نحوه استفاده از Tinkercad برای آزمایش و پیاده سازی سخت افزار: 5 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

شبیه سازی مدار تکنیکی است که در آن نرم افزار کامپیوتری رفتار یک مدار یا سیستم الکترونیکی را شبیه سازی می کند. طرح های جدید را می توان بدون ایجاد مدار یا سیستم آزمایش ، ارزیابی و تشخیص داد. شبیه سازی مدار ممکن است یک ابزار مفید در عیب یابی یک سیستم برای جمع آوری داده ها قبل از عیب یابی سطح مدار باشد. این به طراح اجازه می دهد تا قبل از اینکه سیستم واقعاً ساخته شود ، صحت و کارایی یک طرح را تعیین کند. در نتیجه ، کاربر ممکن است مزایای طرح های جایگزین را بدون ایجاد سیستم های فیزیکی کاوش کند. با بررسی تأثیر تصمیمات طراحی خاص در مرحله طراحی و نه در مرحله ساخت ، هزینه کلی ساخت سیستم به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

بنابراین ، شبیه سازی نرم افزار یک راه خوب برای آزمایش قبل از ایجاد مدار به صورت فیزیکی است. Tinkercad یک ابزار شبیه سازی مبتنی بر وب است که به شما کمک می کند سخت افزار و نرم افزار خود را بدون ایجاد ارتباط فیزیکی یا حتی بدون خرید سخت افزار آزمایش کنید.

آیا تا به حال با کمبود پین های ورودی-خروجی در آردوینو احساس کرده اید؟ اگر تصور می کردید که LED های زیادی رانندگی کنید یا می خواهید مکعب LED درست کنید ، فکر می کنم قطعاً نیاز به پین های ورودی/خروجی را احساس کرده اید. آیا می دانید که تنها با 3 پین آردوینو می توانید تعداد نامحدود LED هدایت کنید؟ بله ، ثبت های شیفت به شما کمک می کند تا این جادو را بسازید. در این دستورالعمل ، من به شما نشان خواهم داد که چگونه می توانیم ورودی و خروجی نامحدود را با استفاده از رجیسترهای شیفت 74HC595 پیاده سازی کنیم. به عنوان مثال ، من یک ساعت دیجیتالی با دماسنج و دستگاه لوکس متر با استفاده از شش صفحه نمایش 7 سگمنت می سازم. قبل از اینکه سرانجام مدار سخت افزاری را ایجاد کنم ، مدار را در Tinkercad شبیه سازی کردم ، زیرا ارتباط زیادی با آنها درگیر است. شبیه سازی می تواند اعتماد به نفس شما را افزایش دهد و می توانید بدون هیچ گونه آزمایش و خطای فیزیکی ، مدار خود را نهایی کنید. بدیهی است ، این به شما کمک می کند تا سخت افزار پرهزینه و زمان ارزشمند خود را ذخیره کنید.

از اینجا می توانید به شبیه سازی دسترسی داشته باشید:

مرحله 1: سخت افزار خود را از سوختن ذخیره کنید

مانند دیگر مدارهای الکترونیکی ، مدارهای LED نسبت به جریان بسیار حساس هستند. اگر جریان بیشتری از جریان نامی (مانند 20 میلی آمپر) جریان یابد ، LED می سوزد. انتخاب یک مقاومت مناسب برای روشنایی مناسب بدون سوزاندن مدارها یا LED ها بسیار مهم است.

مدارهای Tinkercad دارای ویژگی عالی هستند. این نشان می دهد که آیا بیش از جریان نامی از طریق عناصر مدار عبور می کند. در مدار زیر ، من یک صفحه هفت قسمتی را مستقیماً به یک شیفت رجیستر و بدون هیچ گونه مقاومتی وصل کردم. حتی برای صفحه نمایش هفت بخش نیز برای ثبت نام امن نیست و هر دو را می توان با این اتصال سوزاند. Tinkercad این واقعیت را با ستاره های قرمز نشان می دهد.

در مدار زیر ، من یک مقاومت 180 اهم را به هر بخش از LED اضافه کردم. حدود 14.5 میلی آمپر جریان در هر بخش از صفحه نمایش جریان می یابد که برای صفحه ذخیره می شود. اما از شبیه سازی می توان دریافت که این مقدار مقاومت برای IC ایمن نیست. حداکثر ظرفیت فعلی ثبت نام شیفت 50 میلی آمپر است. بنابراین ، IC تا سه قسمت در صفحه نمایش ایمن است (14.5 3 3 = 43.5 میلی آمپر). اگر بیش از سه بخش روی IC قرار گیرد می توان سوزاند (به عنوان مثال 14.5 x 4 = 58mA). اکثر سازندگان به این واقعیت توجه نمی کنند. آنها مقدار مقاومت را فقط با توجه به صفحه نمایش محاسبه می کنند.

اما اگر آنها مدار را در Tinkercad شبیه سازی کنند ، احتمال انجام این اشتباه به صفر می رسد. زیرا Tinkercad با نشان دادن ستاره قرمز به شما هشدار می دهد.

می توانید وضعیت نشانگر نشانگر موس را بر روی ستاره مانند تصویر زیر مشاهده کنید.

طراحی زیر کاملاً مناسب است جایی که من مقاومت 470 اهم را برای هر بخش از صفحه نمایش انتخاب می کنم. هنگام شبیه سازی مدار از طرح اتصال آردوینو استفاده شد.

