Obecná doporučení k používání modulů

Tato stránka shrnuje možnosti a způsoby používání modulů MLAB. V jednotlivých odstavcích jsou pak probrány jednotlivé aplikace a speciální případy.

Začátečníkům pomůže průvodce pro začátečníky

Pro začátek stavby je nejdříve potřeba si opatřit všechny potřebné moduly, to lze udělat buď vlastní výrobou prototypů nebo nákupem hotového modulu tak, že napíšete na sale at ust.cz. V případě, že modul nenaleznete, můžeme vám pomoci jej vytvořit podle pravidel zaručujících kompatibilitu.

K práci s moduly MLAB je potřeba pouze jednoduché mechanické nářadí: 6 hraný oříšek gola 5,5mm s vroubkovaným okrajem pro dotahování rukou, klíč pro imbus (u starších modulů křížový šroubovák) a hodně matiček M3.

Při výrobě speciálních délek propojovacích vodičů jsou důležité krimpovací kleště. Nefungují všechny typy. Nejlepší zkušenosti máme z typem z následujícího obrázku.

Multimetr stačí téměř jakýkoli, je ale vhodné použít digitální.

Pokročilejší uživatelé použijí stolní multimer.

Osciloskop je dobrým pomocníkem při ladění jakýchkoli signálových systémů. Používáme například tento Rigol DS1052E, který je sice v základu 50MHz ale úpravou firmware z něj lze udělat 100MHz verzi.

Pájka sice na drtivou většinu konstrukcí ze stavebnice MLAB není potřeba, nicméně je to dobrá investice do vybavení laboratoře. Jako kvalitní pájku můžeme doporučit české mikropájky od firmy Sagat, které mají výborný topný výkon a kvalitní hroty.

Dokonce je možné se domluvit i na dodání 100W verze, která svými parametry převyšuje i mikropájky vysoké třídy od Weller.

Pro hrubé pájení dílů jako jsou konektory, nebo tlusté vodiče a plechové cínované krabičky je vhodnější požít trafopájku, protože má větší tepelný výkon (150W)

Při nákupu trafopájky je vhodné se ujistit, že kupujete typ, který má pájecí oko vodorovně, jako je znázorněno na obrázku. Trafopájky se svislým uložením oka jsou vhodné spíše na dílenské pájení plechů, nebo svařování/dělení plastů.

Ke všem typům pájek je ale nutné mít ještě trubičkový cín a tavidlo, jinak je není možné správně použít. Podrobnosti viz. kapitola Tavidlo v našem článku Domácí výroba plošných spojů fotocestou

Při pájení je většinou nepříjemné, že odpařené tavidlo vytváří dým, který dráždí dýchací cesty. Řešením je vyrobit si jednoduchý přípravek ze staršího PC ventilátoru, který připojíme k regulovatelnému zdroji. A na stůl jej postavíme tak, aby odfukoval kouř z pájecího pracoviště. Pro omezení hluku lze ventilátor postavit na proužek gumy například ze staré duše na kolo.

Zem sondy osciloskopu lze díky základní desce ALBASE připojovat ke stavebnici velmi snadno. Většina modulů (kromě napájecích) má rohové šrouby připojené na GND. Proto stačí do základní desku ze zdola vložit šroub a ze shora jej přišroubovat matkou. Vyčnívající šroub pak lze dobře použít jako zemní svorku pro sondu osciloskopu.

Signálový vstup sondy se do MLABu připojuje tak, že se propojovací kablík přestřihne na polovinu, z části lanka se sundá izolace a na lanko se nakrimpuje svorková dutinka. Takto připravený kablík, lze dutinkou snadno uchytit do háčku osciloskopické sondy a druhý konec s původní PC dutinkou zapojovat na potřebné místo na hřebínkových vývodech všech modulů.

Moduly se spojují lankovými vodiči opatřenými PC konektory. (Klasický hřebínek) Tato metoda je výhodná například i v tom, že po přestřihnutí vodiče můžeme na volné konce napájet libovolnou další součástku např. LEDku, odpor, kondenzátor, odrušovací tlumivku atd. Nechráněné vývody překryjeme smršťovací bužírkou a máme spolehlivý a užitečný doplněk stavebnice.

Napájení ze zdrojů je mezi moduly rozvedeno kablíky odlišnými od běžných propojovacích, které jsou navíc barevně odlišeny podle různých napájecích napětí, což snižuje možnost fatální chyby při zapojování.

Toto napájecí napětí se rozvádí červeno-modrým napájecím kablíkem s tří-pinovým konektorem.

Napájecí napětí 3.3 V je vedeno stejným kablíkem, jako napájení +5V. Ale červený vodič je nahrazen oranžovým vodičem.

