שיעור 21 - מעגלים בTinkercad

ברוכים הבאים לשיעור 21! 

אנחנו מתקרבים לסוף החוג, ולכן החלטתי לעשות את השיעור הזה באופן קצת שונה.

מכיוון שאתם כבר די מנוסים בתכנות ואלקטרוניקה, החלטתי שהשיעור יראה יותר כמו מדריך שמוצאים באינטרנט(מסוג המדריכים שהשתמשנו בהם במהלך החוג). 
כך תתנסו במשהו קרוב יותר לעולם האמיתי ותתרגלו לסוג המדריכים שזמינים באינטרנט בנושאים כמו תכנות ואלקטרוניקה.

באנגלית סוג כזה של מדריכים נקרא “Tutorial” והאינטרנט מלא בהם.

בואו נתחיל!

נחזור לתוכנת Tinkercad , השתמשו בלינק הבא על מנת להגיע למסך הראשי(ייתכן ותתבקשו לעשות לוגאין לחשבון שלכם): https://www.tinkercad.com/dashboard

 

Tinkercad היא תוכנה מעולה למידול תלת מימד ומאוד מתאימה למתחילים, אבל יש לה עוד יכולות מפתיעות!

התוכנה מאפשרת גם לבנות הדמיה של מעגלים חשמליים ולתכנת אותם (מיד אסביר מה זה אומר). 
אולי אתם זוכרים שבשיעור 4 בנינו רמזור על בסיס מטריצה , השתמשנו בארדואינו, מנורות לד ונגדים. בנוסף גם כתבנו קוד שיגרום לכם הדברים לעבוד כמו רמזור אמיתי.

כל זה התאפשר מכיוון שהיה לכם את כל החלקים הדרושים בערכה, מה אם נרצה לבנות משהו אבל אין לנו את כל החלקים? מה אם נרצה להתאמן? או לתכנן איזשהו מעגל חשמלי לפני שאנחנו קונים את הרכיבים ובונים אותו במציאות?

בדיוק בשביל זה נוצרו תוכנות שמאפשרות לעשות “הדמיה” של מעגלים חשמליים, בואו נראה איך זה קורה בפועל.

שלב 1: יצירת מעגל חדש

בתפריט השמאלי לחצו על “Circuits” (מעגלים באנגלית)

 


לאחר מכן לחצו על “Create new Circuit” (צור מעגל חדש)

 

הגענו לאזור חדש בתוכנה, מצד ימין אנחנו רואים כל מיני רכיבים אלקטרוניים, נוכל לגרור אותם בקרוב לצד השמאלי(שבנתיים ריק), הצד השמאלי יהיה אזור העבודה שלנו.

 

 

 שלב 2: הוספת ארדואינו

הדבר הראשון שנעשה יהיה לגרור ארדואינו לאזור העבודה, בתוכנה הזו אין אפשרות להשתמש בArduino Nano שאנחנו מכירים כל כך טוב, זה לא נורא נשתמש במיקרובקר דומה שנקרא Arduino Uno (עוד מעט נסביר את ההבדל ביניהם).

הקלידו בשורת החיפוש Arduino Uno וגרו אותו אל אזור העבודה כפי שמוצג בסרטון הבא:

 

 

שלב 3: הוספת מטריצה

גררו מטריצה לאזור העבודה(כפי שמוצג בסרטון הבא), בניגוד לארדואינו Nano שאותו אפשר להכניס לתוך מטריצה, כשמשתמשים בארדואינו Uno אין אפשרות כזו, ולכן פשוט נשים אותו ליד המטריצה.

בצעו את השינויים שמוצגים בסרטון הבא, במהלך הסרטון אני משתמש בגלגלת של העכבר על מנת לעשות זום-אווט, מה שמאפשר לי למקם את המטריצה והארדואינו זה לצד זה (ניתן לעשות זום גם על ידי שימוש בכפתור Ctrl והסימון פלוס או מינוס).
כמו כן שימו לב שאנחנו משתמשים במטריצה גדולה שנקראת Breadboard ולא ב Breadboard Mini:

 

שלב 4: הדלקת מנורת לד

עכשיו נדליק מנורת לד, נעשה את זה בצורה הפשוטה ביותר:
-נמצא רכיב לד ונגרור אותו אל תוך המטריצה שלנו
-נחבר רגל קצרה ל GND
-נחבר רגל ארוכה ל 5V
-נלחץ על Start Simulation בכדי להתחיל את ההדמייה ולראות את המנורת לד נדלקת.

בצעו את התהליך על פי הסרטון הבא:

הלד שלנו דלק, אבל יש על הלד כוכב מוזר בצבע אדום.
זו הדרך של התוכנה להגיד לנו שהלד הזה יישרף, והסיבה לכך היא כמובן בגלל שלא הוספנו נגד.

