Projekty elektroniczne dla bystrzaków - ebook

Podziękowania od autorów

Autorzy dziękują Katie Feltman za ciągłe angażowanie ich do pracy nad interesującymi książkami, a także Chrisowi Morrisowi za dobrze wykonaną pracę redaktora prowadzącego. Podziękowania kierujemy również do Kirka Kleinschmidta za korektę merytoryczną, a także do adiustatorki Teresy Artman — dzięki nim nasza książka jest pozbawiona błędów rzeczowych i językowych.

Podczas pracy nad tym projektem pomogły nam również następujące osoby, którym jesteśmy wdzięczni za pomoc: Bruce Reynolds z firmy Reynolds Electronics (http://www.renton.com/), pracownicy firmy Magnevation (http://magnevation.com/) i Gordon McComb z firmy Budget Robotics (http://www.budgetrobotics.com/). Podczas pracy nad książką pomagali nam również członkowie lokalnego klubu radioamatora: Clint Hurd, Andy Andersen, Jack West i Owen Mulkey.

Podziękowania od wydawcy oryginału

Jesteśmy dumni z tej książki. Oto nieliczni spośród tych, którzy znacząco przyczynili się do jej powstania:

Acquisitions, Editorial, and Vertical Websites

Project Editor: Christopher Morris

Acquisitions Editor: Katie Feltman

Senior Copy Editor: Teresa Artman

Technical Editor: Kirk Kleinschmidt

Editorial Manager: Kevin Kirschner

Vertical Websites Specialists: Angela Denny, Kate Jenkins, Steven Kudirka, Kit Malone

Vertical Website Manager: Laura VanWinkle

Editorial Assistant: Amanda Foxworth

Sr. Editorial Assistant: Cherie Case

Cartoons: Rich Tennant

(www.the5thwave.com)

Composition Services

Project Coordinator: Patrick Redmond

Layout and Graphics: Claudia Bell, Carl Byers, Joyce Haughey, Barbara Moore, Barry Offringa, Alicia South

Proofreaders: Leeann Harney, Joe Niesen, Christy Pingleton

Indexer: Aptara

Special Help: Virginia Sanders

Publishing and Editorial for Technology Dummies

Richard Swadley, Vice President and Executive Group Publisher

Andy Cummings, Vice President and Publisher

Mary Bednarek, Executive Acquisitions Director

Mary C. Corder, Editorial Director

Publishing for Consumer Dummies

Kathleen Nebenhaus, Vice President and Executive Publisher

Composition Services

Debbie Stailey, Director of Composition ServicesWstęp

Jeżeli podłapałeś elektronicznego bakcyla, to jesteś gotów do pracy nad różnymi projektami. Wykonując różne dziwne gadżety, rozwiniesz swoje umiejętności. Właśnie o to chodzi w tej książce. Pokażę Ci interesujące projekty, dzięki którym zdobędziesz wiele nowych informacji dotyczących różnorakich obwodów i komponentów.

Projekty elektroniczne dla bystrzaków to książka, która pozwoli Ci poszerzyć Twoje elektroniczne horyzonty. Znajdziesz tu projekty, które pozwolą Ci się pobawić między innymi układami dźwiękowymi, czujnikami ruchu i efektami świetlnymi. Wszystkie projekty są zasilane prądem o niskim napięciu, jeżeli więc będziesz je wykonywał zgodnie z zaleceniami, to podczas pracy nie grozi Ci porażenie prądem.

Dlaczego warto kupić tę książkę

Praca nad projektami elektronicznymi pozwoli Ci samodzielnie wykonać przydatne i interesujące gadżety, a także poszerzy Twoją wiedzę na temat działania różnych komponentów elektronicznych, zdobędziesz umiejętność czytania schematów, a także stosowania narzędzi takich jak lutownice i multimetry. Korzystając z tej książki, będziesz się dobrze bawił, a jednocześnie poszerzał swoją wiedzę.

W tej książce znajdziesz wszystko to, czego potrzebujesz, aby wejść do wspaniałego świata elektroniki. Zaprezentowane projekty nie wymagają dużych nakładów pracy (można je wykonać w dość krótkim czasie) ani wydatku pieniędzy (większość zaprezentowanych gadżetów można zbudować, wydając o wiele mniej niż 300 zł).

Naiwne założenia

Zakładam, że interesujesz się elektroniką i że posiadasz już pewne wiadomości związane z elektrycznością i elektroniką. Prawdopodobnie przyglądałeś się już kilku obwodom, a z lektury stron internetowych lub czasopism wyniosłeś pewien zasób słownictwa używanego przez elektroników. Poza tym nie potrzebujesz niczego więcej oprócz czasu i niewielkiego budżetu na zakup podzespołów i narzędzi. Musisz również wygospodarować małą przestrzeń w mieszkaniu, w której będziesz mógł urządzić swój warsztat.

+-----------------------------------+-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| | Jeżeli czujesz, że powinieneś zdobyć więcej podstawowych informacji na temat zagadnień związanych z elektroniką, to polecam Ci lekturę książki Elektronika dla bystrzaków, autorstwa Gordona McComba i Cathleen Shamieh. |
| | |
| | Nie musisz być inżynierem elektrykiem. Nie musisz również posiadać doświadczenia w pracy nad projektami elektronicznymi. Podczas lektury początkowych rozdziałów zdobędziesz wiedzę na temat głównych komponentów i najważniejszych narzędzi. Poznasz również zasady bezpieczeństwa i opanujesz pewne proste umiejętności. Dzięki tym rozdziałom będziesz w stanie wykonać każdy z projektów opisanych w książce. |
+-----------------------------------+-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+

Bezpieczeństwo,bezpieczeństwo i jeszcze raz bezpieczeństwo!