مرحله 2: اندازه گیری ولتاژ ، جریان ، مقاومت و شکل موج

اندازه گیری جریان و ولتاژ یک مشکل بزرگ برای مدار الکترونیکی است ، به ویژه اندازه گیری موازی متعدد مورد نیاز است. شبیه سازی Tinkercad می تواند این مشکل را به راحتی حل کند. شما می توانید ولتاژ و مقاومت فعلی را به راحتی اندازه گیری کنید. می توانید این کار را همزمان برای چندین شعبه انجام دهید. تنظیمات زیر جریان کلی و ولتاژ مدار را نشان می دهد.

همچنین می توانید از یک اسیلوسکوپ برای مشاهده شکل موج و اندازه گیری فرکانس استفاده کنید.

در تنظیم فوق اسیلوسکوپ سیگنال ساعت را از آردوینو نشان می دهد. همچنین می توانید جریان و ولتاژ چندین شاخه را در یک زمان اندازه گیری کنید که بسیار مثر است. اگر می خواهید جریان چند شاخه را همزمان با استفاده از مولتی متر از یک مدار عملی اندازه گیری کنید ، بسیار سخت خواهد بود. اما در Tinkercad می توانید خیلی راحت این کار را انجام دهید. در مدار زیر ، از آمپر متر چندگانه برای اندازه گیری جریان شاخه های مختلف استفاده کردم.

مرحله 3: نوشتن برنامه و استفاده از Serial Monitor

یکی از ویژگی های جالب و مفید مدار Tinkercad این است که دارای ویرایشگر کد است و می توانید مستقیماً از محیط آن برای Arduino و ESP8266 برنامه بنویسید. همچنین می توانید با انتخاب حالت بلوک ، برنامه ای را با استفاده از محیط گرافیکی ایجاد کنید. برای سازنده و علاقه مندان که تجربه برنامه نویسی ندارند بسیار مفید است.

همچنین دارای Debugger داخلی است که می توانید کد خود را در آن اشکال زدایی کنید. اشکال زدایی به شما کمک می کند تا اشکال (خطا) کد خود را شناسایی کرده و آن را اصلاح (اشکال زدایی) کنید.

مدار Tinkercad همچنین دارای مانیتور سریال است و شما می توانید مقدار سنسور را کنترل کرده و مدار خود را به راحتی اشکال زدایی کنید. مدار زیر برای آزمایش PIR و حسگر اولتراسونیک و روشن کردن = نمایش داده ها در مانیتور سریال استفاده شد.

می توانید از پیوند به مدار دسترسی داشته باشید:

مرحله 4: شبیه سازی مدار بزرگ و پیچیده (ساعت با دماسنج و لوکس متر)

در Tinkercad می توانید قبل از ایجاد یک مدار پیچیده ، آن را شبیه سازی کنید. می تواند در وقت ارزشمند شما صرفه جویی کند. احتمال اشتباه در یک مدار پیچیده بسیار زیاد است. اگر ابتدا آن را در Tinkercad آزمایش کنید ، می تواند بسیار مثر باشد زیرا می دانید که مدار یا برنامه شما کار می کند یا خیر. در نتیجه ، شما همچنین می توانید مدار خود را مطابق نیاز خود تغییر داده و به روز کنید.

من یک مدار پیچیده را در Tinkercad شبیه سازی کرده ام و یک مدار ساعت با دماسنج و لوکس متر است. این مدار از باتری 9 ولت با تنظیم کننده 5 ولت تغذیه می کند. نمایشگر شش و هفت قسمتی برای نمایش زمان با ساعت ، دقیقه و ثانیه استفاده می شود. از چهار دکمه با استفاده از ورودی آنالوگ تک برای تنظیم زمان استفاده می شود. برای تنظیم زنگ هشدار زنگ وصل شده است. IC LM35 برای نمایش حس دمای محیط استفاده می شود. برای اندازه گیری لوکس از سنسور نور محیط استفاده می شود.

برای پین شماره 7 آردوینو از کلید دکمه دیجیتال استفاده می شود. این کلید دکمه برای تغییر گزینه استفاده می شود. به طور پیش فرض ، زمان را نشان می دهد یا در حالت ساعت کار می کند. برای پرس اول ، دما را نشان می دهد و سطح فشار را برای پرس دوم نشان می دهد.

مرحله 5: پیاده سازی با سخت افزار

پس از شبیه سازی مدار و تنظیم برنامه و مقاومت ، زمان مناسبی برای اجرای عملی مدار است. اگر می خواهید یک نمونه اولیه برای نمایش در جایی ایجاد کنید ، یک مدار عملی می تواند روی تخته نان اجرا شود. مدار نان مزایا و معایبی دارد. مزیت اصلی مدار نان این است که می توان آن را به راحتی تغییر داد و برای این کار نیازی به لحیم کاری نیست. از طرف دیگر ، اتصال مدار نان می تواند به راحتی شل شود و تشخیص آن برای یک مدار پیچیده بسیار دشوار است.

اگر می خواهید آن را برای استفاده عملی مدار PCB لحیم کاری کنید بهترین کار است. شما می توانید مدار PCB خود را به راحتی در خانه بسازید. هیچ ابزار خاصی برای آن لازم نیست. اگر می خواهید درباره PCB DIY بدانید ، می توانید این دستورالعمل های زیبا را دنبال کنید.

1. PCB خانگی گام به گام توسط recwap.

2. راهنمای ساخت PCB توسط pinomelean

همچنین می توانید بصورت آنلاین برای PCB حرفه ای سفارش دهید. چندین تولید کننده خدمات چاپ PCB را با قیمت بسیار پایین ارائه می دهند. SeeedStudio Fusion PCB و JLCPCB دو برجسته ترین ارائه دهنده خدمات هستند. می توانید یکی از این موارد را امتحان کنید.

[توجه: برخی از تصاویر از اینترنت جمع آوری شده است.]

جایزه دوم در چالش نکات و ترفندهای الکترونیک