خواندن پتانسیومتر با آردوینو یک تمرین مناسب برای فهم ورودی آنالوگ است. برخلاف دکمه که معمولاً دو حالت دارد، پتانسیومتر ولتاژی بین دو سر خود می‌سازد و پایهٔ وسط مقدار متغیر را در اختیار ورودی می‌گذارد.

سیم‌کشی پتانسیومتر به A0

از یک پتانسیومتر خطی حدود ۱۰ کیلو‌اهم و برد Arduino Uno استفاده کنید. یکی از پایه‌های کناری را به ۵V، پایهٔ کناری دیگر را به GND و پایهٔ وسط را به A0 وصل کنید. اگر جهت پایه‌های کناری را جابه‌جا کنید، فقط جهت افزایش عدد هنگام چرخاندن برعکس می‌شود. اتصال ولتاژ بالاتر از محدودهٔ مجاز برد به A0 ممکن است به آن آسیب بزند. پیش از روشن کردن، مسیرها را مطابق آموزش بردبورد بررسی کنید.

کد خواندن پتانسیومتر با آردوینو

const byte potPin = A0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int value = analogRead(potPin);
  Serial.println(value);
  delay(100);
}

برنامه را بارگذاری و Serial Monitor را روی ۹۶۰۰ baud تنظیم کنید. در Uno کلاسیک با مبدل آنالوگ به دیجیتال ۱۰ بیتی، مقدار معمولاً از نزدیک ۰ تا ۱۰۲۳ تغییر می‌کند. نزدیک ۰ یعنی ولتاژ نزدیک زمین و نزدیک ۱۰۲۳ یعنی ولتاژ نزدیک مرجع پیش‌فرض، که در Uno معمولاً ولتاژ تغذیهٔ برد است. این عدد اندازه‌گیری دقیق ولتاژ نیست مگر مرجع واقعی و خطاها را هم حساب کنید؛ برای تخمین ولتاژ می‌توان value×5.0÷1023 را در تغذیهٔ واقعاً ۵ ولتی به کار برد.

رفع خطا و تمرین بعدی

اگر عدد ثابت مانده، اتصال پایهٔ وسط به A0 و مشترک بودن زمین را بررسی کنید. اگر عدد بی‌دلیل می‌پرد، اتصال شل یا ورودی شناور ممکن است علت باشد. تفاوت این ورودی را با خواندن دکمهٔ دیجیتال مقایسه کنید. سپس مقدار پتانسیومتر را در درس کنترل روشنایی LED با PWM به خروجی تبدیل کنید. مستندات رسمی analogRead مشخصات بردهای دیگر را نیز توضیح می‌دهد.

تصویر: صفحهٔ پدیدآورنده و مجوز در Wikimedia Commons.

آموزش کار با مولتی‌متر کمک می‌کند ایراد مدار را به‌جای حدس زدن، با اندازه‌گیری پیدا کنید. این تمرین برای مدارهای کم‌ولتاژ مانند باتری و آردوینو است؛ اندازه‌گیری برق شهر به آموزش و تجهیزات مناسب نیاز دارد.

شناخت ورودی‌ها و انتخاب حالت

پراب سیاه معمولاً در COM قرار می‌گیرد و پراب قرمز برای اندازه‌گیری ولتاژ، مقاومت و پیوستگی در درگاه VΩ. علامت V با خط صاف برای ولتاژ مستقیم و Ω برای مقاومت است. جای درگاه و محدوده را طبق نوشتهٔ روی دستگاه خودتان انتخاب کنید. برای اندازه‌گیری جریان، روش اتصال و درگاه متفاوت است؛ قرار دادن پرابِ درگاه جریان به‌طور موازی روی منبع می‌تواند اتصال کوتاه ایجاد کند. پیش از هر اندازه‌گیری، جای پراب را دوباره ببینید.

