כך בניתי תאורה אוטומטית למקלדת
מעדיפים לעבוד מול המחשב בחושך, לבד? בנו מנורה קטנה וחכמה למקלדת, שמאירה אותה רק כשהאצבעות קרובות למקשים
עקרון הפעולה של ה"רובוט הטמבל" שהוצג כאן בעבר היה פשוט: כאשר חיישן קירבה הרגיש במכשול כלשהו מולו הוא הפעיל ממסר, שהעביר
חשמל מהסוללות למנוע. אותו ממסר יכול היה, באותה מידה, להעביר חשמל לכל רכיב אחר - למשל מנורה. כלומר, אם הייתי מחליף את המנוע של הרובוט בפנס, הייתי מקבל מעין מנורה אוטומטית שנדלקת כשמתקרבים אליה. זה יכול להיות פתרון נהדר לעבודה מול המחשב בחושך, כשצריך להקליד משהו קצר ואין כוח (או שזה מפריע) להדליק אור חזק רק בשביל לראות לרגע את המקלדת.
אלא שעבור מנורת שולחן קטנה, ממסר מכני כמו זה שהיה ברובוט הוא ממש לא אופטימלי. הוא מסורבל פיזית, יקר יחסית, צורך הרבה חשמל ומשמיע קליקים מרגיזים. במנורה שתוצג כאן הגעתי לאותה תוצאה בעזרת פתרון אחר ומקובל הרבה יותר בעולם האלקטרוניקה – טרנזיסטורים.
החומרים
1. חיישן מכשולים אינפרה-אדום ("IR Reflectance Sensor"). מודול זה מאיר ברציפות לפנים באור אינפרה-אדום ומוציא כפלט מתח של 5 וולט. כאשר הוא קולט החזר של האור, מה שאומר בדרך כלל שיש חפץ כלשהו מולו, הוא משנה את המתח ביציאה ל-0 וולט.
2. קטע קצר של פס לדים (led strip - הסוג הכי פשוט וזול, עם צבע אחיד). פסים אלה מותאמים לרוב לעבודה במתח של 12 וולט, ואפשר לגזור אותם לקטעים באורך הרצוי על פי הסימונים שעל הפס עצמו.
3. טרנזיסטור NPN וטרנזיסטור PNP, שיוצגו מיד. כשקונים כמה עשרות מהם באיביי, המחיר יכול להגיע לסנטים ספורים ליחידה, ואפשר להשיג גם בודדים במחיר קצת יותר גבוה בחנויות אלקטרוניקה מקומיות.
4. רכיב מייצב מתח ל-5 וולט, למשל 7805 הוותיק והידוע.
5. קצת חוטי חשמל דקים, נגדים וחיבורים, כמו שאפשר למצוא בכל קיט אלקטרוניקה בסיסי.
מבוא למבוא לטרנזיסטורים
הטרנזיסטור – לא מקלט הרדיו הנייד של סבא, אלא הרכיב האלקטרוני – מגיע במגוון עצום של גדלים, צורות ויכולות, ויש אפילו סוגים שונים של טכנולוגיות שמשמשות ליצירת טרנזיסטורים. המשותף לכולם הוא הפונקציה של בקרה על זרם חשמלי. לטרנזיסטור הטיפוסי יש שלוש "רגליים": אחת לכניסה של זרם חשמלי, אחת ליציאה, ורגל בקרה (נקראת Base או Gate) שקובעת אם יעבור דרכו זרם בפועל או לא. זה שימושי כי בעזרת טרנזיסטורים, רכיב חשמלי חלש ועדין כגון מיקרו-בקר או חיישן קירבה יכול לשלוט בזרמים חשמליים חזקים, שמספיקים למנורות ולמנועים מכל הסוגים.
מבחינת עיקרון הבקרה, הטרנזיסטורים מתחלקים לשני סוגים: NPN (או n-channel) ו-PNP (או p-channel). השמות האלה קשורים לסידור הפנימי של החומרים בתוך הרכיב וזה לא ממש חשוב לנו כרגע. מה שחשוב לזכור הוא שטרנזיסטור NPN פועל באופן האינטואיטיבי, כלומר נותן לזרם לעבור רק שרגל הבקרה מקבלת מתח חיובי, ואילו טרנזיסטור PNP פועל הפוך ודווקא עוצר את הזרם כשהמתח על רגל הבקרה חיובי.
