BBC micro:bit [26

Poštovani čitatelji, u prošlom je nastavku predložen zadatak za samostalan rad u kojemu je traženo da prepravite i proširite postojeći program tako da dobijete datalogger temperature i vlage. Pritom je napomenuto da se uzorkuje svakih sat vremena, 24 puta, te da se nakon probnog rada sklop pusti neka mjeri 24 sata. Usto, zatraženo je da nakon preuzimanja dobivene podatke analizirate. U nastavku je prikazano jedno moguće rješenje. Prepišite programe sa slika 26.1., 26.2., 26.3. i 26.4. Program otpremite i isprobajte. Ako se sve ponaša kako je predviđeno onda prepravite vrijeme tako da se ostvari uvjet prikupljanja podataka svakih sat vremena, Slika 26.5. Nakon ove zadnje preinake pločicu BBC micro:bita stavite na željeno mjesto. Pritisnite tipke A+B. Dok čekate rezultate, ne preostaje vam drugo nego da se narednih 24 sata strpite. Napomena! Nemojte koristiti “iscrpljene” baterije za napajanje pločice BBC micro:bita kako ne biste ostali bez podataka. Naime, ako se pločici isključi napajanje svi se podaci iz memorije brišu! To ne važi za BBC micro:bit v.2. jer ima ugrađenu takozvanu fleš-memoriju. Ako ste se odlučiti za mjerenje vanjske temperature i vlažnosti zraka bilo bi dobro da koristite golo osjetilo DHT11 te da ga povežete kablom kako biste BBC micro:bit mogli držati unutar prostorije i sve napajali preko USB-a. Napajanje preko USB-a je bolje rješenje jer će osjetilo dobiti nešto viši napon (oko 3,3 V) čime se izbjegavaju pogrešna očitanja.

Slika 26.1. Ovo su početni uvjeti. Strelice lijevo/desno upućivat će korisnika da za startanje treba istovremeno pritisnuti tipke A+B na pločici BBC micro:bita

KODIRANJE

Slika 26.2. Nakon istovremenog pritiska na tipke A+B pokrenut će se kôd koji će 24 puta očitati vrijednosti osjetila DHT11 te će ih redom upisivati u memoriju. Displej BBC micro:bita za vrijeme mjerenja prikazivat će jednu točku kako bi se znalo da je pod naponom i da sve radi kako valja (samo jedna točka – jedna LED-ica, radi uštede energije). Tek nakon završetka ciklusa na displeju će se pojaviti strelica ulijevo koja će korisniku ukazivati da pritiskom na tipku A može pokrenuti prikazivanje prikupljenih podataka za temperaturu

Slika 26.3. Na displeju će se nakon pritiska na tipku A ispisati “Temperatura”, a zatim će krenuti brojevi od 1 do 24. Nakon broja 1 ispisat će se vrijednost temperature iz prvog sata mjerenja, nakon broja 2 ispisat će se vrijednost temperature iz drugog sata mjerenja… nakon broja 24 ispisat će se posljednja izmjerena vrijednost temperature. Na kraju će se pojaviti strelica udesno koja će korisniku ukazivati da pritiskom na tipku B može pokrenuti prikazivanje prikupljenih podataka za vlagu Slika 26.4. Na displeju će se nakon pritiska na tipku B ispisati “Vlaga”, a zatim će krenuti brojevi od 1 do 24. Nakon broja 1 ispisat će se vrijednost za vlagu iz prvog sata mjerenja... Na kraju će se pojaviti kvačica

Slika 26.5. Kad provjerom ustanovite da je sve kako valja, prepravite vrijeme tako da se očitava svakih sat vremena (1 h = 3 600 000 ms)

U nastavku možete, radi usporedbe, proučiti podatke koje je nakon dvadeset i četiri sata mjerenja polučio autor ovih redaka, Slika 26.6.

Analiza podataka:

17.1.2022. prevladavalo je vedro, vjetar slab sjeverni, navečer u okretanju na jugo. 18.1.2022. umjerena naoblaka, vjetar južni u jačanju. Dnevna temperatura zraka iznad prosjeka, a jutarnja u padu. Nakon jačanja južnog vjetra vlaga u zraku malo povišena. Zadatak je gotov pa slijedi promjena teme. Razmatrat će se mikrofon kao osjetilo zvuka. Akustika

Svi znaju da ljudi ušima čuju zvukove, na primjer pjevanje, govorenje ili muziku iz zvučnika, ali jeste li se ikada zapitali kako se ti zvukovi šire zrakom? Promatrate li zvučnik vidjet ćete kako njegova membrana vibrira i generira zvuk bez izazivanja strujanja zraka, za razliku od, na primjer, ventilatora koji izaziva strujanje zraka, ali ne i zvuk. Oko zvučnika vibriraju molekule zraka koje tako stvaraju zvučne valove. Zvučni valovi dopiru do uha i izazivaju vibriranje bubnjića. Živac pretvara te vibracije u električne impulse i šalje ih do mozga. Stoga uho možemo usporediti

