Osanäytön projektikuvaus

Heimoi!

Tämä päivitys on projektikuvaus osanäytöstä. Päätin tehdä sen tänne. Koska blogi on julkinen ja tämän päivityksen mahdollisesti lukee joku muukin kuin näytön arvioija, koen että on hyvä idea selventää mistä tässä on kyse. Näytössä kootaan rakennussarja, tässä tapauksessa lotto- ja Vikinglottokone. Siitä kirjoitetaan toimintaselostusreferaatti tekstinkäsittelyohjelmalla (Word). Tehdään kustannuslaskelma taulukkolaskelmaohjelmalla (Excel). Lisäksi tehdään virtamittaus yleismittarilla ja jännitemittaus oskilloskoopilla. Ja koko hommasta tosiaan tehdään projektikuvaus, minä teen sen blogiin. Se on siis tämä teksti tässä.

Aloitin tarkastamalla että rakennussarjasta löytyy kaikki osat. Löytyi. Sarjan diodi ei ollut aivan sitä mitä osaluettelossa kerrottiin, muttei se haitannut laitteen toimintaa. Sarjaan kuuluu luettelon mukaan Schottky-diodi, SB120/130/140/150. Sarjan mukana oli SB160. Siitä ei ollut haittaa laitteen toiminnalle. Ilmeisesti se on kuitenkin hieman isompi kuin pienempinumeroiset vastineensa, koska sen asentaminen oli haastavaa. Se vaikutti olevan liian iso suhteessa piirilevyyn porattuihin reikiin. Reiät tuntuivat olevan liian lähellä toisiaan suhteessa diodiin. Diodin jalat piti taivuttaa hyvin läheltä sen runkoa. Niin ei yleensä kannata tehdä, koska siten voidaan vahingoittaa komponentin sisäosia. Onneksi niin ei käynyt ja vahingoittumiselta vältyttiin.

Piirilevyyn oli porattu reiät valmiiksi, joten osien tarkastamisen jälkeen pääsi suoraa kasaamaan sarjaa. Laitettuani komponentin paikalleen, merkitsin sen ohjeeseen. Siten pysyy paremmin kärryillä sitä mitä on tehnyt. Rakennussarjan kokoamisohjeissa oli mielestäni epäkohta. Siinä neuvottiin laittamaan komponentit mielestäni epäloogisessa järjestyksessä. Esimerkiksi elektrolyyttikondensaattori olisi pitänyt laittaa aika alussa, joka on älytöntä koska se on koko sarjan korkein komponentti ja siksi fiksua laittaa lopussa. Itse pyrin juottamaan komponentit siinä järjestyksessä, kuinka matalia ne ovat. Se on helpompaa, eikä sillä tietääkseni ole vaikutusta laitteen toimintaan, joten en näe syytä olla toimimatta niin.

Minun järjestykseni:

Vastukset

Diodi

Mikropiirin kanta

Kondensaattorit C2 ja C4

Transistorit

Näytöt

Kondensaattori C3

Elektrolyyttikondensaattori C1

Painokytkin

Paristopidin

Mikropiiri kantaan

Ohjeen järjestys:

Vastukset

Mikropiirin kanta

Elektrolyyttikondensaattori C1

Kondensaattorit C2, C3 ja C4

Diodi

Transistorit

Näytöt

Painokytkin

Paristopidin

Mikropiiri kantaan

Huomasin, että piirilevyyn oli merkitty valmiiksi mihin laitetaan positiivinen ja mihin negatiivinen osa komponentista. Tämä koskee elektrolyyttikondensaattoria ja paristopitimen johtimia. Myös diodi, transistorit, näytöt ja mikro-ohjain on tärkeää asentaa oikeinpäin. Kun laitoin mikro-ohjaimen kantaansa, maadoitin itseni rannekkeen avulla. Mikro-ohjain on herkkä staattiselle sähkölle, joten tarvitaan varotoimia jos mielii pitää sen ehjänä. Liitin rannekkeen toisen pään pistorasian maadoitusliittimeen. Tarkemmin ajateltuna työpöydässä olisi ollut erillinen paikka maadoitukselle, mutta tuo minun pistorasiaversioni toimii ihan yhtä hyvin.