Toto napájecí napětí je obvykle 7,2 (2x Li-ion článek) nebo +12V (Olověný akumulátor a jiné zdroje). Z důvodu bezpečnosti je proto vedeno žlutým vodičem (+) a černým vodičem (-), po vzoru ATX zdrojů. Konektory jsou tentokrát čtyřpinové, dva prostřední + a dva krajní -/GND. Konektor je opět symetrický, aby nemohlo jednoduše dojít k záměně polarity.

Tento druh napájení, tradičně +12V a -12V se používá v analogových konstrukcích využívajících operační zesilovače. Je rozvedeno napájecím kablíkem s 5ti piny. Prostřední je + dva piny symetricky okolo prostředního - a dva úplně krajní jsou GND, nebo kostra.

Tam kde se pracuje s vysokými proudy jednotky až desítky Amper a zároveň napětím desítky Voltů (typicky pohony robotů napájené z akumulátorů) se napájení rozvádí samostatnými vodiči opatřenými konektory FASTON. Vzhledem k tomu, že ochrana proti přepólování je v případě vysokých proudů problematická, tak je třeba při zapojování takových konstrukcí dbát zvýšené opatrnosti.

Tímto je myšleno napájecí napětí v rozsahu stovek voltů až jednotky kV. Toto napájení se využívá pro některé speciální detektory, nebo výbojky, LASERy a podobně. Rozvádí se koaxiálním kabelem s konektory SHV nebo MHV.

Analogové VF signály jsou v MLABu rozvedeny klasickými VF Pigtaily vyrobenými obvykle z koaxu RG-174 na obou koncích jsou opatřené šroubovacím SMA (Male) konektorem.

Pozor konektor na obrázku obsahuje ukázkovou chybu - chybějící smršťovací bužírku přes nakrimpovanou ferruli konektoru. Bez ní dochází k postupnému vylamování pláště kabelu z konektoru.

Zakrimpované ferule konektorů je potřeba na kabelu chránit smršťovací bužírkou! Návod na nakrimpování SMA konektorů - v tomto videonávodu je na zakrytí konektoru použit místo smršťovací bužírky speciální návlek.

Rychlé digitální signály, jako jsou například hodiny ADpřevodníků, nebo sekvenčních obvodů rozvádíme v MLABu obvykle diferenciálně kvůli omezení rušení. Používá se obvykle logika PECL nebo LVDS. Vedení je zajištěno standardním přímým SATA kabelem - ten byl zvolen kvůli svojí definované impedanci a dobré dostupnosti.

Digitální sběrnice, jako I2C, TWI, nebo 1-wire se mezi moduly rozvádějí běžnými kablíky. Vetšinou pouze upravenými tak aby v jedné plastové koncovce byly všechny vodiče sběrnice případně ještě společně s napájením.

U propojovacích kablíků se v důsledku jejich postupného opotřebení mechanickým přepojováním snižuje vodivost jejich konektorů. Trvá řádově několik stovek zapojení, než se tento jev projeví, ale může být urychlen například neopatrnou přepravou zapojených konstrukcí, kdy jsou konektory v desce stranově namáháhy. (například hozených více zapojených desek na sebe v krabici) Tento stav se pozná jednoduše i mechanicky tak, že dutinka kablíku téměř nedrží nasunutá na hřebínku.

Tento stav lze napravit opětovným napružením kontaktu konektoru šroubovákem, nebo jiným podobným nástrojem. To se provádí zvenku u zámku konektoru. tlakem na pružinku proti stolu.

U modulů vetšinou není třeba provádět žádnou údržbu. Pouze se stává, že se na modulech poměrně intenzivně hromadí prach. To lze řešit buď ofouknutím ofukovacím balónkem (stlačeným vzduchem). Nebo smetením antistatickým štětečkem.

Hodně zašpiněné moduly lze mýt v ultrazvukové myčce. Některým to však škodí (čidla, GPS.. ) Proto tento postup nemůžeme obecně doporučit.

Konektory pro připojení jiných zařízení.

Napájení je k modulům MLAB z externích zdrojů obvykle přiváděno válcovými konektory 5,5/2,1mm (DC5521) k příslušnému hlavnímu napájecímu modulu například UNIPOWER01A.

U válcových konektorů se rozlišují napájecí napětí smršťovací bužírkou navlečenou a staženou přes konektor žlutá=12V, červená=5V

Napájecí zdroje, také mohou využívat PC standardu ATX a konektorů MOLEX.

Nebo v případě napájení pouze z baterií je lépe použít například modul BATPOWER02A. Pro připojení akumulátorů, kde lze očekávat větší proudové zatížení se pak používají T-konektory (klasické válcové modelářské se pro nízké proudy příliš neosvědčily).