Warto pamiętać o tym, że praca nad projektami elektronicznymi, a zwłaszcza projektami zasilanymi prądem o niskim napięciu (właśnie takie projekty zostały przedstawione w tej książce), może być wspaniałym sposobem na spędzenie wolnego czasu, ale musisz stosować się do pewnych zasad bezpieczeństwa.

+-----------------------------------+-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| | Nawet prąd o niskim napięciu może być niebezpieczny dla Twojego zdrowia — możesz na przykład poparzyć się lutownicą, a małe kawałki ucinanych kabli lub innych plastikowych elementów mogą zostać wyrzucone w kierunku Twojej twarzy. |
| | |
| | Każdy czytelnik, nawet ten obyty z elektroniką, powinien zapoznać się z rozdziałem 2. Znajdują się tam informacje na temat zasad bezpieczeństwa. Nie jesteśmy w stanie przestrzec Cię przed każdym możliwym zagrożeniem. Czytaj uważnie informacje i ostrzeżenia znajdujące się w dokumentacji podzespołów, zasilaczy i narzędzi, z których korzystasz. Podczas pracy nad projektami zachowuj zdrowy rozsądek. Jeżeli masz choć trochę obaw, czy warto się przed czymś zabezpieczyć, to wiedz, że warto. Warto wziąć sobie do serca maksymę: „Lepiej zapobiegać, niż leczyć”. |
+-----------------------------------+-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+

Jak podzielona jest ta książka

Książka Projekty elektroniczne dla bystrzaków składa się z kilku części. W początkowych rozdziałach znajdziesz ogólne informacje na temat bezpieczeństwa pracy i wyposażenia warsztatu. W kolejnych częściach znajdziesz różne projekty. W ostatniej części książki znajdziesz informacje na temat innych źródeł, do których warto zajrzeć. Do książki dołączono kolorowe fotografie niektórych obwodów i gotowych projektów.

Książka jest podzielona na pięć poniższych części.

Część I: Przygotowania do pracy nad projektami

Jeżeli jesteś nowicjuszem w dziedzinie elektroniki, to lekturę książki zacznij od tej części. Jeżeli dysponujesz już pewnym doświadczeniem, to i tak warto, abyś zapoznał się z treścią rozdziału 2., w którym opisano zasady bezpieczeństwa podczas pracy nad projektami. Podczas lektury rozdziałów 3. i 4. dowiesz się, jakie komponenty i narzędzia będą Ci potrzebne. Ponadto zdobędziesz pewne podstawowe umiejętności związane z elektroniką — dowiesz się, jak należy wykonywać połączenia lutownicze, oraz nauczysz się czytać schematy.

Część II: Dźwięk

W tej części znajdziesz pierwszy zestaw projektów. Wszystkie one są w jakiś sposób związane z dźwiękiem. Będziesz pracować nad oświetleniem reagującym na rytm muzyki, tworzyć mikrofon paraboliczny odbierający dźwięki z dużej odległości, konstruować czarodzieja, który będzie reagować głosem na poczynania użytkownika. Ponadto samodzielnie zbudujesz radio odbierające sygnał nadawany w zakresie AM.

Część III: Niech stanie się światłość

Zgodnie z myślą Thomasa Edisona elektryczność może służyć do generowania światła. W tej części książki pokażemy Ci, jak można pracować ze światłem. Projekty pozwolą Ci zadziwić innych. Dowiesz się, jak można uruchamiać gadżety za pomocą światła. Wykonasz podświetlenie do dyni zapalane za pomocą czujnika ruchu. Stworzysz świecący moduł, który uatrakcyjni Twoją najbliższą imprezę. Zbudujesz gokarta, który będzie sterowany zdalnie za pośrednictwem podczerwieni.

Część IV: Pozytywne wibracje

Niektóre gadżety reagują na wstrząsy. Wszystkie projekty w tej części książki są związane z różnymi rodzajami wibracji: wibracjami mechanicznymi, zmianami sygnału elektrycznego i falami radiowymi. Zbudujesz wykrywacz metali, a także pojazd sterowany drogą radiową, który jeżdżąc po torze, będzie reagował na światło. Stworzysz urządzenie, które wywoła zamieszanie, gdy Twój zwierzak wskoczy na poduszkę leżącą na kanapie.

Część V: Dekalogi

W tym rozdziale, podobnie jak w prawie każdej książce z serii Dla bystrzaków, znajdziesz przydatne informacje. Dowiesz się, gdzie warto kupować podzespoły elektroniczne i narzędzia. Poznasz platformy służące do wymiany informacji i pomysłów dotyczących elektroniki. Ponadto przedstawimy Ci listę książek, które mogą Cię zainteresować i poszerzyć Twoją wiedzę na temat na przykład efektów audio lub robotyki.

Ikony użyte w tej książce

W książce różne przydatne informacje są oznaczane za pomocą specjalnych ikon.

---- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Wskazówki zawierają interesujące informacje, dzięki którym możesz uniknąć problemów albo straty czasu. Ikonami tego typu oznaczone są pewne smaczki, na które powinieneś zwrócić uwagę podczas pracy z elektroniką.
Jeżeli pominiesz lekturę akapitów oznaczonych tą ikoną, to możesz tego później żałować. Ostrzeżenia informują Cię o potencjalnych zagrożeniach i problemach, których najprawdopodobniej chciałbyś uniknąć.
Ta ikona przypomina o ważnych sprawach, które warto mieć na uwadze podczas poznawania fascynującego świata elektroniki. Czasami możesz być odsyłany do innego rozdziału, w którym znajdziesz więcej szczegółowych informacji związanych z jakimś zagadnieniem.
Wykonywanie projektów wiąże się z pewnymi wydatkami. W akapitach oznaczonych tą ikoną znajdziesz porady, które pozwolą Ci zaoszczędzić czas i pieniądze.
---- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Rozdział 5. Tańczące światełka

W tym rozdziale:

► przeanalizujesz schemat obwodu,

► skompletujesz niezbędne komponenty,

► wykonasz obwód na płytce prototypowej,

► skalibrujesz częstotliwość pracy układu,

► stworzysz układ reagujący na odtwarzaną muzykę za pomocą światła.

