In dit artikel, door Rushi Gajjar , auteur van het boek Raspberry Pi Sensors, ziet u de basisvereisten die nodig zijn voor het bouwen van de RasPi-projecten. Je kunt geen dag zonder elektronica, toch? Elektronica is overal, van je tandenborstel tot auto's en ook in vliegtuigen en ruimteschepen. Dit artikel helpt je de concepten van elektronica te begrijpen die erg handig kunnen zijn tijdens het werken met de RasPi.

Je hebt misschien veel elektronica-gerelateerde boeken gelezen en ze hebben je misschien verveeld met concepten toen je echt projecten wilde maken of bouwen. Ik geloof dat er een reden moet zijn om uitleg te geven over elektronica en haar toepassingen.

Zodra u de elektronica kent, zullen we de communicatieprotocollen en hun gebruik met betrekking tot communicatie tussen elektronische componenten en verschillende technieken om dit te doen doornemen. Nuttige tips en voorzorgsmaatregelen worden vermeld voordat u met GPIO's op de RasPi gaat werken. Dan zul je de functionaliteiten van GPIO begrijpen en de LED laten knipperen met behulp van shell-, Python- en C-code.

Laten we enkele grondbeginselen van elektronica bespreken.

(Zie hier voor meer bronnen met betrekking tot dit onderwerp.)

Basisterminologieën van elektronica

Er zijn tal van terminologieën die worden gebruikt in de wereld van de elektronica. Van de hardware tot de software, er zijn miljoenen concepten die worden gebruikt om verbazingwekkende producten en projecten te creëren. U weet al dat de RasPi een computer met één bord is die een groot aantal ingebouwde elektronische componenten bevat, wat ons zeer comfortabel maakt om de verschillende elektronische apparaten die via de GPIO-poort zijn aangesloten, te bedienen en te koppelen. In het algemeen, als we het over elektronica hebben, is het alleen de hardware of een circuit dat bestaat uit verschillende geïntegreerde circuits (IC's ) met verschillende weerstanden, condensatoren, inductoren en nog veel meer componenten. Maar dat is niet altijd het geval; als we onze hardware bouwen met programmeerbare IC's, moeten we ook zorgen voor de interne programmering (de software). In een microcontroller of microprocessor, of zelfs in het geval van de RasPi, kunnen we het programma (technisch gezien, permanent branden/dumpen van de programma's) in de IC's invoeren, zodat wanneer de IC wordt ingeschakeld, het de stappen volgt die zijn geschreven in de programma en gedraagt ​​zich zoals we willen. Dit is hoe robots, uw wasmachines en andere huishoudelijke apparaten werken. Al deze apparaten hebben verschillende ontwerpcomplexiteiten, afhankelijk van hun toepassing. Er zijn enkele functies die zowel door software als hardware kunnen worden uitgevoerd. De ontwerper moet de afweging analyseren door met beide te experimenteren; de decoderfunctie kan bijvoorbeeld in de software worden geschreven en kan ook op de hardware worden geïmplementeerd door logische IC's aan te sluiten. De ontwikkelaar moet de snelheid, grootte (zowel in hardware als in software), complexiteit en nog veel meer parameters analyseren om dit soort functies te ontwerpen. Het punt van het bespreken van deze theorieën is om een ​​idee te krijgen van hoe complex elektronica kan zijn. Het is erg belangrijk voor u om deze terminologieën te kennen, omdat u ze vaak nodig zult hebben tijdens het bouwen van de RasPi-projecten.

Wie heeft spanning ontdekt? Oké, dat is nu niet belangrijk, laten we het eerst begrijpen. Het basisconcept volgt de fysica achter de stroming van water. Water kan op twee manieren stromen; de ene is een waterval (bijvoorbeeld van een bergtop naar de grond) en de tweede is een krachtige stroming met behulp van een waterpomp. Het concept achter het begrijpen van spanning is vergelijkbaar. Spanning is het potentiaalverschil tussen twee punten, wat betekent dat een spanningsverschil de stroom van ladingen (elektronen) van het hogere potentiaal naar het lagere potentiaal mogelijk maakt. Om het voorgaande voorbeeld te begrijpen, moet u rekening houden met bliksem, die kan worden vergeleken met een waterval, en batterijen, die kan worden vergeleken met een waterpomp. Wanneer batterijen op een circuit zijn aangesloten, pompen chemische reacties erin de stroom van ladingen van de positieve pool naar de negatieve pool. Spanning wordt altijd vermeld in volt (V). De AA-batterijcel levert meestal 3V. Trouwens, de term spanning is vernoemd naar de grote wetenschapper Alessandro Volta, die de voltaïsche cel uitvond, die toen bekend stond als een batterijcel.