Saatuani laitteen valmiiksi, kokeilin toimiiko se. Toimii se.

Tein toimintaselostusreferaatin Wordilla. Kokoamisohjeessa kerrotaan lottokoneen toiminnasta. Lisäksi siinä kerrotaan kahdesta komponentista tarkemmin, 7-segmenttinäytöstä ja mikro-ohjaimesta. Koneen toiminta käsitellään mielestäni aika pintapuolisesti, mikä tekee referaatin kirjoittamisesta haastavaa. Ohjeessa selitetään lähinnä mitä tapahtuu, kun painokykintä painetaan muttei juurikaan kerrota miksi näin tapahtuu. Ohjeessa kerrotaan kellopiiristä. Kerrotaan mistä komponenteista se muodostuu ja sen taajuus, muttei sitä mitä se käytännössä tekee tässä laitteessa. Oletan sen taajuuden määrittävän arvonnan nopeuden ja arvonnan aikana tapahtuvan välianimaation vilkkumistahdin. Ongelma on siinä, että koska oletukseni ei varsinaisesti pohjaa mihinkään, se ei ole varmaa tietoa vaan vain arvaus.

Mikro-ohjaimista kerrottava tieto oli minusta mielenkiintoista. Ohje kertoo niistä sekä yleisesti ja toki myös laitteeseen kuuluvasta mikro-ohjaimesta. Siinä kerrotaan laitteen muistista ja mitä mikäkin nasta tekee. Nastoja ei käydä yksitellen läpi. Etsin mikro-ohjaimen datalehden, mutta se ei kertonut oikeastaan mitään mitä joko ohjeessa ei olisi kerrottu tai mitä kytkentäkaaviosta voi päätellä. Referaatti oli haastavaa kirjoittaa kopioimatta ohjeen tekstiä suoraan. Nytkin se on osin samaa, mitä nyt sanajärjestystä on muutettu ja sanoja vaihdeltu. Ongelmallista on se, että koska en ymmärrä laitteen toimintaa täysin, on haastavaa referoida se ”omin sanoin”. Toisaalta näytössä on tarkoitus näyttää (hyvin yllättävää, eikö) osaavansa aikaisemmin opetetut asiat. Mikro-ohjaimien sielunelämän ymmärtäminen syvällisesti ei kuulu asioihin joita tässä vaiheessa on opiskeltu, joten sitä ei testata näytössä. Eli minun ei oleteta ymmärtävän laitteen toimintaa täysin.

Tein kustannuslaskelman Excelillä. Etsin kokoamisohjeen perusteella komponenttien hintatiedot Elfan sivuilta (https://www.elfadistrelec.fi/). Kaikista komponenteista ei löytynyt juuri sitä versiota millainen rakennussarjassa tuli. Esimerkiksi paristopidin näyttää erilaiselta. Sivuilta ei myöskään löytynyt oikeaa 7-segmenttinäyttöä. Rakennussarjan mukana tulee kaksi Kingbrightin näyttöä (SC56-11EWA). Löytyi kuitenkin hyvin lähellä oleva malli, jonka pohjalta sai näytöille hinnan. Ero on näytön numeron korkeudessa, eroa on noin millimetri. Elektrolyyttikondensaattorin tapauksessa ero on valmistajassa. Sarjan komponentin on valmistanut Aishi, mutta Elfa ei myy niitä.

Kokoamisohjeissa ei mainita komponenttien valmistajia, paitsi mikro-ohjaimen. Osassa komponenteista lukee valmistajan nimi, mutta esimerkiksi vastuksista tätä tietoa ei löydy. Kun etsin komponenttien hintoja, yritin löytää mahdollisimman samanlaiset kuin rakennussarjassa. Se lisäksi että komponenttien arvot ovat samat, halusin etsiä fyysisesti samankokoiset komponentit. Elfan sivuilta voi hakea komponentteja koon perusteella.

