Digitrode

В современных приложениях с физическим пользовательским интерфейсом все чаще можно найти сенсорные кнопки. И это вполне обоснованно, поскольку сенсорные переключатели находят все большую популярность благодаря своей простоте, надежности, миниатюрности и экономичности. Механические кнопки и выключатели имеют некоторые недостатки, из-за которых заменяются сенсорными элементами. Они не настолько надежны, поскольку из-за пагубного влияния внешней среды, например, коррозии они могут выйти из строя. Поэтому их довольно часто меняют в помещениях с повышенной влажностью, а также в сильно запыленных промышленных помещениях. Также, банально, износ механических элементов в следствие долгой и частой эксплуатации способен отправить механический переключатель на свалку. Кроме того, механические кнопки не такие компактные, как сенсорные, которые можно сделать с необходимым уровнем миниатюризации. Таким образом, переход к сенсорным кнопкам вполне оправдан. Однако не спешите бежать в магазин за сенсорными кнопками, ведь сенсорную кнопку можно сделать самостоятельно своими руками.

Представленная схема позволяет избавиться от механических кнопок в изделии и добавить функционал легких и миниатюрных сенсорных кнопок. Сама плата с кнопкой может быть очень компактной, поскольку здесь используются в smd-компоненты.

В основе схемы лежит недорогой чип TTP223 в корпусе BA-6. TTP223 представляет собой детектор нажатия на сенсорную кнопку и характеризуется малым потреблением энергии и работой в большом диапазоне напряжений (от 2 до 5.5 В).

В современных приложениях мониторинга и регистрации параметров окружающей среды важным элементом является датчик температуры, который позволяет измерять температуру в достаточно широких диапазонах. На рынке сегодня представлено большое количество датчиков температуры с различными характеристиками и разного ценового диапазона. Некоторые датчики очень бюджетного уровня измеряют температуру с немалой погрешностью, но тем не менее достаточной для не ответственных приложений. Другие, прецизионные, измеряют температуру очень точно, но могут стоить недешево. Тем не менее есть золотая середина, и одним из ее представителей является прецизионный датчик температуры LM35, который стоит довольно недорого. Он характеризуется широким диапазоном измеряемых температур, большой точностью измерения и калиброванным выходом по напряжению.

Датчик температуры LM35 компании National Semiconductor является очень популярным по двум причинам: он вырабатывает выходное напряжение, прямо пропорциональное измеряемой температуре в градусах Цельсия, что исключает необходимость делать программный перевод градусов по Фаренгейту в градусы по Цельсию, и он позволяет измерять температуру ниже нуля. Как было отмечено выше, датчик температуры LM35 достаточно точен, его точность составляет примерно ±0.25 °C, если измерения производятся в щадящих комнатных условиях. В других случаях его точность составляет ±0.75 °C.

Недостатком же этого устройства является то, что в соответствии со своей стандартной схемой подключения он должен быть соединен по трем проводам. Но этот недостаток легко устранить, воспользовавшись приведенной схемой. При таком двухпроводном соединении датчик LM35 в состоянии измерять температуру в диапазоне от -5 до +40 °C.

Сегодня на рынке электронных компонентов представлено большое количество разнообразных микроконтроллеров, отличающихся друг от друга по многим параметрам: частоте работы ядра, объему памяти (как программ, так и данных), набору периферийных устройств, цене, форме корпуса, количеству выводов и многим другим. Существуют как большие и мощные микроконтроллеры в многовыводных больших корпусах с немалым количеством памяти и внушительной тактовой частотой, так и маленькие устройства в компактных корпусах с малым числом выводов. Первые в основном применяются в ресурсоемких и ответственных приложениях с задачами обработки больших объемов данных, вторые же используются в достаточно простых приложениях для задач элементарного управления какими-либо несложными устройствами.

