Rádi bychom pomocí desky ESP-32 ovládali různá zařízení. Ve školním prostředí asi nebudeme přímo zapínat pračku, ale snad nám bude stačit něco jako modelová železnice. Tak jako tak si musíme ujasnit, kam připojit který drát, aby elektřina dobře sloužila a nic se nespálilo.
Už několikrát jsme v předchozích ukázkách používali funkci digitalWrite:
digitalWrite(2, true);
digitalWrite(2, false);
Dvojka zde označuje druhý port – nožičku čipu, na které může být připojené nějaké zařízení. Naše desky mají na portu 2 připojenou modrou diodu, a když na port pustíme elektrické napětí, dioda se rozsvítí. Když napětí zase odpojíme, dioda okamžitě zhasne.
Než začneme pracovat, letmo se podíváme na různé součástky, které můžeme v elektronice potkat. Elektřina pro nás bude bezpečná, ale při nešikovném zapojení by se mohlo leccos zničit, proto se tentokrát vyhneme metodě pokus-omyl. Pokud za sebou máte základní kurs elektroniky, můžete tenhle oddíl s klidem přeskočit.
Do začátku musíme znát pojmy elektrické napětí a proud. Pro rychlé vysvětlení budeme používat přirovnání, že elektřina se chová jako voda v dobře utěsněném potrubí. Elektrické napětí pak odpovídá tlaku vody a proud odpovídá rychlosti, jakou voda teče.
Celý svět budeme z pohledu elektřiny dělit na čtyři druhy věcí: vodič, zdroj napětí, rezistor a dioda.
Pro elektřinu jsou dobře vodivé především kovy. Takový typický vodič, který budeme používat ve výuce, je prostě kus drátu. Vodič se chová jako potrubí, kterým může voda libovolně protékat oběma směry.
Vzduch a plasty nejsou pro elektřinu vodivé skoro vůbec. Často se tedy setkáváme s dráty zabalenými do gumy, abychom je mohli bez obav brát do ruky.
Lidské tělo je chemicky dost složité. V některých situacích se chová trochu jako vodič – proto je nebezpečné strkat prsty do elektrické zásuvky. Ve výuce ale budeme pracovat s napětím 5 voltů, a v jeho případě je lidské tělo téměř nevodivé. Na všechny dráty, které budeme používat, je bezpečné sáhnout a elektřinu nemáte šanci ani cítit.
Například tužková baterie, dokud není vybitá, dává napětí 1,5 voltu. Napětí je to, co dává elektřinu do pohybu. Zdroj napětí můžeme přirovnat k vodárenské věži, která čerpadlem tlačí vodu nahoru do nádrže a pod tlakem ji pak vypouští do vodovodní sítě.
Tohle přirovnání zaslouží podrobnější popis. První běžný případ je, kdy vodu nikdo neodebírá. V tu chvíli nádrž zůstává plná, čerpadlo můžeme nechat vypnuté a všechno je v pořádku. Tahle situace odpovídá baterii, která leží na stole a není k ničemu připojená.
Opačný případ je, když vodu z vodovodu necháme naplno téct do studny, ze které vodárenská věž čerpá. V tu chvíli trubkami protéká obrovský proud a čerpadlo musí jet naplno, takže se za chvilku zničí.
Tenhle případ s elektřinou nazýváme jako zkrat, čili krátké spojení. Když spojíme oba konce tužkové baterie drátem, půjde baterie do zkratu a může i vybouchnout. Vždycky budeme dávat pozor, abychom se zkratu vyhnuli.
Rezistor je zařízení, které klade elektrickému proudu odpor. Proud sice může protékat, ale teče trochu pomaleji, takže to není zkrat. Odpor se měří v Ohmech: čím větší odpor, tím menší bude elektrický proud.
Ve skutečnosti se jako rezistor chová kdeco. Varná konvice a elektrický sporák nejsou nic víc než rezistor s vypínačem a v hezkém balení. I všechny ostatní přístroje na elektřinu – telefon, televize, pračka – se z elektrického hlediska chovají jako rezistor. Energie získaná z elektrického proudu v nich dokonce dělá i něco užitečného.
Pro elektrické obvody je často důležité nechat někudy elektřinu protékat. Za tím účelem používáme rezistory, které sice nejsou samy o sobě nijak užitečné – energie se v nich mění jen na teplo. Důležité je, aby se nám s nimi při zapojování dobře zacházelo.
Dioda je zařízení, které je vodivé jen jedním směrem. Když ji zapojíme opačně, neděje se nic.
Když diodu zapojíme v otevřeném směru přímo ke zdroji napětí, nemá proud žádné překážky, takže je ve zkratu. V tomhle případě se obvykle jako první spálí dioda, a přestane fungovat.
Ve výuce budeme používat diody typu LED. Pokud takovou diodou protéká proud, dioda svítí. Zkratka LED znamená Light Emitting Diode (svítivá dioda), a někdy jim budeme říkat ledka nebo prostě jen dioda.
Když ledku připojíme přímo ke zdroji napětí, dostane se do zkratu a svítit už nikdy nebude. Do zdroje napětí tedy před nebo za diodu musíme zapojit vhodný rezistor. Rezistor svým odporem určuje, jak velký proud poteče a tím pádem, jak moc bude dioda svítit.
Když nevíme, kterým směrem má být dioda zapojená, je úplně v pořádku vyzkoušet postupně oba směry. Vyplatí se pak prohlédnout podrobně, že má na sobě dioda drobné značky, abychom ji příště mohli zapojit hned správně.
Když si naplánujeme elektrický obvod a seženeme součástky, potřebujeme je správným způsobem spojit dohromady. Nepájivé kontaktní pole je
Některé z desek, které používáme na hodině, mají na sobě nápis LoLin. Pro většinu účelů jsou dostačující, a shodou náhod jedině tyhle desky dokážou posílat e-mail (viz ukázky). Nepohodlné jsou tím, že popis nožiček neodpovídá číslům, jakými je ovládáme v programu.
| Nápis na desce | D0 | D1 | D2 | D3* | D4* | D5 | D6 | D7 | D8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Číslo portu | 16 | 5 | 4 | 0* | 2* | 14 | 12 | 13 | 15 |
*Už víme, že na port 0 (noha D3) je připojené tlačítko Flash a na portu 2 (noha D4) je modrá dioda. Přesto s nimi můžeme normálně pracovat v programu.
Například, když chceme zapnout napětí na nožičku s nápisem D0, použijeme příkaz digitalWrite(16, true);.