Руководство по работе с токопроводящей нитью

Вам могут быть интересны другие наши статьи:

Руководство по работе с медной лентой

Готовые схемы для сборки

Вступление #

За последние 20 лет в мир хобби-электроники попало огромное количество новых материалов, устройств, инструментов. Все они так или иначе повлияли на наше восприятие реальности, на то, как электроника может быть совмещена с реальной жизнью.

Одним из таких направлений хобби можно смело считать носимую электронику или электронный текстиль (E-Textile). О нём мы сегодня и поговорим.

Что такое носимая электроника или E-Textile #

Носимая электроника (E-textile) — вид текстиля, который содержит в себе цифровые компоненты. Это могут быть светодиоды, датчики, сенсоры, кнопки, аккумуляторы и многое другое (включая небольшие компьютеры или микроконтроллеры).

Причины использования носимой электроники можно разделить на две категории:

  • визуальная эстетика;
  • улучшение характеристик;

Первая категория включает в себя ткани, которые светятся или могут менять цвет. Некоторые из таких тканей могут быть светонакопительными, отвечать на давление, вибрацию, температуру и другие воздействия.

Ткани, улучшенные с помощью носимой электроники, чаще всего предназначены для использования в спорте, медицине и военном деле. Например, ткани, предназначенные для саморегулирования температуры тела, снижения сопротивления ветру, контроля мышечной вибрации, для защиты от экстремальных условий, таких как радиация.

E-textile также используется в дизайне интерьера. Связанная с этим область фибретроника исследует, как электронные и вычислительные функции могут быть интегрированы (включены) в текстильные волокна.

Выделяют три различных поколения текстильных носимых технологий:

  • ● «Первое поколение«: прикрепляет датчик к одежде.
  • ● «Второе поколение«: датчик встроен в одежду
  • ● «Третье поколение«: датчик является частью одежды

Дальше в статье мы более подробно разберёмся с носимой электроникой первого поколения. А основу такой электроники составляет токопроводящая нить.

Знакомься, токопроводящая нить #

Токопроводящие нити позволяют связать вместе радиодетали, источники питания, а при необходимости и плату управления.

Одной из главных характеристик таких ниток является сопротивление. Это важный показатель, ведь чем сопротивление выше, тем короче должна быть длина нити. Подробнее об этом можно прочесть в статье на Википедии, а мы двинемся дальше.

Токопроводящих нитей существует огромное количество, но отдельно стоит выделить 2 типа:

  • ПОСЕРЕБРЁННАЯ НИТЬ (сопротивление нити в среднем от 300 Ом до 1 кОм на метр)

Это нейлоновая нить, покрытая слоем токопроводящего серебра. Прочность таких нитей может сильно различаться.

Если у вас большой проект (размером с одеяло или платье в полный рост), убедитесь, что сопротивление нити подходит для вашей схемы. Если же проект небольшой (холст для рисования, футболка или любой другой, где длина нити не более метра), то такая нить будет как нельзя лучше!

Поскольку основа посеребрённых нитей — нейлон, они абсолютно точно несовместимы с пайкой! Нить не выдержит температуры, необходимой для плавления припоя и расплавится сама.

  • НИТЬ ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ (сопротивление нити в среднем от 30 Ом до 100 Ом на метр)

Нить, полностью изготовленная из нержавеющей стали. Её немного сложнее шить, потому что она часто «перекручивается», но это компенсируется крайне низким сопротивлением и высокой прочностью.

Для действительно глобальных проектов вам необходимо, чтобы нить имела низкое сопротивление. Нити с очень низким сопротивлением обычно очень толстые. Они больше похожи на шпагат, чем на нить, и ими очень сложно шить (если вообще возможно).

Благодаря тому, что нить состоит из стальных волокон, её можно паять. Тепло от паяльника не повредит нить (хотя место нагрева немного побелеет, помните об этом!), так что такой способ крепления она тоже поддерживает. Однако, имейте в виду, что нержавеющая сталь — это непростой материал для пайки, вам точно понадобится специальный флюс.

ДОПОЛНЕНИЕ:

Если сопротивление нити всё ещё велико, используйте следующий трюк:

  • Каждая прошитая дорожка имеет сопротивление.
  • Если прошить дорожку ещё раз — толщина дорожки увеличится, а сопротивление уменьшится
  • Прошейте все нужные дорожки повторно — так вы снизите сопротивление до нужного уровня

Радиоэлементы, совместимые с токопроводящей нитью #

Внимание, спойлер: все радиоэлементы совместимы с токопроводящей нитью! :)

Фото взято с сайта fainaidea.com

Подробно про определение и классификацию можно прочитать в Википедии. Мы же, в свою очередь, возьмём для наглядности 2 способа монтажа радиодеталей и разберёмся с особенностями работы с ними.

