Практическа електроника - STEM проекти

В този проект ще изградим малка редуваща се сигнализация: две светодиодни лампички на макета, всяка през свой резистор, свързани към P0 и P1 на micro:bit. Първо ще накараме едната да свети постоянно, после ще добавим команда, която пали и гаси двете последователно - но без пауза редуването е толкова бързо, че изглежда неравномерно. Чак когато сложим втора пауза с еднаква дължина, откриваме ключовия урок: мигането не идва от лампичките, а от паузите между командите.

В този проект ще свържем RGB светодиод, чието най-дълго краче отива на GND, а другите три - на P0, P1 и P2, всяко през свой резистор за червено, зелено и синьо. Бутон A пали червено, но веднага добавяме и командите, които гасят другите два цвята - защото веднъж светнал светодиод остава светнал, а без изричното гасене цветовете се смесват в мръсно бяло. С бутон B добавяме зелено, а с A+B синьо - и точно тук идва изненадата: натиснете двата бутона едновременно и програмата, без нито ред допълнителен код, показва жълто, защото червено и зелено горят наведнъж.

В този проект ще свържем бутон към P2 и GND, а двете лампички от предишния урок остават на P0 и P1. Първата изненада идва от самата логика: настройваме P2 с изтегляне нагоре, при което отпуснат бутон чете 1, а натиснат чете 0 - обратното на очакваното. После вкарваме редуването на лампичките вътре в проверката, така че то тръгва само докато бутонът е натиснат. Пуснете бутона по средата на едно мигане и ще видите, че програмата довършва започнатата стъпка, преди да провери отново - проверката става между обиколките на цикъла, не по време на тях.

В този проект ще свържем ключ със самозадържане към P0 и GND, а светодиод на P2 през резистор. За разлика от бутона, този ключ ОСТАВА щракнат, докато не го превключим обратно - затова тук програмата не проверява непрекъснато в цикъл, а чака СЪБИТИЕ: „когато P0 се вдигне" пали лампата, „когато P0 падне" я гаси. Резултатът е забележимо по-малка програма - два блока, без нито едно „завинаги" и без условие - защото пинът сам известява промяната, вместо да го питаме хиляди пъти в секунда.

В този проект ще свържем плъзгач (потенциометър) към макета - двата крайни крака на 3V и GND, средният към P0. Първо ще прочетем числото само веднъж при стартиране и ще открием, че то изобщо не се променя, колкото и да въртим плъзгача - истинското измерване се случва само вътре в цикъл, който повтаря четенето отново и отново. После превръщаме числото в стълбовидна диаграма и виждаме как горната граница на графиката решава какво все още наричаме „пълно".

В този проект ще построим делител на напрежение от фоторезистор и резистор 10 kΩ между 3V и GND, а P0 засича точката между двата - точно оттам идва числото за светлина. Ключовата стъпка в кода е, че прагът се измерва само ВЕДНЪЖ, при стартиране (колко е светло в момента в стаята), докато текущата стойност се мери непрекъснато и се сравнява с прага, а не с фиксирано число. Затова сърцето на екрана светва, когато стане по-тъмно, отколкото беше - и работи еднакво добре във всяка стая, без значение колко светло или тъмно е в нея.

В този проект ще свържем температурен сензор с три крачета - 3V, GND и изход към P0, като редът е отпечатан върху плоската страна на корпуса му. Суровото число от сензора първо не значи нищо конкретно, затова го преобразуваме от 0…1023 в миливолтове (защото micro:bit работи на 3,3 волта), а после - по формулата на самия сензор, 500 mV при 0 градуса и по 10 mV на градус - от миливолтове в истински градуси. Чак тогава числото на екрана става термометър, който може да се сравни с истинския уред в стаята.

