Hämäräkytkin

Johdanto

Äskeisessä harjoituksessa käytit inputtina antureita, joilla pystyit mittaamaan esimerkiksi ääntä, lämpötilaa ja etäisyyttä. Ulostuloina olet tähän mennessä käyttänyt kuitenkin lähinnä päälle tai pois päältä kytkettäviä asioita. Tämä ei kuitenkaan riitä, vaan monia laitteita täytyy voida ohjailla myös tarkemmin.

Esimerkkejä:

• Valon himmentäminen ja kirkastaminen
• Servomoottorin asennon määrääminen tarkasti
• Sähkömoottorin pyörimisen hidastaminen ja nopeuttaminen
• Kaiuttimesta tulevan äänen korkeuden muokkaaminen.

Arduinon portteihin A0-A5 kytkettävät anturit välittävät jatkuvaa tietoa, jonka Arduino muuttaa lukuarvoiksi 0-1023. Osa Arduinon porteista 0-13 pystyy välittämään niihin kytketyille laitteille muitakin arvoja kuin HIGH ja LOW, eli päälle ja pois: tällaiset portit on merkitty symbolilla ~ ja lukuarvot, joita laitteille voi syöttää, vaihtelevat välillä 0-255.

Esimerkiksi ledille syötetty arvo 0 tarkoittaa, että led on pois päältä, ja arvo 255 taas tarkoittaa, että led on kirkkaimmillaan. Arvolla 127 kirkkaus on puolivälissä.

Tässä harjoituksessa tehdään valon määrään reagoiva himmennin - mitä pimeämpää on, sitä kirkkaampaa valoa tarvitaan. Eikun testaamaan!

Tarvikkeet

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

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 eri värisinä raitoina (tässä oranssi, oranssi, ruskea ja kulta.
Vastus 10 kΩ		Vastus vastustaa sähkövirran kulkua. Vastuksen arvo mitataan ohmeissa (Ω) ja ilmoitetaan komponentissa eri värisinä raitoina (tässä ruskea, musta, punainen ja kulta.
LDR eli valovastus		LDR (Light Dependent Resistor) eli valovastus vastustaa virran kulkua sitä enemmän, mitä pimeämpää on.

Virtapiiri

• Kytke ledi porttiin 5 ja 330 ohmin vastuksen kautta maahan.
• Kytke valovastuksen toinen jalka viiden voltin jännitteeseen.
• Kytke valovastuksen toinen jalka analogiseen porttiin 0 sekä 10 kilo-ohmin vastuksen kautta maahan.

Ohjelman tavoite

Valo himmenee sitä mukaa, mitä kirkkaampaa tulee. Mitä pimeämpää, sitä kirkkaammaksi valo muuttuu. Toisessa vaiheessa ohjelmoidaan valolle raja-arvo: kun anturin havaitsemaa valoa on tarpeeksi paljon, led kytketään kokonaan pois päältä.

Tuttuja komentoja:

• pinMode(portti, asetus)
• Serial.begin(nopeus)
• Serial.println(tuloste)
• If/else
• int-muuttujan luominen
• analogRead(portti): Komennolla luetaan onkin analogiportin (A0-A5) arvo. Analogiportit ovat lähtökohtaisesti sisääntuloja, eli niihin on tarkoitus kiinnittää antureita. Luettu arvo on luku väliltä 0-1023, ja yleensä se tallennetaan muuttujaan esimerkiksi seuraavalla komennolla.

Uusia komentoja:

• analogWrite(portti, arvo): Tällä komennolla voidaan syöttää arvo 0-255 digitaalisiin portteihin, jotka on merkattu symbolilla ~ . Arvo 255 vastaa digitalWrite-käskyllä annettua arvoa HIGH ja arvo 0 vastaavasti arvoa LOW. Arvot näiden väliltä vaikuttavat esimerkiksi lediin sitä himmentävästi.
• map(arvo, arvoMin, arvoMax, tulosMin, tulosMax): Tällä komennolla voit muuntaa arvoja väliltä jollekin toiselle välille. Esimerkiksi arvon väliltä 0-1023 voi muuntaa välille 0-255, jolloin esimerkiksi alkuperäisestä arvosta 511 tulee arvo 127, koska molemmat ovat skaalan puolivälissä. Lisää tästä myöhemmin.

Ohjelmointi 1/3 - Valovastus

int sensorValue;

void setup() {
  // määrittele pinMode-käskyllä ledin portti ulostuloksi
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  sensorValue = analogRead(A0);
  Serial.println(sensorValue);
}

Ohjelmointi 2/3 - Led

Aivan ensin ohjelmoidaan valo kirkastumaan valoisassa ja himmentymään pimeässä. Seuraavassa vaiheessa jatketaan ohjelmointia siten, että toiminta vastaa hämäräkytkintä ja tapahtuu siis päinvastoin.

Led ei tee ohjelmassa vielä yhtään mitään. Lisätään ohjelmaan komennot, jotka saavat anturin muuttamaan ledin kirkkautta.

int sensorValue;
int kirkkaus;

void setup() {
  // määrittele pinMode-käskyllä ledin portti ulostuloksi
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  sensorValue = analogRead(A0);
  Serial.println(sensorValue);
  int kirkkaus = // Muunna analogisesta portista tuleva arvo väliltä 0-1023 välille 0-255 map-komennolla.
  //  Alla olevalla komennolla voidaan antaa LEDille muitakin ohjeita kuin päälle tai pois. Mahdolliset arvot ovat välillä 0-255. 
  analogWrite(5, kirkkaus);
}

int kirkkaus = map(analogRead(0), 0, 1023, 0, 100);<<

Ohjelmointi 3/3 - Kunnollinen hämäräkytkin

Tällä sivulla pääset parantelemaan luomaasi ohjelmaa kahdella tavalla. Ensin muutat logiikan päinvastaiseksi: mitä kirkkaampaa on, sitä himmeämmin ledin tulee palaa. Tämän jälkeen ohjelmaan asetetaan vielä kynnysarvo: ledi syttyy vasta, kun valoa on tarpeeksi vähän.

int sensorValue;
int kirkkaus;

void setup() {
  pinMode(5, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  sensorValue = analogRead(A0);
  Serial.println(sensorValue);
  kirkkaus = map(sensorValue, 0, 1023, 255, 0); // 255 ja 0 vaihtavat paikkaa!
  analogWrite(5, kirkkaus);
}

Vaihtamalla lukujen 255 ja 0 paikkaa, map-komento saadaan muuttamaan pienet sensorValuen arvot suuriksi kirkkauden arvoiksi ja päinvastoin. Kun testaat ohjelmaa, huomaat, että valo palaa päivänvaloa vastaavissa oloissa.

int sensorValue;
int kirkkaus;

void setup() {
  pinMode(5, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  sensorValue = analogRead(A0);
  Serial.println(sensorValue);
  
  //Jos sensorValue on yli 200, aseta muuttujan kirkkaus arvoksi 0. Tällöin lediä ei siis sytytetä. 
  else {
    kirkkaus = map(sensorValue, 0, 1023, 255, 0);
  }
 
  analogWrite(5, kirkkaus);
}

Lisätietoa