עוד דבר שכדאי לזכור זה שלא טוב להעמיס יותר מדי על רגל הבקרה. כלומר, לא כדאי לחבר אותה ישירות למקור חשמל, אלא דרך נגד מתאים, שיגביל משמעותית את הזרם שעובר אליה.
המילכוד
לכאורה, טרנזיסטור PNP יהיה מושלם עבור התאורה האוטומטית, אם רק נחבר את הפלט של החיישן האינפרה-אדום לרגל הבקרה: כשהחיישן מוציא מתח, הטרנזיסטור לא יעביר זרם והמנורה תישאר כבויה. לעומת זאת, כשנקרב את הידיים למקלדת, החיישן יזהה אותן, ישנה את הפלט שלו ל-0 וולט ואז הטרנזיסטור יופעל ויעביר חשמל לפס הלדים. הבעיה היא שלטרנזיסטורים מסוג PNP יש מגבלה: כדי להפסיק להעביר זרם, חייבים שהמתח ברגל הבקרה יהיה מספיק קרוב למתח ה"ראשי". במקרה שלנו, החיישן נותן רק 5V ואילו פס הלדים עובד על 12V. זה הפרש גדול מדי, ולכן הטרנזיסטור לא יוכל לעצור את הזרם הראשי והמנורה תדלוק תמיד.
אופן ההרכבה
כדי לעקוף את מגבלת המתחים של טרנזיסטור PNP, החלטתי לפרק את הבקרה לשני שלבים. בשלב הראשון, החיישן שולט ישירות בטרנזיסטור PNP ששולט במתח של 5V בלבד: בעצם, הטרנזסיטור הזה ישמש רק להיפוך של האות שמגיע מהחיישן. את היציאה של הטרנזיסטור, שמייצגת עכשיו את האות ההפוך והאינטואיטיבי, אחבר לרגל הבקרה של טרנזיסטור NPN, והוא זה שיעביר את ה-12V לפס הלדים.
דגמי הטרנזיסטורים שבהם השתמשתי נקראים 2N3906 (ל-PNP) ו-2N3904 (ל-NPN). חשוב לציין שאלו הם דגמים חלשים יחסית, והם לא מסוגלים להעביר זרם רב. לפס של לדים ספורים, כמו במנורה שלי, זה מספיק – אבל אם תרצו להפעיל פס לדים ארוך תצטרכו להשיג טרנזיסטורים קשוחים יותר, כגון TIP120 המפורסם בקהילת החובבים.
השרטוט הסכמטי הבא מציג את המעגל החשמלי של התאורה האוטומטית. שימו לב לכוכביות לצד הטרנזיסטורים, שמסמנות את הרגל שמכונה "Collector": רכיבים אלה אינם סימטריים, וחשוב לחבר את הרגל הנכונה לצד הנכון. איך יודעים איזו רגל היא ה-Collector? מעיינים במפרט הטכני של הטרנזיסטור שיש לכם, למשל כאן.
אלמנט אחד נוסף שלא לקחתי בחשבון בתכנון הראשוני הוא הנגד השמאלי באיור, שערכו 100K אום. זהו נגד "pull-up", שמושך למעלה, כביכול, את המתח על רגל הבקרה של טרנזיסטור ה-PNP. תוך כדי עבודה הסתבר שפס הלדים מאיר בעוצמה נמוכה גם כשהחיישן כבר לא רואה כלום, והנגד משמש כאן מעין קפיץ, שסוגר את הברז עד הסוף כל עוד אין כוח ממשי שפותח אותו.
מייצב המתח ("7805"), לוקח את מתח הכניסה הראשי של 12 וולט ומפצל ממנו קו עם מתח של 5 וולטים עבור החיישן וטרנזיסטור ה-PNP. בעיקרון אפשר היה לספק מבחוץ מתחים נפרדים של 12 ושל 5 וולט, אך נוח יותר לתת מתח יחיד ושהגאדג'ט ידאג לעצמו.
באתר המייקרים תמצאו רעיונות וסיוע לפרויקט האלקטרוניקה הבא שלכם. כמו כן, מתקיימת כעת באתר תחרות פרויקטים לקראת חג פורים (כולל פרסים), וכולם מוזמנים להירשם ולהשתתף.
