Externí moduly pro vývojové desky Arduino – přehled

Arduino starter kit
Arduino starter kit

Jak jste se mohli dočíst v několika úvodních článcích, Arduino je modulární platforma pro vytváření řídících, měřících či kontrolních aplikací, jejímž jádrem jsou vývojové desky Arduino – malé, levné a jednoduché mikropočítače, které prostřednictvím svých konfigurovatelných vstupů a výstupů a na ně připojených externích modulů dokáží měřit, řídit a ovládat prakticky vše, co Vás napadne.

Pro návrh Vašich vlastních aplikací, řešení a nápadů je ale dobré mít alespoň základní přehled o tom, jaké moduly jsou pro Vaše projekty k dispozici. Účelem tohoto článku je takový přehled poskytnout.

Na úvod je vhodné konstatovat, že na rozdíl od jiných, uzavřených systémů je systém Arduino zcela otevřený. Moduly, které lze s vývojovými deskami Arduino použít, nejsou na platformu Arduino nijak vázány a nejsou ani její oficiální součástí – jsou to univerzální elektronické desky, jejichž jediným omezením je kompatibilita řídících signálů – buď číslicových signálů v logice TTL (tedy “0” a “1” v napěťových úrovních 0 – 5,0 V, případně u nízkonapěťových modulů připojených přes napěťový konvertor v úrovních 0 –  3,3 V), nebo analogových signálů, opět v rozmezí 0 – 5,0 V.

Většina těchto modulů je k vývojovým deskám připojena jednořadými nebo dvouřadými konektory s rozestupem 2,54 mm (1/10 “), občas se ale setkáte i s konektory s rozestupem 2,0 mm, 1,27 mm nebo se šroubovacími svorkovnicemi.

Pro přehled modulů, které jsou pro Vaše projekty k dispozici, je vhodné si je rozdělit do několika skupin:
– shieldy
– moduly pro komunikaci
– vstupní moduly
– výstupní moduly
– displeje
– prototypová řešení
– a napájecí zdroje.

V následujícím přehledu jsou postupně pro každou skupinu představeny alespoň základní informace s tím, že podrobnější popis jednotlivých modulů naleznete v již odděleně v samostatných článcích na tomto webu.

Shieldy

Arduino Mega2560 + TFT shield
Arduino Mega2560 + TFT 3,9″ shield

Arduino shieldy (“štíty“) jsou funkční moduly s přídavnými obvody nejrůznějšího účelu, které se s vývojovou deskou nepropojují kablíky, ale lze svými konektory na spodní straně shieldu je lze nasadit přímo na konektory některých vývojových desek (v případě shieldů pro desku Arduino Nano se naopak vývojová deska nasouvá shora do konektorů shieldu). Největší počet shieldů je k dispozici pro vývojové desky Arduino Uno a Arduino Leonardo, přičemž většinu těchto shieldů lze použít s vývojovými deskami Arduino Mega2560, kde za nasazeným shieldem zůstane zadní část konektorů na vývojové desce volná; v nabídce jsou ale i shieldy navržené specificky pro Arduino Mega2560 nebo pro Arduino Nano.

Shieldy mohou být navrženy v tzv. „stohovatelném“ provedení („stackable“), kdy lze na řídící desku nasunout postupně několik různých shieldů na sebe (každý z nich musí pochopitelně využívat jiné V/V piny).

A jaké shieldy jsou tedy pro Vaše projekty k dispozici?

V naší nabídce naleznete například

  • univerzální prototypové shieldy s malým univerzálním plošným spojem nebo s malým nepájivým kontaktním polem, které slouží k zapojení Vašich vlastních obvodů a aplikací;
  • senzorové shieldy, které  slouží ke snadnému propojení vývojové desky s externími moduly;
  • terminal shieldy, které vyvádí všechny piny řídící desky na svorkovnici se šroubovými svorkami;
  • komunikační shieldy, určené k připojení vývojové desky k počítačové síti Ethernet konektorem RJ-45 nebo po síti wifi, ke komunikaci v mobilních sítích GSM, pro implementaci satelitní navigace GPS nebo pro propojení vývojových desek mezi sebou, a to na vzdálenost až 60 km;
  • shieldy s displejem – jednak multifunkční desky s několika tlačítky nebo joystickem a buď čtyřmístným sedmisegmentovým displejem, dvouřádkovým alfanumerickým LCD displejem nebo malým grafickým LCD displejem s rozlišením 84 x 48 bodů, jednak TFT shieldy s barevným dotykovým TFT displejem s úhlopříčkou od 2,4 palců, přes 2,8“, 3,6“ až po 3,95 palců. Ovládání dotykového displeje může značně zatěžovat procesor, sestava vývojové desky Arduino Uno s nasunutým dotykovým displejem tak může výhodně sloužit jako oddělená ovládací periferie, připojená k jiné vývojové desce bezdrátově nebo dvoudrátovou sériovou sběrnicí I2C, aniž by toto řešení výrazně zatěžovalo hlavní procesor;
  • výkonové shieldy, určené k  řízení motorů a servomechanismů, pro spínání jiných výkonových zařízení, nebo k ovládání 2-4 relé, umístěných na shieldu, a konečně
  • multifunkční shieldy, navržené buď k jednomu konkrétnímu účelu, třeba
    – budíkový shield, který sdružuje velký sedmisegmentový displej se zálohovanými hodinami reálného času, bzučákem, světelným senzorem, teploměrem a ovládacími tlačítky k sestavení digitálních hodin s alarmem,
    – k emulaci ovladače typu gamepad (PS3 / Xbox / Playstation) s analogovým joystickem a 6 tlačítky,
    – k řízení maticového LED zobrazovače,
    – jako modul pro sběr a záznam dat,
    –  pro komunikaci se zařízeními platformy Android,
    nebo jako multifunkční testovací modul s řadou různých senzorů

Více se o Arduino shieldech dočtete v podrobnějším článku Shieldy pro vývojové desky Arduino .

Komunikační moduly

Pro připojení vývojových desek do sítě Ethernet, pro komunikaci v mobilních sítích GSM, pro využívání sítě satelitní navigace GPS, pro propojování zařízení navzájem optickou nebo radiofrekvenční technologií, pro připojení zařízení pracujícími se standardem Bluetooth nebo pro bezkontaktní komunikaci na krátkou vzdálenost některým ze standardů RFID slouží komunikační moduly. Pro řadu z uvedených funkcí lze využít některý z shieldů popsaných výše, v dalším textu se ale omezíme již jen na samostatné moduly.

