Het is handig als je start met het programmeren van een bepaalde toepassing dat je ook weet wat de andere componenten naast de programmeerbare microcontroller zijn. Zo moet je alvorens het KAEDU STEM shield te gebruiken eerst componenten solderen op een printplaat (PCB) dus moet je toch in ieder geval weten wat is solderen, hoe zien de componenten eruit en hoe moet ik solderen en wat doen de componenten. Bij meer lezen daarom een kort overzichtje.

Basis van elektronica

Solderen
Solderen is het smelten van een metaal (vroeger Tin en Lood, nu zonder Lood maar met chemische hulpstoffen) met een soldeerbout (meer dan 300 graden Celsius warm). Je kan deze methode gebruiken om twee draden terug aan elkaar te zetten of je kan deze methode gebruiken om elektronische componenten op een printplaat te plaatsen. Wij gebruiken voornamelijk de laatste methode. Ook loodgieters solderen soms koperen leidingen maar over het algemeen spreekt men daar meer van de term braseren.

Printplaat (PCB = printed circuit board)
Een PCB of voluit printed circuit board vervangt verbindingen door middel van draden (geleiders) door middel van koperen verbindingen op een plaat van kunststof (bij KAEDU is de kunststof een glasvezel plaatje). Er bestaan PCB die maar aan een kant van de kunstof koperen verbindingen hebben (single layer print) of aan beide kanten (double layer print) of de zeer complexe die meer dan twee lagen hebben (multi layer print). Bovenop de verbindingen print men vaak ook tekst zodat je kan zien welke component waar moet geplaatst worden. Aangezien de verbindingen zeer dun is mag je tijdens het solderen van de componenten de soldeerbout niet te warm instellen en ook niet te lang de warmte op de printplaat houden. Solderen van 1 aansluiting duurt tussen 1 a 2 seconden.

Wet van Ohm
Zeer lang geleden heeft een geleerde Ohm het verband bestudeert tussen spanning, stroom en weerstand.

Spanning kan je vergelijken met de kracht die uit de batterij komt, hoe meer spanning hoe meer kracht er is. Heb je bijvoorbeeld een batterij van 1,5V en sluit je die aan op een motor dan zal die motor minder kracht hebben dan indien je er een batterij van 9V op aan zou sluiten.

Stroom kan je dan weer goed vergelijken met het water dat in een beekje stroomt. Als het beekje diep en breed is dan stroomt er veel water langs, is het zeer ondiep en smal dan stroomt er een stuk minder water. De hoeveelheid water dat er stroomt kan je vergelijken met elektrische stroom in een kring.

Als je stroom vergelijkt met water dan zou je kunnen zeggen dat weerstand kan vergeleken worden met een kraan. Zet je de kraan volledig open is er weinig weerstand en zal er veel water stromen, zet je de kraan bijna volledig dicht dan zal er zeer veel weerstand zijn tegen het water en zal er weinig water stromen. Zo is weerstand ook iets dat het vloeien van de stroom probeert tegen te werken.

Als je deze drie zaken combineert krijg je de wet van ohm die zegt dat de weerstand kan bepaald worden door de spanning die aangesloten is te delen door de stroom die vloeit. Als je dit wiskundig bekijkt zal dus bij een hoge weerstand een kleine stroom vloeien en bij een kleine weerstand een hoge stroom. Laat je de spanning toenemen dan zal bij eenzelfde weerstand de stroom ook toenemen, laat je de spanning afnemen dan zal bij eenzelfde weerstand de stroom ook afnemen.

Kleurcode van weerstanden
Weerstanden zitten op een lint (papier strookjes) en je hoeft ze enkel een na een eruit te nemen en te solderen. Maar je kan uiteraard best ook nog eens controleren of het wel de juiste weerstand is. Dit doe je door de weerstandswaarde te bepalen. Dit kan door middel van een meettoestel maar als elektronica niet je hobby is heb je dit misschien niet. Toch kan je dan nog de waarde eenvoudig bepalen door naar de gekleurde banden te kijken. Dit is namelijk een code die verteld wat de waarde is. Je hebt weerstanden met 4 kleuren waarvan er 3 de waarde weergeven en je hebt er met 5 kleuren waarvan 4 kleuren de waarde geven. De werking van de code is echter steeds dezelfde.

De eerste kleuren hoef je de kleur enkel om te zetten naar een getal. Zo is zwart het getal 0, bruin 1, rood 2, oranje 3, Geel 4, Groen 5, Blauw 6, Violet (paars) 7, Grijs 8 en Wit 9. Dit ook voor de volgende kleuren tot je aan de laatste kleur bent die de waarde weergeeft (de allerlaatste kleur geeft de foutmarge weer). De voorlaatste kleur geeft geen getal weer maar het aantal nullen die je aan het getal moet toevoegen. Dit aantal komt overeen met de getallen. Zo is zwart dus 0 nullen toevoegen, bruin 1 nul toevoegen, …

vb Bruin Zwart Zwart Rood Goud hier geeft goud de foutmarge weer dus we zitten met 4 kleuren die de waarde weergeven. De eerste drie kleuren zetten we om naar de getallen 100 en het vierde kleur zetten we om naar aantal nullen, in dit geval 2 nullen toevoegen aan het getal. Zo krijgen we 10000 ohm wat overeenkomt met 10Kohm. Op deze manier kan je op een eenvoudige wijze de waarde bepalen. Omdat het in het begin moeilijk is de volgorde van de kleuren te onthouden is er een zin die je als ezelsbrugje kan gebruiken. Hierbij is de eerste letter van het woord telkens de beginletter van de kleur.

