbuj: budowa prostego obwodu na płytce prototypowej 45
  • Diody elektroluminescencyjne 51
  • Przewody podłączeniowe 52
  • Budowa obwodu 53
• Podstawowy obwód 54
  • Prawo Ohma 54
  • Wartości oporników i dzielniki napięcia 56
  • Otwarcie i zwarcie 58
• Zabezpieczenia obwodów 59
  • Bezpieczniki 60
  • Wyłączniki instalacyjne 60
  • Większy nie znaczy lepszy 61

Rozdział 3. Symbole i schematy 63

• Rodzaje schematów 63
• Symbole elektryczne 65
• Tak wiele przełączników! 66
• Rysowanie swojego obwodu 71
• Wypróbuj: dodanie przełącznika i stworzenie schematu 72

Rozdział 4. Wprowadzenie do Arduino Uno 77

• Czym jest Arduino? 77
• Płytka Arduino 78
• Analogowe a cyfrowe 83
• Arduino IDE 86
• Wypróbuj: budowa prostego obwodu sterowanego przez Arduino 88
  • Co poszło nie tak? 91
  • Co ten kod oznacza? 92
    • Setup 92
    • Loop 93
• Wypróbuj: zmiana pinów 93
• Wypróbuj: efekt uciekającego światła 94
• Wypróbuj: dodanie do obwodu przełącznika 96
• Wypróbuj: korzystanie z monitora portu szeregowego 100

Rozdział 5. Przygaszanie światła 103

• Korzystanie z multimetru 104
• Wypróbuj: przeróbka źródła zasilania 105
• Pomiar napięcia, natężenia i oporu 108
  • Pomiar napięcia 108
  • Pomiar natężenia 109
  • Pomiar rezystancji 109
  • Ciągłość obwodu 110
• Wypróbuj: przygaszanie światła 110
• Wypróbuj: pomiar wartości obwodu 112
• Pomiar elektryczności za pomocą Arduino 114
• Wypróbuj: Arduino jako woltomierz 114
• Wypróbuj: Arduino jako omomierz 117
• Wypróbuj: Arduino jako amperomierz 120
• Wypróbuj: sprawdzanie ciągłości obwodu za pomocą Arduino 124
• Wypróbuj: budowa lampy turystycznej z regulacją jasności 125
• Lutowanie, płytki uniwersalne, rurki termokurczliwe 131
  • Lutowanie 131
  • Płytki uniwersalne 134
  • Rurki termokurczliwe 134

Rozdział 6. Poczuj moc 137

• Prawo Watta i koło mocy 137
  • Dokumentacja 138
  • Koło mocy 138
• Waty i konie mechaniczne 139
  • Konie mechaniczne 139
  • Wydajność 140
• Pojemność baterii 140
• Inne wartości opornika 141
• Watomierze 141
  • Watomierz 141
  • Dystrybucja mocy 142
• Wypróbuj: używanie Arduino jako watomierza 144
  • Przygotowanie wyświetlacza LCD 144
    • Podłączenie elementu 145
    • Szkic testowy 147
    • Wykrywanie i usuwanie błędów 148
  • Budowa watomierza 148
    • Budowa watomierza 148
    • Budowa obwodu testowego 149
    • Konfiguracja wyświetlacza LCD 150
    • Programowanie miernika 152
    • Wykrywanie i usuwanie problemów 154

Rozdział 7. Obwody szeregowe i równoległe 157

• Obwody szeregowe, równoległe i złożone 157
• Wypróbuj: test połączeń szeregowych i równoległych 158
• Obliczanie wartości dla obwodu szeregowego i równoległego 161
  • Natężenie 161
  • Napięcie 162
  • Opór 162
  • Moc 163
  • Rezystancja przewodu 164
• Szeregowe i równoległe łączenie źródła zasilania 165
  • Źródła połączone szeregowo 165
  • Źródła połączone równolegle 167
  • Źródła posobne i przeciwsobne 167
• Wypróbuj: obliczanie parametrów obwodu 168
• Co poszło nie tak? 169
  • Obliczanie wartości obwodu równoległego 170
  • Jaki opornik wybrać? 170
  • Obliczanie wartości obwodu złożonego 170

