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玩转Tinkercad电子电路设计 | 在线仿真让学习和创作如此简单

 

 

关于作者

 

Becky Stern 

Becky Stern 已经出版了数百个DIY教程和视频,从微控制器到编程。她住在纽约,您可以在beckystern.com找到她。

 

 

当您在面包板上创建您的电路设计时,一般很难跟踪线路连接、图表和源代码文件。

 

Tinkercad Circuits (Tinkercad电子电路) 帮助您从Web浏览器中轻松设计、编程、创建和分享您的电子电路作品。用鼠标拖拽添加电子元器件,单击将它们用导线连接,如果您的电路需要Arduino来控制的话还能添加Arduino代码,然后单击编辑器里面的“开始仿真”按钮,马上就可以看到您的设计在线仿真运行的结果了。无论您是想创建电子电路原型设计,还是只想以整齐的方式将一些截图放入您的作品设计文档中,本指南将帮助您从Tinkercad电子电路开启轻松创作之旅。

 

为了充分展示Tinkercad这个强大的工具,我们将建立一个简单的传感器和LED电路来演示一下。如果您还没有Autodesk的帐户的话,请先在Tinkercad.com创建一个免费的Autodesk Tinkercad帐户,并开始创建一个新的电子电路文件。在电路编辑器的右侧区域,有一个预定义的电路元器件列表。你可以用下拉菜单来展开列表,看看Tinkercad目前支持的元器件——比如:传感器、开关、震动电机、Arduino Uno R3和ATtiny微控制器、晶体管、电池和一些常用的集成电路。

 

将Arduino Uno R3和面包板从电路元器件列表中拖到工作平面。鼠标滑过连接点查看它们的提示信息。单击Arduino的5V引脚并从它开始开始创建导线,然后单击面包板的(+)正极的引脚完成该线路。在导线任意位置双击,将在该点创建额外的弯曲点,可以拖动弯曲点并适度调节位置以使导线布局更合理。当选中导线时,您可以使用键盘上的数字键(0-9)在不同的导线颜色中进行切换,或者在导线属性列表中找到颜色选择下拉菜单。重复这个过程来创建一个连接Arduino的GND引脚到面包板的(-)负极的导线。

 

拖放

 

在元器件列表中找到LED并拖动3个LED到工作面中的面包板上,并把它们隔开几行。如果您喜欢的话,鼠标选中任何LED灯后可在属性列表里面给它换个颜色!拖动一个电阻连接LED负极到面包板的负极,并在电阻属性列表上将其值调整到220欧姆。复制并粘贴电阻,为另外两个LED也连接上同样的电阻。创建导线分别将3个LED正极连接到Arduino数字引脚2, 3和4。

您可以按照您的喜好来决定要不要在Tinkercad电路中把线路放在面包板上。但是如果您计划后面把虚拟线路在现实中用电子元器件实物搭建出来,那使用面包板能帮助您让电路在虚拟和现实环境中看起来一样,很方便。

 

您可使用在电子元器件列表中找到的任何传感器,或者使用超声波距离传感器来学习。像蝙蝠回声定位一样,我们可以利用超声波距离传感器来检测和物体之间的距离。找到您选择的超声波距离传感器(Tinkercad支持三针式和四针式的超声波距离传感器),并将其拖入工作平面,拖到面包板上空闲的地方。将超声波距离传感器上的5V引脚连接到面包板上(+)正极,将超声波距离传感器上GND引脚连接到面包板上(-)负极,并把超声波距离传感器上SIG(三针式)或TRIG(四针式)连接到Arduino引脚7。四针式用户还应该连接Echo回声引脚到Arduino 6号引脚。

 

三针式超声波距离传感器

四针式超声波距离传感器

 

编程

 

接下来,是时候给Arduino编程来收听超声波距离传感器,评估其读数,并相应地点亮一些LED(距离越近,点亮越多的LED)。在电路编辑器的工具栏上查找到“代码”按钮并单击它打开代码编辑器。

 

默认视图是用Scratch块进行编码,这是一种对初学者来说简单易懂的编程入门方式。找到左边的下拉菜单,选择“Blocks+Text” (块+文本方式)以查看由代码块生成的Arduino代码,或者选择“Text”(文本方式)以将Arduino板的代码编写方式改为常规的文本编辑模式,这样就像您在Arduino软件IDE中使用的那样。