Muzyka łagodzi obyczaje, a przynajmniej tak twierdzi przysłowie. Chyba każdy lubi słuchać jakiegoś gatunku muzyki, a jeżeli i Ty lubisz słuchać muzyki, to niniejszy projekt z pewnością przypadnie Ci do gustu. Będziesz pracować nad ciekawą mieszaniną światła i dźwięku. Pokażemy Ci, jak stworzyć dwa rzędy światełek reagujące na dźwięki o różnych częstotliwościach. Światełka będą tańczyć w rytm hałaśliwej muzyki takiej jak np. reggae lub swing. W zależności od gatunku muzycznego projekt będzie działał w rozmaity sposób.

Chcieliśmy, aby nasze światełka wyglądały jak nuty na pięciolinii, ale możesz dowolnie zmodyfikować wygląd tego projektu. Podczas pracy nad tym zabawnym projektem zdobędziesz wiedzę na temat filtrów sygnałów o różnych częstotliwościach i wzmacniaczach operacyjnych. Dowiesz się, jak można sterować pracą diod LED za pomocą muzyki.

Ogólny zarys projektu

Po ukończeniu pracy nad tym projektem będziesz dysponował wyświetlaczem wykonanym z diod LED, który reaguje na dźwięki o wysokiej i niskiej częstotliwości. Zestaw diod, które wyglądają jak nuty umieszczone na pięciolinii, pokazano na rysunku 5.1.

Podczas pracy nad tym projektem:

• Zbudujesz układ elektroniczny migoczący diodami LED w odpowiedzi na dopływające do niego sygnały dźwiękowe.

Połowa diod będzie reagowała na dźwięki o wysokiej częstotliwości, a pozostałe diody będą reagowały na dźwięki o niskiej częstotliwości.

• Stworzysz arkusz mający formę pięciolinii z nutami. Arkusz ten umieścisz na górnej pokrywie obudowy projektu i wywiercisz w niej otwory, w których zainstalujesz diody LED.

Rysunek 5.1. Ukończony projekt składający się z diod LED migoczących w rytm muzyki

• Wykonasz obwód, w którego skład będą wchodzić dwa zestawy diod LED i rezystorów.

• Włożysz do zasobnika baterie, za pomocą przełącznika włączysz samodzielnie wykonany gadżet i puścisz swoją ulubioną muzykę.

Obwód będzie zasilał dwa zestawy diod LED, reagując na częstotliwości składowe muzyki.

• Sam zaczniesz tańczyć.

To jest zaraźliwe!

Analiza schematu

Połączenie muzyki i światła nie może być przypadkowe. Musimy mieć jakiś plan — tym razem będzie to schemat obwodu. Podczas pracy nad tym projektem zbudujesz schemat i dwie matryce z diodami LED.

Przyjrzyj się schematowi obwodu, który wykonasz na płytce prototypowej (zobacz rysunek 5.2).

W kolejnych podrozdziałach znajdziesz szczegółowy opis wszystkich elementów schematu.

Rysunek 5.2. Schemat obwodu projektu tańczącego w rytm muzyki

Szalone podrygi: analiza budowy obwodu migającego w rytm muzyki

W celu wykonania gadżetu, który będzie reagował na odtwarzaną muzykę, musisz zbudować obwód składający się z mikrofonu, dwóch wzmacniaczy operacyjnych, a także kilku rezystorów, kondensatorów i tranzystorów. Układ składający się z tych komponentów steruje pracą lampek LED zapalających się pod wpływem dźwięków o określonej częstotliwości.

Omówmy schemat obwodu sterującego projektem:

• Na początku obwodu znajduje się mikrofon elektretowy przekształcający dźwięk na sygnał elektryczny.

• Rezystor R1 łączy mikrofon z dodatnim biegunem źródła zasilającego obwód. Dzięki niemu mikrofon jest zasilany prądem o napięciu około 4,5 V.

• Kondensatory C1 i C2 blokują przepływ prądu stałego, ale przepuszczają sygnał o napięciu przemiennym.

• Dochodzimy do punktu, w którym układ rozdziela się na dwie części. Sygnał przetwarzany przez górną część obwodu steruje pracą diod LED migających w rytm dźwięków o wysokiej częstotliwości, a dolna część obwodu przetwarza sygnał, który steruje pracą diod LED migających w rytm dźwięków o niskiej częstotliwości.

• Układ scalony IC1 jest wzmacniaczem operacyjnym, który wzmacnia sygnał generowany przez mikrofon. Układ ten składa się z dwóch wzmacniaczy operacyjnych. Jeden z nich jest używany przez górną część obwodu, a z drugiego korzysta dolna część obwodu.

• Rezystory R2 i R5 znajdujące się w górnej części obwodu, a także rezystory R19 i R22 znajdujące się w dolnej części obwodu decydują o stopniu wzmocnienia wzmacniaczy operacyjnych. Rezystancja R5 jest 50 razy większa od rezystancji R2, a więc sygnał jest wzmacniany około pięćdziesięciokrotnie.

---- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Stopień wzmocnienia jest ilorazem amplitudy napięcia wyjściowego i amplitudy napięcia wejściowego — określa, ile razy sygnał wyjściowy jest mocniejszy od sygnału wejściowego.
---- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

• Rezystory R3, R4 i R6 znajdujące się w górnej części obwodu, a także rezystory R20, R21 i R23 dostarczają bias pozwalający na przetwarzanie sygnału przemiennego przez wzmacniacze. Bez tych rezystorów wzmacniacze operacyjne nie wzmacniałyby części sygnału o napięciu niższym niż 0 V.

---- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Bias jest napięciem wyższym od potencjału masy. Pozwala ono obwodowi na wzmacnianie sygnałów o napięciu dodatnim i ujemnym. Wzmacniacz operacyjny bez biasu nie przetwarzałby części sygnału kierowanego do jego wejścia.
---- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

• Kondensatory C2 i C5 usuwają bias (prąd stały) z sygnałów wyjściowych wzmacniaczy operacyjnych.

• Elementy R7 i R24 są potencjometrami pozwalającymi na regulację czułości obwodu w zależności od głośności muzyki.

• Rezystor R8 i kondensator C3 tworzą filtr górnoprzepustowy, a rezystor R25 i kondensator C6 tworzą filtr dolnoprzepustowy. Dzięki tym filtrom diody LED oznaczone numerami od 1 do 8 reagują na dźwięki o wysokiej częstotliwości, a diody LED oznaczone numerami od 9 do 16 reagują na dźwięki o niskiej częstotliwości.

• Układ IC2 jest wzmacniaczem operacyjnym wzmacniającym sygnał płynący przez filtr. Układ ten składa się z dwóch wzmacniaczy operacyjnych. Jeden z nich jest używany przez górną część obwodu, a z drugiego korzysta dolna część obwodu.

• Rezystory R9 i R10 znajdujące się w górnej części obwodu, a także rezystory R26 i R27 znajdujące się w dolnej części obwodu decydują o stopniu wzmocnienia wzmacniaczy operacyjnych. Rezystancja R10 jest 200 razy większa od rezystancji R9, a więc sygnał jest wzmacniany około dwustukrotnie.

• Elementy Q1, Q2, Q3 i Q4 znajdujące się w górnej części obwodu oraz Q5, Q6, Q7 i Q8 znajdujące się w dolnej części obwodu są tranzystorami 2N3904. Ich bazy są podłączone do wyjść wzmacniaczy operacyjnych znajdujących się w układzie scalonym IC2. Gdy na wyjściu wzmacniacza operacyjnego pojawi się prąd o napięciu około 0,7 V, wówczas tranzystory zostają włączone, co umożliwia przepływ prądu przez diody LED.

Działanie obwodu nie będzie miało sensu, o ile nie podłączysz do niego dwóch zestawów diod LED i rezystorów:

• Diody LED1 – LED8 są podłączone do części obwodu, która reaguje na dźwięki o wysokiej częstotliwości, a diody LED9 – LED16 są podłączone do części obwodu, która reaguje na dźwięki o niskiej częstotliwości.

• Do diod znajdujących się w górnej części obwodu podłączono rezystory R11 – R18, a do diod znajdujących się w dolnej części obwodu podłączono rezystory R28 – R35. Rezystory te ograniczają natężenie prądu płynącego przez diody LED do około 10 mA.

Filtry

Kondensator C3 i rezystor R8 tworzą filtr górnoprzepustowy. Dzięki sparowaniu ze sobą odpowiedniej rezystancji i pojemności otrzymujemy układ, który stosunkowo łatwo przepuszcza sygnały o częstotliwości wyższej od częstotliwości działania filtru, a sygnały o niższych częstotliwościach są blokowane — ich amplituda jest tłumiona. Filtr tego typu składa się z kondensatora włączonego szeregowo w linię sygnału oraz rezystora łączącego masę z sygnałem wychodzącym z kondensatora.

Rezystor R25 i kondensator C6 tworzą filtr dolnoprzepustowy. Dzięki sparowaniu ze sobą odpowiedniej rezystancji i pojemności otrzymujemy układ, który stosunkowo łatwo przepuszcza sygnały o częstotliwości niższej od częstotliwości działania filtru, jednocześnie blokując sygnały o wyższej częstotliwości. Filtr tego typu składa się z rezystora włączonego szeregowo w linię sygnału oraz kondensatora łączącego masę z sygnałem wychodzącym z rezystora.

W przypadku obu filtrów zwiększenie wartości znamionowej rezystora lub kondensatora obniża częstotliwość pracy filtra. Zmniejszenie wartości znamionowej rezystora lub kondensatora zwiększa częstotliwość pracy każdego z wymienionych filtrów.

Uwagi dla konstruktorów — potencjalne problemy

Na obudowie projektu narysujesz pięciolinię, a zainstalowane na niej diody LED oraz rezystory ograniczające płynący przez nie prąd będziesz musiał ze sobą zlutować. Złącza tych komponentów należy zabezpieczyć przed przypadkowym zwarciem. Dlatego zamiast zwyczajnej taśmy izolacyjnej woleliśmy korzystać z taśmy w płynie.

---- -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Diody znajdujące się w górnej pokrywie obudowy projektu należy połączyć z płytką leżącą na jej dnie za pomocą przewodów. Przewody te muszą być na tyle długie, aby po zdjęciu pokrywy z diodami można było ją odłożyć na bok bez wyrywania przewodów z komponentów. Pamiętaj o tym, że obudowa musi być na tyle duża, aby po założeniu na nią pokrywy zmieściły się w niej przewody. Zadbaj o to, aby przewody nie wystawały za mocno na boki ani nie zostały przytrzaśnięte. O wiele lepiej od pojedynczych drutów sprawdzą się tutaj przewody plecione — są one bardziej giętkie.
---- -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Poszukiwanie niezbędnych komponentów

Czas, abyś udał się do najbliższego sklepu z podzespołami elektronicznymi albo zajrzał na stronę internetową jakiegoś dystrybutora w celu zakupu komponentów niezbędnych do zbudowania obwodu i wykonania obudowy na te wszystkie diody LED.

