Tato lekce je nepovinná, ale velmi zábavná, protože vás donutí něco vykutit a navíc to co vyrobíme budeme později využívat, což bude myslím velmi dobrý pocit.
Jeden z hojně využívaných elektronických modulů ve světě arduina, který je poměrně dosti využíván je modul zvaný LED Matrix, zkráceně nazývaný pouze „matrix“. Nepleťme si jej s virtuálním světem matrixu z filmů Matrix.
Matrix o kterém zde mluvíme je modul, který vám umožní řízeně z arduina rozsvěcovat na poli 8×8 bodů/LED světelné kombinace. Matrixy se dají spojovat, aby bylo možné vytvořit větší plochu pro složitější světelné kombinace (pak bývá i mnohem náročnější program, ze kterého se celá soustava matrixů ovládá) a dají se na nich rozsvěcovat jednotlivé body, dvojbarevné obrázky (technicky jim říkáme monochromatické), nebo i přímo písmena.
Z toho co jsem právě napsal si můžeme odvodit, kde se v praxi matrixy využívají. Určitě jste je již viděli, zkuste si vzpomenout. Například co třeba vývěsní informační tabule na nádraží, nebo svítící číslíčka ve výtahu. Zkuste si vzpomenout, kde všude jste již matrix viděli.
Matrixy můžete v různých typech jednotlivě koupit samozřejmě již hotové. Ale to by nebyla žádná výzva a my navíc děláme robotiku, protože nás to baví. Pro ty, kteří se chtějí bavit opravdu ukrutně navrhuji, aby si sehnali stavebnici tohoto modulu a pokusili se sestavit svůj vlastní matrix. My jsme si to v rámci kroužku před lety vyzkoušeli a tak vám zde představuji fotoseriál, který jsem s tehdejším členem kroužku robotiky nafotil.
Matrix stavebnice – co je uvnitř
Pokud si tuto stavebničku objednáte, dorazí vám klasický zatavený plastový pytlíček (podobný jako ten, ve kterém vám přijde deska arduina), který bude obsahovat součástky, které si můžete prohlédnout na obrázku.
Matrix
Matrix je bloček sestavených LED diod v rastru 8×8. Z bločku čouhají na pracovní straně vývody, kterými se toto pole později spojí s deskou plošného spoje.
Plošný spoj
Destička plošného spoje je plastová destička na které jsou z vodivého materiálu (mědi, která je někdy pokovená) vytištěny cestičky elektrického obvodu modulu. Někdy jsou tyto cestičky pouze na jedné straně, a někdy jsou vytištěny oboustranně. Destička je děrovaná, aby se do ní daly přiletovat součástky na místa, která jsou pro to určená. Kromě cestiček el. obvodu jsou na destičce vytištěny i nápisy a schémata, která vám napovídají, kam má být která součástka přiletována, případně popisují třeba vstupy a výstupy z, nebo do destičky.
Součástky
Elektronické součástky jsou jednotlivé součástky s nezkrácenými vývody, které se na určených místech dírkami protáhnou na desku a z druhé strany se vodivě přiletují cínem. Vývody se pak štípačkami zkracují, abychom obvod nezkratovali a aby dál nepřekážely. Jakmile se jednou součástka přiletuje, už se s ním zpravidla nehýbá, proto si několikrát promyslete, než součástku budete na desku letovat.
Elektronických součástek je nepřeberné množství. Vy už jste měli tu možnost seznámit se s elektrickým odporem (váleček s barevnými proužky – kód podle kterého si můžeme spočítat velikost odporu). Zbývající dvě součástky na obrázku jsou kondenzátory. Ten ve tvaru kulaté placičky není možné přepólovat. Ten co vypadá jako kulatý váleček (elektrolytický kondenzátor) je zapotřebí přiletovat přesně – plus na plus, jinak to nefunguje.
Patice a integrovaný obvod
Abychom mohli inteligentně ovládat matrix, potřebovali bychom velký obvod složený z klasických součástek. Tento problém za nás řeší integrované obvody, kde jsou v malém plastovém pouzdře vytištěny miniaturní součástky, které nám dokáží nahradit rozsáhlejší obvody. Integrovaný obvod může být do desky přiletován buď napřímo, nebo může být vložen do patice, která je do destičky přiletována. Ten druhý způsob umožňuje snadnou výměnu poškozeného IO za jiný, nebo výměnu IO pokud chceme, aby konstrukce fungovala jinak.
