Come utilizzare Tinkercad per testare e implementare il tuo hardware: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

La simulazione del circuito è una tecnica in cui il software per computer simula il comportamento di un circuito o sistema elettronico. I nuovi progetti possono essere testati, valutati e diagnosticati senza dover effettivamente costruire il circuito o il sistema. La simulazione del circuito può essere uno strumento utile nella risoluzione dei problemi di un sistema per raccogliere dati prima che avvenga effettivamente la risoluzione dei problemi a livello di circuito. Ciò consente al progettista di determinare la correttezza e l'efficienza di un progetto prima che il sistema sia effettivamente costruito. Di conseguenza, l'utente può esplorare i vantaggi di progetti alternativi senza effettivamente costruire fisicamente i sistemi. Indagando gli effetti di decisioni progettuali specifiche durante la fase di progettazione piuttosto che la fase di costruzione, il costo complessivo di costruzione del sistema diminuisce in modo significativo.

Quindi, la simulazione software è un buon modo per provare prima di realizzare fisicamente il circuito. Tinkercad è uno strumento di simulazione basato sul web che ti aiuterà a testare il tuo hardware e software senza effettuare alcuna connessione fisica o anche senza acquistare alcun hardware.

Hai mai sentito la carenza di pin input-output su Arduino? Se hai pensato di pilotare tonnellate di LED o vuoi realizzare LED Cube, penso che tu abbia sicuramente sentito il bisogno di pin I/O. Sai che puoi pilotare un numero illimitato di LED utilizzando solo 3 pin di Arduino? Sì, i registri a turno ti aiuteranno a fare questa magia. In questo tutorial, ti mostrerò come possiamo implementare input e output illimitati usando i registri a scorrimento 74HC595. Ad esempio, realizzerò un orologio digitale con un termometro e un luxmetro utilizzando sei display a 7 segmenti. Prima di realizzare finalmente il circuito hardware, ho simulato il circuito in Tinkercad perché con questi sono coinvolti molti collegamenti. Una simulazione può renderti più sicuro e puoi testare la finalizzazione del tuo circuito senza prove ed errori fisici. Ovviamente, ti aiuterà a risparmiare il tuo hardware costoso e tempo prezioso.

Puoi accedere alla simulazione da qui:

Passaggio 1: salva il tuo hardware dalla masterizzazione

Come altri circuiti elettronici, i circuiti LED sono molto sensibili alla corrente. Il LED si accende se scorre più corrente della corrente nominale (ad es. 20 mA). La selezione di un resistore appropriato è molto importante per una corretta luminosità senza bruciare i circuiti oi LED.

I circuiti Tinkercad hanno una caratteristica eccellente. Ti mostra se più della corrente nominale scorre attraverso gli elementi del circuito. Nel seguente circuito, ho collegato un display a sette segmenti direttamente a un registro a scorrimento senza alcun resistore. Non è sicuro per il registro nemmeno per il display a sette segmenti ed entrambi possono essere bruciati da questa connessione. Tinkercad mostra il fatto con le stelle rosse.

Nel seguente circuito, ho aggiunto un resistore da 180 ohm a ciascun segmento del LED. Circa 14,5 mA di corrente scorre attraverso ogni segmento del display che è salvo per il display. Ma dalla simulazione, si può vedere che questo valore di resistenza non è sicuro per l'IC. La capacità di corrente massima del registro a scorrimento è 50 mA. Quindi, l'IC è sicuro fino a tre sul segmento del display (14,5 x 3 = 43,5 mA). Se più di tre segmenti diventano sull'IC può essere bruciato (ad es. 14,5 x 4 = 58 mA). La maggior parte del produttore non presta attenzione a questo fatto. Calcolano il valore della resistenza considerando solo il display.

Ma se simulano il circuito nel Tinkercad la possibilità di commettere questo errore va a zero. Perché Tinkercad ti avviserà mostrando la stella rossa.

Puoi osservare la situazione passando il cursore del mouse sulla stella come nella figura mostrata sotto.

Il seguente design è perfetto dove scelgo un resistore da 470 ohm per ogni segmento del display. Lo sketch Arduino è stato utilizzato durante la simulazione del circuito.

Passaggio 2: misurare la tensione, la corrente, la resistenza e la forma d'onda

La misurazione della corrente e della tensione è un grosso problema per i circuiti elettronici, in particolare sono necessarie più misurazioni parallele. La simulazione Tinkercad può risolvere questo problema molto facilmente. Puoi misurare la tensione e la resistenza attuali molto facilmente. Puoi farlo per più rami alla volta. La seguente configurazione mostra la corrente totale e la tensione del circuito.

