Современная жизнь невозможна без электроники – это очевидный факт.
Она позволяет людям пересекать океаны, летать в космос, общаться на огромных расстояниях, разогревать еду в микроволновке и ориентироваться в незнакомых городах и странах. Современный человек не замечает значимости достижений в электронике и чаще всего воспринимает их как данность. С другой стороны, многие думают, что электроника сродни черной магии.
Не секрет, что по ряду причин обучению этой интереснейшей области знаний в нашей стране не уделялось достаточного внимания. В настоящее время интерес к электронике заметно возрос.
Школы и высшие учебные заведения, заинтересовав и подготовив более чем достаточное число юристов, экономистов и менеджеров, все чаще обращают свой взор в сторону подготовки несколько подзабытых, но чрезвычайно востребованных инженеров, в том числе в области радиотехники и электроники.
Многие специалисты, достигшие определенных успехов в своей профессии, с удовольствием делятся своими знаниями на просторах всемирной паутины. Причем общаются не только с равными себе специалистами, но и публикуют материалы для начинающих.
На тематических выставках с удовлетворением обращаешь внимание на интерес, который молодежь – и юноши, и девушки – проявляет к электронике. Причем, даже люди, далекие от техники, тоже хотят иметь знания в этой области, понимая, что такие знания дадут им возможность успешно конкурировать с коллегами, этими знаниями не обладающими.
Компания Мастер Кит, понимая эти тенденции, выпустила серию наборов «Азбука электронщика». Серия предназначена в основном для школьников и учащихся профильных учебных заведений, но также может быть интересна всем, кто хочет приобщиться к основам электроники. На данный момент серия состоит из трех наборов с повышающимся уровнем сложности, и охватывает весь основной спектр радиоэлектронных компонентов. Цель серии – дать возможность на практике закрепить теоретические знания, полученные в учебных заведениях, понять работу элементов электронных схем, попробовать свои силы в разработке этих схем, пробудить интерес к этой области знаний.
Все наборы основаны на так называемой «беспаечной» технологии сборки схем без применения паяльника на макетной плате. Выводы компонентов просто вставляются в контактные отверстия платы. Питание всех схем производится от батареи типа «Крона» безопасным напряжением 9 вольт. Особенностью наборов также является наличие красочно оформленного обучающего пособия и отличной упаковки, которая делает наборы прекрасным подарком.
В каждой брошюре имеется раздел «Проверь свои знания». В разделе приведены схемы с ошибками, которые внимательный читатель, собравший все предлагаемые схемы не формально, а с желанием разобраться в их работе, без труда сможет найти и исправить, а также контрольные вопросы по теме набора.
Первый набор называется «Основы схемотехники» NR03 и на практике познакомит с базовыми элементами электроники: резисторами, конденсаторами, диодами и транзисторами.
Многие из предлагаемых для сборки схем могут иметь практической применение – простейшие охранные сигнализации, детекторы и датчики, таймеры и т.п. Поскольку набор содержит более 100 электронных компонентов, из них можно собрать куда больше устройств, чем описано в обучающем пособии или использовать эти компоненты в собственных конструкциях для постоянного применения.
В брошюре даны описания компонентов, входящих в состав набора, и немного теории о каждом из них; даны сведения о внешнем виде и маркировке. Электрические схемы нарисованы в соответствии со стандартом и помогают научиться правильно читать их. Для каждой электрической схемы приведена монтажная схема на макетной плате, собрать которую сможет даже самый неискушенный начинающий электронщик.
Всего в брошюре рассматривается 15 схем разного уровня сложности: параллельное и последовательное включение резисторов, конденсаторов и светодиодов; заряд и разряд конденсатора в электронной схеме; принцип действия транзистора; соединение компонентов в схеме.