Obwód migający diodami LED w rytm muzyki składa się z komponentów wymienionych na poniższej liście. Część z nich pokazano na rysunku 5.3.

• 1 rezystor 2,2 kΩ (R1)

• 8 rezystorów 220 Ω (R11 – R14, R28 – R31)

• 8 rezystorów 100 Ω (R15 – R18, R32 – R35)

• 2 potencjometry 10 kΩ (R7, R24)

• 4 rezystory 47 kΩ (R3, R4, R20, R21)

• 2 rezystory 100 kΩ (R5, R22)

• 2 rezystory 2 kΩ (R2, R19)

• 3 rezystory 5 kΩ (R6, R8, R23)

• 2 rezystory 1 kΩ (R9, R26)

• 1 rezystor 10 kΩ (R25)

• 2 rezystory 220 kΩ (R10, R27)

• 1 kondensator ceramiczny o pojemności 0,001 µF (C3)

• 3 kondensatory ceramiczne o pojemności 0,1 µF (C1, C4, C6)

• 2 kondensatory elektrolityczne o pojemności 10 µF (C2, C5)

• 8 zielonych diod LED o średnicy 5 mm (T-1¾) (LED1 – LED8)

• 8 czerwonych lub pomarańczowych diod LED o średnicy 5 mm (T-1¾) (LED9 – LED16)

• 2 wzmacniacze operacyjne LM358 (IC1 i IC2)

• 1 mikrofon elektretowy

---- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Korzystamy z mikrofonu elektretowego Horn EM9745-38, ponieważ charakteryzuje się on dobrą czułością, a jego rozmiar pozwala na łatwy montaż. Więcej informacji na temat kryteriów, jakimi należy się kierować, wybierając mikrofon elektretowy, znajdziesz w rozdziale 3.
---- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

• 2 płytki prototypowe posiadające 830 otworów

• 1 zasobnik na 4 baterie AA wraz z klipsem

• 11 dwustykowych zacisków

• 2 gałki (do potencjometrów)

• 8 tranzystorów 2N3904 (Q1 – Q8)

Rysunek 5.3. Główne komponenty obwodu tańczącego w rytm muzyki

• 1 drewniane pudełko

---- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Pojemnik, który zdołał pomieścić całą elektronikę niezbędną do pracy nad niniejszym projektem, kupiliśmy w lokalnym sklepie rzemieślniczym.
---- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

• korzystaj z zestawu gotowych przewodów połączeniowych o średnicy 0,6 mm

• około 2 metry czarnego przewodu o średnicy 0,8 mm

• około 2 metry czerwonego przewodu o średnicy 0,8 mm

Budowa projektu krok po kroku

Aby diody zaczęły migać w rytm muzyki, musisz wykonać kilka zadań:

1. Zbudować obwód sterujący pracą diod LED.

2. Zainstalować diody LED w pokrywie pudełka, w którym umieścisz obwód.

3. Przymocować do obudowy gałki, włącznik, mikrofon, potencjometry i głośnik, włożyć do środka płytkę obwodu, a następnie połączyć ze sobą wszystkie komponenty.

Wszystkie te zadania opiszemy w kolejnych sekcjach tego podrozdziału.

Budowa obwodu

Czas zmierzyć się z płytką prototypową. Weź schemat, powieś go na ścianie i zaczynaj pracę.

Aby zbudować obwód, musisz wykonać następujące czynności:

1. Umieść 2 układy scalone LM385 (IC1 i IC2) oraz 11 zacisków na płytce prototypowej, tak jak to pokazano na rysunku 5.4.

Rysunek 5.4. Płytka, na której zainstalowano układy scalone LM385, tranzystory 2N3904 i listwy zaciskowe

Jak widzisz, do każdego z zacisków można podłączyć po dwa przewody. Przewody podłączone do zacisków połączą płytkę z różnymi komponentami:

• Przewody podłączone do pierwszej pary zacisków widocznych po prawej stronie rysunku będą biegły do baterii.

• Przewody podłączone do drugiej pary zacisków widocznych po prawej stronie rysunku będą biegły do mikrofonu.

• Przewody podłączone do zacisków widocznych na środku będą biegły do potencjometrów.

• Przewody podłączone do zacisków widocznych po lewej stronie płytki będą biegły do diod LED.

2. Umieść 8 tranzystorów 2N3904 (Q1 – Q8) na płytce prototypowej, tak jak to pokazano na rysunku 5.4.

Każdą nóżkę tranzystora umieść w oddzielnym rzędzie otworów płytki prototypowej. Tranzystory powinny być zwrócone kolektorem w lewą stronę (zobacz rysunek 5.4), na środku powinna znajdować się baza, a po prawej stronie złącze emitera. Oznaczenia złączy tranzystora 2N3904 przedstawiono na rysunku 5.5.