آموزش کار با مولتی‌متر برای ولتاژ باتری

دستگاه را روی ولتاژ مستقیم با محدودهٔ بالاتر از مقدار مورد انتظار تنظیم کنید یا در دستگاه خودکار، DC V را انتخاب کنید. پراب سیاه را به قطب منفی و قرمز را به قطب مثبت باتری بزنید. عدد مثبت، ولتاژ بین دو نقطه را نشان می‌دهد؛ علامت منفی معمولاً یعنی جای پراب‌ها برعکس است. برای ولتاژ مدار، مولتی‌متر را موازی با دو نقطهٔ مورد نظر وصل کنید. از تماس هم‌زمان نوک پراب‌ها با دو نقطه‌ای که نباید به هم وصل شوند جلوگیری کنید.

اندازه‌گیری مقاومت و تست پیوستگی

پیش از تغییر حالت به Ω یا بوق پیوستگی، تغذیهٔ مدار را قطع کنید. دو سر مقاومت را اندازه بگیرید؛ اگر مقاومت هنوز در مدار است، مسیرهای موازی می‌توانند عدد را تغییر دهند. بهتر است یک پایه را از مدار جدا کنید. در حالت بوق، اتصال دو نقطهٔ یک ردیف بردبورد معمولاً پیوستگی نشان می‌دهد. بوق به‌تنهایی کیفیت اتصال زیر بار را ثابت نمی‌کند و حد آستانهٔ آن بین دستگاه‌ها فرق دارد. برای شناخت چینش ردیف‌ها، راهنمای بردبورد را ببینید.

تمرین و عیب‌یابی

ابتدا ولتاژ باتری یا خروجی ۵ ولت یک منبع مناسب را اندازه بگیرید. سپس با تغذیهٔ قطع، مقاومت ۳۳۰ اهم را بخوانید و عدد را با کد رنگی مقایسه کنید. اگر نمایشگر OL نشان داد، ممکن است محدوده کم باشد، پراب اتصال نداشته باشد یا مدار باز باشد. برای تشخیص مقدار اسمی، درس رنگ مقاومت را بخوانید. راهنمای تکمیلی SparkFun نیز مثال تصویری دارد.

تصویر: صفحهٔ پدیدآورنده و مجوز در Wikimedia Commons.

آموزش خواندن رنگ مقاومت به شما کمک می‌کند پیش از بستن مدار، مقدار تقریبی قطعه را تشخیص دهید. در این راهنما سراغ مقاومت چهارنواره می‌رویم که برای شروع، ساده‌ترین نمونهٔ رایج است.

مقاومت در مدار چه می‌کند؟

مقاومت جریان را محدود می‌کند و همراه با قطعات دیگر می‌تواند تقسیم ولتاژ بسازد. واحد آن اهم با نماد Ω است. برای مثال، در یک مدار LED با تغذیهٔ ۵ ولت، مقدار ۳۳۰ اهم جریان را در محدوده‌ای مناسب برای بسیاری از LEDهای معمولی نگه می‌دارد؛ مقدار دقیق به افت ولتاژ و مشخصات LED بستگی دارد. برای آشنایی با بستن مدار، درس بردبورد را ببینید.

آموزش خواندن رنگ مقاومت چهارنواره

نوار تلرانس، که معمولاً طلایی یا نقره‌ای است، اغلب کمی از سه نوار دیگر فاصله دارد؛ آن را سمت راست بگیرید. نوار اول و دوم دو رقم، نوار سوم ضریب و نوار چهارم تلرانس را نشان می‌دهد. مقدارها به ترتیب سیاه ۰، قهوه‌ای ۱، قرمز ۲، نارنجی ۳، زرد ۴، سبز ۵، آبی ۶، بنفش ۷، خاکستری ۸ و سفید ۹ هستند. در نوار ضریب، هر رنگ به معنی ۱۰ به توان همان رقم است. طلایی برای ضریب ۰٫۱ و نقره‌ای برای ضریب ۰٫۰۱ نیز به کار می‌روند.

مثال: ۳۳۰ اهم چند رنگ است؟

نارنجی (۳)، نارنجی (۳)، قهوه‌ای (×۱۰)، طلایی (±۵٪) یعنی ۳۳×۱۰=۳۳۰ اهم با تلرانس پنج درصد. بنابراین مقدار واقعیِ یک قطعهٔ سالم با این مشخصات می‌تواند حدود ۳۱۳٫۵ تا ۳۴۶٫۵ اهم باشد. مثال دوم: قهوه‌ای، سیاه، قرمز، طلایی برابر ۱۰×۱۰۰=۱۰۰۰ اهم یا ۱ کیلو‌اهم است.

