Koekytkentälevyyn tutustuminen

Koekytkentälevyyn tutustuminen

Tarvikkeet:

  • Led
  • 220 ohmin etuvastus (punainen, punainen, ruskea, kultainen)
  • 2 × AAA -paristoja
  • Kahden AAA-pariston paristokotelo
  • Hyppylankoja
  • Painikenappi

Scratch for Arduinon ja Arduino -kehitysalustan avulla voimme ohjata ja ohjelmoida elektronisia komponentteja, kuten moottoreita, valoja tai mikropiirejä. Rakentaessa laitetta käytämme koekytkentälevyä. Koekytkentälevy on kuin piirilevy, jossa voimme kiinnittää ja irrottaa komponentteja helposti kokeillessamme eri kytkentöjä oikean ratkaisun löytämiseksi. Tutustumme ensin koekytkentälevyyn ilman Scratch for Arduinoa luomalla suljetun virtapiirin painikkeella.

Koekytkentälevy rakentuu useista kytkentäkiskoista, joista näkyvillä on vain reiät. Kiskot on merkitty kuvassa vihreällä. Rivit toistuvat samalla tavalla koko koekytkentälevyssä. Koekytkentälevyjä voi olla eri kokoisia ja mallisia. Ohessa näet kaksi yleisintä mallia.

Jokainen kytkentäkisko voidaan yhdistää toiseen kytkentäkiskoon hyppylangalla. Hyppylangaksi kutsutaan tavallista lyhyttä sähköjohdon pätkää, jolla kytketään kaksi kytkentäkiskoa yhteen. Kuvassa on esitetty sinisillä hyppylangoilla erilaisia tapoja kytkeä useampi kisko yhteen.

Seuraavaksi kytketään led päälle koekytkentälevyllä tehdyllä kytkennällä. Liitä aluksi pariston (+) ja (–) -johtimet eri riveille. Nyt molemmilla kiskoilla kulkevat pariston eri navat.

Valitse seuraavaksi mikä tahansa poikittainen kisko, josta haluat lähteä tekemään ledille kytkentää. Liitä (+)-kiskolta hyppylanka valitsemaasi poikittaiskiskoon.

Etuvastus rajoittaa sähkövirtaa sen verran, ettei led tuhoudu liian suuresta sähkövirrasta ja jotta sähkö ei kulu liian nopeasti virtalähteestä eli paristosta. Vastusten voimakkuus ilmoitetaan ohmeina (“tunnus”), ja siitä käytetään käsitettä resistanssi. Sopiva vastuksen resistanssi on 220 ohmia. Vastuksen resistanssin suuruus luetaan väriraidoista.Esimerkiksi 220 ohmin vastuksen värikoodi on punainen, punainen, ruskea. Internetissä on monia laskureita, joiden avulla voit tunnistaa vastuksen resistanssin. Tunnistaminen on helppoa internetissä olevissa tunnistusohjelmilla tai vaikkapa kännykälle ladattavalla applikaatiolla. Voit hakea niitä esimerkiksi hakusanalla “Resistor color code calculator”. Monesti myös myyntipaketeista löytyy värikartta, josta voit lukea vastuksen resistanssin.

Liitä seuraavaksi poikittaiskiskoon etuvastuksen toinen jalka. Kytke se lähtemään samasta rivistä johon hyppylanka tulee (+)-kiskolta. Liitä sitten vastuksen toinen jalka koekytkentälevyn keskiuran toiselle puolelle. Nyt etuvastus on kuin silta kahden kytkentäkiskon välillä.

Liitä seuraavaksi ledin pitkä jalka riville johon etuvastus tulee. Ledin pidempi jalka on sen (+)-jalka. (–)-jalka tulee puolestaan mille tahansa vapaalle poikittaiselle kytkentäkiskolle. Kytke lopuksi vielä hyppylangalla (–)-kisko yhteen saman (–)-kiskon kanssa, johon pariston (–)-johdin tulee. Kun kytket paristot paristokoteloon, led syttyy, sillä suljetussa virtapiirissä sähkövirta pääsee kulkemaan ja vaikuttamaan komponenttiin – tässä tapauksessa lediin!

Mikäli led ei syty, tarkista että kytkennät ovat kiinni ja menevät varmasti oikein siten, että jokainen jalka on yhteydessä vain seuraavan osan kanssa, jolloin komponentit ovat peräjälkeen luoden virtapiirin.

Painikkeen liittäminen

Liitä seuraavaksi kytkentään vielä painike. Siirrä ensin etuvastus eri riville kuin missä on hyppylanka joka saapuu (+)-kiskolta. Liitä painikkeen toinen jalka (ei väliä kumpi) etuvastuksen kanssa samalle riville. Toinen painikkeen johto liitetään puolestaan hyppylangan kanssa samalle riville. Nyt painikkeesta painamalla muodostuu suljettu virtapiiri, jolloin sähkövirta pääsee kulkemaan ja sytyttää ledin.