В този проект ще свържем серво мотор към P1, захранен от батерии, а не от USB - защото през USB micro:bit се рестартира точно в момента на движение. Първата команда праща рамото до ъгъл нула градуса, а не го изключва, но щом добавим втори ъгъл (180) без пауза между тях, рамото само трепери на място - механиката е по-бавна от кода, който я управлява. Добавяме паузи от по две секунди и виждаме рамото истински да стига докрай и обратно, а точната граница на всеки конкретен мотор не пише никъде в програмата - намира се с опит.

В този проект ще свържем пасивен зумер към P0 през транзистор, който му дава повече ток, отколкото самият пин може да достави. Първата нота е 262 Hz - до - а удвоена на 524 Hz звучи като същата нота, но една октава по-високо, което веднага се чува. Добавяме втора нота (ми) и после трета (сол), а последователността до-ми-сол-ми се оказва разложен до-мажорен акорд - и точно това е откритието: програмата не знае нищо за мелодии, тя борави само с числа и паузи, а мелодията се получава изцяло от реда, в който ги подредим.

В този проект ще свържем мотор през транзистор - P0 управлява базата през резистор, а моторът виси между захранването и колектора, защото никога не се закача направо на пин: тегли твърде много ток и може да повреди micro:bit. Използваме същия блок като в първия урок, „дигитално написване P0 до 1", само че сега на другия край на схемата се върти мотор вместо да свети лампичка. Добавяме бутон на P1, но първият опит не изключва нищо при натискане, защото условието без клон „иначе" само включва, никога не изключва - едва с добавения „иначе → P0 на 0" моторът започва да върти само докато държим бутона.

В този проект ще свържем пръстен от 8 адресируеми RGB светодиода към P0 чрез три жички - захранване, маса и вход за данни DI (лесно се бърка със съседния изход DO). Първата изненада е, че смяната на цвета на един пиксел не светва нищо, докато не добавим отделна команда „покажи" - командите се трупат и излизат наведнъж по единствения проводник. После палим отделни лампи с различни номера и цветове, за да покажем как осем лампи говорят по един проводник чрез адрес, докато в първия урок две лампички искаха два отделни пина. Накрая заменяме ръчното палене с една команда „дъга от 1 до 360", която сама разпределя цветния кръг по осемте лампи.

В този проект ще свържем отново пръстена от 8 лампи към P0 по познатата схема, но източник на управление сега е вграденият сензор за движение на micro:bit - без никаква нова жичка. Първо четем самото число за ускорение и откриваме, че в покой то е около 1000 заради земното притегляне, а при разклащане скача до няколко хиляди. После заменяме фиксираните 360 градуса на дъгата с ускорението, разделено на три, така че колкото по-силно клатим платката, толкова по-широка дъга от цветове светва - а с пауза и изчистване след всяка обиколка пръстенът спира да свети веднага щом спрем да го клатим.

В този проект ще свържем пръстена от 8 лампи по познатата схема и ще го превърнем в компас - сензорът е вграден в micro:bit, но изисква еднократно калибриране при първо включване и платката трябва да стои хоризонтално, далеч от метал и магнити. Първо палим само една лампа, която свети постоянно накъдето и да се обърнем, и откриваме защо трябва „изчисти" във всяка обиколка - без него старите лампи остават светнати и накрая горят всичките осем. Най-интересната стъпка е самият север: понеже кръгът от 0 до 360 градуса се разкъсва точно там, условието трябва да провери ИЛИ под 45, ИЛИ над 315 градуса - единственият сектор, при който две отделни граници описват едно и също направление.

В този проект ще свържем пръстена от 8 лампи по познатата схема, а за светлинен сензор ще послужи самият екран на micro:bit - без нито една допълнителна жичка. Първата версия на кода пали цветна дъга, щом нивото на светлината падне под праг 10, но бързо разкрива дупка: щом отворим ръка над платката, пръстенът остава светнат, защото никой не му казва да угасне. Добавяме клон „иначе", който изчиства пръстена при светло, и лампата вече се пали и гаси сама - смяната на прага на 50, за да свети от здрач вместо в пълна тъмнина, показва, че прагът е решение за поведение, не техническа подробност.