اندازه‌گیری و خطاهای رایج

برای بررسی مقدار، منبع تغذیه را جدا کنید و مولتی‌متر را روی اندازه‌گیری مقاومت بگذارید. بهتر است دست‌کم یک پایهٔ مقاومت از مدار جدا باشد؛ قطعات موازی در مدار ممکن است عدد نمایش‌داده‌شده را تغییر دهند. در خواندن نوارها، جهت را از سمت نوار تلرانس تشخیص دهید و به نور مناسب دقت کنید؛ رنگ قرمز و قهوه‌ای در نور ضعیف شبیه می‌شوند. مقاومت‌های پنج‌نواره از سه رقم معنادار استفاده می‌کنند، پس قاعدهٔ چهارنواره را بدون تغییر برای آن‌ها به کار نبرید.

تمرین و ادامهٔ مسیر

سه مقاومت بردارید، مقدار هرکدام را از روی رنگ‌ها حدس بزنید و بعد با مولتی‌متر بررسی کنید. برای استفاده از آن‌ها در مدار عملی، درس دکمهٔ فشاری آردوینو را دنبال کنید. راهنمای مقدماتی اندازه‌گیری را نیز در آموزش مولتی‌متر SparkFun ببینید.

تصویر: Wikimedia Commons؛ مشخصات پدیدآورنده و مجوز در صفحهٔ فایل.

اتصال دکمه فشاری به آردوینو راه ساده‌ای برای یادگیری ورودی دیجیتال است. در این تمرین، با فشردن دکمه LED داخلی برد روشن می‌شود. از مقاومت پول‌آپ داخلی استفاده می‌کنیم تا ورودی در حالت رهاشده شناور نماند.

قطعات و سیم‌کشی اتصال دکمه فشاری به آردوینو

یک برد سازگار با Arduino Uno، دکمهٔ فشاری، بردبورد و سیم جامپر لازم دارید. یک پایهٔ دکمه را به D2 و پایهٔ مقابل همان مسیر کلید را به GND وصل کنید. دکمه‌های چهارپایه معمولاً دو پایهٔ هر طرفشان از قبل به هم متصل است؛ برای تشخیص جفت‌ها، با تغذیهٔ قطع از مولتی‌متر روی حالت پیوستگی کمک بگیرید. قرار دادن دکمه روی شیار میانی بردبورد، احتمال اتصال اشتباه دو پایه را کمتر می‌کند. برای شناخت ردیف‌ها، آموزش بردبورد را مرور کنید.

چرا INPUT_PULLUP؟

اگر ورودی دیجیتال را بدون اتصال پایدار به HIGH یا LOW رها کنید، مقدار خوانده‌شده ممکن است با نویز تغییر کند. فرمان INPUT_PULLUP مقاومت پول‌آپ داخلی را فعال می‌کند: دکمهٔ رهاشده HIGH و دکمهٔ فشرده LOW خوانده می‌شود. به همین دلیل در شرط برنامه LOW را به معنی فشار دادن می‌گیریم. مقدار مقاومت داخلی دقیقاً ثابت نیست و برای محدودکردن جریان LED جایگزین مقاومت سری نمی‌شود.

کد کامل برای Arduino Uno

const byte buttonPin = 2;
const byte ledPin = LED_BUILTIN;

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  bool pressed = digitalRead(buttonPin) == LOW;
  digitalWrite(ledPin, pressed ? HIGH : LOW);
}

در Arduino IDE برد و درگاه مناسب را انتخاب کنید و برنامه را بارگذاری کنید. با فشار دادن دکمه، LED داخلی روی برد روشن می‌شود. اگر از LED خارجی استفاده می‌کنید، آن را با مقاومت سری مناسب ببندید؛ برای مرور انتخاب مقاومت، درس خواندن رنگ مقاومت را بخوانید.