Kuten huomaat, voit rakentaa tuttuja kytkentöjä monilla menetelmillä: hauenleukajohdoilla, sokeripaloilla ja muilla liittimillä, teippaamalla ja liimaamalla, juottamalla sekä koekytkentälevyllä.

Huomaa myös, että sähköjohtojakin on monenlaisia. Yksisäikeisen sähköjohdon liittäminen koekytkentälevyyn on helpompaa kuin monisäikeisen! Voit käyttää sitä esimerkiksi kun liität painikkeen, moottorin tai paristokotelon koekytkentälevyyn.

Mikä johtaa sähköä?

Mikä johtaa sähköä?

Hyvä tapa tutkia sähkönjohtavuutta eli sitä, mikä materiaali johtaa sähköä, on käyttää lediä ja virtapiiriä siten, että kytkimenä toimii sähköä johtava tai johtamaton materiaali.

Tarvikkeet:

  • 1 x 3V nappiparisto
  • 1 x sininen tai valkoinen led, jonka kynnysjännite on 3 volttia
  • 2 × hauenleukajohtoja
  • 2 x sähköjohdon pätkä

Hyvä tapa tutkia sähkönjohtavuutta eli sitä, mikä materiaali johtaa sähköä, on käyttää lediä ja virtapiiriä siten, että kytkimenä toimii sähköä johtava tai johtamaton materiaali.

Käytä sähköjohtoja pariston liittämiseksi hauenleukajohtojen päihin. Teippaa johdon päät pariston eri navoille. Jatka pariston
(–) navasta lähtevästä johdonpätkästä hauenleukajohto ledin lyhyempään eli (–) jalkaan. Kytke ledin vapaan jalan sekä vapaan hauenleukajohdon liittimen väliin koekap- pale, pitämällä niitä kappaleen pinnalla.

Mikäli led syttyy palamaa kirkkaana, johtaa kappaleen pinta sähköä hyvin. Mikäli led palaa himmeästi, johtaa materiaali sähköä mutta hieman heikosti. Mikäli led ei pala, on materiaalin sähkönjohtavuus heikko tai se ei johda sähköä ollenkaan.

Mikä on yhteistä sähköä johtaville materiaaleille?

Kineettinen veistos

Kineettinen veistos

Tehtävässä rakennetaan kineettinen veistos. Kineettinen veistos tarkoittaa veistosta, jossa on liikettä.

Tarvikkeet:

  • Kahden AAA-pariston paristokotelo
  • 2 × AAA paristoja
  • Pienoissähkömoottori (käyttöjännitteen oltava 3V ja se voi olla ilmaistuna esim. 1,5-4.5V)
  • 5 × hauenleukajohtoja
  • 1 x sininen tai valkoinen led, jonka kynnysjännite on 3 volttia
  • 1 x painikenappi

Tämän kineettisen veistoksen kytkentä on esimerkin mukaan tehty. Vihreän ledin päähän on pujotettu juomapillistä leikattu “suutin”, sekä moottorin päälle kiinnitettty omaan paristoon kytketty punainen ledi.

Sähkömoottorin kytkentä rakennetaan samalla periaatteella kuin ledin, jolloin toinen paristosta tuleva johto tulee moottorin toiseen “korvaan” ja toinen johto vastaavasti toiseen.

Voit kiinnittää osat hauenleukajohdoilla, kuten teit edellisessäkin tehtävässä tai käyttää liitoksiin sähköjohtoa.

Sähköjohdoilla kiinnitettäessa johtojen kiinnitys moottoriin tapahtuu pyörittämällä johdon kuorittuja osia liittimen ympäri ja esimerkiksi kuumaliimaamalla liitoskohta tukevaksi ja suojatuksi. Varo pyörittämästä liian lujaa, jotteivät moottorin korvat katkea. Mikäli sinulle on tuttua tinan juottaminen kolvilla, niin tällöin suosittelemme liittämään osat juottamalla

Tutki sähkömoottorin toimintaa. Aloita liimaamalla teipistä pieni “lippu” sähkömoottorin akseliin. Tämä helpottaa hahmottamaan moottorin pyörimistä. Jatka kytkemällä moottorin korviin kiinni virtalähteen (1,5–4,5 V:n paristo) johtimet.

Moottorin käynnistyttyä vaihda johtimien paikkoja keskenään. Tällöin moottorin pyörimis- suunta vaihtuu.

Muista käsitellä moottoria varoen ja vältä sen osumista mm. hiuksiin, jotta hiukset eivät takerru moottoriin kiinni.

