Модуль для подключения аналоговых и дискретных датчиков на базе Arduino своими руками

Для начала экспериментов c платформой Arduino можно приобрести готовую плату, список поддерживаемых плат можно посмотреть на официальном сайте.
Но есть и другой путь, конечно если не пугает слово паяльник и технология домашнего изготовления плат методом лазерного принтера и утюга (ЛУТ).

Для экспериментов необязательно копировать всю плату и соблюдать габаритные размеры, которые важны только при использования стандартных плат расширения функционала - шилдов (Shields).

Для экспериментов с подключение к компьютеру аналоговых или дискретных датчиков можно собрать простую схему, приведенную на рис. 1. 

Схема разрабатывалась для тестирования источника опорного напряжения (ИОН) интегрированного в микроконтроллер и внешнего MCP1525, производства Microchip.

Рис. 1 Принципиальная схема модуля

Чертеж печатной платы модуля приведен на рис. 2. 
При использовании интегрированного ИОН, DA1 и конденсаторы C5 и C7 устанавливать необязательно.

Рис. 2 Чертеж печатной платы модуля.

В качестве микроконтроллера, для несложных экспериметов, достаточно микроконтроллера ATMEGA8.
Подключить модуль к компьютеру можно при помощи простого преобразователя RS-232 <-> UART (рис. 3), схема и описание которого расположены по ссылке, или использовать стандартный USBSerial.

Рис. 3 Адаптер RS232 <-> UART

Данная конструкция имеет низкую себестоимость и может с успехом использоваться в автоматике и системах мониторинга для подключения различных датчиков.



  

Arduino - платформа с открытым исходным кодом

Современную электронику сложно представить без микроконтроллеров, которые стали неотъемлемой частью многих электронных узлов.
Низкая стоимость и широкие возможности позволяют их применять в различных сферах, вытесняя там где это возможно, аналоговые узлы и устройства на жесткой логике.
Для устройств хобби-класса можно с успехом использовать широко распространенную платформу Arduino.
Arduino - платформа с открытым исходным кодом для разработки прототипов  электронных устройств на основе гибких, простых в использовании оборудования и программного обеспечения.  
Платформой с успехом пользуются непрофессиональные  пользователи (художники, дизайнеры, любители и все, кто заинтересован в создании интерактивных объектов или систем управления и мониторинга.
Arduino позволяет измерять параметры окружающей среды, получая входные данные от различных датчиков и может управлять освещением, двигателями, и другими устройствами. 
Микроконтроллер, установленный на плате, программируется с использованием специально разработанной и постоянно развивающейся среды разработки. 
Среда позволяет писать код и загружать его в плату ввода/вывода и работает под Windows, Mac OS X и Linux.
Среда написана на Java, использует AVR-GCC и другое программное обеспечение с открытым исходным кодом.
Arduino проекты могут быть автономными или могут обмениваться информацией с программным обеспечением, работающим на компьютере (например, Flash, Processing, MaxMSP).
Как и всякая другая платформа она имеет свои преимущества и недостатки, но простота использования и наличие огромного количества готового исходного кода, делает ее несомненным лидером среди подобных платформ.
Скачать среду разработки с http://arduino.cc/en/Main/Software, на данный момент доступна версия [1.0.1] (90 Мб). Установка в Windows в извлечении из архива и добавление ярлыка на рабочий стол (при желании).

Для экспериментов можно приобрести готовую плату, список поддерживаемых плат можно посмотреть на официально сайте http://arduino.cc/en/Main/Hardware ).

Наладка модуля BM250F

В одной из публикаций была рассмотрена доработка модуля для более устойчивой работы, но если устройство не работает или работает неустойчиво, значит требуется его доработка напильником. :)

Наладку нужно начинать с тестирования состояния установленных электродов и изменения сопротивления между ними в процессе работы.
В процессе работы котла, на его стенках и электродах образуется накипь, которая в какой-то степени является проводником электрического тока.

Измерение сопротивления напрямую тестером вряд ли прояснит картину, но можно провести измерения напряжения воспользовавшись схемой рис. 1

Рис. 1 Принципиальная схема модуля для тестирования электродов

Электроды подключаем к контакту X1 и Х2, третий электрод общий подключаем к общему проводу (GND).
Далее подаем питание  (3 - 5) В на выводы VDD и GND и проводим измерения в точка VDD, Х1, X2:
1. Электроды и емкость сухие (! желательно, но необязательно).
2. Электроды погружены в воду (емкость заполнена).
3. Вода слита (емкость между электродами мокрая).
4. Электроды погружены в воду рабочей температуры.
5. Между электродами пар. (!!! обязательно)


В первом случае напряжение в точках X1 и X2 будет около половины напряжения питания.
По изменению напряжения в других режимах можно судить о возможности применения данного устройства для каждого конкретного случая.

Номиналы сопротивлений указаны ориентировочные, они могут иметь другие номиналы в диапазоне (10 - 510) кОм.