عیب‌یابی و تمرین بعدی

اگر LED همیشه روشن است، احتمالاً پایه‌های دکمه را روی جفتی بسته‌اید که از قبل متصل‌اند یا D2 به زمین اتصال دائمی دارد. اگر واکنشی نمی‌بینید، شمارهٔ پایه، اتصال GND، انتخاب برد و موفقیت بارگذاری کد را بررسی کنید. کلید مکانیکی هنگام فشردن ممکن است برای چند میلی‌ثانیه چند بار قطع و وصل شود؛ برای یک‌بار شمردن هر فشار باید در مرحلهٔ بعدی «دیبانس» را با زمان‌سنجی یا سخت‌افزار اضافه کنید. توضیح رسمی مثال INPUT_PULLUP آردوینو هم مرجع خوبی است.

تصویر: Wikimedia Commons؛ مشخصات پدیدآورنده و مجوز در صفحهٔ فایل.

آموزش کار با بردبورد یکی از اولین قدم‌ها برای ساخت مدار بدون لحیم‌کاری است. در این درس، اتصال‌های پنهان زیر سوراخ‌ها را می‌شناسید و یک مدار ساده را با اطمینان می‌بندید.

بردبورد چیست و چه کاربردی دارد؟

بردبورد صفحه‌ای برای نمونه‌سازی موقت مدار است. پایهٔ قطعه و سیم جامپر را داخل سوراخ‌ها قرار می‌دهید و اتصال‌ها از راه نوارهای فلزی زیر صفحه برقرار می‌شوند. آرایش معمول در بخش مرکزی، گروه‌های پنج‌تایی را در هر طرف شیار وسط به هم وصل می‌کند. دو طرف شیار مرکزی به هم متصل نیستند؛ به همین علت می‌توان آی‌سی پایه‌دار را روی شیار قرار داد تا پایه‌های روبه‌روی هم اتصال ناخواسته نداشته باشند.

آموزش کار با بردبورد: ردیف‌ها و ریل‌های تغذیه

ریل‌های کناری معمولاً با خط قرمز و آبی یا علامت مثبت و منفی مشخص می‌شوند. رنگ به‌تنهایی تضمین نمی‌کند که ولتاژ روی ریل وجود دارد؛ سیم‌کشی شما آن را تعیین می‌کند. در بعضی مدل‌ها ریل در میانه قطع است. قبل از اتصال منبع، با مولتی‌متر روی حالت پیوستگی بررسی کنید کدام سوراخ‌ها واقعاً به هم راه دارند. برای این کار برق مدار را قطع کنید و دو پراب را به دو نقطه بزنید. بوق یا مقاومت نزدیک صفر به معنای اتصال است.

تمرین عملی: یک LED روی بردبورد

1. منبع تغذیهٔ ۵ ولت را خاموش کنید و ریل مثبت و زمین را مشخص کنید.
2. یک مقاومت ۳۳۰ اهم را از ریل مثبت به یک ردیف آزاد وصل کنید.
3. پایهٔ بلندتر LED را در همان ردیف و پایهٔ کوتاه‌تر را در ردیف دیگری قرار دهید.
4. ردیف پایهٔ کوتاه‌تر را به زمین وصل کنید؛ سپس تغذیه را روشن کنید.

برای LED معمولی با افت ولتاژ حدود ۲ ولت، جریان تقریبی برابر با ‎(۵−۲)÷۳۳۰≈۹ میلی‌آمپر است. هیچ‌وقت LED را بی‌مقاومت به ۵ ولت وصل نکنید. اگر روشن نشد، ابتدا جهت LED، اتصال واقعی ردیف‌ها، پیوستگی ریل و وجود ولتاژ را بررسی کنید. اتصال کوتاه میان ریل مثبت و زمین می‌تواند به منبع یا برد آسیب بزند؛ پیش از جابه‌جایی سیم‌ها تغذیه را قطع کنید.

قدم بعدی

برای انتخاب مقاومت، آموزش خواندن رنگ مقاومت را بخوانید. بعد با دکمهٔ فشاری و ورودی آردوینو یک مدار تعاملی بسازید. اگر هنوز قطعات را نمی‌شناسید، به راهنمای مقالات الکترونیک سایت سر بزنید.

تصویر: Wikimedia Commons؛ مشخصات پدیدآورنده و مجوز در صفحهٔ فایل.