Elektroniikka ja ohjelmointi

Johdanto

Tehtävä: Ohjelmoi LED toimimaan napilla ja kehitä oma kytkin

Aluksi kytketään Arduinoon nappi ja LED, sekä ohjelmoidaan nämä toimintaan. LED syttyy nappia painamalla! 

Kun kytkentä on valmis ja ohjelma toimii, painonapin voi korvata ihan millaisella kytkimellä vain. Kytkimiä on myös helppo askarrella itse: lopuksi tehdään oma kytkin. Voit myös vaihtoehtoisesti käyttää valmista kytkintä, jos sinulla on varastossa kiinnostava sellainen - keksi mielenkiintoinen mekanismi, jolla voi kytkeä LEDin päälle ja pois!

Tarvikkeet

Arduino UNOn (tai Mehackit Boardin tms), USB-johdon, koekytkentälevyn ja kytkentäjohtojen lisäksi tarvitset:

Osa	Kuva	Selitys
LED - minkä värinen vain		Pidempi jalka (kuvassa mutkallinen) kytketään jännitettä syöttävään porttiin. Lyhyempi jalka kytketään GND-porttiin (eli maahan).
Vastus 220 tai 330 Ω		Vastus vastustaa sähkövirran kulkua. Vastuksen arvo mitataan ohmeissa (Ω) ja ilmoitetaan komponentissa eri värisinä raitoina (tässä kuvassa oranssi, oranssi, ruskea ja kulta = 330 ohmia).
Painonappi		Painonappeja on monennäköisiä. Kun nappi painetaan pohjaan, vasemmalla olevat metallijalat ovat yhteydessä oikealla oleviin jalkoihin.
(Oma kytkin, jos sattuu löytymään!)		Monissa elektroniikkakiteissä on mukana tilt-kytkin, mahdollisesti myös reed-kytkin. Elektronisia leluja purkamalla voi löytää kiinnostavia nappeja, ravistuskytkimiä sun muuta.

Lisäksi tehtävässä voi hyödyntää mm. askartelutarvikkeita, kierrätysmateriaaleja, jatkojohtoja, alumiinifoliota ja alumiiniteippiä.

Kytkentä

Ohjelmointi

Setup-osassa kerrotaan Arduinolle pinMode-komennon avulla, että:

• porttia 2 käytetään sisääntulevan tiedon vastaanottamiseen. 
• porttia 5 käytetään jonkin laitteen ohjailuun jännitteellä

HUOM: Tarkempi selitys siitä, mitä INPUT_PULLUP tarkoittaa on kohdassa Lisätietoa.

If-lause on ohjelmoinnin peruspalikoita. Sillä määritellään, mitä tapahtuu jos jokin ehto täyttyy. Else -komennolla kerrotaan taas se, mitä tapahtuu, jos ensimmäinen ehto ei täyty. Ehto voi olla esimerkiksi se, että nappi on pohjassa. Alla oleva koodi on esimerkki if-lauseesta. Sitä ei tarvitse kirjoittaa IDEen!

if(ehto){
    //Mitä tapahtuu, jos ehto täyttyy?
  } else {
    //Mitä tapahtuu, jos ehto ei täyty?
  }
}

• Täydennä koodiasi: kirjoita allaolevan ohjelman uudet rivit Arduino IDEen Ole tarkkana kirjoitustavan kanssa: kaarisulkeet, tavalliset sulkeet, puolipisteet, isot ja pienet kirjaimet ovat tärkeitä.
• Lähetä ohjelma Arduinolle ja testaa!

Mitä loop-osassa nyt tapahtuu?

• if-lauseessa tarkistetaan digitalRead-komennolla, mikä tila on portissa 2. Jos tila on LOW, tiedetään että nappi on painettuna pohjaan.
• Jos nappi on pohjassa, porttiin 5 laitetaan jännite päälle komennolla digitalWrite(5, HIGH);
• Muussa tilanteessa portin 5 jännite asetetaan pois päältä komennolla digitalWrite(5, LOW);
• Loop-osaa suoritetaan yhä uudelleen ja uudelleen niin aina kun Arduino on kytkettynä virtalähteeseen.