שלב 5: הוספת נגד

עקבו אחרי הסרטון הבא על מנת להוסיף נגד, שימו לב שבכדי לבצע שינויים במעגל, קודם כל אנחנו צריכים לכבות את הסימולציה (מתבצע בתחילת הסרטון).
במהלך הסרטון אני מגדיר את הנגד להיות 330 אוהם Ω 
ערך גבוהה מדי יגרום לכך שהלד לא ידלק (הנגד יהיה כל כך חזק ויגרום לכך שהזרם החשמלי  יהיה חלש מדי).
ערך נמוך מדי יגרום לכך שהנגד לא יחליש מספיק את הזרם במעגל והלד יישרף בכל זאת.
אתם מוזמנים לשחק עם הערך של הנגד ולראות את עוצמת האור משתנה בסימולציה:

שלב 6: העברת הלד

הלד שלנו עובד, אבל אבל מכייון שהוא מחובר לרגל 5V אין לנו שום השפעה עליו, הוא תמיד יקבל מתח וידלוק.
מכיוון שאנחנו רוצים לשלוט בלד בתכנות אנחנו צריכים להעביר אותו לפין שאנחנו יכולים להדליק ולכבות בקוד.
העבירו את הלד לפין 3, כפי שמוצג בסרטון:

שלב 7: תכנות הלד

עכשיו בואו נגרום ללד להבהב, עברו למצב Code ובחרו בתצוגת Text כפי שמופיע בסרטון.
אנחנו נראה שתוכנה כבר כתבה קוד לדוגמה, הקוד הזה הוא קוד של הבהוב, וכל מה שאנחנו צריכים לעשות זה לשנות את מספר הפין.

 

 

שלב 7 – משימה: חיבור לד ירוק וצהוב

נסו לבצע את השלב הזה בעצמכם לפני שתצפו בסרטון. המטרה היא לחבר את שני הלדים הנותרים של הרמזור.
את הלד הצהוב יש לחבר לפין A4
את הירוק הצהוב יש לחבר לפין A3
ניתן להחליף את הצבע של הלד כאשר לוחצים עליו.

פתרון המשימה:

 

 

שלב 8 – תכנות הרמזור

עכשיו כשהלדים מחוברים נוכל לשנות את הקוד כך שיתאים לפעולה של רמזור.
אני מקווה שאתם זוכרים שכבר כתבנו קוד שעושה את זה בשיעור 4, אז למה שלא נשתמש בו?

גשו לשיעור 4: https://playrobotics.com/playrobotics-school-lesson-4-traffic-light

העתיקו את הקוד של שיעור 4 – חלק 7

הדביקו את הקוד בתוכנה שלנו והדליקו את הסימולציה (השלב הזה מתואר בסרטון הבא):

 

 

הקוד עובד מכיוון שגם בשיעור 4 וגם עכשיו חיברנו את המנורות לד לאותם הפינים.
אמנם עכשיו אנחנו משתמשים בסוג שונה של ארדואינו, אבל הם עובדים בצורה מאוד דומה ואין הבדל בקוד בין שניהם.

שלב 9: הוספת נגדים

אחד היתרונות ב״הדמיה״ של מעגל הוא שאי אפשר לשרוף שום רכיב אמיתי, ולכן לא הקפדתי לשים נגדים על שלושת הלדים, כמובן שלא הייתי עושה את זה בעולם האמיתי, אבל כאן רציתי להראות לכם את הלדים עובדים כמה שיותר מהר. עכשיו יהיה זמן טוב להוסיף את הנגדים:

 

 

זהו ההדמיה של הרמזור שלנו מוכנה! זו כמובן רק דוגמה למה שאפשר לעשות עם התוכנה.

עכשיו אני אראה לכם מאגר של מעגלים מוכנים שיש בתוכנה, אני מקווה שתקבלו משם רעיונות למעגלים שתבנו לבד בעצמכם.

כך תגיעו למאגר המעגלים של ארדואינו בתוכנה:

 

אני מזמין אותכם לגרור לאזור העבודה כמה מהמעגלים ולחקור אותם , הפעילו את הסימולציה (חלק מהמעגלים ישמיעו צלילים , לכן כדאי להפעיל את הסאונד במחשב) , לאחר שתראו את המעגל בפעולה, כדאי גם לעבור למצב קוד ולראות את הקוד שמפעיל את המעגלים הללו.

תהליך החקירה מתואר בסרטון הבא:

זהו, החוג שלנו מגיע לסיומו!

אני מקווה שחשפתי אתכם לעולמות מרתקים של תכנות אלקטרוניקה ורובוטיקה ושתבחרו להתעניין בתחומים הללו גם בעתיד!

החוג כלל אתגרים לא קטנים ואם הגעתם לשיעור הזה סימן שהתמדתם, השקעתם ולא ויתרתם גם כשהיה קשה. ולכן אני רוצה להגיד לכם כל הכבוד!

מקווה שעוד ניפגש בחוגים וסדנאות אחרות שאני עושה. תודה ולהתראות!

אלכס