Podobnou funkci, jako patice pro integrovaný obvod mají pásky s piny s tím rozdílem, že se do nich vsazuje Matrix. V době, kdy jsem tento fotoseriál fotil ještě výrobci do balíčků nedávali přesně naměřené pásky, ale bylo je třeba uříznout z delších pásků – doba ovšem pokročila….
Vyrábíme Matrix
Kompletaci stavebnice provádějte, pokud jste nikdy nic podobného nedělali pod dohledem dospěláka, nebo ještě lépe na kroužku, kde na to jsme vybavení. Budete potřebovat hrotovou pájku, cín, kalafunu, štípací kleště. Hodí se i manipulační kleštičky, nebo pinzetka. Při manipulaci s pájkou pozor ať se nespálíte a raději si dopředu nanečisto zkuste něco přiletovat ať víte o čem to je.
Krok 1 – přiletování pásků s piny a vložení matrixu
Podle toho, jaký typ stavebnice se vám dostane pod ruku jako první – upravte a přichytejte si pinové pásky, destičku a pole matrixu.
Pásky nasaďte na matrixovou destičku stejně jako na obrázku. Mírně je přizpůsobte a přiohnětě tak, aby šly snadno nasadit na destičku s plošným spojem (viz. následující obrázek).
Přiložte destičku s plošnými spoji na matrix přesně jako na obrázku a přiletujte pásky s piny do příslušných otvorů. Je jedno jak piny otočíte, ale přiletované musí být tak, aby tam nebyly studené spoje (to ostatně platí pro všechny součástky) a hlavně také tak, aby cín, kterým to letujete nepropojil vodivě vývody navzájem. Pokud se vám to stane, tak je třeba to opravit.
Po přiletování pinových pásků opatrně sundejte destičku matrixu (hlavně nedeformujte drátky s vývody). Pod matrixovou desku bude totiž třeba přiletovat ještě součástky, pak jí vrátíme zpět na místo.
Krok 2 – kompletace patice a integrovaného obvodu
Nastává nám složitější fáze u které je zapotřebí být velmi přesný a citlivý. Jakýkoliv spěch, nebo „násilné“ chování k součástkám se nám vrátí mírou vrchovatou – karma je mrcha…
Před sestavováním patice a IO si všimněte, že je jedna strana označena vroubkem (dále zámek). Patici, destičku i IO je třeba sestavit tak, aby zámek byl vždy na stejné straně. Pokud to neuděláte, nebude později modul fungovat.
První do desky s plošným spojem vložte patici, otočte desku (podložte něčím patici, pokud bude vypadávat) a přiletujte patici k desce. Platí stejná pravidla pro kvalitu letovaných spojů, jako v kroku 1.
Do patice velmi opatrně vsaďte IO – pozor na zámek, ať ho nedáte na druhou stranu. Pokud se zadařilo, otřete pot z čela a přistupte k další fázi. Ta bude o něco jednodušší.
Krok 3 – dokončení
Po dokončení by vám neměly zbýt žádné součástky, pouze zkompletovaný modul matrixu. V případě, že vám zbydou nějaké součástky je vhodné propadnout panice a vyhlásit poplach.
Podobně, jako při letování pinů a patice přiletujte i vstupní a výstupní vývody. Tento krok je možné, pokud jste znalí, upravit dle toho, jak chcete matrix používat – například jako pevně integrovaný modul v rámci většího projektu. Úprava na obrázku je vhodná pro další pokusy s matrixem.
Vstupy a výstupy na matrix máme nějak vyřešené a je čas doletovat zbylé součástky. Začněte odpůrkem a destičkovým kondenzátorem. U těchto součástek je jedno, jak je v otvorech otočíte. Zasuňte je do otvůrků blízko k desce, přiletujte na druhé straně a uštípněte přečuhující vývody. U elektrolytického kondenzátoru, který by vám měl zbýt, je na pouzdře označena polarita vývodů (plus, nebo mínus). Vložte správný pól vývodu do správného otvoru v desce a postupujte podobně jako u předchozích součástek. Kondenzátor ale netlačte tak moc na desku, ať ho můžete pod matrix ohnout jak na obrázku.
Posledním krokem je že vsadíte do pinů matrixovou destičku. Pokud by při zkoušení modul zlobil, vytáhněte z něj matrixovou destičku, otočte ji o 180 stupňů, znova ji vsaďte a opět vyzkoušejte.
Doufám, že vám matrix funguje a v příští lekci si zkusíme jeho programování.
Úkol:
Samozřejmě – sestavit vlastní matrix.
Pingback: LED Matrix pro arduino – ondranauci.cz