Testailuvinkkejä:

• Laitoit edellisessä harjoituksessa LEDin vilkkumaan. Kokeile vilkuttaa LEDiä kun nappi on painettuna: tässä tarvitaan delay-komentoa (esim. delay(1000); ). Ehkä valo voisi vilkkua yhdellä tavalla kun nappi on pohjassa ja toisella - vaikka hitaasti - kun nappi on ylhäällä?
• Kokeile vaihtaa HIGH sanan LOW paikalla ehtolauseessa digitalRead(2) == LOW

Eikö koodi toimi? Käy läpi tarkistuslista.

Oma kytkin

Jos irrotat napin ja kytket sen paikalle kaksi kytkentäjohtoa, olet tehnyt yksinkertaisimman mahdollisen kytkimen: kun johdolla koskettaa toista, virtapiiri sulkeutuu.

Huvittele hetki tällä ajatuksella ja mieti, millainen liike tai tapahtuma voisi yhdistää johdot - ja mitä lisäosia voisit askarrella johtoihin, jotta kytkimestä tulee toimivampi. Allaolevista videoista saatat saada lisää ideoita!

Vinkkejä:

• Aloita yksinkertaisesta, älä käytä kytkimeen tai mekanismiin hurjan pitkää aikaa! Voit kehitellä kurssin lopputyötä varten seuraavan version omasta kytkimestä.
• Aloita kahdesta johdosta ja mieti, mitä niihin voisi kiinnittää, jotta syntyy kivasti toimiva, oma kytkin. Mikä kaikki johtaa sähköä? Paperiliitin ja haaraniitti? Haarukka ja veitsi? Sirppi ja vasara? 
• Alumiiniteippi on loistava keksintö! Myös tavallisella foliolla ja paperiliimalla pääsee alkuun.
• Voit ottaa valmiin kytkimen myös purkamastasi sähkölaitteesta tai lelusta ja yhdistää sen Arduino-virtapiiriin.

Tätä harjoitusta voit myöhemmin soveltaa esim. Micro:bit- tai e-tekstiilityöskentelyyn. Voiko neppari olla kytkin? Entä vetoketju? Sijoitetaanko kytkin kainaloon tai kengän varteen?

Vinkkejä ideoinnin tueksi

Kalvokytkin on helppo askarrella moneen muotoon. Kalvokytkimen avulla voi tehdä vaikka tarkkuusheittopelin, digitaalisen pierutyynyn, varashälyttimen, tai... keksi itse!

Ideoita paitsi oman kytkimen rakentamiseen, myös muutamien valmiiden kytkinten luovaan hyödyntämiseen:

Lisätietoa

Tehtävän uusi Arduino-komento

• digitalRead(portti)

Vinkkejä syventävää materiaalia kaipaaville

Voit tutustua Mehackitin kurssimateriaalin Arduino-projekteja Maker kitillä haastavampiin tehtäviin. Mm. seuraavat tehtävät luvuissa 2 ja 3 laajentavat viikkotehtävän aihepiiriä:

Arduinon ja elektroniikan alkeet

• Haaste: Peli

Päälle ja pois

• Syventävä: R2D2
• Haaste: Leluhakkerointi

Jos et koe olevasi valmis hyppäämään suoraan syventäviin tehtäviin, voit käydä pohjustukseksi läpi lukujen 2 ja 3 materiaalit.

Ongelmanratkaisu

Eikö Arduino toimi niin kuin halusit? Ei hätää - tämä on ihan tavallista myös kokeneille Arduino-värkkääjille. Käy läpi seuraava tarkistuslista, yleensä vika on jokin näistä!