Haaste: Leluhakkerointi

Johdanto

Tässä luvussa olet harjoitellut laittamaan asioita päälle ja pois erilaisin keinoin - esimerkiksi magneetilla, kosketuksella ja kallistuksella. Päälle laittamasi asiat ovat olleet Maker kitin osia kuten led-valoja ja moottoreita. Mutta mitä, jos haluaisitkin laittaa päälle jonkin ulkoisen laitteen, kuten elektronisen lelun? Tätä pääset kokeilemaan tässä harjoituksessa.

Elektronisissa laitteissa on usein oma virtalähteensä, esimerkiksi patteri. Tämän vuoksi jaamme virtapiirin tavallaan kahtia. Arduino käyttää omaa virtalähdettään ja lelu omaansa. Virtapiirin jakamiseen tarvitset transistoria.

Tarvitset harjoituksen toteuttamiseksi elektronisen lelun, joka toimii pienellä ja turvallisella jännitteellä. Alla on video Mehackit-dinosta, joka käynnistetään mikrofonin välityksellä käsiä läpsäyttämällä! Minkälaisella mekanismilla sinä haluaisit lelusi käynnistää?

Leluhakkerointi - Dino

Tarvikkeet

Mehackit boardin (tai Arduinon), USB-johdon, koekytkentälevyn ja johtimien lisäksi tarvitset seuraavia asioita.

Osa	Kuva	Kuvaus
LED		Pidempi jalka (kuvassa mutkallinen) eli anodi + -napaan eli Arduinon porttiin. Lyhyempi jalka eli katodi miinus-napaan eli maahan.
Vastus 330 Ω		Vastus vastustaa sähkövirran kulkua. Vastuksen arvo mitataan ohmeissa (Ω) ja ilmoitetaan komponentissa erivärisinä raitoina.
Vastus 1kΩ		Vastus vastustaa sähkövirran kulkua. Vastuksen arvo mitataan ohmeissa (Ω) ja ilmoitetaan komponentissa erivärisinä raitoina.
Reed-kytkin		Reed-kytkintä käytetään magneetilla. Maker kitistä löytyy joko lasinen tai muovinen (musta) reed-kytkin. Jos sinulla on lasinen versio, niin varo, että et riko haurasta lasia.
Magneetteja		Tarvitset magneetteja reed-kytkimen käyttämiseen.
NPN-transistori		Transistoria käytetään tässä harjoituksessa virtapiirin jakamiseen. Mustapäisiä transistoreja on Maker-kitissäsi kolme kappaletta. Varmista, että valitsemasi komponentin pintaan on kirjoitettu MP5 eikä TMP (kuten lämpötilasensorissa) tai FT66T (kuten melodiapiirissä).
Diodi		Diodi päästää sähkövirtaa läpi vain yhteen suuntaan. Sitä käytetään virtapiirissä varmistamaan, ettei virtapiikkejä vahingossakaan pääse väärään suuntaan. Harmaa viiva osoittaa pään, jonka suunnasta virta ei pääse läpi (kuvan diodissa virta siis pääsee oikealta vasemmalle, muttei päinvastoin).
Hakkeroitava lelu		Lelun täytyy toimia pienellä jännitteellä (max 6 V). Sen täytyy myös olla suhteellisen helposti purettavissa siten, että löydät virtalähteeseen tai kytkimeen menevät johdot
Sivuleikkurit		Johtojen katkasemista varten.
Ruuvimeisseli		Lelun avaamista varten.
Kolvi		Kolvista voi olla hyötyä, jos sinun täytyy juottaa yhteen johtimia.

Virtapiiri

Ensimmäinen tavoite on käynnistää ledi transistorin välityksellä. Myöhemmin ledin tilalle liitetään elektroninen lelu, joka voidaan käynnistää aivan samalla logiikalla.

Huomaa, että virtapiirissä lediä ei ole kytketty Arduinon digitaaliseen porttiin, joten et voi suoraan käyttää sitä Arduinon kautta! Toisin kuin aiemmin, käyttö ei tapahdu suoraan vaan transistorin välityksellä.

• Kytke ledin pidempi jalka 330 ohmin vastuksen kautta Arduinon 5V jännitteeseen ja lyhyempi jalka transistorin oikeanpuoleisimmalle jalalle.
• Kytke transistorin keskimmäinen jalka yhden kilo-ohmin vastuksen kautta porttiin6.
• Kytke transistorin vasen jalka maahan.