V nabídce naleznete například

  • moduly pro připojení do sítě Ethernet
    Modul ENC28J60
    Ethernet modul ENC28J60

    Moduly navržené pro připojení síťovým kabelem jsou osazeny standardní zásuvkou RJ-45. Přenosová rychlost je 10 Mbs, moduly lze ale použít ve všech sítích standardu 10/100/1000 Mbps.
    Alternativu poskytují moduly pro připojení do wifi sítě,  a to buď v provedení s malou wifi anténou integrovanou přímo na plošném spoji modulu, nebo řešení s externí anténou připojenou k modulu kabelem s mikrokoaxiálním konektorem UFL. Všechny uvedené moduly pracují s napájecím napětím 3,3 V a s vývojovou deskou komunikují po sériové sběrnici SPI.

  • moduly pro připojení do sítě GSM

    Modul SIM800L
    GSM modul SIM800L

    Modulů pro komunikaci v sítích GSM lze na trhu nalézt několik desítek, zdaleka ne všechny ale jsou kompatibilní s evropskými komunikačními standardy. V naší nabídce naleznete 2 varianty – levnější řešení s modulem Neoway M590, určené primárně pro SMS komunikaci v sítích 900/1800 MHz, nebo komfortnější alternativu s modulem SIM800L pro pásma 850/900/1800/1900 MHz,  která zvládá datovou komunikaci (GPRS, http server, ftp server) i hlasový výstup. Oba moduly pracují opět s napájecím napětím 3,3 V a v obou případech jsou osazeny UFL konektorem pro připojení externí antény (prutové nebo samolepící na plošném spoji).

  • GPS moduly pro určení polohy
    GPS modul NEO-6M
    GPS modul NEO-6M

    I modulů pro satelitní navigaci lze na trhu nalézt více než 20. Liší se počtem podporovaných GPS systémů, přesností či rychlostí určení polohy. Jednou z cenově přijatelných alternativ je modul s GPS čipem NEO-6M. GPS přijímač pracuje s přesností lepší než 2,5 m, ovládání probíhá opět po sériové sběrnici. Samotný GPS čip pracuje s napájecím napětím 3,3 V, modul je ale vybaven vlastním stabilizátorem napájecího napětí, pracujícím s napětím 5,0 V. Modul je dodáván s pasivní keramickou patch-anténou 25 x 25 mm se ziskem okolo 20 dB, UFL konektorem k němu lze ale připojit i externí anténu.

  • Komunikační moduly 433 MHz
    Komunikační moduly 433 MHz

    Pro jednosměrnou bezdrátovou komunikaci mezi jednotlivými vývojovými deskami lze pro krátkou vzdálenost (několik desítek metrů) použít velmi levné sestavy vysílače a přijímače pracující v pásmech 315 nebo 433 MHz. Moduly nevyžadují jakékoli nastavování a pracují s jednoduchou amplitudovou modulací ASK (vysílá/nevysílá) – dokáží tak přenést pouze základní informaci 0 / 1. Veškeré další funkce (vysílání delšího toku dat, kódování, zabezpečení) již musí řešit obslužný software.

  • Modul NRF24L01 PA/LNA 24GHz
    Modul NRF24L01 PA/LNA 2.4 GHz

    Pro obousměrnou bezdrátovou komunikaci, například mezi dvěma vývojovými deskami, jsou určeny moduly s čipem NRF24L01, pracující na frekvenci 2,4 GHz. Základní verze s anténou umístěnou přímo na plošném spoji modulu a s vyzářeným výkonem 1 mW má dosah několik desítek metrů v otevřeném prostoru. Pro delší vzdálenost – do 1 km v otevřeném prostoru – je určeno provedení PA/LNA (Power Amplifier / Low Noise Amplifier) pracující s vyšším výkonem (do 100 mW vyzářeného výkonu), optimalizovanými signálovými cestami a s externí anténou připojenou klasickým SMA konektorem. Obě provedení modulu komunikují s vývojovou deskou po sériové sběrnici SPI. Moduly pracují s napájecím napětím 3,3 V, signálové vstupy ale tolerují logické úrovně 5,0 V a není tedy třeba používat převodníky úrovní. S výhodou lze využít adaptér, který obsahuje integrovaný stabilizátor 3,3 V a který stačí nasunout na připojovací piny komunikačního modulu.

  • IR přijímač VS1838B
    IR přijímač VS1838B

    Pro propojení vývojových desek mezi sebou optickým signálem na vzdálenost několika metrů lze použít standardní infračervené LED diody a integrovaného přijímače IR dálkového ovládání. Stejnou technologii lze využít i pro ovládání vývojových desek IR dálkovým ovladačem nebo pro ovládání domácích spotřebičů navržených pro ovládání dálkovým ovladačem. Vysílací IR LED dioda s omezovacím rezistorem je zapojena buď přímo na PWM výstupní pin vývojové desky nebo je – pro vyšší dosah – spínána tranzistorem; jako přijímač je použit modul s integrovaným přijímačem IR signálu 38 kHz.

  • HC-05 Bluetooth modul
    Bluetooth modul HC-05

    Pro propojení vývojových desek se zařízeními pracujícími se standardem Bluetooth lze použít některý z Bluetooth adaptérů HC-0x čínské firmy Guangzhou HC IT. Při výběru vhodného adaptéru je třeba se rozhodnout, zda chcete implementovat režim řídícího (Master) nebo podřízeného (Slave) zařízení, případně oboje (Master / Slave). Hybridní 34-pinové adaptéry HC-0x pracují s napájecím napětím 3,3 V a na ploše čipu integrují jak komunikační obvody, tak vysílací a přijímací anténu. Pro připojení k vývojové desce je příslušný adaptér obvykle umístěn na základní desce, která obsahuje napěťový stabilizátor 3,3 V a propojovací konektor. Převodníky úrovní naopak potřeba nejsou, signálové piny adaptérů tolerují logické úrovně 5,0 V.

  • RFID 13,56 MHz MF RC522
    RFID 13,56 MHz  modul RC522 + čipy

    Pro přístupové a identifikační systémy, alarmy a další aplikace naleznou uplatnění zařízení pro bezkontaktní komunikaci na velmi krátkou vzdálenost RFID. Moduly pro komunikaci na frekvenci 125 kHz, resp. 13,56 MHz slouží k bezkontaktnímu čtení (na frekvenci 13,56 MHz i k zápisu) dat ze zařízení s RFID čipem – čipových karet, klíčenek či samolepících čipů s fóliovou anténou, a to na vzdálenost 5 – 15 cm. Samotné informační čipy nemají vlastní napájecí zdroj, napájení pro svoji funkci získávají elektromagnetickou indukcí po přiblížení ke čtecímu zařízení. Kromě samotných komunikačních modulů v nabídce naleznete i kompatibilní čipové karty a klíčenky.

Vstupní moduly

Vstupní moduly slouží ke vstupu, zadání či čtení informací do vývojové desky. Pro první stručný přehled je možné je rozdělit do několika skupin:
 – tlačítka, klávesnice a ovladače,
 – mechanická vstupní zařízení,
 – senzory teploty, tlaku, vzdušné vlhkosti, srážek a prašnosti,
 – senzory intenzity a barvy osvětlení, detektory plamene, optické závory,
 – senzory elektromagnetického pole a zrychlení, elektronické kompasy,
 – senzory intenzity zvuku, ultrazvukové senzory,
 – moduly reálného času,
 – konvertory, a
– moduly pro detekci plynů.

