Omet navegació

2 Eixides digitals. Estudi d'un encreuament semafòric.

El programa A4S et permet controlar i programar la targeta Arduino de forma gràfica per fer els projectes molt més divertits mentre aprens conceptes de programació i electrònica.

El primer que vas a fer és posar un led roig al port 13 de la targeta Arduino i provar com es fa un programa molt bàsic. Et quedarà així.

led 13 3ngegat

 Ara sols et falta escriure un programa bàsic com aquest per provar-lo. 

led13 Eixida digital

 S4A et permet més coses, pots importar dos vestits com aquests fets amb un led i la targeta Arduino que hauràs exportat de Fritzing (en format SVG) i modificat amb Inkscape per pintar la llum engegada exportant-los en format PNg i a una mida de 450 píxels d'ample. 

Ara cal carregar els fitxers imatge que has descomprimit del zip (vestits led13.zip), per fer-ho ves a «vestits» , «importa de carpeta» i carrega'ls com mostra la figura.

Vestits Scratch2

 Ara pots modificar els programa per afegir els vestits i fer que el programa ensenye el vestit corresponent al que fa la targeta. Modifica el programa d'aquesta forma.

led13 amb vestits

 

(1) Semàfor per a cotxes

Un semàfor per cotxes el podem fer amb tres leds ( 1 roig , 1 verd , 1 groc ) , tres resistències de 220 Ohms , una placa breadboard per fer connexions sense soldar, i alguns cables.

Fes aquest dibuix amb el programa Fritzing:

semàfor cotxes avariat

 Una vegada dibuixat, exporta el fitxer en format SVG , obri aquest fitxer amb Inkscape i fes tres tasques:

a) dibuixa la llum del led groc engegat i els altres dos leds apagats, alça el dibuix i exporta'l  amb el nom «SM-3ledsGROC.png».

b) dibuixa la llum del led  verd engegat i els altres dos leds apagats, alça el dibuix i exporta'l  amb el nom «SM-3ledsVERD.png».

c) dibuixa la llum del led  roig engegat i els altres dos leds apagats, alça el dibuix i exporta'l  amb el nom «SM-3ledsROIG.png».

En acabar importa els nous vestits (tens una versió ací Vestits Semafor 3leds.zip) i copia aquest programa:

Programa Semàfor Cotxes

Si t'ha funcionat demana al teu professor que et deixe la  breadboard  , la targeta Arduino, els leds , resistències, els fils i fes el muntatge per comprovar que funciona de veritat.

A la següent secció podràs modificar el muntatge per fer el teu semàfor una mica més real.

(2) Encreuament semafòric

En un encreuament semafòric  real no sols hi ha el semàfor per als cotxes també tens el semàfor per als vianants que funciona de forma sincronitzada amb els dels cotxes o la gent moriria atropellada.

Afegeix un led verd i un led groc per als vianants, acompanyat de les respectives resistències, modifica el dibuix de fritzing/inskscape, modifica el programa per que els vianants tingues el seu propi semàfor i quan els programa funcione amb els vestits demana al teu professor els materials per provar amb components electrònics l'encreuament semafòric.

 

Ampliació de nivell: Fonament físic dels leds

Un díode LED, acrònim anglès de Light Emitting Diode  és un dispositiu semiconductor que emet llum  quan se'n polaritza de forma directa la unió PN i és travessat per corrent elèctric. El color depèn del material semiconductor emprat en la construcció del díode, i pot variar des de l'ultraviolat, passant per l'espectre de llum visible, fins a l'infraroig.

Sol tindre una pota més llarga que es connecta al pol positiu (pins digitals d'Arduino) i la curta es connecta mitjançant una resistència  a un pol negatiu (pin Gnd d'Arduino).

 

 Diodes led

 

 

 

 

El símbol del led és aquest:

Símbol del díode led

 

 

 

 

 

 

 

 

Un led és una unió PN. Anem a veure el que és una unió PN. 

Una unió PN és fa unint cristalls de silici dopats amb arsènic ( amb predomini de carregues negatives per això anomenada zona N ) i amb indi ( amb predomini de carregues positives per això anomenada zona P ) passarà el següent:

Unió PN

  1. Els electrons lliures de la zona N més propers passaran a la frontera de la zona P atrets per la carrega positiva, deixant en la zona puntejada al costat N una zona d'ions positius, i formant a la zona puntejada propera a al zona P una zona amb ions positius.

  2. Es forma una camp creat per aquests ions anomenada barrera de potencial, i que té sentit de ió positiu a ió negatiu ( d'esquerra a dreta a la figura).

  3. Aquesta barrera de potencial impedeix que continuen passant electrons de la zona N a la P en quant s'ha format. La barrera de potencial val 0,2 V en el cas del silici dopat amb Arsènic/Indi, i 0,3 V si substituïm el silici per Germani.

Una unió PN està polaritzada de de forma inversa quan apliquem una ddp formada per una pila on el pol positiu està unit a la zona N (arsènic) i el pol negatiu a la zona P , es produeix un camp extern que té sentit de pol positiu a pol negatiu de la pila recorrent el circuït, aquest camp produït per la pila Va reforça la barrera de potencial doncs té el mateix sentit que la barrera de potencial.

 Unió PN polaritzada de forma inversa

Es molt difícil que els electrons puguen passar de la zona N a la zona P , i es diu que la unió està polaritzada de forma inversa ja que no con condueix el corrent. Si connecten el led amb les polaritats de les potes canviades no funciona per que és polaritza de forma inversa.

Una unió PN directa la obtenim quan el camp creat per la pila  té sentit contrari al camp de la barrera de potencial, i podem donar-se tres casos depenent dels voltatges.

 

 Unió PN polarització directa

 

  1. Si la ddp de la pila és menor que 0,7 v el camp de la pila serà menor que la barrera de potencia i no la farà desaparèixer. No passen electrons.

  2. Si la ddp són 0,7 V la barrera de potencia s'anul·laria però no passarien electrons doncs el cristall es comportaria com si fos un cristall aïllant.

  3. Si la ddp és major que 0,7 V el camp creat per la pila és major que el camp creat per la barrera de potencial, i circula corrent d'electrons. Llavors el led emet llum.