Ohjelman tavoite

Transistorin keskimmäiselle jalalle ohjataan jännitettä portista 6. Tällöin transistori yhdistää kaksi muuta jalkaa toisiinsa ja led (myöhemmin myös lelu) menee päälle. Kun kytkin ei ole pohjassa, jännitettä ei ohjata transistorille. Tällöin ledin virtapiiri katkeaa ja ledi lakkaa toimimasta.

Tutut komennot

• pinMode(portti, asetus)
• digitalWrite(portti, arvo): Syöttää jännitettä digitaaliseen porttiin.
• digitalRead(portti): Lukee digitaalisen portin tilan.
• delay(aika): Kun tietokone lukee ohjelmaa, se pysähtyy aina delay-komennon kohdalle määritellyksi ajaksi

Ohjelmointi 1/2 - Testaus ledillä

Tavoitteena on ensin kokeilla ledin ohjaamista transistorin kautta. Myöhemmin ledin tilalle liitetään elektroninen lelu.

void setup() {
  pinMode(6, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(6, HIGH);
  delay(4000);
  digitalWrite(6, LOW);
  delay(4000);
}

Lelun kytkimen tai virtalähteen etsintä

Sait edellisen sivun ohjeilla sytytettyä ja sammutettua ledin Arduinon avulla. Seuraavaksi sinun tulee käynnistää lelu ledin sijasta. Tämä onnistuu etsimällä lelun päälle/pois -kytkimen tai virtalähteen johdot.

1. Varmista aivan ensin, että lelusi toimii! Mikäli lelusi on vanha, saattaa siitä olla patterit lopussa. Vaihda tällöin leluun uudet patterit ja varmista toimivuus.

2. Kun toimivuus on varmistettu, irroita lelun patterit turvallisuussyistä.

3. Avaa lelun ruuveja sen verran, että pääset käsiksi johtoihin. Mikäli hakkeroit pehmolelua, voit joutua nyhtämään lelun täytettä pois jonkin verran.

4. Katkaise sivuleikkureilla pääkytkimen tai lelun virtalähteen maadoitusjohdin (usein musta) likimain keskeltä kahtia.

5. Laita nyt paristot takaisin leluun ja käännä pääkytkin päällä-asentoon. Lelu ei käynnisty, koska virtapiiri on katkaistu. Kokeile yhdistää leikatun johdon päät toisiinsa. Lelun tulisi tällöin käynnistyä.

6. Voit nyt siirtyä seuraavalle sivulle, jossa lelu kytketään Arduinoon ledin tilalle!

Lelun yhdistäminen

• Yhdistä reed-kytkin porttiin 5 ja maahan
• Yhdistä transistorin keskimmäinen jalka 1 kilo-ohmin vastuksen kautta porttiin 6.
• Yhdistä transistorin oikea jalka lelun virtalähteen maajohtoon. Yhdistä tämä jalka myös Arduinon maahan.
• Yhdistä leluun menevä maajohtimen pää transistorin oikeaan jalkaan.
• Yhdistä oikea jalka myös diodin kautta Arduinon maahan. ** Varmista, että diodin vaalea viiva on transistoriin päin!** Tällöin virta kulkee transistorille, mutta ei toiseen suuntaan.

Ohjelmointi 2/2 - Lelun ohjaus

void setup() {
 //Aseta reed-kytkimen portti tilaan INPUT_PULLUP
 //Aseta transistorin portti tilaan OUTPUT
}

void loop() {
  //Jos reed-kytkin sulkeutuu, johda jännitettä transistorille ja käynnistä lelu
}

Jatkokehittelyä

Kun olet onnistunut käynnistämään lelun transistorin välityksellä, voit jatkokehitellä projektiasi monella tavalla. Tässä on esitelty kaksi vaihtoehtoa!

Erilaisten kytkimien testailu ja ketjureaktion rakentaminen

Käynnistit aiemmin lelun magneetilla reed-kytkimen avulla. Miten muuten voisit lelusi käynnistää? Voisiko esimerkiksi narun päähän kiinnitetty magneetti heilahtaa reed kytkimen vierestä ja käynnistää lelun, joka liikkuu kohti vesilasia ja kaataa sen, jolloin seuraava kytkin sulkeutuu ja käynnistää jotakin muuta… Käytä mielikuvitustasi!

Circuit bending

Circuit bending tarkoittaa lelujen virtapiirien muuntelua. Tähän mennessä ainut muutos jonka lelun virtapiiriin teit, oli yhden johtimen katkaisu. Voisit myös esimerkiksi muokata lelusta tulevia ääniä yhdistämällä säätövastuksen sopivaan kohtaan lelun virtapiiriä. Alla on video, joka johdattelee circuit bendingin maailmaan.

chewy01234: Basic circuit bending tutorial