⚡ Elektronik – standardiserat
Jag har standardiserat på en viss typ av elektronik till mina projekt.
⚡ Spänning
De spänningsnivåer jag använder i mina byggen.
🔌 Signalspänning
3,3 Volt.
Komponenter ska klara signaler in/ut på 3,3v.
🔋 Drivspänning
3,3 Volt till 5,5 Volt.
Många komponenter är flexibla med drivspänningen.
Jag får 5,0 Volt från en USB-laddare.
Fyra laddbara batterier ger 4 * 1,2 Volt = 4,8 Volt.
📡 Kommunikationsspänning
RS-485 ska klara siganler mot processorn på 3,3 Volt,
men överföringssignalen är betydligt högre. +- 7,0 Volt eller mer.
🔋 Strömförsörjning
USB-laddare på 5,0 Volt.
Laddbara batterier:
Modell AA eller AAA.
3 * 1,2 Volt = 3,6 Volt.
4 * 1,2 Volt = 4,8 Volt.
5 * 1,2 Volt = 6,0 Volt.
Jag använder fasta regulatorer för 3,3 Volt eller 5,0 Volt.
Strömförsörjning till låda ska använda USB-C och enbart 5,0 Volt samt Jord får vara inkopplat.
Signalkablarna får inte kopplas. Pinnar på jord och +5V ska lödas fast så Dupont Hona kan användas.
Panelen ska skruvas fast och inte limmas fast så den kan bytas ut.
🤖 Processor
Jag har standardiserat på
- Raspberry PICO 2WH – För de flesta projekt
- Raspberry Zero 2WH – För specifika projekt
PICO har WiFi + Bluetooth + färdigmonterade stiftlister. 3,3 Volt signalspänning. Klarar batteridrift upp till 5,5 Volt. Kan drivas med USB-laddare.
Vänder man på PICO processorn kan man ansluta Dupont-kablar direkt.
På undersidan finns märkningar så man ska koppla rätt.
En del kommer med stiftlister – det är vad jag föredrar.
En del kommer med en sockelställning som skymmer markeringarna – Det går an.
Raspberry Pico Zero 2WH för projekt som behöver mycket lagringsplats på microSD-kort, kamera, HDMI-uttag för bildskärm, USB-enhet som drivs via Linux, mer beräkningskraft.
Jag kommer att använda de Arduino 328 3,3 Volt jag redan har men kommer inte att köpa fler av dem. Kommer inte att köpa 5 Volts-versioner av någon processor.
Även enkla svaga processorer är numera dyra. Man kan lika gärna lägga till 30 kr och få en riktig Raspberry Pi PICO 2WH.
Om jag bygger en robot och behöver en starkare processor då kanske Raspberry Pi 4 eller 5 kan användas, men de är så dyra nu. Ska jag bygga något stationärt då kanske en begagnad laptop fungerar bättre.
🔌 Koppling
Kabel
Dupont Hona-Hona 20 cm längd för alla permanenta kopplingar.
Jag använder Dupont-kablar i färdiga byggen för man vet aldrig om man vill plocka isär ett bygge och återanvända delar, eller byta ut en del.
Dupont Hona-Hona använd även mellan labbplatta och modul med pinnar, men då kompletteras Dupont hona med en dubbelpinne för att bli hanne och fungerar då med labbplattan.
Inom en labbplatta går det bra med vanlig kabel med stålkärna. Jag har även några Dupont Hane-Hane samt Hane-Hona. De ställer till problem när jag ska hitta en Hona-Hona och har dem därför i en separat låda.
🎨 Standardfärger för elektroniksignaler
| Signal | Färg | Färgnamn | Beskrivning |
|---|---|---|---|
| 5V |  | Röd | Spänningsmatning på 5V. |
| 3.3V |  | Orange | Spänningsmatning på 3.3V. |
| Jord/GND |  | Svart | Gemensam referenspunkt (jord) för alla kretsar. |
| I2C SDA |  | Gul | Data-ledning för I2C-kommunikation (Serial Data). |
| I2C SCL |  | Vit | Klock-ledning för I2C-kommunikation (Serial Clock). |
| UART TX |  | Grön | Sändar-ledning för UART-kommunikation (Transmit). |
| UART RX |  | Blå | Mottagar-ledning för UART-kommunikation (Receive). |
| Digital |  | Lila | Generell digital signal (t.ex. GPIO). |
| Analog |  | Brun | Generell analog signal (t.ex. sensorer). |
| PWM |  | Grå | Pulsbreddsmodulerad signal (PWM), används ofta för styrning av motorer eller LED-ljus. |
SPI-signaler (återanvänder färger för tydlighet)
| Signal | Färg | Färgnamn | Beskrivning | Notering |
|---|---|---|---|---|
| SPI SCK | | Grå | Klocksignal för SPI-kommunikation (Serial Clock). | Samma färg som PWM. |
| SPI MOSI | | Grön | Master Out Slave In – data sänds från master till slave. | Samma färg som UART TX. |
| SPI MISO | | Blå | Master In Slave Out – data sänds från slave till master. | Samma färg som UART RX. |
| SPI CSn | | Lila | Chip Select – väljer vilken slav-enhet som ska kommunicera med mastern. | Samma färg som Digital. |
Förklaringar:
- Färgåteranvändning: SPI-signaler återanvänder färger från UART och digitala signaler för att underlätta kabelhanteringen och minska antalet unika kablar. Detta är vanligt i praktiska tillämpningar.