 

无论选择哪种方式创建程序,您都需要创建一个变量来设置某个距离阈值,另一个变量用于存储以厘米为单位的传感器读数。如果想把厘米转换成英寸,需要除以2.54。将传感器值打印输出到串行监视器显示,并使用“if then”语句评估0-350厘米之间的不同距离范围,物体离传感器越近,点亮的LED越多。 

 

 

串行监视器

 

当使用Arduino板时,串行监视器通过USB接口向计算机报告程序运行情况。在Tinkercad电路模拟器中,串行监视器可以在代码面板的底部找到。这对于诊断和解决代码中的问题非常有用。在本教程的示例电路中,把输出打印到串行监视器有助于您比单独显示LED状态更细粒度地观察距离变化。Tinkercad电路还内置了你的串行数据图形,方便查看。这便于您查看可视化传感器读数和其他输入的变化,以及跟踪程序中的变量变化。打开串行监视器后,点击右下方的图形按钮打开图形面板。当模拟运行时,您就能看到图形值随着您与传感器的交互而改变。 

 

点击“开始仿真”按钮来启动你的电路并仿真运行Arduino程序。点击传感器显示它的交互界面,将蓝色圆圈拉得更近、更远的同时,请注意串行监视器上打印的数字和LED相对于距离的点亮情况。

 

 

在纯文本编码模式下,您可以单击库文件按钮以查看Tinkercad Circuits中包括的公共Arduino代码库。可以通过将库文件的内容粘贴到Arduino代码中以使用Tinkercad里未列出的库。 

 

调试器

 

在Tinkercad电子电路编辑器里,有一个调试器。它能让您在程序运行过程中查看变量的值。在任何时候如果您的代码没有按您所期望的方式来运行,您都可以通过调试器来查看。在代码编辑器打开时,切换到Blocks+Text(块+文本方式)或者Text (文本方式)模式下,鼠标单击行号添加断点,这意味着调试器将在代码循环运行过程中每次都在该断点停下来。开始在线仿真后鼠标在变量名上停留,就能查看它们的值了。

 

 

实物连接

 

为了将电路带入现实世界,请按照Tinkercad Circuits面包板上已经设计好的电路图连接实物,并把代码复制和粘贴到Arduino IDE中,或者通过单击带有向下箭头的下载代码按钮来下载Arduino代码。按照通常的方式将代码上传到Arduino板上——通过USB接口,在Arduino设置中选择适当的板类型和端口号,然后单击Upload(上传)按钮。 

 

有一个虚拟的电路和程序来仿真运行,这是检查您代码是否正确很有帮助的一个方式,特别的是如果模拟仿真是正常运行的,但你的实际连接的电路不工作,那比较虚拟的电路连接和实际电路连接很快就能找到问题所在并解决。

 

分享

 

把您的作品设为公开可见后,就能把您的电路设计跟别人分享了。别忘了给它取一个合适的名字以及添加几个合适的标签。现在,您也可以把电子电路代码嵌入到其他页面的电路中,就像编写教程一样。当跟着别人的步骤学习时,一张图比一张满是导线的照片要容易理解得多。

 

亲爱的老师们,您可以把您公开的设计文件连接发给您的学生,并让他们点击页面上的的“复制和编辑”按钮来查看您的设计并修改。您可以找到本教程中使用的示例电路(https://www.tinkercad.com/things/j0k4YgzXoDF),并进行同样的查看和修改设计。

 

在Tinkercad 设计库页面上也可以找到其他用户分享的更多有用和令人受到启发的电路作品。或者在Tinkercad主页上点击Learn(学习)按钮,跟着我们内置的免费课程一起学习。

 

 

 

余老师的30节公益微课也能帮您入门。

【余老师公益课汇总】Tinkercad 3D建模+Circuits电子电路

 

接下来就请尽情发挥您的创意吧!

 

近期挑战赛

Autodesk Tinkercad电子电路设计挑战赛

 

Tinkercad是Autodesk(欧特克)旗下的一款面向大众的在线免费软件,集3D建模,电子电路设计,以及编程于一个软件平台。全球有近1200万免费注册用户。

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原文链接:
  • https://hackspace.raspberrypi.org/issues/11

  • https://blog.tinkercad.com/2018/09/27/tinkercad-circuits-in-hackspace-magazine/

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