  • Membránová klávesnice
    Membránová klávesnice

    Tlačítka, klávesnice a ovladače
    V této skupině nalezneme moduly s 1 / 2 / 4 / 8 / 12 / 16 membránovými tlačítky nebo mikrospínači (od 12 tlačítek výše obvykle v maticovém zapojení), senzory s 1 / 4 / 8 / 12 dotykovými kapacitními tlačítky (případně kombinované s několika LED diodami), moduly pro připojení klasické počítačové PS2 klávesnice, moduly s analogovým potenciometrem a moduly s otočným inkrementálním ovladačem (nekonečné obousměrné otočné přepínače s tlačítkem).

  • Náklonové čidlo SW-18010P
    Náklonové čidlo SW-18010P

    Mechanická vstupní zařízení
    V této skupině naleznete nárazová a vibrační čidla se rtuťovým spínačem (“prasátkem“), s vibračním pružinovým senzorem nebo s některým z mechanických kuličkových senzorů, a dále kontaktní nárazová čidla s mikrospínačem, mechanická náklonová čidla, modulární i skryté kontakty s jazýčkovým spínačem spínané magnetem, průtokové snímače kapalin nebo spínací čidla výšky hladiny.

  • Senzory teploty, tlaku, vlhkosti, srážek a prašnosti
    Modul MAX6675 + termočlánek typ K
    Modul zesilovače MAX6675 + termočlánek typ K

    Do této skupiny lze zařadit především teplotní čidla – jak klasické termočlánky typu K s rozsahem -200 až 800 °C (včetně modulu se zesilovačem), moduly pro připojení NTC termočlánků, analogové polovodičové teploměry LM35D 0 – 5,0 V (rozsah -40 až 110 °C) i číslicové dvoudrátové teploměry Dallas DS18B20 (-50 až 125 °C, +- 0,5 °C), a to i ve vodotěsném třídrátovém provedení, i kombinovaná digitální čidla teploty a vlhkosti DHT11 / DHT22.

    IR teploměr MLX90614
    IR teploměr MLX90614

    V nabídce naleznete i bezdotykové infračervené teploměry MLX90614 (rozsah -70 až 380 °C), několik typů čidel půdní vlhkosti, několik typů senzorů pro indikaci atmosférických srážek, optická čidla pro měření prašnosti ovzduší i digitální barometrické čidlo BMP180 (rozsah 300 až 1100 hPa, což odpovídá výšce od -500 do 9.000 mnm, s přesností 0,25 m).

  • Senzory intenzity a barvy osvětlení, detektory plamene, optické závory
    Modul LM393 photoR
    Modul světelného čidla

    V této skupině naleznete jak klasická čidla intenzity osvětlení s fototranzistorem nebo fotoodporem (buď samostatná nebo se zesilovačem a nastavitelným komparátorem k úpravě tvaru signálu) v běžném i v průmyslovém provedení, tak moduly detekce plamene i několik druhů digitálních čidel intenzity a spektrálního složení světla, komunikujících po sériové sběrnici I2C.

    I2C čidlo osvětlení BH1750FVI
    I2C čidlo osvětlení BH1750FVI

    V oblasti optických čidel naleznete i reflexní i transmisivní optické závory, optická reflexní čidla pro vyhodnocení blízkosti překážek či sledování čáry nebo infračervená alarmová PIR čidla s prostorovým úhlem pokrytí 100°. Na optickém principu (transmise IR paprsku tělesnou tkání) pracují i čidla pro vyhodnocení srdečního pulsu. Posledním modulem z této skupiny je digitální optické čidlo pro zpracování IR signálu dálkového ovládání o frekvenci 38 kHz.

  • Senzory elektromagnetického pole a zrychlení, elektronické kompasy
    Digital magnetic sensor
    Magnetický senzor

    První skupinou modulů v této skupině jsou senzory pro měření intenzity elektromagnetického pole pracující s polovodičovým čidlem na principu Hallova jevu, a to jak analogové (velikost napětí odpovídá intenzitě elektromagnetického pole), tak číslicové, kdy logický signál na výstupu indikuje překročení nastavené intenzity elektromagnetického pole.

    9+1 axis gyro-emg-acc-press module
    Modul 10-osého kompasu/ gyroskopu/akcelerometru

    Druhou skupinou obvodů jsou elektronické kompasy, gyroskopy a měřiče zrychlení. Ve většině případů se jedná o kombinované 3-osé prostorové senzory, které dokáží velmi přesně změřit a po sériové I2C sběrnici předat aktuální hodnoty orientace senzoru v prostoru vzhledem k počáteční poloze (gyroskop), aktuální hodnoty zrychlení (akcelerometr) a/nebo aktuální orientaci vzhledem k magnetickému poli Země (elektronický kompas). Na modulu může být integrován i velmi přesný senzor atmosférického tlaku pro určení výšky, případně i signálový procesor pro číslicovou filtraci výstupních dat.

  • UZ senzor HC-SR04
    Ultrazvukový měřič vzdálenosti HC-SR04

    Zvukové senzory
    Do této skupiny lze zařadit jednak měřiče intenzity zvuku s analogovým i digitálním výstupem v několika různých citlivostech, jednak ultrazvukové měřiče vzdálenosti, které dokáží velmi jednoduchým algoritmem změřit vzdálenost k pevnému objektu, případně k hladině kapaliny, a to na vzdálenost od 2 cm do 3 – 4 m s přesností 0,1 %. Modul je napájen standardním napájecím napětím 5,0 V.