CZĘŚĆ II. KORZYSTANIE Z POWSZECHNIE STOSOWANYCH ELEMENTÓW 173

Rozdział 8. Diody - znak drogi jednokierunkowej 175

• Wypróbuj: budowa prostego detektora polaryzacji 175
  • Określanie maksymalnego napięcia za pomocą detektora polaryzacji 177
  • Określanie wymagań opornika 178
  • Typowe napięcia diod LED 178
  • Przeniesienie obwodu na płytkę uniwersalną 179
  • Właściwości diody LED 180
  • Działanie diody LED 181
• Rozpoznawanie anody i katody 182
• Rodzaje diod 183
  • Zastosowanie diod 184
• Wypróbuj: korzystanie z wyświetlacza 7-segmentowego 186
  • Wyświetlacz 7-segmentowy 187
  • Listwa LED 192

Rozdział 9. Tranzystory 197

• Wypróbuj: tranzystor jako wzmacniacz 197
• Zastosowanie tranzystorów 201
• Rodzaje tranzystorów 202
  • Rozróżnianie rodzajów tranzystorów 202
  • Rozpoznawanie wyprowadzeń tranzystora 203
    • Tranzystory bipolarne 204
    • Tranzystory polowe 204
• Wypróbuj: zastosowanie tranzystora jako przełącznika 205
  • Sprawdzanie danych 206
  • Budowa obwodu 207
  • Wykrywanie i rozwiązywanie problemów 209

Rozdział 10. Kondensatory 211

• Szybki przegląd kondensatorów 211
• Wypróbuj: budowa obwodu opóźniającego 214
• Zastosowania kondensatora 218
• Wypróbuj: budowa multiwibratora astabilnego 219
• Wypróbuj: łączenie kondensatorów szeregowo i równolegle 222
  • Kondensatory połączone równolegle 223
  • Kondensatory połączone szeregowo 224

Rozdział 11. Magia magnetyzmu 225

• Związek między elektrycznością a magnetyzmem 226
  • Magnetyzm 226
  • Związek magnetyzmu z elektrycznością 228
• Wypróbuj: budowa elektromagnesu 229
• Magnetyzm w obwodach 230
  • Silniki i generatory 231
  • Cewki indukcyjne 232
  • Dzwonki do drzwi 234
• Przekaźniki 236
  • Budowa przekaźnika 237
• Wypróbuj: budowa oscylatora na przekaźniku 238
  • • Podłączanie obwodu cewki 238
    • Podłączanie sterowanej części obwodu 240
• Wypróbuj: tworzenie systemu oświetlenia awaryjnego 241
  • • Podłączanie obwodu zasilanego z sieci 242
    • Podłączanie obwodu awaryjnego 243

Rozdział 12. Zamiana energii elektrycznej na inną 245

• Wypróbuj: budowa alarmu wodnego 245
• Najczęściej stosowane przetworniki 248
  • Głośniki i mikrofony 249
  • Światło 250
    • Urządzenia sterowane światłem 250
    • Urządzenia emitujące światło 252
    • Lasery 254
  • Inne przetworniki 255
• Wypróbuj: budowa obwodu oświetlenia nocnego 256
• Wypróbuj: budowa systemu bezpieczeństwa opartego na laserze i Arduino 259
  • Budowa obwodu 259
  • Zasada działania dzielnika napięcia 264
  • Dodatkowe uwagi 265