Slika 26.6. Vrijednosti dobivene 17./18. siječnja 2022.

s mikrofonom jer i on pretvara zvučne vibracije u električni napon. Kada budete u mogućnosti, radi boljeg razumijevanja kako nastaju zvučni valovi, probajte baciti kamen u vodu te promatrajte što će se nakon toga događati. Možda ste to već isprobali pa znate da ćete oko mjesta gdje je kamen pao u vodu vidjeti kako se stvaraju koncentrični krugovi valova koji se šire prema van, ali ne izazivaju strujanje vode. Ako na te valove bacite čep od pluta, vidjet ćete ga kako se diže i spušta, ali ga nećete vidjeti da se pomiče prema van. Brzina širenja zvučnih valova u zraku je približno 340 metara u sekundi, dakle znatno je sporija od brzine svjetlosti za koju znate da iznosi 300 000 kilometara u sekundi. Ovu razliku u brzini možete uočiti kada grmi. Svjetlosni bljesak munje vidite odmah, a zvuk čujete nakon nekoliko sekundi. Dobro je znati da brzina širenja zvuka zavisi o sredstvu kroz koje se širi pa tako u vodi iznosi 1480 m/s, u građevinskoj cigli 3600 m/s, u aluminiju 5200 m/s, u željezu 5000 m/s… Za izračunavanje valne duljine zvuka koristi se formula l = v / f, gdje je l valna duljina u metrima (m), v je brzina širenja u metrima u sekundi (m/s), a f je frekvencija zvuka u hercima (Hz). Na primjer, nizak ton frekvencije f = 100 Hz ima u zraku valnu duljinu l = 340 / 100 = 3,4 m. Drugi primjer, visoki ton frekvencije f = 6000 Hz ima u zraku valnu duljinu l = 340 / 6000 = 0,0566 m, odnosno 5,66 centimetara. Ljudsko uho čuje širok raspon zvučnih frekvencija koje idu od 20 Hz do 17 000 Hz. Gornja granica ovisi o dobi. Mlađe osobe mogu čuti cijeli raspon pa čak i više od 20 000 Hz. Osobe koje imaju 30 i više godina čuju do 15 000 Hz, a one starije od 40 godina ne čuju zvukove iznad 10 000–12 000 Hz. Zvukovi koji imaju frekvenciju višu od frekvencije koju ljudsko uho može čuti, odnosno frekvenciju iznad 25 000 Hz nazivamo ultrazvukom. Mnoge životinje čuju ultrazvučne frekvencije, na primjer mačke čuju do 40 000 Hz, psi do 80 000 Hz, a šišmiši do 120 000 Hz.

Mikrofon

Mikrofon je osjetilo zvuka, Slika 26.7. U stanju je “pokupiti” sve zvukove, buku, glazbu ili govor te ih pretvoriti u električni napon, koji treba prikladnim elektroničkim sklopom pojačati kako bi bio iskoristiv. Načelo rada je obrnuto od zvučnika kod kojega se dovedeni izmjenični naponi iz pojačala pretvaraju u zvučne valove (o zvučnicima se raspravljalo u 638. broju ABC tehnike). Sve

Slika 26.7. Nekoliko tipova mikrofona koje koriste orkestri i pjevači

Slika 26.8. Elektromagnetski su mikrofoni u stvari mali zvučnici. Kad zbog zvuka njihova membrana vibrira, generira se izmjenični napon Slika 26.9. Kod piezo-električnog mikrofona membrana tlači kristal u kojemu se pritisak pretvara u napon

Slika 26.10. Elektromagnetski i piezo-električni mikrofoni se za potrebe nekih elektroničkih sklopova ugrađuju u čahure

vrste mikrofona (kao i zvučnici) imaju membranu koja, kad osjeti zvuk ‒ vibrira. Time se generira izmjenični napon čija je frekvencija savršeno jednaka izvornom zvuku. Postoji nekoliko različitih vrsta mikrofona, no najčešće korišteni su elektromagnetski i piezo-električni mikrofoni. Elektromagnetski se mikrofon tako naziva jer je na membranu zalijepljen pokretni svitak (zavojnica bakrene žice) koji je “uronjen” u magnetsko polje stalnog magneta, na Slici 26.8. prikazan je presjek. Dok membrana vibrira, u svitku se generira slabašan napon. Dobro je znati da je i zvučnik moguće koristiti kao mikrofon. Naime, dok se govori ispred njegove membrane na izvodima je moguće dobiti izmjenični napon od nekoliko milivolti.

Piezo-električni se mikrofon tako naziva jer je membrana u doticaju s kristalom koji ima izražen piezo-električni učinak (o tome se raspravljalo u broju 649. ABC tehnike), na Slici 26.9. prikazan je presjek. Dok membrana vibrira, u kristalu se zbog piezo-električnog učinka generira izmjenični napon. Dobro je znati da je taj napon znatno viši od onoga iz elektromagnetskog mikrofona.

Na Slici 26.10. vidljive su mikrofonske kapsule koje u čahuri, osim samog osjetila zvuka (mikrofona) sadrže i aktivno pojačalo.