  • Moduly pro zabezpečení reálného času
    RTC DS3231
    Modul RTC DS3231

    Vývojové desky Arduino sice po zapnutí dokáží relativně přesně sledovat časové intervaly, avšak nedisponují žádným obvodem, který by dokázal udržet aktuální čas i po vypnutí napájení. Dlouhodobá časová přesnost rezonátoru na vývojové desce mimoto není nijak velká – je-li hodinový kmitočet vývojové desky řízen keramickým rezonátorem, počítejte s časovou odchylkou okolo 1 minuty za den – to dělá půl hodinu každý měsíc (je-li deska řízena krystalem, je může být odchylka do 10 vteřin za den, tedy okolo 5 minut za měsíc). Pokud tedy má Vaše aplikace mít schopnost udržet reálný čas, je nutno k vývojové desce přidat externí modul. V nabídce jsou dvě varianty – modul s RTC obvodem Dallas DS1307 s přesností okolo +- 1 min/měsíc, a o něco přesnější modul s teplotně kompenzovaným krystalovým oscilátorem a obvodem Dallas DS3231 s odchylkou do cca 5 s / měsíc. Oba obvody komunikují s vývojovou deskou po sběrnici I2C, po stejné sběrnici lze zapisovat a číst data z paměti EEPROM 32 kB, která bývá na modulu rovněž osazena.
    Napájení obou modulů je zálohováno malou knoflíkovou baterií typu 2032, která vydrží obvykle 4-5 let. Na tomto místě je ale třeba upozornit na závažné bezpečnostní riziko. Oba moduly jsou navrženy pro použití dobíjecího článku LiR2032, který je pod standardním napájením dobíjen proudem cca 10 mA. Dobíjecí články LiR jsou ovšem více než 20x dražší a hůře dostupné než standardní CR2032, většina prodejců (včetně některých prodejců v České republice) obvod proto dodává buď s primárním článkem CR2032, nebo zcela bez něj a instalaci baterie nechá na Vás, aniž by Vám řekli, jaký článek je nutno použít. Pokud do modulu zasunete běžný článek CR2032, který není na dobíjení navržen, s vysokou pravděpodobností dojde po nějakém čase k explozi dobíjecích par natlakovaných uvnitř článku a ke zničení – v lepším případě – “jen” RTC modulu. Řešení je dvojí – buď si seženete dobíjecí článek LiR2032,  nebo si upravíte/necháte upravit/ zakoupíte upravený modul, který má dobíjecí obvod vyřazen (úprava spočívá v odstranění 3 SMD součástek a zapájení jedné zkratovací SMD propojky). RTC modul má ostatně v klidovém stavu tak malý odběr, že použití dobíjecích článků je prakticky zbytečné.

  • Konvertory
    Modul ADS1115
    Modul AD převodníku ADS1115

    Do skupiny konvertorů lze zařadit přesné analogově/digitální převodníky – vývojové desky Arduino pracují s přesností AD převodu 10 bitů, což pro přesné aplikace nemusí stačit. K výběru jsou například modul HX711 (převodník určený pro tenzometrický můstek se 2 kanály / 24 bitů) nebo modul ADS1115 (4 kanály / 16 bitů, 850 sps, komunikace po sériové sběrnici I2C), nebo modul PCF8591 pro jednoduché rozšíření počtu analogových kanálů vývojové desky (4 kanály / 8 bitů, komunikace I2C). Do stejné skupiny patří i analogové multiplexery pro rozšíření počtu analogových kanálů (modul 16ti-kanálového multiplexeru CD74HC4067).

    ECG amplifier AD8232
    EKG biozesilovač AD8232

    Velmi zajímavými obvody jsou biozesilovače určené pro zpracování nízkonapěťových biologických signálů. Příkladem je modul AD8232, na jehož čipu jsou integrovány kompletní vstupní obvody pro realizaci jednosvodového EKG, včetně nízkofrekvenčních a vysokofrekvenčních filtrů, obvodů detekce odpojených elektrod a obvodů pro rychlou obnovu signálu.  Hodnota CMRR je 80 dB, obvod je vhodný pro zapojení se 2 nebo 3 snímacími elektrodami. Napájení obvodu je 3,3 V. Zesilovač je nabízen jak samostatně, tak s tříelektrodovým kabelem a setem samolepících elektrod.

    4 channel level converter
    4-kanálový převodník úrovní 3,3/5,0 V

    V nabídce modulů naleznete i napěťové děliče 1:5 pro měření velikosti napětí až do 25 V, proudové převodníky pro snadné měření proudu v rozsahu 3 A / 5 A / 20 A / 30 A, měřící jak odporovou, tak indukční metodou, kombinované převodníky pro současné měření napětí i proudu, a také 2 nebo 4 kanálové obousměrné převodníky napěťových úrovní (level shifter / level convertor) 3,3 / 5,0 V pro datovou komunikaci mezi vývojovou deskou, pracující s napájecím napětím 5,0 V, a externími moduly, které pracují s napájecím napětím 3,3 V.

  • Moduly pro detekci plynů
    MQ-5 CO detector
    Detektor CO MQ-7

    Poslední skupinou vstupních modulů jsou detektory MQ-x pro detekci a měření koncentrace celé řady plynů včetně CO, CO2, O2, H2, NO2,  alkoholu, butanu, metanu, propanu, hexanu, benzínu či LPG. Plynové detektory ovšem nejsou citlivé specificky pro jeden jediný konkrétní plyn – vždy se jedná citlivost na kombinaci několika plynů, a to v různých koncentracích, při výběru vhodného detektoru je tedy vždy nutno podle tabulky parametrů určit nejvhodnější typ. Citlivost na jednotlivé plyny lze navíc v širokých mezích regulovat potenciometrem na druhé straně modulu.

    MQ-3 alcohol detector
    Detektor alkoholu MQ-3

    Rovněž je vhodné poznamenat, že detektory nejsou příliš vhodné pro přenosné bateriové přístroje – jednak proto, že čidla pro svoji činnost vyžadují zahřátí detekčního čipu na pracovní teplotu, které by bateriové napájení brzo vyčerpalo, jednak proto, že k ustálení parametrů dochází až po delší době, řádově po několika hodinách.
    I v případě MQ-x modulů odkazujeme pro detaily na samostatný článek.

Výstupní moduly

Výstupní moduly konceptu Arduino slouží většinou jako výkonové posílení výstupních pinů výkonových desek, v nabídce jsou ale i zvukové výstupy, LED moduly či adaptéry pro připojení paměťových karet.

Pro stručný přehled lze výstupní moduly opět rozdělit do několika skupin:
 – reléové moduly a výkonové spínače,
 – moduly pro ovládání motorů,
 – zvukové moduly,
 – LED moduly, a
 – moduly pro připojení paměťových karet.

  • Reléové moduly a výkonové spínače
    2relay module
    2-kanálový relé modul

    V nabídce spínacích modulů naleznete jak nejmenší desky s jedním relé schopným spínat až 10 A / 250 VAC, tak moduly s několika – až 8 nebo 16 – relé, v případě potřeby s opticky odděleným spínacím obvodem nebo s napájením ze zdroje 12 V, aby nebylo nutno zatěžovat 5 V zdroj vývojové desky. K dispozici jsou i moduly s výkonovými relé pro spínání proudu až 30 A (opět s napájením 5 nebo 12 V) nebo desky s polovodičovými relé SSR (Solid State Relay), která spínají obvykle proudy do 230 VAC / 2 A. Výhodou SSR spínačů je vyšší spolehlivost, výrazně menší úroveň rušení a rychlejší frekvence spínání, nevýhodou vyšší cena.

    IRF520 module
    Modul spínače IRF520

    Posledním typem spínače jsou polovodičové výkonové spínače MOSFET IRF 520 / IRF 540, které je možno použít například pro ovládání stejnosměrných motorů, výkonových LED diod nebo 12 V LED modulů a pásků s použitím PWM regulace svítivosti. Maximální proud spínače 1 A (v případě modulu bez chladiče), resp. 3 A (pro moduly s chladícím profilem) obvykle postačí k napájení 1 m, resp. 3 m pásku s 60, resp. 180 SMD LED diodami typu 5630 s nejvyšší svítivostí.
    .