Kustannuslaskelmassa ei ole laskettu mukaan kytkentäjohdinta. Perustelen sen sillä, että johdinta myydään keloittain, kun vastaavasti sarjassa sitä tulee muutamia kymmeniä senttejä. Toki jonkinlaisen hinta-arvion olisi voinut tehdä laskemalla kelan metrihinnan ja arvioida siten paljonko rakennussarjan johdin maksasi. Kustannuslaskelmassa mainitun piirilevyn (071P) hinta on katsottu Kouluelektroniikka Oy:n sivuilta.

Kustannuslaskelman hinnat on pyöristetty kahden desimaalin tarkkuuteen. Tarkemman arvon löytää tarvittaessa kaavariviltä. Todellisuudessa komponenttien (kuten vastusten) hinnat sisältävät enemmän desimaaleja, koska yksittäisten komponenttien hinnat ovat pieniä, kymmeniä senttejä. Pidän kuitenkin kahta desimaalia tässä yhteydessä riittävänä tarkkuutena. Rakennussarjan kustannusarvioksi tuli tarkalleen 10,0751 €, joka pyöristettynä edellä mainittuun tarkkuuteen on 10,08 €. Desimaalien lisääminen ei tuo mitään oleellista lisätietoa ja se vaikeuttaa laskelman lukemista. Tarkastin mielenkiinnosta, paljonko yksittäinen rakennussarja maksaa. Yksittäin ostettuna hinta on 7,90 € ja piirilevystä tulee vielä lisähintaa 0,95 €. Ja isommissa erissä ostettuna hinnat ovat halvempia. Eli käytännössä rakennussarja on halvempi ostaa valmiina, kuin tilaamalla komponentit erikseen. Se on kieltämättä yllättävää.

Kustannuslaskelman jälkeen vuorossa oli mittausten tekeminen. Jännitemittaus oskilloskoopilla ja virtamittaus yleismittarilla. Kysyin siihen tarkennusta koska en ollut aivan varma mistä mittaukset on tarkoitus tehdä. Lähinnä siis ongelmana oli se, että mittaukset voi tehdä useasta eri kohdasta laitetta ja se vaikuttaa mittaustuloksiin.

Sain asiaan selvyyden ja löysin oikeat mittauspaikat. Tein virtamittauksen diodin kohdalta. Virtamittari pitää kytkeä sarjaan laitteen kanssa. Tämä on sikäli ristiriitaista, että diodin kohdalta mitattuna virtamittari ei ole sarjassa mutta se toimii silti. Huomasin että virta kasvoi palavien segmenttien määrän lisääntyessä. Alla mittaustuloksia:

Kun laite ei ole päällä (yhtään segmenttiä ei pala): 0,041 mA

Kun yksi segmentti palaa (arvio): 4,265 mA

Kun näkyy luku 1 (vähiten virtaa vievä luku): 8,53 mA

Välianimaation aikana (kaksi vaakaviivaa): 9,23 mA

Käynnistäessä (näytöllä luku 40): 33,79 mA

Kun näkyy luku 38 (eniten virtaa vievä luku): 37,6 mA

Kun kaikki 14 segmenttiä palavat (arvio): 42,28 mA

Mittasin virran myös toisella tavalla, koska en luottanut mittaustulokseen. Tällä kertaa otin virran säädettävästä jännitelähteestä paristojen sijaan. Tällä tavalla sain kytkettyä mittarin sarjaan juuri ennen jännitelähteen miinuspuolta. Tuloksissa oli eroja, lähinnä virta oli pienempi. Luotan näihin enemmän ja uskon niiden olevan oikein. Alla mittaustuloksia:

Kun laite ei ole päällä (yhtään segmenttiä ei pala): 0,038 mA

Kun yksi segmentti palaa (arvio): 3,19 mA

Kun näkyy luku 1 (vähiten virtaa vievä luku): 6,38 mA

Välianimaation aikana (kaksi vaakaviivaa): 6,8 mA

Käynnistäessä (näytöllä luku 40): 25,34 mA

Kun näkyy luku 38 (eniten virtaa vievä luku): 28,8 mA

Kun kaikki 14 segmenttiä palavat (arvio): 32,7 mA

Laskin myös laitteen tehon. Diodin kohdalta mitattuna se on 112,8 mW ja juuri ennen jännitelähteen miinuspuolta 86,4 mW.