Stroom is de stroom van ladingen (elektronen). Telkens wanneer een spanningsverschil wordt gecreëerd, zorgt dit ervoor dat stroom in een vaste richting vloeit van de positieve (hogere) aansluiting naar de negatieve (lagere) aansluiting (bekend als conventionele stroom). Stroom wordt gemeten in ampère (A). De elektronenstroom vloeit van de negatieve pool van de batterij naar de positieve pool. Om verwarring te voorkomen, volgen we de conventionele stroom, die loopt van de positieve pool naar de negatieve pool van de batterij of de bron.

De betekenis van het woord 'weerstaan' in het Oxford-woordenboek is 'proberen te stoppen of te voorkomen'. Zoals de definitie zegt, verhindert een weerstand eenvoudig de stroomstroom. Als er stroom door een weerstand vloeit, ontstaat er een spanningsval. Deze daling hangt rechtstreeks af van de hoeveelheid stroom die door de weerstand vloeit en de waarde van de weerstand. Er is een formule die wordt gebruikt om de hoeveelheid spanningsval over de weerstand (of in het circuit) te berekenen, ook wel de wet van Ohm genoemd (V =I * R ). Weerstand wordt gemeten in ohm (Ω). Laten we eens kijken hoe weerstand wordt berekend met dit voorbeeld:als de weerstand 10Ω is en de stroom die uit de weerstand vloeit is 1A, dan is de spanningsval over de weerstand 10V. Hier is nog een voorbeeld:wanneer we LED's aansluiten op een 5V-voeding, dan schakelen we een weerstand van 330Ω in serie met de LED's om te voorkomen dat de LED's door te hoge stroom afblazen. De weerstand laat er wat spanning in vallen en beveiligt de LED's. We zullen veel weerstanden gebruiken om onze projecten te ontwikkelen.

Een weerstand dissipeert energie in de vorm van warmte. In tegenstelling daarmee slaat een condensator energie op tussen zijn twee geleidende platen. Vaak worden condensatoren gebruikt om de in filtercircuits geleverde spanning te filteren en om heldere spraak in versterkercircuits te genereren. Het concept van capaciteit uitleggen zal te zwaar zijn voor dit artikel, dus laat me tot het belangrijkste punt komen:als we batterijen hebben om energie op te slaan, waarom moeten we dan condensatoren in onze circuits gebruiken? Er zijn verschillende voordelen van het gebruik van een condensator in een circuit. Veel boeken zullen je vertellen dat het werkt als een filter of een overspanningsonderdrukker, en ze zullen termen gebruiken als stroomafvlakking, ontkoppeling, DC-blokkering, enzovoort. In onze toepassingen, wanneer we condensatoren met sensoren gebruiken, houden ze het spanningsniveau enige tijd vast, zodat de microprocessor genoeg tijd heeft om die spanningswaarde te lezen. De gegevens van de sensor variëren sterk. Het moet stabiel zijn zolang een microprocessor die waarde leest om foutieve berekeningen te voorkomen. De houdtijd van een condensator is afhankelijk van een RC-tijdconstante, die zal worden uitgelegd wanneer we deze daadwerkelijk gaan gebruiken.

Nu is er een interessant punt om op te merken:wanneer er spanning beschikbaar is op de terminal maar er geen componenten zijn aangesloten over de terminals, is er geen stroom, wat vaak een open circuit wordt genoemd. Wanneer daarentegen twee terminals zijn aangesloten, met of zonder een onderdeel, en de lading mag stromen, wordt dit een kortsluiting, aangesloten circuit of gesloten circuit genoemd.