  • Moduly pro ovládání motorů
    VNH2SP30 motor module
    Modul řízení ss motoru VNH2SP30 40 V / 30 A

    Výstupní moduly pro ovládání motorů jsou určeny k ovládání stejnosměrných nebo krokových motorů se spotřebou až 45 V / 2A. V případě ovládání stejnosměrných motorů je samozřejmostí jak regulace výkonu, tak změna směru otáčení. Při řízení krokových motorů lze zvolit i moduly s možností mikrokrokování (až 1/64).
    Výkonové spínače k řízení servomotorů jsou obvykle vestavěny v elektronice serva, takže tyto pohony lze řídit přímo PWM výstupními piny vývojových desek bez nutnosti propojování externích modulů (v případě ovládání většího počtu serv se ale vyplatí instalace senzorové desky nebo shieldu, která duplikuje potřebné napájecí kontakty). V nabídce jsou ale i rozšiřující moduly řízené po sběrnici I2C, které dokáží samostatně ovládat až 16 dalších servomotorů s krokem 1/4096, aniž by obsazovaly výstupní piny vývojové desky.

  • Zvukové moduly
    Buzzer module
    Modul bzučáku

    Ke zvukové komunikaci s uživatelem poslouží některý ze zvukových modulů.
    Výpočetní kapacita vývojových desek Arduino nepostačuje k tomu, aby bez hardwarové podpory byly schopny přehrávat zvukové soubory, ať už v klasickém nekomprimovaném formátu nebo v kódování mp3. Můžete ale jednoduchým bzučákem (buzzer, beeper) přehrát pípnutí či kliknutí o dané frekvenci. Tyto bzučáky mohou být buď “aktivní“, kdy je výška tónu pevně dána konstrukcí bzučáku (aktivní bzučák má jednodušší ovládání, pro generování zvuku stačí ovládací vstup bzučáku uzemnit), nebo “pasivní“, kdy je tón generován programem – ty jsou sice složitější na obsluhu, výšku tónu si ale můžete určit sami.

    WTV020SD mp3 player
    Přehrávač mp3 WTV020SD

    Alternativou jsou hardwarové přehrávače zvuku, pracující se zvukovými soubory typu wav / mp3 / ad4. Přehrávané zvukové soubory jsou uloženy v paměti přehrávače nebo v připojené paměťové kartě. Přehrávání souborů je přitom možné jednoduše ovládat z vývojové desky. Tyto moduly je lze v případě potřeby doplnit i miniaturním, digitálně ovládaným zvukovým zesilovačem.
    .

  • LED moduly
    LED matrix 8x8
    LED maticový zobrazovač 8 x 8

    Vedle klasických LED pásků, jejichž světelnou intenzitu lze řídit PWM modulací pomocí modulů s MOSFET spínačem IRF520/IRF540, mohou Vaše aplikace využívat i samostatných modulů s jednobarevnou nebo několikabarevnou LED diodou v provedení SMD nebo klasickém PTH, a to v průměru od 3 do 10 mm. K dispozici jsou i maticové LED zobrazovače s maticí 8×8 LED diod, řízené po sériové sběrnici SPI (jedno- nebo i vícebarevné), nebo několikamístné sedmisegmentové displeje v různých velikostech, řízené po sériové sběrnici I2C.

    Modul WS2812
    LED Modul WS2812

    Zajímavou aplikací jsou ale i vícebarevné SMD LED diody s čipy WS2812. Tyto miniaturní moduly, které mají v jednočipovém provedení rozměr pouze 8 x 10 mm, obsahují tříbarevnou SMD LED diodu 5050, řízenou integrovaným digitálním řadičem. Pro nastavení jasu každé ze tří LED diod na čipu (červené, zelená a modré) stačí do modulu poslat po sériové lince 3 řídící byty, z nichž každý nastaví jas příslušné diody v krocích od 0 do 255. Pokud ihned potom následují další data, jsou čipem ignorovány a přeposlány dále dalšímu modulu v řadě. Tímto způsobem lze jediným řídícím vodičem ovládat prakticky nekonečný počet modulů.

  • Moduly pro připojení paměťových karet
    Modul µSD karty
    Modul µSD karty

    Poslední skupinou výstupních zařízení jsou moduly pro připojení paměťových karet. Nejčastěji se setkáte s moduly pro komunikaci s µSD kartami, které kromě slotu pro kartu obsahují jak napájecí obvody (SD karty pracují s napájecím napětím 3,3 V), tak konvertory napěťových úrovní 3,3 / 5,0 V.

Displeje

Displeje jsou většinou primárním způsobem komunikace Vašich aplikací s uživatelem. Vývojové desky nedisponují žádným standardním konektorem pro připojení zobrazovací jednotky, takže i v tomto případě je nutno použít běžné vstupní/výstupní piny vývojových desek. V následujících odstavcích jsou popsány základní skupiny zobrazovačů a displejů, které můžete použít s vývojovými deskami Arduino. Zároveň je ale vhodné zmínit, že řada zobrazovacích jednotek je součástí specializovaných shieldů, které již byly popsány v úvodu článku.

Displeje, které můžete pro komunikaci s uživatele použít, lze rozdělit do několika skupin:
 – 1 – 4 řádkové alfanumerické LCD displeje;
– LED maticové a sedmisegmentové displeje;
 – malé grafické LCD / OLED displeje; a
 – dotykové TFT displeje.

  • Alfanumerické LCD displeje

    LCD 1602
    LCD displej 1602 2 x 16 znaků

    Alfanumerické LCD displeje jsou nejčastějším typem zobrazovače, používaného s vývojovými deskami Arduino. Důvodem je jak relativně nízká cena, tak snadné programové řešení. V praxi se nejčastěji setkáte s podsvícenými displeji v konfiguraci 2 x 16 znaků nebo 4 x 20 znaků v černozelené nebo bílomodré barvě, s velikostí znaku 5,5 x 3 mm. Rozměry displeje (bez instalačního plošného spoje) jsou od 23 x 71 mm (2 x 16 znaků) do 40 x 100 mm (4 x 20 znaků).

    LCD 2004
    LCD displej 2004 4 x 20 znaků

    Na trhu jsou i zobrazovače v jiných konfiguracích, od malého jednořádkového displeje s 8 znaky až po 6 x 20, 2 x 40 nebo 2 x 80 znaků, vzhledem k výrazně vyšším cenám a odlišnému zapojení konektoru je ale jejich použití minimální. To samé platí i pro nepodsvícené displeje – jejich cena je prakticky shodná (leckdy vyšší) v porovnání s lépe čitelnou podsvícenou variantou; v případě požadavku na nižší spotřebu modulu lze ostatně podsvícení kdykoli vypnout.