Модернизация устройства управлением насоса BM250F

Компания Мастер Кит выпускает много интересных и полезных устройств.
Среди них их "устройство управления насосом" BM250F, принципиальная схема приведена на рис. 1.
Принцип работы модуля довольно подробно "разжеван", но ..
На одном форуме появилось сообщение о том, что устройство прекрасно работает в холодной воде, но если его уставить в котел, то при нагреве воды устройство работать отказывается.
Давайте попробуем разобраться в чем отличие между горячей и холодной водой в котле. А отличие очевидное - при нагреве воды выделяется пар.
А что такое пар, та же вода только "меньшей концентрации" в котором тоже находятся соли, пропускающие электрический ток. :)
То есть между электродами, даже если они и не погружены  в воду, все равно находятся пары воды, через которые в какой-то мере протекает электрический ток.
Теперь давайте посмотрим на схему (рис. 1).
Согласно описанию, необходимым условием для включения насоса должны быть закрыты транзисторы T1 и T2.

Рис. 1 Принципиальная схема BM250F

Включение Т2 вполне корректно, а вот включение транзистора Т1 неправильное и изменении условий эксплуатации повлияло на работу устройства.
Дело в том, что база транзистора Т1 при отсутствии воды висит в воздухе и напряжения смещения проходящего через пары воды достаточно, чтобы удерживать транзистор в открытом состоянии.
То есть BM250F "считает" что нижний электрод еще в воде.
Ну и резонный вопрос: "Что делать?"
Все очень просто, нужно еще добавить в схему всего один резистор R2_2 (рис. 2), номиналом аналогичным номиналу R4.
"Подтяжка" базы транзистора T1 обеспечит удержание перехода "база-эмиттер" в закрытом состоянии, соответственно будет закрыт переход "коллектор-эмиттер" и работоспособность устройства будет восстановлена.

Рис. 2 Доработка входной цепи BM250F

Для более устойчивой работы устройства можно экспериментально подобрать сопротивление резисторов R2_2 и R4.
Хочется отметить, что подобные ошибки часто встречаются и в профессиональной схемотехнике.

Расчет гасящего резистора для светодиода

При подключении светодиода (рис. 1) необходимо обеспечить напряжение, не превышающее максимально допустимое значение для используемого типа и ограничить ток через него.

Рис. 1 Принципиальная схема подключения светодиода

С напряжением проще, если источник питания выдает большее напряжение, добавляем стабилизатор, например LM78L05.
Можно конечно схему  на транзисторе и стабилитроне (рис. 2) собрать, но для стандартного решения вряд ли это будет целесообразно.

Рис. 2 Принципиальная схема стабилизатора

А вот для ограничения тока нужно рассчитать гасящий (токоограничивающий) резистор.

Проще всего это сделать в два приема, сначала теоретически, потом практически.  :)
Дело в том, что падение напряжения на переходе светодиода может отличаться даже у одинакового типа элементов, поэтому для изначального расчета целесообразно принять несколько заниженное значение (Uled = 1В).
Далее по закону Ома рассчитаем сопротивление R = (Uvdd - Uled) / I 
Округляем полученный результат до значения резистора, который есть в наличии и собираем схему. Подключаем источник питания, измеряем параметры и при необходимости корректируем значение резистора.

Простой индикатор уровня воды

Для определения уровня воды в непрозрачных резервуарах или дистанционно можно собрать простую схему (рис. 1). Принцип действия этой схемы использует свойство воды проводить электрический ток, за счет растворенных в ней солей.
Схема позволяет определять четыре уровня, но может быть легко модернизирована до требуемого количества датчиков. В качестве датчиков можно использовать, например, электроды изготовленный из проволоки или пластин из нержавеющей стали.

Рис. 1 Принципиальная схема индикатора уровня воды.

Входная цепь представляет собой делитель в верхнем плече каждого из каналов которого включены токоограничивающие резисторы (R1 - R4), а в нижнем резисторы, подтягивающие базы транзисторов к общему проводу питания. При отсутствии между электродами воды транзистор закрыт и соответствующий светодиод погашен.
Как только между электродами появляется вода, на базе транзистора появится потенциал, который откроет транзистор управляющий светодиодом.
В качестве транзисторов можно использовать любые маломощные n-p-n транзисторы. Схема тестировалась с использованием транзисторов BC847 и КТ315.

Windows 8 RC (Build 8400) DipTrace

02.08.2012 вышла новая версия (бета) PCB Design System DipTrace.

Установить ее в последней версии Windows 8 RC (build 8400), не получилось (см. рис. 1).

Рис. 1 Сообщение при установке

Но разработчики обещают устранить проблемы несовместимости с новой ОС от Microsoft:

 

Доработка для Windows 8 планируется. Сейчас ее не поддерживает инсталлятор (его нужно просто обновить до последней версии) и защита (тут сложней, надо либо поотключать все шифрование, либо переходить на другую защиту,поскольку новых версий этой не выходит с 2006 года - это будем как раз сейчас разбираться). 

Будем ждать новую версию :).