Зачастую недорогие и миниатюрные микроконтроллеры имеют небольшое по сравнению со своими старшими собратьями количество портов ввода/вывода. И, как правило, этих портов не всегда хватает. Например, для управления большим количеством миниатюрных коллекторных двигателей или для опроса клавиатур с большим числом кнопок. Тогда для решения задачи расширения возможностей используют различные аппаратные ухищрения, например, добавляют в свой проект различные микросхемы мультиплексирования сигналов, что, конечно же, приводит к некоторому удорожанию проекта.

Но можно, не применяя сложных схем мультиплексирования, из одного вывода сделать два. Это реализуется довольно просто благодаря использованию третьего высокоимпедансного состояния (Z-состояния).

Современные микроконтроллеры зачастую имеют широкий диапазон питания, который может составлять, например, от 1.8 В до 5 В. Это дает широкие возможности для выбора источника питания, и чем меньше нижняя граница диапазона питания микроконтроллера, тем миниатюрнее могут быть источники питания, например, ими могут быть пальчиковые или мизинчиковые батарейки. Кроме того, широкий диапазон питающего напряжения позволяет в процессе функционирования устройства регулировать величину этого напряжения, что полезно использовать в автономных приложениях с батарейным питанием.

Функция динамического масштабирования напряжения полезна при питании микроконтроллера, который имеет широкий диапазон питания. При необходимости можно уменьшить напряжение питания для того, чтобы снизить энергопотребление устройства в целях экономии.

Например, микроконтроллер MSP430G2001 имеет диапазон питания, который варьируется в зависимости от системной частоты и режимов программирования. Когда системная тактовая частота составляет 1МГц и программирование флеш-памяти не требуется, диапазон питания равен от 1.8 до 3.6 В. Если же программирование флеш-памяти необходимо, то диапазон составит от 2.2 до 3.6 В.

Сегодня различные приложения для мониторинга процессов окружающей среды и ее параметров, например, погодные станции и системы контроля климата помещения в домашней автоматике, используют в своем составе различные датчики, одним из основных в этом наборе датчиков является, конечно, датчик температуры. В наше время на рынке электронных компонентов представлено огромное количество самых разнообразных датчиков температуры, отличающихся друг от друга своими характеристиками, исполнением и ценой. Некоторые датчики измеряют температуру с очень высокой точностью и в очень широком диапазоне, они называются прецизионными и используются в основном в ответственных приложениях на промышленных объектах, в медицине и ряде других областей подобного рода. Их стоимость пропорциональна их возможностям, то есть это не дешевые датчики. Есть также недорогие датчики для менее ответственных приложений. Их стоимость не такая высокая, но и их точность и диапазон измеряемых температур далеко не самые лучшие. Зачастую их используют радиолюбители в своих проектах с Arduino или другими подобными платами и устройствами. Но можно вообще не покупать датчик, а сделать его самостоятельно. Такой самодельный термометр, конечно, не будет сверхточным, но обеспечит ваш проект необходимым функционалом для измерения температуры.

Представленная схема, позволяет создать простой и дешевый термометр, измеряющий температуру до 150°C с точностью ±1°C. Температуру можно считать с помощью цифрового или аналогового вольтметра со шкалой 1В.

На рынке электронных компонентов в наше время преобладают элементы, которые питаются преимущественно напряжением +3.3 В, либо +5 В. Существуют, конечно же, компоненты с расширенным диапазоном питающего напряжения, который включает в себя эти два уровня. Но далеко не все устройства могут поддерживать одновременно уровни 3.3 В и 5 В. Из-за этого могут появляться проблемы несовместимости между устройствами. И порой довольно-таки трудно найти аналог необходимого компонента или устройства с поддержкой нужного уровня напряжения.

Зачастую, например, бывает необходимо установить взаимодействие между микроконтроллером с питанием от 5 В и каким-нибудь устройством, например, модулем считывания SD-карт, питаемым от 3.3 В.