- SPI MOSI/TX och MISO/RX: SPI använder separata ledningar för sändning och mottagning, till skillnad från UART som har separata TX och RX.
- SPI CSn: Chip Select är kritisk för att välja vilken enhet som ska vara aktiv på SPI-bussen.
Labbplatta
Jag har flera labbplattor. Snabbt och enkelt att koppla upp saker på dem för prototyp.
Då använder jag de Dupont jag redan har med Hane-Hane, alternativt vanliga kablar med stålkärna.
Stiftlister
När jag monterar stiftlister ska de peka rakt upp eller åt sidan så det lätt går att montera Dupont Hona-Hona.
Jag ska INTE montera komponenten med stiften nedåt så de fungerar bättre på labbplatta.
📡 Kommunikation
Mellan modul och processor använder jag I2C.
Små bildskärmar använder I2C men större skärmar använder SPI.
Kan jag välja I2C så gör jag det i första hand. SPI i andra hand. Hellre avstå och hitta en annan lösning som har I2C.
Mellan processorer som är i samma låda använder jag UART seriell kommunikation.
9600 baud är standarden jag använder. Då är det inte lika känsligt och det går att överföra nästan en 1K Byte per sekund.
Mellan processorer som är i olika lådor använder jag RS-485 som kopplas till UART på processorn. Då går det att ha många meter kabel.
Jag använder inte RS-232 eller Ethernet eller någon annan överföringsteknik. Enbart RS-485. Orsaken är att det är enkelt att koppla och billigt och fungerar med 3,3 Volt signaler mot processorn.
WiFi 2.4GHz används för att flera enheter ska kunna kommunicera med varandra. Routern ska ha ett separat nät för 2.4GHz med eget namn.
WiFi Accesspunkt 2.4GHz används för enheter som ska fungera utan router. Då är det direktkommunikation och snabba svarstider.
Används med fördel på radiostyrd bil. Används på enheter som du går förbi och då samtidigt hämtar/lämnar information trådlöst.
📺 Bildskärm
Processorn har WiFi och kan innehålla sin egen webbserver med API och gränssnitt i HTML + Javascript + CSS. Du kan få upp webbsidan på alla dina enheter som har en webbläsare.
Det här är det primära sättet att visa information.
Om en skärm behövs då har jag standardiserat på dessa:
Text
LCD teckenskärm 4 x 20 tecken. I2C interface. 3,3 Volt. Bakgrundsbelyst.
Stor och tydlig. Kan visa egna tecken 5 * 7 pixlar.
Används för att visa värden och information.
Grafik
OLED 0.91″ I2C 128×32 pixlar.
OLED 0.96″ I2C 128×64 pixlar.
Enkel installation med I2C. Billig. Ofta Mono men en del modeller har två färger.
Används där man vill visa något grafiskt. En graf, ett öga.
Bildskärmar ska monteras i en låda. Då kan man inte ha pinnar som sticker rakt ut. Löd dem på baksidan, raka eller vinklade.
Siffror
Det finns sifferdisplayer som är I2C. De ger stora tydliga siffror.
Det ska vara I2C 3,3 Volt signalspänning. Drivspänningen får vara högre men helst 3,3 Volt.
LED matriser
8×8 eller 16×8 LED lampor eller mer. Används där man vill visa både text och grafik samtidigt.
Det ska vara I2C har 3,3 Volt signalspänning. Drivspänningen får vara högre men helst 3,3 Volt.
Övrigt
Större skärmar kräver SPI, och har dessutom touch och SD läsare som har egna kopplingar.
Jag vill att alla tre sakerna kunde kommuniceras via en enda SPI-koppling.
Avstår tills det kommer och med bra pris dessutom.
💾 Extra minne
Jag kör Raspberry PICO 2WH. Den har 2Mb Flash. Om det inte räcker då ska jag expandera med SDHC minneskort i en läsare.
Läsaren ska ha 3,3 Volt. Det finns inga med I2C eftersom det är för långsamt. SPI är det som behövs.
Då går det att ha upp till 32Gb SDHC-kort.
Används för datalagring över längre perioder.
🔊 Ljud
Jag använder enbart I2S för ljud. Ej att förväxla med I2C. Se https://en.wikipedia.org/wiki/I2S
Raspberry Pi PICO har inget inbyggt stöd för I2S men kan emulera trafiken.
I2S finns i billiga förstärkare som kan driva högtalare direkt eller har hörlursuttag.
