Como usar o Tinkercad para testar e implementar seu hardware: 5 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

A simulação de circuitos é uma técnica em que o software de computador simula o comportamento de um circuito ou sistema eletrônico. Novos projetos podem ser testados, avaliados e diagnosticados sem realmente construir o circuito ou sistema. A simulação de circuito pode ser uma ferramenta útil na solução de problemas de um sistema para reunir dados antes que a solução de problemas em nível de circuito realmente ocorra. Isso permite que o projetista determine a exatidão e a eficiência de um projeto antes que o sistema seja realmente construído. Consequentemente, o usuário pode explorar os méritos de projetos alternativos sem realmente construir fisicamente os sistemas. Ao investigar os efeitos de decisões específicas de projeto durante a fase de projeto, e não na fase de construção, o custo geral de construção do sistema diminui significativamente.

Portanto, a simulação de software é uma boa maneira de tentar antes de fazer o circuito fisicamente. Tinkercad é uma ferramenta de simulação baseada na web que o ajudará a testar seu hardware e software sem fazer nenhuma conexão física ou mesmo sem comprar nenhum hardware.

Você já sentiu a falta de pinos de entrada-saída no Arduino? Se você pensou em controlar toneladas de LED ou quer fazer LED Cube, acho que definitivamente sentiu falta de pinos de E / S. Você sabia que pode controlar um número ilimitado de LEDs usando apenas 3 pinos do Arduino? Sim, os registradores de deslocamento irão ajudá-lo a fazer essa mágica. Neste instrutível, mostrarei como podemos implementar entrada e saída ilimitadas usando registradores de deslocamento 74HC595. Como exemplo, farei um relógio digital com um termômetro e um luxímetro usando seis display de 7 segmentos. Antes de finalmente fazer o circuito de hardware, simulei o circuito no Tinkercad porque muitas conexões estão envolvidas com ele. Uma simulação pode torná-lo mais confiante e você pode finalizar o teste de seu circuito sem qualquer tentativa física e erro. Obviamente, isso o ajudará a economizar seu hardware caro e tempo valioso.

Você pode acessar a simulação aqui:

Etapa 1: salve o hardware da gravação

Como outros circuitos eletrônicos, os circuitos de LED são muito sensíveis à corrente. O LED queima se mais corrente flui do que a corrente nominal (por exemplo, 20mA). A seleção de um resistor apropriado é muito importante para o brilho adequado sem queimar os circuitos ou LEDs.

Os circuitos do Tinkercad têm uma excelente característica. Mostra se mais do que a corrente nominal flui pelos elementos do circuito. No circuito a seguir, conectei um display de sete segmentos diretamente a um registrador de deslocamento sem qualquer resistor. Não é seguro para o registro mesmo para o display de sete segmentos e ambos podem ser queimados por esta conexão. Tinkercad mostra o fato pelas estrelas vermelhas.

No circuito a seguir, adicionei um resistor de 180 ohms a cada segmento do LED. A corrente de cerca de 14,5 mA flui através de cada segmento do display, que é salvo para o display. Mas a partir da simulação, pode-se ver que este valor de resistência não é seguro para o IC. A capacidade máxima de corrente do registrador de deslocamento é 50mA. Portanto, o IC é seguro até três no segmento da tela (14,5 x 3 = 43,5 mA). Se mais de três segmentos se tornarem no IC pode ser queimado (por exemplo, 14,5 x 4 = 58mA). A maior parte do fabricante não dá atenção a esse fato. Eles calculam o valor do resistor considerando apenas o display.

Mas se eles simularem o circuito no Tinkercad a chance de cometer esse erro cai para zero. Porque Tinkercad irá alertá-lo mostrando a estrela vermelha.

Você pode observar a situação ao passar o cursor do mouse sobre a estrela como na figura abaixo.

O design a seguir é perfeito onde eu escolho um resistor de 470 ohms para cada segmento da tela. O esboço do Attache Arduino foi usado ao simular o circuito.

Etapa 2: Meça a tensão, corrente, resistência e forma de onda

Medir a corrente e a tensão é um grande incômodo para o circuito eletrônico, especialmente várias medições paralelas são necessárias. A simulação do Tinkercad pode resolver esse problema com muita facilidade. Você pode medir a tensão e a resistência da corrente com muita facilidade. Você pode fazer isso para vários ramos de uma vez. A configuração a seguir mostra a corrente total e a tensão do circuito.