Kun mittasin jännitettä, säädin ensin oskilloskoopin kalibrointisignaalin avulla tarkasti keskiviivalle. Sen jälkeen liitin mittapään diodiin ja maan paristopitimen miinuspuoleen. Säädin sen siten, että jokaista pystyruutua vastaa yksi voltti. Sitten täytyi enää katsoa missä kohtaa signaali näkyy ja laskea kuinka korkealla se on suhteessa keskiviivaan. Se oli kolme ruutua ylempänä, joten jännite on 3 V.

Mittasin myös kellopiirin taajuuden oskilloskoopilla. Laitoin mittapään nastalle 16 ja maan kondensaattoriin C3. Sen voi kytkeä myös vastukseen R2. Kokoamisohjeen mukaan kellopiirin taajuus on n. 820 kHz. Mittauksieni mukaan taajuus on 781,250 kHz. Kokeilin myös mitata saman taajuuden (820 kHz) funktiogeneraattorilla. Oskilloskoopin mukaan taajuus oli pyöristettynä 909,901 kHz.

Käyn vielä läpi yleisiä mietteitäni ja tuntemuksiani näytöstä ja siinä samalla itsearvioin sitä miten näyttö on sujunut. Tiivistettynä olen onnistunut näytössä hyvin. Oli mukava yllätys että piirilevy oli valmiiksi porattu. Se on vähiten miellyttävä vaihe rakennussarjojen kokoamisessa. Komponenttien tarkistusvaiheessa huomatessani että diodi ei ole oikea, päätin juottaa sen silti kiinni. Luotin siihen että SB160 on tarpeeksi lähellä ohjeessa mainittuja (SB120/130/140/150). Fiksumpaa olisi ollut tarkastaa miten erinumeroiset diodit eroavat toisistaan ja siten varmistaa että se käy.

Juotokset ovat omaan silmääni hyvälaatuisia. Tinaa on sopiva määrä eikä se ole väriltään sameaa. Olen kehittynyt juottamisessa (ja niin pitääkin), tinasiltoja ei tullut eikä kuparisukkaa tarvinnut käyttää kuin kerran kun yhdelle kiskolle tuli liikaa tinaa. Sain painonapin juotettua sulattamatta sitä pilalle. Se oli haastavin osa kokoamisessa. Juotoksissa on ehkä turhan paljon tinaa, mutta olen siihen siitä huolimatta tyytyväinen. Jotenkin sitä on oppinut nopeammaksi ja varomaan sulamista.

Se, että piirilevyyn oli merkitty valmiiksi plussa ja miinus elektrolyyttikondensaattorin ja paristopitimen kohdalla herättää ristiriitaisia tunteita. Jos niitä ei olisi merkitty, se olisi vaatinut enemmän tarkkuutta komponentteja asentaessa. Mutta toisaalta laitteeseen kuuluu muitakin komponentteja jotka on tärkeää asentaa oikein päin, joten tätä asiaa testataan kuitenkin. Eikä rakennussarjaa ole suunniteltu pelkästään meidän osanäyttöämme varten, tarkistin asian kouluelektroniikan sivuilta ja laitteen suositus on 6 -10 lk. Esimerkiksi elektrolyyttikondensaattori on vaarallinen estosuuntaan kytkettynä, joten piirilevyn merkinnät ovat perusteltavissa turvallisuudella.

Transistorien kanssa pääsi helpolla. Niiden jalkoja ei tarvinnut taivuttaa, vaan ne sopivat piirilevylle sellaisenaan. Yleensä niitä saa taivutella ja siihen menee aikaa. Transistori yritetään saada mahdollisimman matalalle ja koska niissä on kolme jalkaa, se on vaativampaa kuin esimerkiksi vastusten taivuttaminen. Kun asiaa miettii näytön näkökulmasta, olisi ollut parempi jos transistorien jalkoja olisi pitänyt taivutella.