Rysunek 5.5. Konfiguracja złączy tranzystora 2N3904

+-----------------------------------+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| | 3. W odpowiednie otwory płytki włóż druty łączące zbiorczą szynę masy z układami scalonymi, zaciskami baterii, mikrofonu i potencjometru. Następnie za pomocą kolejnych drucików zewrzyj ze sobą szyny masy, tak jak to pokazano na rysunku 5.6. |
| | |
| | Na używanej przez nas płytce prototypowej szyny masy oznaczono znakiem odejmowania (–). |
+-----------------------------------+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+

+-----------------------------------+-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| | 4. W odpowiednie otwory płytki włóż druty łączące zbiorczą szynę zasilającą z układami scalonymi i zaciskami. Do szyny zasilającej podłącz również jeden z zacisków przeznaczonych dla przewodów przylutowanych do diod LED. Następnie za pomocą kolejnych drucików zewrzyj ze sobą szyny zasilające, tak jak to pokazano na rysunku 5.7. |
| | |
| | Na używanej przez nas płytce prototypowej szyny zasilające oznaczono znakiem dodawania (+). |
+-----------------------------------+-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+

Rysunek 5.6. Krótsze przewody łączą komponenty z szyną masy, a dwa dłuższe przewody widoczne po prawej stronie zwierają ze sobą szyny masy

Rysunek 5.7. Podłącz komponenty do dodatniej szyny zasilającej

5. Zainstaluj przewody łączące układy scalone, listwy zaciskowe i komponenty dyskretne (zobacz rysunek 5.8).

Rysunek 5.8. Zainstaluj na płytce przewody łączące układy scalone, zaciski oraz komponenty dyskretne

6. Zainstaluj przewody łączące układ IC2 i tranzystory. Połącz ze sobą bazy tranzystorów (zobacz rysunek 5.9).

Rysunek 5.9. Podłącz układ IC2 do tranzystorów

7. Zainstaluj kondensatory o pojemności 0,1 µF (C1, C4 i C6), 2 kondensatory o pojemności 10 µF (C2 i C5) i 1 kondensator o pojemności 0,001 µF (C3) (zobacz rysunek 5.10).

Instalując komponenty na płytce prototypowej, korzystaj zarówno ze schematów, jak i z fotografii. Na przykład schemat informuje Cię, że dodatni biegun kondensatora C2 należy podłączyć do pinu numer 1 układu IC1, a drugi biegun kondensatora C2 powinieneś podłączyć do potencjometru R7, a więc włóż dłuższą nóżkę kondensatora C2 do otworu znajdującego się w tym samym rzędzie, co otwór, do którego podłączono pin numer 1 układu IC1, a krótszą nóżkę kondensatora podłącz do otworu znajdującego się w tym samym rzędzie, co otwór listwy zaciskowej, do której podłączysz potencjometr R7.

Rysunek 5.10. Zainstaluj kondensatory na płytce prototypowej

8. Za pomocą ośmiu rezystorów 100 Ω (R15 – R18, R32 – R35) połącz emitery wszystkich tranzystorów ze zbiorczą szyną masy w taki sposób, jak pokazano na rysunku 5.11.

Rysunek 5.11. Na płytce prototypowej zainstaluj rezystory

9. Korzystając z rysunku 5.12, zainstaluj na płytce prototypowej 1 rezystor 2,2 kΩ (R1), 1 rezystor 2 kΩ (R2), 2 rezystory 47 kΩ (R3 i R4), 1 rezystor 1 kΩ (R9), 1 rezystor 5 kΩ (R6) i 1 rezystor 220 kΩ (R10).

Rysunek 5.12. Zainstaluj kolejne rezystory na płytce prototypowej

10. Korzystając z rysunku 5.13, zainstaluj na płytce prototypowej 1 rezystor 2 kΩ (R19), 2 rezystory 47 kΩ (R20 i R21), 1 rezystor 100 kΩ (R22), 1 rezystor 5 kΩ (R23), 1 rezystor 10 kΩ (R25), 1 rezystor 1 kΩ (R26) i 1 rezystor 220 kΩ (R27).

Rysunek 5.13. Zainstaluj pozostałe rezystory na płytce prototypowej

11. Zainstaluj przewody łączące kolektory tranzystorów z zaciskami (zobacz rysunek 5.14).

Rysunek 5.14. Połącz kolektory tranzystorów z zaciskami

Aby stała się jasność

Obwód opisany w poprzedniej sekcji ma sterować pracą zespołu diod LED. W tej sekcji znajdziesz dokładny opis budowy tego zespołu.

Poniższa lista kroków przeprowadzi Cię przez proces budowy zespołu diod LED migających w rytm muzyki.

1. Wymyśl sekwencję nut składającą się z ośmiu wysokich dźwięków i ośmiu niskich dźwięków.

2. Narysuj ołówkiem pięciolinię na górnej pokrywie drewnianego pudełka, w którym chcesz umieścić projekt. Następnie oznacz kropkami miejsca, w których chcesz umieścić diody LED.

3. Wiercąc próbne otwory w jakimś zbędnym kawałku drewna, określ średnicę wiertła pozwalającego na wykonanie otworów, w które zostaną wciśnięte diody LED.

Podczas pracy nad naszą wersją tego gadżetu korzystaliśmy z wiertła o średnicy 5 mm.

4. Wywierć otwory na diody LED w miejscach, które wyznaczyłeś, wykonując 3. punkt niniejszej listy kroków.

5. Za pomocą mazaka lub pędzla narysuj pięciolinię i nuty na pokrywie drewnianego pudełka.

6. W wywiercone otwory włóż diody LED.

Na rysunku 5.15 pokazano pokrywę pudełka projektu po wykonaniu powyższych kroków.

Rysunek 5.15. Nasza ulubiona melodia zapisana za pomocą markera i diod LED

Jeżeli nie znasz się na muzyce, to podczas malowania nut korzystaj z rysunku 5.15.

7. Korzystając z rysunku 5.16, połącz pary diod LED za pomocą rezystorów.

Rysunek 5.16. Złącza diod skrócone po przylutowaniu rezystorów

Każdy rezystor powinien łączyć krótsze złącze jednej diody LED z dłuższym złączem drugiej diody LED. W ten sposób połączysz cztery pary diod LED każdego koloru.

8. Przylutuj rezystory do diod LED. Utnij zbędne fragmenty złączy diod LED, które wystają poza lut.

Ucinaj tylko te druty, do których przylutowałeś rezystory. Prawidłowo wykonane połączenia pomiędzy rezystorami i diodami pokazano na rysunku 5.16. Na rysunku 5.17 pokazano połączenia lutownicze widziane z bliska.

