מבוא ל-IoT ברספברי פיי: המעגל החשמלי

כל המאמרים שלי עד כה ברספברי פיי היו מאמרים שבהם דיברתי, הסברתי והדגמתי על רספברי פיי כמחשב. לימדתי איך מתקינים עליו לינוקס ומתחברים אליו ב-SSH. הראיתי איך משתמשים בו כשרת DNS, איך מתקינים עליו וורדפרס, hidden service, בונים עליו רשת אלחוטית מבוססת Tor או פרוטון ואיך מחברים אליו רמקול בלוטות'.

רספברי פיי הוא מעניין ממש כמחשב. והעובדה שהוא קרוב ויושב לידי ואני יכול להתפרע בו כרצוני מאוד מקילה על השימוש בו גם בלי שום יכולת טכנית, הלחמות, ריתוכים או IoT. דיברתי על זה לא מעט בפרק על רספברי פיי בפודקאסט עושים תוכנה והתמקדתי דווקא בפרויקטים מלהיבים בתוכנה ופחות ב-IoT וגם ב"מה יוצא לי מזה" – כי לכולנו יש זמן מוגבל ולמה בדיוק שמתכנת ווב יתעסק ברספברי פיי? אז הסברתי שם למה זה חשוב.

אבל הגדולה של רספברי פיי היא לאו דווקא היותו מחשב לינוקס אלא היכולת שלו להתממשק ל-IoT. כלומר לממשקי קלט/פלט בעולם האמיתי. להדליק נורה, לכבות נורה, להדליק מזגן. לסובב מאוורר, לעשות דברים פיזיים ולקבל מידע ממקורות פיזיים: טמפרטורה, לחות, חיישן תנועה וכו'. את התקשורת הזו עם הרכיבים אנו עושים עם הבאס (Bus) – שורת הפינים שיש על הרספברי. הפינים האלו מופעלים על ידי רספברי ואפשר לתקשר איתם בכמה דרכים.

מה משמעות הפינים האלו? מה עושים איתם? מדובר בפינים שחלקם מעבירים מתח, חלקם הם "אדמה" (כלומר סוגרים מתח חשמלי) וחלקם הם פינים מסוג GPIO – ראשי תבות של General Purpose Input/Output – פינים שיכולים לקבל או לקלוט מידע.

בחלק מהמקרים ובשימוש הפשוט ביותר אנחנו משתמשים ב-GPIO על מנת לסגור מעגל חשמלי. רוב הקוראים (גם אני!) לא יודעים בכלל אלקטרוניקה וחשמל. אבל מעגל חשמלי זה קונספט די מוכר – בגדול יש לנו מעגל, שמצד אחד מועבר זרם ומהצד השני מישהו מקבל אותו.. נשים משהו באמצע? והוא יידלק. בדיוק כמו עם נורה ישנה שיש לה שני מגעים. בצד אחד פלוס, בצד שני מינוס.

כדי לכבות את הנורה, אנו מנתקים את המעגל. עם מפסק. ככה עובד מעגל חשמלי.

כדי לבנת מעגל חשמלי פשוט, אנו צריכים כמה חלקים – הראשון הוא breadoard, לוח לבן שיש עליו חרירים זעירים ועליו אנו מסדרים את הציוד שלנו. השני הוא מנורת לד. השלישי הוא הנגד והשאר הם כבלים חשמליים שמחברים בין הכל וכמובן לפינים ברספברי פיי.

אנו נדגים עם רספברי פיי. יש פין אחד ברספברי פיי שתמיד מעביר מתח (בואו ונגיד שהוא הפלוס). יש פין אחר שהוא האדמה (בואו ונגיד שהוא המינוס). אם אני אחבר אותם בכבלים חשמליים ונגד (Resistor) אז אני אצור מעגל חשמלי שתמיד יעבוד.

רגע, לא להבהל!!!!