Referaattiin liittyviä ajatuksia onkin jo käyty aikaisemmin läpi. Lohkokaavion tekeminen auttoi laitteen ymmärtämisessä. Sitä on vähän pakko ymmärtää mikäli kaavion haluaa tehdä. Sain sen tehtyä yllättävän näppärästi taulukkona. Jos olisin kopioinut vaan ohjeen selostuksen laitteen toiminnasta, en ymmärtäisi laitteen toiminnasta näin paljoa. Toki on mahdollista, ettei oletukseni esimerkiksi kellopiirin toiminnasta pidä paikkaansa.

Kustannuslaskelmaa on myös käsitelty jo aiemmin. Sivuilta tuntuu olevan haastavaa löytää etsimänsä käyttämättä hakua. Haku puolestaan toimii, joten komponenttien hintatietojen löytäminen onnistui kohtuullisella vaivalla. Komponentteja voi hakea yllättävän monilla perusteilla. Jos nyt vaikka etsittäisiin kondensaattoria, on muitakin tapoja rajata hakua kuin kapitanssi ja kondensaattorin tyyppi. Kuten fyysinen koko. Hakuja rajatessani törmäsin asioihin joita opinnoissa ei ole edes käsitelty.

Excelin edellisestä käyttökerrasta on vierähtänyt jokunen tovi. Siitä huolimatta asiat löytyivät aika vaivattomasti muistista. Funktioita sai jonkin aikaa miettiä. Kaavarivin käyttö itsessään ei aiheuttanut ongelmia, lähinnä aikaa meni siihen että tajusi mistä funktiot käytännössä löytyvät Excelistä. Sen jälkeen oli helppo laskea samanlaisten komponenttien yhteishinta ja laskea yhteishinnat yhteen jolloin laitteen kokonaishinta selvisi.

Mittauksista. On mielenkiintoista huomata, että vaikka numero 1 ja kaksi vaakaviivaa vievät molemmat 2 segmenttiä, silti vaakaviivat vievät enemmän virtaa. Ehkä se johtuu siitä, että vaakaviivojen tapauksessa käytössä on kaksi näyttöä, ja siksi virtaa kuluu hieman enemmän. Virta myös alkaa laskea numeron tultua näytölle. Ilmeisesti tämä johtuu ledien jälkiloistosta. Käyttäessäni toista mittaustapaa eli sitä missä mittari on sarjassa juuri ennen jännitelähteen miinuspuolta, huomasin ettei virta laske vaan pysyy samassa lukemassa kunnes laite sammuu.

Oskilloskoopin kanssa hankalinta on ymmärtää mihin mittapäät kytketään. Itse laitteen käyttö ei ole niin hankalaa, oikeat säädöt löytyvät kyllä. Mittasin kauan väärältä nastalta. Tulkitsin kytkentäkaaviota väärin ja mittasin nastalta 4, vaikka olisi pitänyt mitata nastalta 16. 

Ja lopuksi kuvia joita otin kokoamisvaiheessa. Ne on otettu tabletilla ja niitä on käsitelty selkeämmiksi samalla laitteella.

Eli tällaisen laitteen kanssa ollaan tekemisissä, tuolta sen pitäisi näyttää valmiina. Kuva on kokoamisohjeesta. Kuva on mustavalkoinen, koska ohjekin on. 

Tässä näkyy kaikki mitä sarjaan sisältyy. Näistä laite täytyisi saada kasaan. Piirilevy, pussi jossa kasa komponentteja, paristopidin, painokytkin ja kytkentäjohdinta.

Nyt on päästy kokoamisessa pidemmälle. Vastukset, osa kondensaattoreista, transistorit, diodi ja mkropiirin kanta paikallaan.

Edistymistä havaittavavissa! Nyt löytyy myös 7-segmenttinäytöt, kolmas kondensaattori ja elektrolyyttikondensaattori. 

Laite valmiina. tämän ja edellisen kuvan välissä laitteeseen on juotettu pienoispanokytkin kytkentäjohtimineen, kykentäjohdin piirilevyyn, paristopidin ja laitettu mikropiiri kantaansa.

Muuten sama kuva kuin edellinen, mutta tässä laite on päällä. Tältä se näyttää valoilla.