    LCD I2C interface
    I2C interface pro připojení LCD displeje

    K ovládání displeje je potřeba 6 nebo 10 výstupních pinů vývojové desky, ve většině aplikací se ale vyplatí přímo na piny zobrazovače připájet převodník na sériovou sběrnici I2C nebo zakoupit displej již s uvedeným převodníkem. Modul I2C převodníku je navržen specificky pro uvedené LCD displeje a jeho použití představuje relativně výrazné zjednodušení zapojování při minimálním nárůstu ceny.

  • LED maticové a sedmisegmentové displeje

    8x7 segment display
    Modul 8 x 7-mi segmentového LED displeje

    LED zobrazovače byly zmíněny již v předchozí skupině výstupních modulů – jen pro úplnost tedy dodáme, že k dispozici jsou jak LED maticové zobrazovače s maticí 8 x 8 LED diod, řízené po sériové sběrnici SPI, tak čtyř- nebo osmimístné sedmisegmentové displeje, řízené po sériové sběrnici I2C.

  • Grafické LCD / OLED displeje

    LCD 5110
    Zobrazovač LCD 5110

    V případě požadavku na grafický výstup při minimálních rozměrech lze doporučit levný černobílý LCD grafický displej 84 x 48 pixelů. Displej bývá označen buď jako LCD8448 nebo jako LCD 5110 – jedná se původně o displej z legendární Nokie 5110 / 3310. Celkové rozměry jsou cca 45 x 45 mm, rozměry zobrazované plochy cca 28 x 20 mm. Displej je ovládán po sériové sběrnici SPI. Při připojování dejte pozor na zapojení konektoru – displeje se vyskytují v řadě modifikací s odlišným pořadím pinů.

    OLED 128 x 64
    OLED displej 128 x 64

    O něco dražší alternativou je miniaturní grafický OLED displej s rozlišením 128 x 64 pixelů. Tyto OLED displeje se vyrábí v jednobarevném provedení s bílými pixely na tmavomodrém podkladě nebo v dvoubarevné verzi s modrými a žlutými pixely. Displej má plochu pouhých 14 x 25 mm, vzhledem k OLED technologii má však velmi dobrou ostrost a čitelnost. Rozměry modulu jsou přibližně 30 x 40 mm, displej je ovládán velmi jednoduše po dvoudrátové I2C sběrnici.

    Oba uvedené displeje pracují s napájením 3,3 V.

  • Dotykové TFT displeje
    TFT 2,4" shield
    TFT 2,4″ Arduino shield

    Poslední, uživatelsky nejkomfortnější, avšak také nejdražší a nejnáročnější na programování, jsou barevné dotykové TFT displeje. Vzhledem k rozměrům, počtu připojovacích pinů  i výpočetní náročnosti je vhodné pro tyto displeje vyhradit samostatnou vývojovou desku, která bude bezdrátově nebo po sériové sběrnici komunikovat s řídící vývojovou deskou Vašeho systému – proto je převážná většina displejů řešena ve formě shieldů pro Arduino Uno.

    TFT 3,95" shield
    TFT 3,95″ Arduino shield

    Pokud pomineme nejmenší moduly mezi 1,4″ a 2,0″, u kterých vzhledem k rozměrům aktivní plochy postrádá smysl dotykový displej, a displeje s úhlopříčkou nad 4″, jejichž cena je již mimo rozsah platformy Arduino, začíná nabídka s displejem 2,4″ a rozlišením 240 x 320 pixelů (aktivní plocha 36 x 48 mm). K dispozici jsou i displeje 2,8″ se stejným rozlišením (aktivní plocha 44 x 58 mm), displej 3,2″  s rozlišením 240 x 320 pixelů (aktivní plocha 49 x 65 mm), nebo displej 3,6″  s rozlišením 240 x 400 pixelů (aktivní plocha 49 x 77 mm). Konečně 3,95″ TFT displej s rozlišením 320 x 480 pixelů a aktivní plochou 52 x 86 mm je s orientační cenou pod 600,- Kč pravděpodobně ideálním řešením například pro domácí automatizaci, programovatelné automaty a podobně.

Prototypová řešení

Pro vývoj Vašich aplikací na platformě Arduino máte v zásadě čtyři možnosti:

  • vytvořit jen velmi omezenou aplikaci, ve které využijete pouze ty obvody, které jsou buď součástí vybrané vývojové desky, případně jsou osazeny na shieldu, který bude do vývojové desky zasunut;
  • ponechat ne zcela optimálně všechny moduly volně v prostoru (nebo je přichytit k nějaké základně) a propojit je drátky a kablíky, které zapájíte přímo do modulů a desek;
  • navrhnout (a vyrobit) jednoúčelový plošný spoj, který bude jednotlivé moduly propojovat; všechny desky a moduly pak do plošného spoje zapájíte konektory na jejich spodní straně. K tomuto řešení se dají využít i univerzální plošné spoje, na kterých spoje vytvoříte ručně;
  • a konečně, využít tzv. nepájivého propojovacího pole, tedy plastové základny s bloky elektricky propojených kontaktů ve čtvercovém rastru 2,54 mm (1/10″), do kterých můžete jak zasunout jednotlivé moduly, tak piny DuPont propojovacích kablíků.

Nepájivá propojovací pole

Prototypová deska 25 pin
Nepájivé pole 25 pinů

Nepájivá propojovací pole (často se setkáte s anglickým názvem breadboard) se vyrábí v několika velikostech:
– nejmenší s 25 piny (5 x 5 kontaktů) o rozměru 15 x 20 mm, vhodné například pro připojení teplotního nebo vlhkostního senzoru s přívodním kabelem, propojení napájecího vedení nebo zapojení jedné LED diody s omezovacím rezistorem. Na spodní straně výlisku jsou 2 piny kompatibilní se systémem LEGO.

Prototypová deska 170 pinů
Nepájivé pole 170 pinů

– malé propojovací pole se 170 piny (2 x 17 x 5 kontaktů) o rozměru 34 x 45 mm. Propojovací pole má na spodní straně umístěnu oboustrannou samolepící fólii. Propojovací pole lze umístit také mezi konektory prototypových shieldů pro Arduino Uno nebo Arduino Mega. Některé verze mají po obvodu umístěny plastové západky pro spojování jednotlivých modulů k sobě.

Prototypová deska 400 pinů
Nepájivé pole 400 pinů

– základní velikost propojovacího pole se 400 kontakty a rozměrem 35 x 82,5 mm (bez napájecích sběrnic), resp. 55 x 82,5 mm (s napájecími sběrnicemi). Ve středu propojovacího pole je umístěno 2 x 30 x 5 kontaktů, po obou stranách pak 2 oddělitelné napájecí sběrnice, každá s 2 x 25 piny. Na spodní straně propojovacího pole je umístěna samolepící fólie, na všech 4 bocích jsou plastové západky sloužící ke spojování jednotlivých polí k sobě.