Ниже приведено оглавление брошюры, из которого можно понять, какие схемы предлагаются к изучению:
Введение
Перечень элементов, входящих в комплект набора и их описание
1. Простейшая электрическая схема: батарея, резистор и светодиод
2. Индикатор полярности
3. Последовательное подключение светодиодов
4. Параллельное подключение светодиодов
5. Параллельное и последовательное подключение резисторов
6. Конденсатор, его заряд и разряд
7. Последовательное и параллельное включение конденсаторов
8. Транзистор
9. Датчик уровня воды
10. Простейшая охранная сигнализация
11. Таймер на одном транзисторе
12. Детектор инфракрасного излучения
13. Мультивибратор (мигающие светодиоды)
14. Генератор звука
15. Простейший электромузыкальный инструмент
16. Проверь свои знания
Заключение
Рассмотрим, например, простейший индикатор полярности подключаемой к электронной схеме батареи (п. 2). Из приведенных ниже рисунков, взятых из брошюры, можно убедиться, что электрическая и монтажная схемы легко читаемы и сопоставимы между собой.
В зависимости от полярности батареи будет светиться один из цветных светодиодов – либо зеленый, либо красный, который будет сигнализировать об ошибке подключения источника питания. Чем не практический результат при весьма малых затратах? Не говоря уже о том, что даже в такой нехитрой схеме действуют несколько физических процессов и приборов, которые теоретически рассматриваются на уроках и занятиях по физике: химический источник тока, прохождение тока через проводник, излучение света полупроводником, закон Ома, принцип действия полупроводникового диода. Чем больше юному исследователю захочется углубиться в эти процессы, тем лучше. Тем более, что сейчас не составит труда получить через интернет любую информацию по заинтересовавшему вопросу. А навыки самообразования в процессе такого обучения помогут в любой профессии.
В состав компонентов набора входят светодиоды разного цвета, схемы мигалки и простейшего электромузыкального инструмента, которые неизменно привлекают внимание самых маленьких электронщиков.
В качестве примера раздела «Проверь свои знания» приведем схему с неверным значением сопротивления резистора в цепи, ограничивающей ток через светодиод:
Такой пример позволяет на практике понять порядок значения тока через реальный светодиод, приучит внимательно читать электрические схемы и проверять собранные устройства.
Изучив все представленные в наборе схемы, собрав и испытав их на практике, с учетом числа компонентов, входящих в состав набора, можно найти в литературе и всемирной сети еще несколько десятков электронных устройств, собрать их и подробно исследовать.
Второй набор носит название «Классика схемотехники» NR04 и посвящен изучению микросхемам, а точнее, одной «классической» микросхеме - легендарному интегральному таймеру серии 555. Все 20 экспериментов выполнены на базе этой несложной по современным понятиям, но замечательной микросхемы.
Под наименованием «555» в 1971 году таймер был выпущен фирмой Signetics и с тех пор практически в неизменном виде выпускается многими известнейшими производителями электронных компонентов. Этому безусловно способствует очень удачное сочетание функционала и цены. Пятерки традиционно входят в наименование у всех производителей, кроме, пожалуй, отечественных. У нас эта микросхема носит название 1006ВИ1.
Легендарный таймер до сих пор служит источником вдохновения для множества любителей и профессионалов в области электроники. Ими разработано множество полезных и дешевых решений на основе этой аналоговой микросхемы.
Оглавление пособия:
Введение
1. RS-триггер
2. Простая сигнализация
3. Классический таймер
4. Таймер с запуском от сенсора
5. Индикатор снижения напряжения
6. Триггер Шмитта
7. Моностабильный триггер
8. Схема задержки включения нагрузки
9. Генератор прямоугольных импульсов
10. Многофункциональный генератор
11. Схема плавного управления яркостью светодиода
12. Оптический терменвокс
13. Метроном
14. Фотореле
15. Сирена
16. Пробник-прозвонка
17. Имитатор звука пулемета
18. Двухтональный звонок
19. Забавная сирена
20. Светофор
Проверь себя
Ответы
Заключение
Схемы подобраны по нарастающей сложности и охватывают все функциональные возможности микросхемы – от схем, поясняющих принцип работы NE555, до практических реализаций устройств, имеющих в основе один или два таймера: генераторов, реле времени, сигнализаторов, звуковых модулей, устройств задержки, подавления дребезга контактов и др.
Приведем для примера электрическую и монтажную схемы задержки включения акустических систем в усилителе звуковой частоты для исключения щелчков и выхода их из строя. При подаче питания на схему светодиод LED1 включится через время, определяемое постоянной времени цепочки С1, VR1 и может регулироваться в широких пределах с помощью подстроечного резистора VR1. Если вместо резистора и светодиода на выход 3 микросхемы подключить электромагнитное реле, получится полноценная схема задержки включения.