Rozdział 13. Układy scalone i logika cyfrowa 267

• Układy scalone 267
• Wypróbuj: budowa astabilnego multiwibratora 269
  • Określanie parametrów czasowych dla obwodu 270
  • Bliższe spojrzenie na układ scalony 271
  • Budowa obwodu 272
• Wzmacniacze operacyjne 275
• Logika cyfrowa 276
  • Budowa układu logicznego 277
  • System binarny 277
  • Bramki logiczne 278
• Wypróbuj: bliższe spojrzenie na bramki AND i OR 280
  • Bramka AND 281
  • Bramka OR 283
• Analizatory stanów logicznych i oscyloskopy 284

CZĘŚĆ III. PROSZĘ O WIĘCEJ 289

Rozdział 14. Modulacja szerokości impulsów 291

• Modulacja szerokości impulsów - teoria 291
• Wypróbuj: użycie ściemniacza światła LED opartego na PWM 293
  • PWM a potencjometr 294
  • Budowa obwodu 295
  • Obserwacja zmieniającego się współczynnika wypełnienia impulsu 299
• Wypróbuj: sterowanie silnikiem za pomocą PWM 300
• Wypróbuj: PWM i Arduino 303

Rozdział 15. Źródła energii elektrycznej 309

• Reakcje chemiczne 309
  • Prosty eksperyment: tworzenie ogniwa Volty 310
  • Rodzaje baterii 311
• Wypróbuj: budowa termopary 312
• Światło 314
• Wypróbuj: wyświetlanie napięcia wyjściowego ogniwa fotowoltaicznego za pomocą Arduino 317
• Tarcie 323
• Magnetyzm 324
• Ciśnienie 325
• Podsumowanie 326

Rozdział 16. Transformatory i dystrybucja energii elektrycznej 327

• Co to jest transformator? 327
  • Zależności między fazami 330
  • Stosunek mocy do obrotu 331
  • Straty w transformatorze 332
  • Odczepy, autotransformatory i transformatory regulowane 332
• Wypróbuj: sprawdzanie wyjścia transformatora 335
• Naprzemienne wartości natężenia 342
• Dystrybucja energii elektrycznej z użyciem transformatorów 342

Rozdział 17. Falowniki i prostowniki 345

• Falowniki i prostowniki oraz ich zastosowanie 345
  • Falowniki i systemy fotowoltaiczne 346
  • Inne zastosowania falowników 347
  • Zastosowanie prostowników 348
• Budowa falowników 349
• Wypróbuj: dodanie filtra do obwodu 350
  • Budowa obwodu 351
  • Zastosowanie filtra w obwodzie 352
• Budowa prostowników 354
• Zasilanie jednofazowe a trójfazowe 356
• Wypróbuj: budowa małego regulowanego zasilacza 357

Rozdział 18. Fale radiowe i obwody rezonansowe 363

• Fale radiowe 363
• Wypróbuj: budowa odbiornika radiowego 364
• Tworzenie fal 369
  • Nadawanie fal radiowych 369
  • Odbieranie fal radiowych 370
  • AM a FM 370
• Wypróbuj: budowa radia FM z użyciem Arduino 371
  • Nakładka 371
  • Biblioteki 372
  • Sprawdzenie, czy radio działa 374
  • Dodanie pokrętła regulacyjnego 377
• Obwód rezonansowy 379

CZĘŚĆ IV. I W IOT 383

Rozdział 19. Łączenie obwodów z chmurą 385

• Chmura Arduino IoT 385
• Wypróbuj: konfiguracja urządzenia 387
• Wypróbuj: rzeczy, zmienne i widżety 388

Rozdział 20. Czas na zabawę 401

• Tkaniny przewodzące i elektronika, którą można nosić 401
• Wypróbuj: świecący pluszak 404
• Papierowe obwody 408
• Wypróbuj: obwód z farbą przewodzącą 409
• Wypróbuj: obwód z taśmą miedzianą 411
• Wypróbuj: budowanie miękkich obwodów 413

Rozdział 21. Co dalej? 417

• Świat stoi przed Tobą otworem 417
• Zalecane źródła informacji 418