Prototypová deska 830 pinů
Nepájivé pole 830 pinů

– a konečně zvětšené propojovací pole s 830 kontakty a rozměrem 35 x 165 mm (bez napájecích sběrnic), resp. 55 x 165 mm (s napájecími sběrnicemi). Propojovací pole má ve středu 2 x 63 x 5 kontaktů, po obou stranách pak oddělitelné napájecí sběrnice, každá s 2 x 50 piny. I zde je na spodní straně umístěna samolepící fólie, po delších stranách jsou plastové západky pro spojování jednotlivých polí k sobě.

K propojování obvodů na nepájivém propojovacím poli slouží ohebné DuPont kablíky o délce 10 nebo 20 cm. Kablíky jsou na koncích ukončeny piny nebo dutinkami. Kablíky lze koupit i po jednom, výrazně levněji ale přijdou sety se 40 oddělitelnými kablíky v jednom svazku. Alternativně lze k propojování použít běžné telefonní drátky 0,6 mm, zakoupit se dá i set s několika desítkami předem nastříhaných a naohýbaných propojek v různých délkách. Do dutinek nepájivého propojovacího pole lze také zasunout vývody běžných elektronických součástek (s výjimkou výkonových tranzistorů, velkých elektrolytických kondenzátorů nebo šroubovacích svorkovnic).

Breadboard power supply
Napájecí zdroj pro nepájivé propojovací pole

K napájení sestav zapojených na nepájivém propojovacím poli lze využít napájecích modulů se stabilizátory 5,0 V a 3,03 V, které se piny na spodní straně nasunou do kontaktů postranních napájecích lišt.

Univerzální plošné spoje

Universal pcb
Univerzální plošné spoje

Pokud se rozhodnete svoji aplikaci realizovat na univerzálním plošném spoji, máte na výběr řadu velikostí s rozměry od 2 x 8 cm až po 9 x 15 cm. Většina univerzálních plošných spojů obsahuje pouze sestavu propojovacích bodů v rastru 2,54 x 2,54 mm – propojení mezi jednotlivými pájecími body je už na Vás. Můžete k tomu využít jak drátků a kablíků, umístěných po obou stranách plošného spoje, tak cínových můstků mezi jednotlivými pájecími body, které snadno vytvoříte roztavením většího množství pájecího drátku. Pro Vaše aplikace velmi doporučujeme použití oboustranného plošného spoje s prokovenými otvory – u jednostranného plošného spoje nebo oboustranné desky bez prokovených otvorů Vám po druhém či třetím pokusu začnou pájecí plošky spolehlivě odpadat :)

Napájecí zdroje

Poslední skupinou modulů popisovaných v tomto článku jsou napájecí zdroje.

Stejně jako každé jiné elektronické zařízení, i moduly systému Arduino potřebují elektrické napájení. V zásadě máte možnost zvolit bateriové či akumulátorové napájení, napájení ze síťového zdroje či solární panely.

Bateriové a akumulátorové zdroje

Bateriové adaptéry
Bateriové adaptéry

V případě bateriového napájení se jako možný zdroj nabízí baterie nebo akumulátory typu AA, AAA, 9 voltové destičkové baterie nebo dobíjecí články Li-ion 18650 3,7 V. Ve všech případech jsou pro Vaše aplikace k dispozici adaptéry pro jeden či více uvedených článků, zakončené buď kabelem nebo zásuvkou 5,5 / 2,1 mm, která je v systému Arduino standardně používána pro připojení napájení.

Modul nabíjení Li-ion aku
Modul nabíjení akumulátorů Li-ion

Bateriové adaptéry je možno použít i v případě, kdy bude výsledné napětí mimo požadované hodnoty – v takovém případě je zapojení doplněno buď lineárním stabilizátorem či sestupným napěťovým měničem pro snížení napětí nebo vzestupným napěťovým měničem pro zvýšení napětí na potřebnou hodnotu – viz dále v textu.

V případě použití dobíjecích akumulátorů jsou k dispozici síťové nabíječky, samostatné moduly pro nabíjení Li-iontových akumulátorů, ale třeba i jednoúčelové testery pro kontrolu a testování Li-iontových akumulátorů.

Síťové napájení

Síťový adaptér 230VAC
Síťový adaptér 230 VAC

V případě napájení ze síťového zdroje 230 VAC je možno použít buď adaptér do zásuvky (případně u vyšších výkonů oddělený napájecí adaptér se síťovým přívodem) nebo spínaný modulární zdroj k vestavbě do Vašeho zařízení (při vestavbě do Vašeho zařízení se už na provedení vztahují požadavky příslušných norem pro elektrickou bezpečnost). Jak zásuvkové adaptéry, tak modulární spínané zdroje jsou k dispozici s výstupním stabilizovaným napětím 5,0 / 9,0 / 12,0 / 24,0 V ve výkonech od 5 do 120 W.

Spínaný zdroj 12V 5A
Spínaný zdroj 12 V 5 A

5 V adaptéry jsou vhodné pro napájení vývojových desek bez vlastního stabilizátoru, 9 V zdroje pak pro vývojové desky, na kterých je stabilizátor osazen (pro rozsáhlejší projekty je ale obvykle nutno i tak přidat další stabilizátor +5,0 V pro napájení externích modulů). 12 V zdroje – ať už zásuvkové adaptéry nebo modulární spínané zdroje – použijete nejčastěji v případě, kdy chcete na platformě Arduino spínat a regulovat osvětlení LED pásky. Další podrobnosti o volbě napětí pro Vaši aplikaci si můžete přečíst v článku o napájení pro platformu Arduino.

Solární napájení

Solární panel 18V 4,5W
Solární panel 18 V 4,5 W

V případě volby solárního napájení pro Vaši aplikaci jsou k dispozici jak solární panely v řadě velikostí, výkonů i typického napětí, tak vhodné Lithium-iontové akumulátory. Pro řízení solárního napájení lze použít jednoúčelové řídící moduly navržené specificky pro tuto funkci, nebo naprogramovat řídící algoritmus jako součást Vašeho programu a řízení ponechat na vývojové desce a 2 externích polovodičových spínačích.

Stabilizátory, napěťové měniče

Poslední část dnešního článku je věnována lineárním stabilizátorům a napěťovým měničům. Oba druhy modulů se používají k úpravě napájecího napětí na potřebnou velikost.

Stabilizátor 5.0V AMS1117
Stabilizátor 5.0 V AMS1117

Lineární stabilizátory napětí jsou nejjednodušším typem stabilizátoru, který napájecí napětí sníží na nastavené výstupní napětí a tuto hodnotu napětí udržuje i při změně napětí na vstupu. Pro menší výkony se obvykle skládají z jediného integrovaného obvodu, typicky se třemi vývody (vstup / výstup / zem), případně i z připojených blokovacích a filtračních kondenzátorů na vstupu a na výstupu. V případě platformy Arduino se nejčastěji setkáte s pevně nastavenými lineárními stabilizátory 5,0 V a 3,3 V.