Você também pode usar um osciloscópio para observar a forma da onda e medir a frequência.

No osciloscópio de configuração acima mostrando o sinal de clock do Arduino. Você também pode medir a corrente e a tensão de vários ramos ao mesmo tempo, o que é muito eficaz. Se você quiser medir vários ramos de corrente ao mesmo tempo usando um multímetro de um circuito prático, será muito difícil. Mas no Tinkercad você pode fazer isso muito facilmente. No circuito a seguir, usei vários amperímetros para medir a corrente de diferentes ramos.

Etapa 3: Gravando Programa e Usando o Monitor Serial

Um dos recursos interessantes e úteis do circuito Tinkercad é que ele tem um editor de código e você pode escrever um programa para Arduino e ESP8266 diretamente de seu ambiente. Você também pode desenvolver um programa usando o ambiente gráfico, selecionando o modo Bloco. É muito útil para criadores e amadores que não têm experiência em programação.

Ele também possui um Debugger integrado de onde você pode depurar seu código. O depurador o ajudará a identificar o bug (erro) em seu código e corrigi-lo (depurar).

O circuito Tinkercad também tem o monitor serial e você pode monitorar o valor do sensor e depurar seu circuito com muita facilidade. O circuito a seguir foi usado para testar o sensor PIR e ultrassônico e on = bservar os dados no monitor serial.

Você pode acessar o circuito pelo link:

Etapa 4: Simulação de um circuito grande e complexo (relógio com termômetro e medidor de lux)

No Tinkercad você pode simular qualquer circuito complexo antes de torná-lo prático. Isso pode economizar um tempo valioso. A chance de errar em um circuito complexo é muito grande. Se você testá-lo no Tinkercad primeiro, ele pode ser muito eficaz porque você sabe que seu circuito e programa funcionarão ou não. A partir do resultado, você também pode modificar e atualizar seu circuito de acordo com suas necessidades.

Simulei um circuito complexo no Tinkercad e é um circuito de relógio com termômetro e luxímetro. O circuito é alimentado por uma bateria de 9V com um regulador de 5V. A exibição de seis, sete segmentos é usada para exibir a hora com hora, minuto e segundo. Quatro botões usando uma única entrada analógica são usados para ajustar o tempo. Uma campainha está conectada para definir o alarme. LM35 IC é usado para mostrar a sensação da temperatura do ambiente. Um sensor de luz ambiente é usado para medir o lux.

Uma chave de botão digital é usada para o pino nº 7 do Arduino. Este botão é usado para alterar a opção. Por padrão, mostra a hora ou funciona no modo de relógio. Para a primeira pressão, mostra a temperatura e mostra o nível de lux para a segunda pressão.

Etapa 5: Implementando com Hardware

Depois de simular o circuito e ajustar o programa e o valor da resistência é o momento perfeito para implementar o circuito de forma prática. Um circuito prático pode ser implementado na placa de ensaio se você quiser fazer um protótipo para exibição em algum lugar. O circuito da placa de ensaio tem algumas vantagens e desvantagens. A principal vantagem do circuito da placa de ensaio é que ele pode ser facilmente modificado e nenhuma solda é necessária para isso. Por outro lado, a conexão do circuito da placa de ensaio pode ser solta com muita facilidade e é muito difícil identificá-la para um circuito complexo.

Se você deseja torná-lo para uso prático, um circuito de PCB soldado é o melhor. Você pode fazer seu próprio circuito PCB em casa com muita facilidade. Nenhuma ferramenta especial é necessária para isso. Se você quiser saber sobre o DIY PCB, você pode seguir estes bons Instructables.

1. PCB feito em casa, passo a passo, recwap.

2. Guia de fabricação de PCB por pinomeleano

Você também pode solicitar online um PCB profissional. Vários fabricantes fornecem serviços de impressão de PCB a um preço muito baixo. SeeedStudio Fusion PCB e JLCPCB são dois provedores de serviços mais proeminentes. Você pode tentar um destes.

[Nota: algumas imagens são coletadas da internet.]

Segundo prêmio no Desafio de Dicas e Truques de Eletrônica