Liitä lopuksi moottorin “korvista” lähtemään johdot ledille. Liitä ledin pidempi jalka jatkoksi (+) johtoon ja lyhyempi jalka jatkoksi moottoriin tulevaan (–) johtoon.

Muista, että sähkömoottorit pyörivät todella lujaa! Jos haluat hitaammin pyörivän moottorin, on yksi helppo vaihtoehto käyttää vaihteistomoottoreita. Nopean sähkömoottoriin voi liittää myös epäkeskopyörän, jolloin veistoksen voi saada liikkumaan tärisemällä. Nämä ohjeet löytyvät Robo1-julkaisusta

Sähköinen veistos

Sähköinen veistos

Seuraavassa tehtävässä rakennetaan sähköinen veistos. Tässä tehtävässä opit tärkeitä taitoja jotka liittyvät elektroniseen rakentamiseen. Elektroniikkaa rakennettaessa on aina ensin hyvä rakentaa kokeilukappale eli prototyyppi. Kokeilukappaleen voit valmistaa rakentamalla kytkennät hauenleukojohtojen avulla. Prototyyppi ei kuitenkaan sovellu pysyväksi raken- teeksi, sillä sen liitokset saattavat helposti pettää.

Tarvikkeet:

  • Led
  • Painikenappi
  • 5 x hauenleukajohdot
  • Sähköjohtoa
  • 3V nappiparisto – esim. CR2032
  • Kuorimapihdit
  • Sivuleikkurit
  • Pahvilaatikko kotelointiin
  • Ruuvimeisseli, kynä tai muu terävä esine ledin ja painikkeen reikien tekemiseksi pahvilaatikkoon.
  • Sokeripaloja

Kun kytkentä toimii halutulla tavalla, voitte rakentaa siitä kestävämmän version, jonka voi siirtää laatikon sisälle. Kestävämpi versio rakennetaan käyttämällä sokeripaloja ja sähköjohtoa hauenleukajohtojen sijaan.

Laitteen toiminta perustuu virtapiiriin, joka saa sähkövirran kulkemaan virtapiirissä oleviin komponentteihin – tässä tapauksessa lediin.

Aloitakaa leikkaamalla ja kuorimalla sähköjohdosta kaksi kappaletta noin viiden senttimetrin mittaista johdon pätkää. Kuorikaa johtojen päät noin puolen senttimetrin matkalta.

Asettakaa hauenleukajohdot lyhyiden johdonpätkien jatkoiksi. Kuvassa toisesta johdonpät- kästä tulee keltainen hauenleukajohto ja toisesta punainen hauenlaukajohto.

Teippaa johdonpätkät pariston eri pinnoille ja pidä mielessä, kumpi johto on pariston (+) puolella ja kumpi (–) puolella.

Kytkekää toinen hauenleukajohto, joka tulee pariston (+) puolelta, ledin pidempään jalkaan.

Seuraavaksi kytkekää ledin lyhyemmästä jalasta johto painikenapin toiseen jalkaan (ei väliä kumpaan). Painike rakentuu kahdesta jalasta, jotka yhdistyvät kun napista painetaan.

Lopuksi liittäkää hauenleukajohto myös painikenapin vapaan jalan ja pariston (–) puolelta tulevan johdon väliin.

Mikäli valo ei syty, on todennäköisin syy se, että paristo on kytketty väärinpäin. Mikäli valo palaa koko ajan, on todennäköistä että painikenapin kannoilla olevat hauenleukajohdot osuvat toisiinsa. Tarkistakaa etteivät hauenleukajohdon päät osu toisiinsa vahingossa missään kohtaa kytkentää.

Liittäkää sähköiseen veistokseen lisää ledejä kytkemällä ne rinnankytkennällä toisiinsa. Tämä tarkoittaa, että edellisen ledin (+) jalasta liitetään johto uuden ledin (+) jalkaan. Vastaavasti (–) jalasta siirrytään myös uuden ledin (–) jalkaan.

Mitä ledit voisivat olla veistoksessa? Millainen lopullinen veistos tulee olemaan. Mihin led asetetaan? Entä painike?

Nappipainikkeita on myös nelijalkaisina. Näissä painikkeissakin on kaksi napaa vaikka jalkoja on neljä. Nelijalkaisen painikkeen pohjassa on yleensä viiva. Viivan toisella puolella olevat jalat ovat sama napa kun taas toisella puolella olevat jalat ovat toinen napa.

Aistivat koneet

Aistivat koneet

Tässä leikissä pohditaan millaisia laitteita ympärillämme on ja miten ne toimivat reagoides- saan käyttäjään. Leikissä toimitaan tiettyjen ehtojen mukaisesti aivan kuten elektroniset laitteet. Samalla pohditaan erilaisten sensorien mahdollisuuksia reagoida ympäristön kanssa eri tavoin.