Stabilizátor 3.3V AMS1117
Stabilizátor 3.3 V AMS1117

Nevýhodou lineárních stabilizátorů je jednak požadavek, aby pracovní napětí na vstupu stabilizátoru bylo vždy alespoň o 1 – 2 V vyšší než napětí na výstupu, jednak vysoký ztrátový výkon,  je-li vstupní napětí naopak příliš vysoké. V takovém případě se všechna přebytečná energie se mění v teplo – pokud například 5,0 V stabilizátor s odběrem 1 A napájíte ze zdroje 15 V, je výstupní výkon 5 W (5 V x 1 A), ale ztrátový výkon, který se přemění na teplo, je dvojnásobný – 10 W (10 V x 1 A). Jakmile je tedy rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím vyšší než 5 – 6 V, vyplatí se již nahradit lineární stabilizátor napěťovým měničem.

Napěťové měniče – na rozdíl od lineárních regulátorů – fungují jako elektronické transformátory – vstupní napětí je bez ohledu na jeho velikost převedeno na výstupní stabilizované napětí s relativně vysokou účinností, až 98 %. Princip činnosti spočívá v tom, že vstupní napětí je ve velmi krátkých časových intervalech – s frekvencí desítek až stovek kHz – “rozsekáno” na malé kousky, kterými je “nabíjen” nějaký elektronický prvek v obvodu schopný krátce udržet energii – buď kondenzátor nebo cívka. Velikost napětí na výstupu je pak dána poměrem intervalů zapnutí a vypnutí.  Měniče obvykle obsahují i regulaci výstupního napětí nebo proudu, takže pracují i jako stabilizátory. V praxi se setkáte s napěťovými měniči, které dokáží vstupní napětí snížit (sestupný měnič neboli step-down / buck converter), zvýšit (vzestupný měnič neboli step-up / boost converter), nebo jak snížit, tak zvýšit, podle požadavku napětí na výstupu (vzestupný/sestupný měnič neboli buck/boost converter).

Sestupné napěťové měniče (step-down / buck converters)

převádí vstupní napětí na nižší. Počítejte s tím, že i když je ve specifikacích uvedeno jak vstupní, tak výstupní napětí v širokém rozsahu, musí být zároveň napětí na vstupu měniče obvykle o 1,5 – 2,0 V vyšší než napětí na výstupu.

Mini 360 MP2307DN buck converter
Sestupný měnič MP2307DN

Nejmenší měnič v nabídce má rozměr pouze 1 x 2 cm a váhu 1,5 gramu. Měnič pracuje na frekvenci 340 kHz a s účinností až 95 % je schopen převést vstupní napětí 5 – 23 V na výstupní napětí 1 – 20 V při proudu do 3 A (nárazově až 4 A). Velikost výstupního napětí se nastavuje otočným odporovým trimrem na plošném spoji.

XL4015E buck converter
Sestupný měnič XL4015E

O pár úrovní výše je naopak jeden z větších měničů v nabídce – sestupný napěťový měnič s obvodem XL4015E, s rozměry modulu 5,5 x 2,3 cm. Rozsah vstupního napětí je 4 – 38 V, výstupní napětí lze nastavit mezi 1,25 – 36 V při výstupním proudu až 5 A. Pracovní frekvence je 180 kHz, efektivita až 85 – 95 %. Přesnost regulace výstupního napětí je 0,8 % v celém rozsahu zátěže, napětí se nastavuje otočným víceotáčkovým potenciometrem na desce.

Sestupný měnič s výstupem USB
Sestupný měnič s výstupem USB

 V nabídce naleznete i sestupné napěťové měniče s digitálním voltmetrem, který může měřit jak vstupní, tak výstupní napětí, napěťové měniče s pevným výstupním napětím 5,0 V / 2 nebo 3 A, vyvedeným do USB zásuvky (ideální například pro konstrukci USB nabíječky do auta), nebo sestupné napěťové měniče s regulací výstupního napětí i proudu pro nabíjení Li-ion akumulátorů (na desce je i několik LED diod, indikujících průběh nabíjení).

Vzestupné napěťové měniče (step-up / boost-converters)
dokáží napětí zvýšit, a to s účinností od 85 do 96 %. I zde obvykle platí, že pro svoji činnost potřebuje napěťový měnič alespoň minimální rozdíl napětí mezi vstupem a výstupem – v případě vzestupného napěťového měniče tedy musí být rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím podle typu měniče mezi 0,15 až 2,0 V.

Vzestupný měnič CE8301
Vzestupný měnič CE8301

V případě vzestupných napěťových měničů jsou v nabídce například 2 typy miniaturního modulu s USB zásuvkou 5,0 V, napájené ze zdroje napětí 0,9 – 4,9 V (tedy například z jedné tužkové baterie). Velikost výstupního proudu se pohybuje od 70 mA (při napájení ze zdroje 1,5 V) do cca 200, resp. 250 mA podle typu modulu (při napájecím napětí 3,0 V).

Vzestupný měnič MT3608
Vzestupný měnič MT3608

Dalším miniaturním typem vzestupného měniče v nabídce je měnič MT3608 s výstupním napětím nastavitelným otočným potenciometrem v rozsahu 5 – 28 V při napětí na vstupu od 3,0 do 24 V. Rozměry modulu jsou pouhých 17 x 36 mm, maximální výstupní proud je okolo 1,2 – 1,5 A.

Vzestupný měnič XL6019
Vzestupný měnič XL6019

Ze vzestupných měničů ve vyšší kategorii lze vybrat například provedení s řídícím obvodem XL6019, s výstupním napětím nastavitelným od 5,0 do 45 V při vstupním napětí od 3,0 do 35 V. Výstupní proud dosahuje 3 A (nárazově až 5 A), efektivita se pohybuje od 90 do 96 %. Rozměry měniče jsou 28 x 50 mm.

I u vzestupných měničů lze najít provedení s digitálním voltmetrem či provedení s nastavitelným napětím i proudem, vhodné pro dobíjení akumulátorových baterií.

Invertory  (buck / boost-converters)
A konečně, pro případ kdy se vstupní napětí pohybuje pod potřebnou úrovní, ale může ji i překročit (či naopak), lze použít kombinovaného vzestupného/ sestupného měniče, tzv. invertoru (buck/boost convertor), který umožňuje zvyšování i snižování napětí (a v některých dokáže i otočit jeho polaritu).

Buck/boost konvertor LM2577
Buck/boost konvertor LM2577

V nabídce naleznete například kombinovaný invertor s řídícím obvodem LM2577. Modul o rozměrech 23 x 48 mm dokáže převést libovolné napětí v rozsahu od 3,0 do 35 V na výstupní napětí nastavitelné od 2,2 do 30,0 V. Výstupní proud se v závislosti na velikosti vstupního napětí pohybuje od 0,3 do 2,0 A, účinnost při frekvenci konvertoru 400 kHz dosahuje až 94%.

 

Leave a Reply