Na trhu existují dva rozšířené typy běžně používaných šroubových svorkovnic. Kromě toho, že se poměrně výrazně liší cenou, tak se ještě výrazněji liší kvalitou a komfortem jejich užití.

První typ je více rozšířený hlavně kvůli své nízké ceně. Avšak díky použití plechových vložek pod šrouby není možné do tohoto typu kvalitně upnout holý vodič malého průměru. Navíc plechové podložky často vypadávají, případně blokují vytažení vodiče.

Druhý typ je dražší, ale tyto problémy nemá, navíc je možné upnout i čisté lanko. A tato svorkovnice je v podstatě zárukou kvalitního vodivého spoje.

Pružinové svorkovnice jsou výbornou moderní náhradou za šroubové svorkovnice, které technicky již pomalu zastarávají. Jejich nevýhodou o proti šroubovým svorkovnicím je pouze mírně větší rozměr a nemožnost regulace přítlaku spoje.

Používaným typem je obvykle WAGO256

Vysokofrekvenční signály jsou k externím zařízením v laboratoři vedeny stejně, jako mezi moduly koaxiálními kablíky s SMA konktory. Nebo případně připojeny krátkým pigtailem k některému jinému panelovému RF konektoru. Přeferovány, jsou konektory typu F, BNC, N a PL (v tomto pořadí). Pro připojení vzdálených zařízení, jako například přijímacích antén je dobrá volba F-konektor především díky jeho snadné montáži a demontáži, což umožňuje snadné protahování koaxiálních kabelů.

Nejrozšířenější externí sběrnicí užívanou na modulech je USB s konektorem USB-B. Důvod použití konektoru USB B je v tom, že je to nejodolnější konektor pro USB, má vývody skrz desku a tím pádem se netrhá z PCB, jako různé další varianty USBmicro konektorů.

Použití USB konektoru na modulu vyžaduje zařazení proudové pojistky do napájení z USB (obvykle 750mA PTC) Protože jinak může při vyzkratování napájení dojít ke shození HOST systému a tím pádem i ke ztrátě dat (laděného programu).

Dalším používaným datovým konektorem je D-sub typu DE-9. Je využívaný hlavně pro sériový datový přenos standardu RS-232

V průmyslu se se na tuto sběrnici používají svorkovnice. Vhodné tak je použít například modul INPUTUNI01A.

Pro rozvod sběrnice CAN na delší vzdálenosti, například v domě, je vhodné použít UTP kabel a konektory RJ-45.

Testovací konstrukce se skládají na některou ze základních desek. Rohové šrouby jsou pak v desce zajištěny maticemi M3. Lze použít obyčejnou matici, nebo pro konstrukce, kde hrozí vibrace, nebo dlouhodobá přeprava je lepší použít samojistné matice M3 s PA kroužkem.

Moduly se na základní desku skládají z jedné strany. Nápad šroubovat moduly na desku z obou stran se neosvědčil, protože v případě potřeby sundání jednoho modulu to pak znamená odšroubovat i několik dalších z druhé strany desky.

Tento způsob montáže kdy se na uchycení rohových šroubů modulů využijí úhelníky například ze stavebnice Merkur má výhodu v tom, že lze pak bez problémů přistupovat k obou stranám desky a měřit i na plošném spoji. Proto se hodí zejména k oživování nových modulů.

Moduly lze také šroubovat přímo k sobě což je výhodné zejména pro nenáročné konstrukce z několika modulů podobné velikosti.

Kovové MLAB desky lze pomocí závitových tyčí skládat i na sebe, což šetří místo na pracovním stole a umožňuje tvorbu komplikovanějších a rozsáhlejších systémů.

Permanentní, nebo semi-permanentní zařízení můžeme ze stavebnice snadno udělat tak, že odladěnou konstrukci i s nosnou deskou přišroubujeme na dno elektroinstalační krabice. Pro zvýšení odolnosti proti vibracím můžeme přívody k hřebínkům modulů přilepit tavným lepidlem a kablíky vyvázat k základní desce stahovacími pásky. Taková konstrukce je poměrně levná a přitom robustní i variabilní v případě potřeby změny.

Modulovou konstrukci můžeme snadno umístit do kovové krabice UNIBOX.

Moduly je též možné podobným způsobem instalovat do nízkonapěťových částí elektrických rozvaděčů. V dobrém elektru lze sehnat plastové svorky použitelné k uchycení na DIN lištu.

Elektroinstalační krabici lze využít podobným způsobem, jako rozvaděč ovšem s výhodou, že v krabici obvykle není problém s uchycením základní desky.

• Radio Storm Monitoring Station
• Časomíra - měří časy pohybu mezi několika optickými závorami.
• Jednoduchá GPS navigace
• LABduino
• Teploměr