Pentru a putea trece mai departe in invatarea alegerii si folosirii componentelor necesare realizarii unor proiecte cu Arduino, trebuiesc cunoscute niste notiuni elementare de electronica.

Tensiune, curent, putere, rezistivitate

CreativeChip-Legea lui Ohm

In electricitate unii din cei mai importanti parametrii care apar intr-un circuit electric sunt: tensiunea, intensitatea , puterea si rezistivitate.

Tensiunea : este o forta electrica aplicata unui circuit electric masurata in volti (E). Aceasta reprezinta presiune cu care este impins curentul.

Intensitatea: este curgerea de electroni intr-un circuit electric, masurata in ampere (I). Aceasta reprezinta cat de mult curent trece.

Rezistivitatea : este forta care se opune curgerii de electroni intr-un circuit electric, este masurata in ohm (R).

Puterea: este produsul intre curent si tensiune masurata in watti (P).

Legea lui Ohm

In cea mai simpla forma, legea lui Ohm ne spune despre curentul electric care este direct proportional cu tensiunea aplicata si invers proportionala cu rezistenta din circuit.

Cele mai cunoscute formule sunt urmatoarele:

E=I*R   I=E/R   R=E/I
Adaugand si puterea electrica in aceasta ecuatie avem urmatoarele formule:

CreativeChip-Legea lui Ohm

 

Vom porni de la un simplu circuit care este alimentat la 5V si are o singura rezistenta de 100Ω.

 

CreativeChip - Circuit simplu

Conform formulelor:

CreativeChip-Ecuatie 1

CreativeChip-Ecuatie2

valoarea intensitatii va fi de 0.05A.

Deocamdata totul si frumos, dar unde vom avea nevoie in lumea Arduino de aceste informatii? Cel mai simplu exemplu este aprinderea unui LED. LED-ul este o dioda. Diodei daca ii vom oferi un voltaj mai mare decat cel pentru care este realizata dioda, aceasta va lasa sa treaca tot curentul pe care il vom oferi.

Deobicei un LED  functioneaza la aproximativ 2V, 20mA. Daca vom lega LED-ul direct la 5V, acesta va consuma aproximativ 150mA, acesta reprezentand tot curentul pe care il poate oferi Arduino.

CreativeChip-LED 5V

Daca folosim un LED rosu, acesta va lumina aproape galben si se va incalzi destul de mult. Acest lucru va dauna atat Arduino-ului cat si LED-ului. Din acest motiv vom limita voltajul care va ajunge pe LED adaugand in serie o rezistenta. Pentru a calcula valoarea rezistentei vom folosi Legea lui Ohm.

CreativeChip-Ecuatie3

Aceasta valoare este 150 Ω.

Rezistenta de Pull-up (Pull-down)

In tutorialul anterior am vazut folosirea unui buton. Totusi nu am explicat de ce a fost creat acel circuit.  Schema electrica este urmatoarea:

 

CreativeChip-Buton Simplu

Putem vedea butonu S1 care face legatura intre PIN-ul 7 de la Arduino si GND. Acest lucru inseamna ca daca apasam pe buton nivelul logic al pinului 7 va fi 0. Pentru exemplificare vom folosi urmatorul program in Arduino IDE:

Aici vedem ca daca nivelul logic pe pinul 7 este LOW (adica butonul este apasat) atunci se va aprinde LED-ul 13 de pe Arduino. Totusi ce se intampla daca butonul nu este apasat? Pinul 7 este in aer si vom observa ca LED-ul 13 se va aprinde si stinge aleator. Acest lucru se intampla deoarece nivelul logic de pe pin va fi foarte influentabil la factori externi si nu va avea un nivel logic fix. Pentru a nu avea aceasta problema vom folosi un montaj de Pull-Up.

CreativeChip - PullUp

In acest fel nivelul logic al pinului 7 va fi 1 atunci cand butonul nu este apasat, iar la apasare acesta va deveni 0. Deoarece rezistentele de Pull-up sunt foarte folosite, multe microcontrollere le au integrate in ele pe pini. Astfel Arduino UNO are aceasta functionalitate, care trebuie doar accesata software. Pentru a face acest lucru vom modifica in softul de mai sus randul:

 

cu:

In acest mod nu va mai fi necesar montajul exterior. Exact acelasi montaj va putea fi realizat inversand GND si VCC, astfel vom avea o rezistenta de Pull-Down.

Divizorul de tensiune

Divizorul de tensiune este foarte important cand vine vorba despre Arduino. Cu acest concept se pot explica aproate toti senzorii analogici care pot fi folositi in proiecte.

Ce pot sa fac cu divizorul de tensiune? In principiu cu ajutorul a doua rezistente pot obtine orice voltaj intre voltajul de intrare si GND.

CreativeChip-Divizor tensiune

Luand exemplul Arduino, nivelul de voltaj este 5V. In punctul V-out, pot citi orice valoare intre 0 si 5V doar selectand rezistentele R1 si R2 de o anumita valoare. Formula care se aplica divizorului este:

CreativeChip-Ecuatie4

In cazul nostru V-in este 5V.

Sa luam cazul in care R1 si R2 sunt de aceasi valoare 100Ω.

CreativeChip-Ecuatie5

Rezultate final va fi intotdeauna jumatate din tensinea de intrare.

Daca R2 mult mai mare ca R1:

CreativeChip-Ecuatie6

Daca R1 mult mai mare ca R2:

CreativeChip-Ecuatie7

Una din aplicatiile divizorului de tensiune este potentiometrul. Schema electrica este urmatoarea:

CreativeChip-Potentiometru

Potentiometrul este o rezistenta variabila, care poate fi folosita sa creeze un divizor de tensiune. Punctul Vout se poate muta in sus sau in jos pe rezistenta P1 impartind-o in doua rezistente de valori diferite, aparand astfel divizorul de tensiune. Ducand punctul in jos, valoarea se va apropia de 0 iar ducand-o in sus se va apropia de 5V.

 

O alta aplicatie a divizorului de tensiune este un senzor analogic. In cazul de fata avem o fotocelula, care de fapt este o rezistenta care variaza in functie de nivelul de lumina.

CreativeChip-Senzor lumina

Avand o rezistenta fixa R1 si masurand Vout, putem calcula fara probleme valoarea R2 afland astfel nivelul de lumina.