Rysunek 5.17. Połączenia lutownicze widziane z bliska

---- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Stosuj się do wszystkich zaleceń dotyczących bezpiecznego wykonywania połączeń lutowniczych, które przedstawiliśmy w rozdziale 2. Wyłączaj lutownicę, gdy na przykład na chwilę opuszczasz stanowisko pracy, aby odebrać pizzę z rąk dostawcy dzwoniącego do drzwi. Nakładaj okulary ochronne zawsze wtedy, gdy ucinasz druciki i wykonujesz połączenia lutownicze (w spoiwie lutowniczym niekiedy bywa poduszka powietrzna, która może wywołać pryśnięcie spoiwa lutowniczego w kierunku Twojego oka).
---- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

9. Pozostałe dłuższe złącza diod LED połącz za pomocą czerwonego przewodu o grubości 0,8 mm. Do pozostałego dłuższego złącza pierwszej pary diod LED przylutuj czerwony przewód o długości około 30 cm (zobacz rysunek 5.18).

Przylutowane przez Ciebie przewody tworzą dodatnią szynę zasilającą zespołu diod LED. Napięcie do tej szyny zostanie doprowadzone za pomocą kabla o długości około 30 cm podłączonego do zacisku znajdującego się na płytce.

10. Po wykonaniu połączeń lutowniczych utnij zbędne fragmenty złączy diod LED.

Skróć tylko te złącza, do których przylutowałeś czerwone przewody. Do pozostałych złącz będziesz za chwilę lutować kolejne przewody.

Rysunek 5.18. Dodatnia szyna zasilająca zespół diod LED

11. Korzystając z rysunku 5.19, do każdego wolnego, krótszego złącza diod LED przylutuj czarny przewód o średnicy 0,8 mm.

Rysunek 5.19. Czarne przewody połączą każdą parę diod LED z odpowiednimi zaciskami

Każdy z tych czarnych przewodów zostanie podłączony do odpowiedniego zacisku. Zbliżenie na wykonane połączenia lutownicze pokazano na rysunku 5.20.

Rysunek 5.20. Połączenia lutownicze widziane z bliska

12. Po wykonaniu połączeń lutowniczych utnij zbędne fragmenty złączy diod LED.

---- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Upewnij się, że złącza diod LED nie stykają się ze sobą. Pokryj je płynną taśmą izolacyjną w celu zabezpieczenia ich przed ewentualnym zwarciem powstałym w wyniku ich zgięcia.
---- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Instalowanie pozostałych komponentów

Po wykonaniu obwodu i zespołu diod LED powinieneś zająć się jeszcze wieloma innymi rzeczami. Między innymi musisz podłączyć mikrofon, potencjometry i przełącznik. Gadżet nie będzie działał, dopóki nie połączysz ze sobą wszystkich tych rzeczy.

Wykonaj poniższe kroki, aby przygotować wszystkie pozostałe elementy gadżetu migającego w rytm muzyki.

1. Do masy mikrofonu przylutuj czarny kabel o długości 30 cm, a następnie do drugiego styku mikrofonu przylutuj czerwony przewód o takiej samej długości.

Styki mikrofonu opisano na rysunku 5.21.

2. W miejscach, w których chcesz zainstalować mikrofon i włącznik, wywierć w pudełku otwory.

Umieściliśmy oba potencjometry i włącznik po tej samej stronie obudowy, a mikrofon po stronie przeciwnej, ale komponenty te możesz umieścić w dowolnym miejscu. Wybierz wiertło pozwalające na wykonanie otworu, w którym można unieruchomić mikrofon. Na rysunku 5.22 pokazaliśmy umiejscowienie komponentów w obudowie naszego projektu.

Rysunek 5.21. Przylutuj przewody do mikrofonu

Rysunek 5.22. Pudełko, w którym zainstalowano włącznik, potencjometry i mikrofon

---- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Więcej informacji na temat doboru rozmiaru wiertła do poszczególnych komponentów znajdziesz w rozdziale 4. W rozdziale tym znajdziesz również wiele innych przydatnych informacji dotyczących pracy nad obudowami projektów. Przed przystąpieniem do wykonania otworów załóż okulary ochronne i przykręć pudełko do stołu za pomocą ścisku!
---- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3. Włóż włącznik w wywiercony wcześniej otwór i przykręć go za pomocą dołączonej nakrętki.

4. Do kolejnych wywierconych otworów włóż potencjometry i przykręć je za pomocą dołączonych nakrętek.

5. Na wałki obu potencjometrów załóż gałki i przykręć je za pomocą znajdujących się na nich śrub.

---- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Gwint potencjometru ma około 6 mm długości, a więc jeżeli ścianka Twojego pudełka jest grubsza niż 6 mm, to nie będziesz w stanie przykręcić potencjometrów za pomocą nakrętki. W takim przypadku sprawdź, czy pokrętło potencjometru wystaje za obudowę na tyle, że można do niego przykręcić gałkę. Jeżeli tak, to przyklej do obudowy przednią część potencjometru, uważając na to, aby klej nie dostał się do wałka obrotowego. Jeżeli pokrętło potencjometru nie wystaje z obudowy na tyle, że można do niego przykręcić gałkę, to użyj dłuta w celu zeskrobania części drewna z wnętrza obudowy, tak aby pokrętło potencjometru wystawało z obudowy nieco dalej.
---- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

6. Wciśnij mikrofon w wywiercony wcześniej otwór. Otwór ten powinien być na tyle wąski, aby mikrofon został w nim unieruchomiony.

Na rysunku 5.22 pokazano pudełko, w którym zainstalowano włącznik, potencjometry i mikrofon.