Zij BRengt ROzen Op GEErts GRaf Bij Vuil GRIJS Weer

Thermistor (NTC = Negatieve Temperatuur Coëfficiënt)
Weerstanden met kleurcodes op hebben een waarde die relatief constant is ook al verandert de temperatuur van de omgeving tientallen graden. Daarnaast zijn er weerstanden die wel veranderen. Zo heb je een LDR waarbij de weerstand verandert in functie van de hoeveelheid licht die erop schijnt, een VDR die verandert in functie van de spanning die erover staat en een Thermistor die verandert in functie van de temperatuur. Bij Thermistors heb je dan ook nog twee types, de NTC waarbij de weerstand daalt bij stijgende temperatuur en de PTC waarbij de weerstand stijft bij stijgende temperatuur. Bij het KAEDU board gebruikt men de NTC variant.

De te solderen componenten

LED (Light Emitting Diode)
Een diode is een elektronische component die de stroom enkel doorlaat in één specifieke richting. In het verkeer zou je het kunnen vergelijken met het verkeersbord dat eenrichtingsverkeer aanduid door middel van een pijl. Een LED is een speciale variant van deze diode. Als deze juist aangesloten wordt (Anode = positief = langste draadje en Kathode = negatief = kortste draadje) dan zal deze licht geven, bij geen spanning uiteraard geen licht maar ook geen licht als de aansluiting verkeerd is. Je moet dus opletten ten opzichte van de gloeilamp of je juist aansluit maar toch heeft een LED vele voordelen ten opzichte van de gloeilamp. De belangrijkste zijn : weinig verbruik, gaat lang mee en is klein en geeft toch veel licht

IR LED
Een speciale LED is de IR LED, deze LED zal infrarode stralen uitzenden die ons oog niet kan zien. Wil je toch zien of deze LED aan staat dan kan je het best de camera van je GSM nemen en kijken of je een paarse gloed ziet als je deze op de LED richt.

IR ontvanger
De IR ontvanger lijkt op een LED maar is het niet. Het is een sensor die meer of minder stroom doorlaat in functie van de hoeveelheid ontvangen IR licht. Het is geen weerstand die een andere waarde aanneemt dus de spanning zal ook wijzigen.

Schakelaar / drukknop
De schakelaar en de drukknop is een input. Zoals je toetsenbord bij je computer. Beide hebben dezelfde functie namelijk stroom doorlaten of tegenhouden. Toch is er een subtiel verschil tussen beide. Een schakelaar kan je namelijk verzetten van de AAN naar de UIT toestand en dan loslaten. De schakelaar zal dan in die toestand blijven staan. Terwijl een drukknop bij het loslaten terug naar de UIT toestand gaat. Schakelaars worden om deze reden bijvoorbeeld gebruik voor AAN/UIT zetten van een toestel. Zolang de schakelaar in de ON toestand staat zal het toestel werken. Drukknoppen worden eerder gebruikt om een bepaalde functie uit te voeren. Als je op de knop drukt bij de koffiezet dan zal er 1 kop koffie gemaakt worden. Drukknoppen dienen om een puls te geven en niet om continu een signaal te geven.

Regelbare weerstand
Een regelbare weerstand is een weerstand waarbij je de waarde kan aanpassen. Eigenlijk heb je 2 weerstanden aangezien de regelbare weerstand 3 aansluitingen heeft. Tussen de buitenste aansluitingen zit de volledige weerstand, deze is niet aan te passen. De derde aansluiting is verbonden met een glijcontact. Op deze manier kan je de weerstand tussen 0 en maximale waarde regelen. Dit heeft niet enkel als gevolg dat je de weerstand kan regelen maar ook een spanning. Bij het KAEDU shield word deze weerstand gebruikt om een spanning in te stellen tussen O en 5V. Je zou deze spanning kunnen gebruiken om rechtstreeks een LED aan te sturen, dit gebeurt hier echter niet. De regelbare weerstand is hierbij een analoge sensor die gebruikt kan worden om de microcontroller een bepaalde waarde mee te geven waarop hij moet reageren.

7-segment display
Een 7 segment display is een display waarop je getallen tussen 0 en 9 kan weergeven. Dit omdat we werken met het decimale talstelsel. Ook is het mogelijk om er de letters A,b,C,d,E,F op te plaatsen. Op die manieren kan je de getallen 0 tot en met 15 weergeven, je spreekt dan van het hexadecimale talstelsel. Op zich is dit een eenvoudig display omdat het de getallen vormt door een LED in de vorm van een balkje aan te schakelen of uit te schakelen. In totaal zijn er 8 leds in een behuizing geplaatst. De 7 segmenten die het getal of de letter vormen en het 8ste segment om een punt te kunnen weergeven.

Piezo
Last but not least is er nog de piezo. Dit componentje kan bepaalde geluiden laten weerklinken zoals een luidspreker maar is minder complex. Het is eigenlijk een plaatje die aan het trillen gebracht word en zo een toon kan produceren. Een piezo word gebruikt is kaartjes om een bepaald deuntje te spelen of in videospelletjes om een bepaald geluidseffect te krijgen bijvoorbeeld bij het verdienen van een bonus of game over of …

Volgende les : Kijken of je KAEDU shield correct werkt

Met het testprogramma kan je kijken of alle componenten van je KAEDU shield correct zijn gesoldeerd en werkzaam zijn. Indien er iets niet werkt moet je via de handleiding een oplossing proberen zoeken. Dit kan gaan van de soldering controleren tot het vervangen of hersolderen van de component.