אני יודע שכשרואים את התמונה לעיל, במיוחד אם יש לכם זוג ידיים שמאליות, בחיים לא ראיתם מעגל חשמלי ולא התעסקתם עם נגדים, קבלים ומפלצות אחרות – קל לסגור את האתר ולהמלט. אבל תאמינו לי – לא למדתי במגמה ריאלית, לא נגעתי בחיים שלי באלקטרוניקה, ועדיין הצלחתי.

כל מה שצריך להבין זה שמדובר במעגל – כלומר הכל צריך להיות מחובר להכל בנקודה אחת. ממש כמו במשחק הזה "חבילה עוברת". כשמה שעובר הוא הדבר המהמם הזה שנקרא "חשמל".

בואו ונעבור על התמונה הזו לפי הסדר. ראשית – יש לי כבל נקבה שמחובר לפין שמעביר חשמל (נדבר על הפינים ומה מעביר חשמל בהמשך המאמר).

הכבל הזה מחובר לכבל נוסף שמחובר לפין שנכנס ל-breadboard

ברגע שאני מחבר למשהו בbreadboard, כל מה שאני אחבר בקו ישר (אופקי או אנכי) יקבל ממנו הזנה. עכשיו אני אחבר נגד (רזיסטור). איזה נגד בדיוק? אסביר עוד שניה בהמשך?

את הזרוע השניה של הנגד אני אעביר לחלק הבא. מאוד חשוב להעביר בין חלקי הboard כי אסור ששום חלק יקבל הזנה כפולה.

מה שחשוב להבין בbreadboard הוא:

1. הזרם עובר בקו ישר – כלומר למעלה/למטה והצידה. הוא לא קופץ מעל תעלות.
2. לכל דבר בבאסקט יש כניסה ויציאה (חוץ מהכבלים של המתח) והם לא יכולים להיות באותו חלק.
3. כדאי להעתיק אחד לאחד מהתמונה שלעיל את מה שעשיתי אם לא מבינים. ההבנה לפעמים מגיעה יותר מאוחר.

מאיפה כל החלקים?

את הכבלים, הנגדים, מנורת ה-led וה-breadboard קניתי מעלי אקספרס בכמה דולרים בודדים. יש גם קיטים עצומים שעולים 30-40 דולר שמכילים באמת את הכל. אבל אפשר לקנות נגדים, breadboard ומנורות בדולרים בודדים.

כל דבר שמתאים לארדואינו מתאים לרספברי פיי.

מהניסיון שלי, הדבר שהכי מלחיץ הוא הנגד וכל החישובים האלו – אני מבטיח להקדיש מאמר נוסף לנגדים. אבל בגדול – יש הסבר ברשת על כל נגד – אתם יכולים להשתמש בנגד הזה לנורית LED.

רוב העבודה שלכם תהיה לבנות מעגל חשמלי מתפקד בהתחלה. אני התחלתי בלהעתיק ממדריכים – בדיוק כמו זה. אבל נשאלת השאלה – לאיזה פינים לחבר?

רשימה מסודרת של הפינים נמצאת בלא מעט אתרים. האתר הכי נוח הוא https://pinout.xyz/pinout – אתר מהמם עם הסבר מסודר על כל אחד מ-40 הפינים. כדי לבנות מעגל חשמלי בסיסי ומתפקד. פין אחד מחובר לאדמה (ground) והשני למקור חשמל. בהתחלה מומלץ לעבוד עם מקור חשמל שתמיד מזרים מתח.

לכל פין יש שם ומקום אז נחבר לפין הראשון (מספר 2) ולפין השני (מספר 6) כמו בשרטוט:

ואז יהיה לי מעגל חשמלי עובד. אבל כזה שעובד תמיד. והנורה תמיד תהיה דולקת. שזה נחמד אבל פחות מעניין. כל העניין הוא להדליק או לכבות את הנורה! איך? על זה בהמשך. ראשית נעמיק יותר בנגדים ואז נכנס יותר עמוק למעגל.