È inoltre possibile utilizzare un oscilloscopio per osservare la forma d'onda e misurare la frequenza.

Nell'oscilloscopio di configurazione sopra che mostra il segnale di clock da Arduino. Puoi anche misurare la corrente e la tensione di più rami alla volta, il che è molto efficace. Se vuoi misurare più rami di corrente alla volta usando un multimetro da un circuito pratico, sarà molto difficile. Ma in Tinkercad puoi farlo molto facilmente. Nel seguente circuito, ho usato più amperometri per misurare la corrente da diversi rami.

Passaggio 3: scrittura del programma e utilizzo del monitor seriale

Una delle caratteristiche interessanti e utili del circuito Tinkercad è che ha un editor di codice e puoi scrivere un programma per Arduino ed ESP8266 direttamente dal suo ambiente. È inoltre possibile sviluppare un programma utilizzando l'ambiente grafico selezionando la modalità Blocco. È molto utile per i produttori e gli hobbisti che non hanno esperienza di programmazione.

Ha anche un debugger integrato da cui è possibile eseguire il debug del codice. Il debugger ti aiuterà a identificare il bug (errore) nel tuo codice e a correggerlo (debug).

Il circuito Tinkercad ha anche il monitor seriale ed è possibile monitorare il valore del sensore ed eseguire il debug del circuito molto facilmente. Il seguente circuito è stato utilizzato per testare PIR e sensore a ultrasuoni e on=bserve i dati nel monitor seriale.

Puoi accedere al circuito dal link:

Passaggio 4: simulazione di circuiti grandi e complessi (orologio con termometro e luxmetro)

In Tinkercad puoi simulare qualsiasi circuito complesso prima di realizzarlo praticamente. Può farti risparmiare tempo prezioso. La possibilità di sbagliare in un circuito complesso è molto grande. Se lo provi prima in Tinkercad, può essere molto efficace perché sai che il tuo circuito e il tuo programma funzioneranno o meno. Dal risultato, puoi anche modificare e aggiornare il tuo circuito in base alle tue esigenze.

Ho simulato un circuito complesso in Tinkercad ed è un circuito di orologio con termometro e luxmetro. Il circuito è alimentato da una batteria da 9V con un regolatore da 5V. Il display a sei, sette segmenti viene utilizzato per visualizzare l'ora con ore, minuti e secondi. Quattro pulsanti che utilizzano un singolo ingresso analogico vengono utilizzati per regolare l'ora. Un cicalino è collegato per impostare l'allarme. LM35 IC viene utilizzato per visualizzare il senso della temperatura dell'ambiente. Un sensore di luce ambientale viene utilizzato per misurare il lux.

Un interruttore a pulsante digitale viene utilizzato per il pin 7 di Arduino. Questo interruttore a pulsante viene utilizzato per modificare l'opzione. Per impostazione predefinita, mostra l'ora o funziona in modalità orologio. Per la prima pressione, mostra la temperatura e mostra il livello di lux per la seconda pressione.

Passaggio 5: implementazione con hardware

Dopo aver simulato il circuito e aver regolato il programma e il valore di resistenza, è il momento perfetto per implementare praticamente il circuito. Un pratico circuito può essere implementato sulla breadboard se si desidera realizzare un prototipo da esporre da qualche parte. Il circuito breadboard presenta alcuni vantaggi e svantaggi. Il vantaggio principale del circuito breadboard è che può essere facilmente modificato e non è necessaria alcuna saldatura per questo. D'altro canto, la connessione del circuito breadboard può allentarsi molto facilmente ed è molto difficile da identificare per un circuito complesso.

Se vuoi farlo per un uso pratico, il circuito PCB saldato è il migliore. Puoi creare il tuo circuito PCB a casa molto facilmente. Non sono necessari strumenti speciali per questo. Se vuoi conoscere il PCB fai da te puoi seguire questi simpatici Instructables.

1. PCB fatto in casa passo dopo passo.

2. Guida alla creazione di PCB di pinomelean

Puoi anche ordinare online un PCB professionale. Diversi produttori forniscono servizi di stampa PCB a un prezzo molto basso. SeeedStudio Fusion PCB e JLCPCB sono due fornitori di servizi più importanti. Puoi provare uno di questi.

[Nota: alcune immagini sono raccolte da Internet.]

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