BBC micro:bit v.2 dolazi s ugrađenim mikrofonom. U MC E postoji niz blokova za njegovo kodiranje. Nažalost, korisnici BBC micro:bita v.1 moraju nabaviti dodatni modul s mikrofonom. Jedan takav je Vellemanov modul VMA309, Slika 26.11. Prilagođen je za Arduino pa ćete trebati dodatni izvor napajanja. Prema tvorničkom katalogu osjetilo ima sljedeće tehničke karakteristike: napon napajanja od 3,3 V do 5 V, osim jednog analognog (A0) izlaza ima i jedan digiSlika 26.11. Vellemanovo osjetilo zvuka talan (D0) izlaz, dvije LED-ice ‒ jedna se pali kad je modul napajan, a druga služi kao

VMA309

Slika 26.12. Montažna shema spajanja BBC micro:bita i modula VMA309 koji je napajan baterijom od 4,5 V

indikator prilikom ugađanja, raspon frekvencije ide od 50 Hz do 20 kHz, osjetljivost je 48 dB do 66 dB. Prema Slici 26.12. spojite VMA309 s BBC micro:bitom, A(0) na P0 i D(0) na P1. Izvod G je zajednička masa. Taj izvod spojite na ØV BBC micro:bita i na minus (-) baterije od 4,5 V. Izvod + spojite na plus (+) baterije od 4,5 V.

Slika 26.13. Ovim ćete programom na računalu vidjeti podatke koji dolaze s analognog izlaza osjetila zvuka

U MC E prepišite kôd sa Slike 26.13. Program otpremite te se pripremite za ugađanje plavog trimer-potenciometra VR1 na pločici VMA309. Na računalu pokrenite i ugodite aplikaciju Tera Term. Ako je sve kako valja, na zaslonu aplikacije vidjet ćete neke brojeve (između 50 i 1023). Za ugađanje klizača trimer-potenciometra trebate malim plosnatim odvijačem zakretati mali mjedeni vijak, ulijevo ili udesno. Ovo je specijalan trimer-potenciometar koji služi za vrlo fino ugađanje jer njegovim klizačem možete vrtjeti 20 punih krugova. Vaš je zadatak da pronađete trenutak kad će svjetleća dioda L2 započeti žmirkati i “trzati” na svaki jači zvuk u okolici. Čitat ćete vrijednost od oko 695–700. U tom je položaju osjetilo zvuka pravilno ugođeno pa ga zadržite. Zatvorite aplikaciju Tera Term te u MC E kliknite na programsku tipku Show console Device. Mikrofonu osjetila zvuka približite vaš mobitel na kojemu ste namjestili da svira neka muzika. Promatrajte zaslon računala. Ako je sve kako valja, trebali biste dobiti graf koji slijedi ritam glazbe, sličan ovome na Slici 26.14. Pažljivom čitatelju koji redovno prati ovu seriju članaka o BBC micro:bitu sigurno nije promaklo kako na izlazu osjetila zvuka nije dodan niti jedan element za snižavanje napona. Naime, već je više puta napomenuto da ulazi BBC micro:bita ne podnose napon koji je viši od 3,6 V. Modul VMA309 napaja se s 4,5 V zbog čega biste na njegovom izlazu očekivali za BBC micro:bit “opasan” napon, no u ovom slučaju je tome tako samo kad je trimer-potenciometar ugođen za vrijednosti iznad 950–1000. Kako je prije preporučeno da se ugodi na vrijednost 695–700 neće se dogoditi ništa nepopravljivo jer je s tom vrijednošću napon izlaza iz modula prepolovljen. Naravno, iz istog razloga, prilikom ugađanja izbjegavajte vrijednosti iznad 950. U MC E postoje blokovi za mikrofon, no oni rade samo s BBC micro:bitom v.2 pa ako ih pokušate koristiti s v.1 na displeju će se pojaviti poruka o pogrešci 927. To naravno nije razlog za odustajanje jer, kako ste vidjeli, moguće je koristiti i nespecifične blokove kao “analog read pin P0”. U nastavku isprobajte digitalni izlaz modula VMA309. Prepišite kôd sa Slike 26.15. Pokrenite aplikaciju Tera Term. Trebali biste dobiti nulu (0) kad je jačina zvuka iznad ugođenog praga (695–700), a jedinicu (1) kad je jačina ispod praga. Ako dobivate nulu, ispred mikrofona zaplješćite, dobit ćete jedinicu. Ako dobivate jedinicu bez prisutnosti jačih zvukova, onda odvijačem malo prepravite prag tako da dobijete nulu pa ponovite pljeskanje. Sad se malo poigrajte, prepišite kôd sa Slike 26.16. Program otpremite i isprobajte. Ako je sve kako valja, kod svakog će se jačeg zvuka na displeju BBC micro:bita pojaviti crteži koji asociraju na “bljesak”. Slijedi zadatak za samostalan rad. U MC E se u popisu blokova kod “Led” nalazi blok “plot bar graph of 0 up to 0”. Iskoristite ga za igru svjetlosti