7. Przylutuj czarne przewody do trzech złączy każdego z potencjometrów w taki sposób, jak pokazano na rysunku 5.23.

8. Przylutuj czarny przewód biegnący od zasobnika baterii do jednego ze złączy włącznika. Do drugiego złącza włącznika przylutuj czarny przewód o długości 30 cm.

Na rysunku 5.23 pokazano przełącznik z przylutowanymi kablami.

9. Przyczep rzepy do płytki i pudełka, a następnie zainstaluj płytkę na dnie pudełka.

10. Przyczep rzepy do zasobnika baterii oraz pudełka, a następnie umieść zasobnik baterii w pudełku.

11. Podłącz do zacisków przewody diod LED, zasobnika baterii i włącznika w taki sposób, jak pokazano na rysunku 5.24.

Rysunek 5.23. Przewody przylutowane do włącznika i potencjo­metrów

Rysunek 5.24. Płytka prototypowa, do której podłączono diody LED, zasobnik baterii i włącznik

Na wspomnianym rysunku poszczególne przewody oznaczono za pomocą następujących liczb:

1 — czerwony przewód dodatniej szyny zasilającej diody LED,

2 – 5 — przewody czerwonych, sparowanych diod LED,

6 – 9 — przewody zielonych, sparowanych diod LED,

10 — czerwony przewód zasobnika baterii,

11 — czarny przewód włącznika,

12 — czerwony przewód mikrofonu,

13 — czarny przewód mikrofonu,

14 i 17 — przewody podłączone do prawego złącza potencjometru,

15 i 18 — przewody podłączone do środkowego złącza potencjometru,

16 i 19 — przewody podłączone do lewego złącza potencjometru.

12. Przewody podłączane do zacisków możesz skrócić na tyle, aby sięgały do odpowiednich zacisków. Usuń izolację z końca przewodu przed włożeniem go do zacisku.

13. Pospinaj przewody za pomocą klipsów.

Sprawdzanie działania projektu

No dobra, uwierzyłeś nam, że efekt działania projektu będzie ciekawy. Doceniamy to. Teraz czas, abyś sam sprawdził, czy dostarczy Ci on tyle radości co nam.

---- -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Projekt może migać diodami w rytm dowolnej muzyki, ale doszliśmy do wniosku, że najlepiej działa z gatunkami takimi jak np. swing, w których gra wiele instrumentów dętych blaszanych. Dobrze sprawdzają się również szybsze utwory, przy których diody LED migoczą szybciej. Jaki jest nasz ulubiony utwór? Ella Fitzgerald śpiewająca Take the A Train Billego Strayhorna. Zapytaj swoich rodziców — mogą znać tę piosenkę.
---- -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Aby uruchomić projekt, musisz wykonać kilka prostych czynności:

1. Włóż baterie do zasobnika.

2. Włącz urządzenie za pomocą przełącznika znajdującego się na obudowie.

3. Puść jakąś muzykę.

To wszystko! Możesz teraz podziwiać diody LED migoczące w rytm dźwięków o niskich i wysokich częstotliwościach. Czułość diod LED możesz dostroić za pomocą potencjometrów.

Oto lista rzeczy, które należy sprawdzić w razie jakichś problemów:

• Sprawdź, czy wszystkie baterie znajdujące się w zasobniku są nowe. Upewnij się, że wszystkie są zwrócone we właściwym kierunku.

• Jeżeli jedna lub dwie diody LED nie świecą, to wymień je.

• Powodem nieświecenia dwóch diod LED połączonych szeregowo może być odwrotne podłączenie którejś z nich. W takiej sytuacji najłatwiej jest wymienić te diody.

• Jeżeli słuchasz Kołysanki Johannesa Brahmsa, to nie dziw się, że wszystkie diody LED są wyłączone. Puść coś Snoop Doggy Dogga lub zespołu Motorhead.

Dalsze rozwijanie projektu

Prawdopodobnie potańczyłeś i poskakałeś już w rytm migoczących diod LED przy każdej płycie CD znajdującej się w Twojej kolekcji. Chcesz czegoś więcej? Istnieją pewne rzeczy, które możesz zmodyfikować:

• Oczywiście rezygnując z pięciolinii i nut, diody LED możesz umieścić na tle np. dwóch gwiazd lub słońca i księżyca. W zasadzie na pokrywie obudowy projektu możesz umieścić dowolny rysunek.

• Pasmo dźwięku przetwarzane przez układ może zostać podzielone na większą ilość zakresów częstotliwości za pomocą filtrów środkowoprzepustowych. Do filtra górnoprzepustowego i dolnoprzepustowego możesz dodać np. dwa filtry środkowoprzepustowe. Takie rozwiązanie pozwoli na reagowanie na dwa pośrednie zakresy częstotliwości. W ten sposób będziesz mógł uzyskać cztery zestawy diod LED migających w rytm muzyki.

• Możesz zminiaturyzować ten obwód tak, aby można go było przypiąć do koszuli lub zabrać na imprezę. Obwód można zmniejszyć na kilka sposobów. Po pierwsze zastosuj mniejsze diody. Użyliśmy diod LED T-1¾ (o średnicy 5 mm), ale możesz zastosować diody T1 (o średnicy 3 mm). Zmień konstrukcję obwodu — zbuduj go „na pająka”. Wyobraź sobie układ scalony leżący do góry nogami. Diody LED można wtedy podłączyć bezpośrednio do jego złączy bez potrzeby korzystania z płytki prototypowej. Przykłady obwodów wykonanych tą metodą (po angielsku nazywaną dead bug) znajdziesz na stronie internetowej amerykańskiego zrzeszenia krótkofalowców American Radio Relay League (http://www.arrl.org/).