Jag kommer inte att använda DAC + separata förstärkare som har analog in. Kommer enbart att använda I2S för ljud.
💡 LED
LED diod 3mm är standarddioden. Jag har många av dem.
De används för att indikera något. Med ett motstånd mellan kan de drivas direkt från en pinne på Raspberry Pi PICO.
NeoPixel är små ljusstarka RGB dioder som kan kopplas i serie och adresseras individuellt. För RGB har jag standardiserat på NeoPixel.
Raspberry Pi PICO har inget inbyggt stöd för NeoPixels protokoll men kan med lätthet emulera trafiken och driva NeoPixlar.
Laserdiod, måste drivas med 3,3 Volt. Används för att markera en prick. Detektera brutet ljus. Kommunikation med pulser.
LED-matriser, dessa måste drivas med 3,3 Volt och ha I2C.
Se sektionen ”Bildskärmar” ovan.
🌡️ Sensorer
Det finns en mängd med sensorer som ändrar sitt motstånd. Dessa kan lätt läsas av Rarspberry Pi PICO på någon av alla ADC pinnarna.
Vill man ha ännu mer sensorer går det att ha en 4051 analog MUX så man kan växla mellan sensorerna och läsa en i taget.
Sensorerna är ofta billiga och enkla att hantera. Klarar 3,3 Volt och kan ofta bara anslutas utan polaritet.
- Temperatur
- Ljusstyrka
- Tryck
Sedan finns moduler med sensorer. Dessa ska drivas med 3,3 Volt och ha i första hand I2C och i andra hand analog ut.
⚙️ Strömbrytare
Tryckknapp och Vippomkopplare
Den ska kunna monteras i en låda genom ett runt hål och fästas med en låsskiva på baksidan.
Den ska vara ganska kort så lådan inte behöver vara djup.
Löd fast två pinnar som kan ansluta kabel med Dupont Hona.
Om det är skruvanslutning så skriva fast två pinnar så att Dupont Hona kan anslutas.
Pinnarna ska inte hindra att knappen byts ut och tas genom hålet i lådan.
Tryckknapp/Omkopplare kan vara av valfri storlek och material. Kan innehålla belysning.
Ska fungera direkt mot processorn och 3,3 Volt.
DIP-switch
Om DIP switch används ska de monteras i en IC-kretshållare så att de kan bytas ut.
Alltid fyra DIP-switchar i en kloss. Behövs mer då används fler klossar.
Skjutreglage låda (undvik)
Lådmonterat skjutreglage ska ha fastlödda pinnar för anslutning av Dupont Hona.
Ska skruvas fast och inte limmas fast så den kan bytas ut.
Undvik kvadratiska skjutreglage och använd rund omkopplare istället. Mycket enklare att borra runda hål än fyrkantiga.
Skjutreglage kretskort (undvik)
Kan vara stående eller vinklad. Fastlödd. Ej utbytbar. Går den sönder får du ett elände att byta den.
Undvik skjutreglage på kretskortet,
Använd istället två pinnar och anslut en rund vippomkopplare med Dupont Hona kablar.
Använd istället DIP-switchar i en IC-sockel.
🎛️ Analog vridpot
Potentiometer
Vridreglage ska vara runt så det går att montera i ett runt borrat hål.
Jag ska inte använda avlånga skjutreglage. De är knepigare att montera.
En elektrolytkondensator på 2,2 uF ska monteras mellan mittenpinnen och jord. Tredje pinnen är +3,3v.
Orsaken är at signalen blir mycket mer stabil och användbar.
De tre pinnarna ska förses med pinnar så Dupont hona kan anslutas.
Joystick
Standardjoysticken har fem pinnar för Dupont-kabel.
+3.3v, jord, knapp, axel x, axel y.
Varje axel ska ha en 2,2uF elektrolytkondensator till jord. Signalen blir betydligt bättre.
Knappens kontaktstuds sköts i mjukvaran.
Axlarnas kalibrering sköts i mjukvaran.
🚗 Motor
DC Motor på upp till 6v.
Jag använder alltid en motordrivare som matas med direkt ström, ej via processorn.
Motordrivaren får +5v och signalerna är PWM på 3.3v som kommer från processorn.
Två motorer kan drivas på en motordrivare.
Varje motor har två signalpinnar, PWM in för att driva motorn ena hållet. PWM in för att driva motorn åt andra hållet.
Undvik att köra PWM på båda pinnar samtidigt.
Servo
Servo ska ha egen ström och inte ta den från processorn.
Servo är 5v och jord samt en PWM signal.
PWM Signalen kan komma från processorn, och det fungerar trots att den är max 3,3v.
Stegmotor
Stegmotorerna har en drivkrets som man använder för att skydda processorn mot överbelastning.
Stegmotorn matas med 5v medan signalerna kan vara 3,3v från processorn.
Programvara
Denna blir sin egen artikel. Det är ett så stort ämne.