К счастью, преобразователь логических сигналов 3.3-5В можно собрать довольно-таки просто. Для этого нужна микросхема конвертера 74LCX245.

В продолжении темы полезных в быту повышающих преобразователей рассмотрим способ получения напряжения 9 В из 3 В.

Если у вас есть одна батарейка на 3 В или пара пальчиковых батареек на 1.5 В, но нет Кроны, необходимой для питания устройства напряжением 9 В, то можно воспользоваться нижеприведенными недорогими микросхемами для организации повышающих преобразователей напряжения.

Интерфейс 1-Wire представляет собой двунаправленную шину, по которой устройства подключенные к ней осуществляют передачу данных на очень малых скоростях. Стандартной скоростью считается 15.4 Кб/с, максимальный показатель скорости данного интерфейса 125 Кб/с. В шине применяются только два провода, один из которых общий (земля), а по другому передается как питание, так и данные. Использование всего двух проводов является большим плюсом данного интерфейса. Еще одним плюсом является большая дальность передачи данных. В некоторых случаях она может составить до 300 метров. Этого можно добиться, если для передачи задействовать кабель типа "витая пара". Также топология должна представлять собой общую шину, а не свободную топологию. И специальный драйвер должен осуществлять активную подтяжку линии с учетом тока в ней. Протокол 1-Wire обычно используется для общения с различными датчиками температуры, например, DS18S20. Также он применяется и в датчиках заряда аккумулятора и в некоторых светодиодных драйверах. Но для большинства электронных устройств такой протокол не является стандартным, как, например, UART, SPI или I2C. Эти интерфейсы сегодня можно встретить практически в любом современном микроконтроллере. В связи с этим имеется проблема взаимосвязи устройств, поддерживающих протокол 1-Wire, и устройств с другими протоколами, например, UART, который распространен больше всех. Но, к счастью, можно сделать простой переходник с 1-Wire на UART.

Стандартная схема конвертера состоит из двух биполярных транзисторов NPN-типа и двух резисторов, при этом вывод TX соединяется с базой первого транзистора, а RX с коллектором второго и с единственным информационным проводом протокола 1-Wire. Но можно сделать еще проще.

Большинство современных микроконтроллерных и микропроцессорных систем работают с уровнями напряжения +5 В и +3.3 В. Причем последний вариант встречается все чаще и чаще. Бывают случаи, когда для питания устройства требуется напряжение 3.3 В, но под рукой оказывается только батарейка на 1.2 или 1.5 В. Тогда на помощь приходят микросхемы повышающих преобразователей напряжения. И в данном материале мы рассмотрим две из них, которые доступны на рынке, имеют низкую стоимость и не требуют много компонентов в качестве обвязки.

В робототехнике и механике для организации линейного движения, а не вращательного как у двигателей с валом, зачастую применяют устройства, называемые линейные актуаторы. В основном актуаторы подразделяют на три типа: пневматические, гидравлические и электрические. В роботах и различных радиолюбительских проектах в основном применяется третий тип актуаторов благодаря невысокой цене и простоте подключения к электрическому оборудованию системы. В основе электрического линейного актуатора находится обычный электродвигатель. Он может быть как постоянного, так и переменного тока. Зачастую применяют двигатель постоянного тока. Механизм линейного актуатора осуществляет преобразование вращательного момента двигателя в поступательное движение рабочего механизма актуатора. Для этого в составе линейного актуатора должен быть редуктор и ходовой винт.

Итак, для работы линейного актуатора используется ходовой винт, приводимый в движение двигателем постоянного тока. Благодаря этому и создается линейное движение устройства постоянного напряжения. При отключении питания линейный привод зафиксирует свое положение.

В данном материале представлена простая схема для подключения линейного привода к источнику напряжения и для ручного управления им с помощью переключателя. Одно нажатие переключателя заставит рабочий орган актуатора двигаться вперед, повторное нажатие – назад. Также можно зафиксировать определенное положение.