В этот набор, также, как в первый, входит более 100 электронных деталей, что позволяет собирать конструкции, не входящие в пособие.
Третий набор серии называется «Цифровая лаборатория» NR05. Как видно из названия, он посвящен основам цифровой техники. И не просто цифровой, а микроконтроллерной. Микроконтроллеры в настоящее входят в состав и являются «мозгом» практически всех более или менее сложных электронных устройств, начиная от кофемашины и микроволновки и заканчивая системами управления самолетов и космических кораблей.
Микроконтроллер по принципам своего построения является микрокомпьютером в виде одной единой микросхемы, которая, помимо логического процессора, постоянной и оперативной памяти, имеет входы и выходы управления внешними устройствами.
Изучение микроконтроллеров проводится на примере популярнейшей аппаратно-программной платформы Arduino. Платформа в качестве аппаратной части имеет большое количество небольших печатных плат, построенных на различных типах микроконтроллеров. В нашем наборе используется очень компактный вариант, который называется Arduino Nano. В качестве программной части выступает Arduino IDE – открытая и бесплатная среда для разработки программ для плат Arduino.
Платформа предназначена прежде всего для быстрой разработки и прототипирования электронных устройств. Язык для Arduino, созданный на основе языка Processing, является чрезвычайно простым в освоении и использовании. Плата программируется с помощью компьютера с установленной на нем оболочкой Arduino IDE через стандартный USB-кабель.
Для удобства использования платы Arduino Nano и подключения к ней внешних устройств в наборе применена плата расширения собственной разработки. На плате установлен двухстрочный символьный дисплей, пять кнопок, дополнительный источник питания и промаркированные разъемы для подключения дополнительных модулей.
Приведем оглавление обучающего пособия:
Предисловие
1. Что такое Ардуино?
2. Коротко об аппаратной платформе Arduino
3. Описание Arduino Nano
4. Подготовка к практическому изучению Ардуино
5. Среда разработки Arduino IDE
6. Подключение и установка Arduino Nano
7. Программирование Ардуино
7.1. Структура программы.
7.2. Базовые элементы Processing C/C++.
7.3. Типы данных
7.4. Условия и операторы сравнения
7.5. Циклы
7.6. Порты ввода-вывода
7.6.1. Цифровые порты ввода/вывода
7.6.2. Аналоговые порты ввода
7.6.3. Аналоговые порты вывода
8. Запуск готовых скетчей. Первая программа – Blink
9. Плата расширения
10. Использование встроенных дополнительных модулей
10.1. Двухстрочный символьный жидкокристаллический дисплей
10.2. Русские буквы на дисплее
10.3. Используем аналоговую клавиатуру
10.4. Меняем цвет RGB светодиода
10.5. Программные часы
10.6. Датчик влажности и температуры
10.7. Барометр
10.8. Датчик температуры DS18B20
10.9. Метеостанция с часами и календарем
11. Дополнительные материалы (Монитор последовательного порта, часы со светобудильником)
12. Возможные проблемы в процессе работы с Ардуино.
13. Проверь себя
Заключение
Изучив и собрав все предлагаемые схемы, пользователь сможет получить вполне функциональную метеостанцию с двумя точками измерения температуры, измерителями влажности и давления, а также с часами и календарем.
В обучающем пособии, помимо начал языка программирования, приведены фотографии всех входящих в набор датчиков и рассмотрены методы их подключения к плате расширения. Программы снабжены большим количеством комментариев, позволяющих лучше понять назначения и связь операторов и функций.
Разумеется, на основе набора можно создать еще огромное количество собственных конструкция с помощью дополнительных датчиков и исполнительных устройств, подключаемых к Arduino с помощью платы расширения. А с учетом того, что к Arduino можно подключить модули, соединяющиеся с интернетом, сфера применения устройств на основе Arduino может быть практически бесконечной.
Приведем несколько примеров устройств, созданных на основе набора «Цифровая лаборатория»:
1. Управление сервоприводом с помощью смартфона с использование Bluetooth
3. Светобудильник своими руками
Компания Мастер Кит надеется, что наши наборы для изучения электроники послужат хорошей основой для освоения востребованных профессий и будут способствовать техническому развитию заинтересованных людей.