Tavoitteena on ymmärtää, että koneissa on usein jokin sensori eli tunnistin, kuten painike, joka tuntee kun jotain tapahtuu ja joka välittää tai päästää tiedon kulkemaan eteenpäin. Sensoreita on monenlaisia moniin eri tarkoituksiin. Sensori voi esimerkiksi tunnistaa, kun sitä painetaan tai kun esine kallistuu, tai vaikka kun valoisuudessa tai lämpötilassa tapahtuu muutos. Yksinkertainen ympäristöstämme löytyvä sensori on valokatkaisija. Valokatkaisija reagoi mekaanisesti katkaisemalla tai avaamalla virtapiirin, kun sitä painetaan, jolloin sähkö pääsee kulkemaan sen läpi.

Valitkaa yksi vapaaehtoinen, joka on kone. Muut ovat koneen testikäyttäjiä.

Ensin sovitaan millaisia sensoreita koneesta löytyy ja mitä mikäkin sensori tekee. Sensori voi olla esimerkiksi painokytkin eli nappi tai vaikkapa valoisuuskytkin, jolloin valojen sammuessa tapahtuu jotakin. Esimerkiksi navasta painamalla kone avaa ja sulkee silmät, niskaan puhaltamalla kone menee kyykkyyn, korvaan kuiskaamalla se avaa oven ja päätä silittämällä alkaa pitämään piipittävää ääntä. Muista määritellä tarkkaan tapahtuuko toiminto kerran

vai toistuvasti sensorin reagoidessa. Esimerkiksi avaako kone oven yhden kerran auki, kun sen napaan painetaan, vai avaako se ovea koko ajan edestakaisin! Toimintojen kannattaa olla mahdollisimman yksinkertaisia.

Leikissä jokainen käyttää konetta vuorollaan yhtä sensoria painamalla. Kone reagoi sensorin käyttöön tarkasti. Suunnitelkaa ja parannelkaa koneen toimintaa yhdessä! Kokeilkaa ensin ryhmässä ja sitten pareittain.

Sensoreihin lisätään herkkyysominaisuus, jolloin ne lukevat kuinka lujaa jotakin toimintoa tehdään ja reagoivat sen mukaisesti. Kevyt puhallus laittaa koneen menemään kyykkyyn hitaasti, kun taas kova puhallus laittaa liikkeeseen lisää vauhtia.

Yhdistetään useampi kone yhdeksi suuremmaksi koneeksi. Koneiden toimintoja voi yrittää yhdistää siten, että koneet reagoisivat myös toistensa toimintoihin. Esimerkiksi kun ensimmäisen koneen sensoria kosketaan, liikuttaa se kättä toisen koneen sensorin eteen, joka puolestaan päästää äänen.

Keksijän hatut päähän! Suunnitelkaa maailman hulluin laite!

Valosivellin

Valosivellin

Kokeilkaa oman ledin kytkemistä omaan paristoon suoraan ilman sähköjohtoa. Ledejä kannattaa varata reilusti ja eri värisinä, sillä voitte kokeilla useamman ledin liittämistä samaan paristoon. Rakentakaa valosiveltimet ja tehkää valomaalauksia ottamalla valokuvia pitkällä valotusajalla!

Tarvikkeet:

  • 3 V:n nappiparisto – esim. CR2032
  • Led-valoja
  • Teippiä
  • Kamera jossa on säädettävä valotusaika. Älypuhelimille, tableteille ja tietokoneille on myös saatavissa erilaisia valomaalausapplikaatioita – voit hakea niitä hakusanalla “light painting”.

Tutkikaa aluksi lediä. Ledin jalat ovat eri mittaiset, jolloin se kertoo, että komponentin napaisuudella on merkitystä – aivan kuten edellisessä tehtävässä huomioitiin. Pidempi jalka tulee kytkeä pariston (+) napaan ja lyhyempi (–) napaan. Teippaa paristo ja led yhteen.

Led-taskulamppu soveltuu mainiosti jatkokehiteltäväksi esimerkiksi erilaisiin majaleikkeihin. Laittakaa esimerkiksi seikkailuradan luolan suuaukolle tehtäväksi rakentaa oma led-taskulamppu.Kokeilkaa erivärisiä ledejä ja luokaa pimeään tilaan jännittävä valaistus!

Liittämällä kytkentään magneetin, saatte aikaiseksi metallipinnoille kiinnitettäviä valoja. Voisiko nämä kiinnittää heittämällä vaikkapa hetkellisesti metalliseen valotolppaan tai seinään? Muistakaa kuitenkin huolehtia osien siivoamisesta ja kierrättämisestä.

 

Katsokaa etteivät nappiparistot ole perheen pienimpien ulottuvissa! Paristot ovat nieltäessä hengenvaarallis

Sivu 1 (2)12