THT-монтаж (Сквозной монтаж)

Монтаж в отверстия, сквозной монтаж (англ. Through-hole TechnologyTHT — технология монтажа в отверстия) — технология установки компонентов на печатные платы (ПП), при которой выводы радиоэлементов монтируются в сквозные отверстия ПП. Технология постепенно уступает место поверхностному монтажу, однако продолжает применяться в хобби-элетронике, а также в изделиях большой электрической мощности и при больших механических нагрузках . Помимо этого, в некоторых случаях монтаж в отверстия оказывается экономически выгоднее.

При использовании данной технологии ключевым является предварительная подготовка выводов компонентов. Компоненты фиксируются на плате, а пайка, как правило, выполняется ручным паяльником или на установках автоматической пайки волной.

В проектах с токопроводящей нитью выводы таких радиоэлементы можно просто скручивать и пришивать, не используя паяльник:

Использование светодиода с выводами для сквозного монтажа

SMD-монтаж (Поверхностный монтаж)

Поверхностный монтаж — технология изготовления и установки электронных изделий на печатные платы.

Технологию поверхностного монтажа печатных плат также называют ТМП (технология монтажа на поверхность), SMT (англ. surface mount technology) и SMD-технология (от англ. surface mounted device — прибор, монтируемый на поверхность), а компоненты для поверхностного монтажа также называют «чип-компонентами». ТМП является наиболее распространённым на сегодняшний день методом конструирования и сборки электронных узлов на печатных платах.

Основным отличием ТМП от «традиционной» технологии — сквозного монтажа в отверстия, является то, что компоненты монтируются на поверхность печатной платы только со стороны токопроводящих дорожек, и для этого не требуются отверстия. Сквозной монтаж и ТМП могут комбинированно использоваться на одной печатной плате.

Для создания схем с токопроводящей нитью существует огромное количество готовых модулей, выполненных в виде пуговицы: модуль имеет «ушки», за которые его удобно пришивать.

Вариант использования SMD-кнопки в схеме с токопроводящей нитью

Как работать с нитью #

Что стоит знать, приступая к работе с токопроводящей нитью

Когда используется большое количество светодиодов, датчиков и других элементов, то схема усложняется. Плюс, увеличивается длина ниток, которая понадобится для такого проекта. В подобных ситуациях можно выделить несколько простых правил. Следуйте им, у вас точно всё получится:

  • ● Перед тем, как приступать к шитью, начертите схему электрической цепи на листе бумаги. Обозначьте все плюсовые и минусовые выводы. Заранее подумайте о том, как проложить стежки от элемента к элементу с наименьшим количеством пересечений и минимальной длины.
  • ● При установке компонентов на ткани можно сначала зафиксировать их обычными нитками. Перенести схему с бумаги на ткань можно при помощи мела, мыла или карандаша.
  • ● Не располагайте элементы слишком близко, чтобы избежать замыкания.
  • ● Начинайте шить с узелка. Прочно закрепите нить, и спрячьте узелок внутри элемента. Если такой возможности нет, то убедитесь, что узелок и конец нитки не замыкается на любой другой контакт.
  • ● Если пересечения нитей не избежать, то проложите между стежками кусочек ткани. В крайнем случае можно использовать любой изолирующий материал: лак, скотч, ткань.
  • ● Пришивать элементы необходимо при отключенном питании! В противном случае нити могут лечь друг на друга и вызвать короткое замыкание или даже порчу одежды и/или детали.
  • ● Ещё раз про узелки:
    • ● они не должны касаться нитей и узлов, проходящих рядом;
    • ● во-вторых, следует завязывать их так, чтобы нить не рвалась, но и не развязывалась;
    • ● можно завязывать узелок, разделив кончик нити на две части — так он будет меньше и аккуратнее;
    • ● заизолировать и зафиксировать узелок и стежки можно с помощью лака для ногтей или клея;
  • ● При креплении детали за ушко или за кольцо (кнопки, датчики, светодиоды, прочее), следует сделать минимум три стежка в разных направлениях (подобие трезубца) — это позволит не только хорошо зафиксировать элемент на ткани, но и создать прочный контакт между внутренней металлизированной поверхностью ушка/кольца и нити.
  • ● Работает цепь при подключённом питанием. Нельзя сгибать или сворачивать ткань, ведь в этом случае возможен контакт токопроводящих нитей между собой и с другими элементами.
  • ● Любые готовые изделия перед непосредственным надеванием следует обесточить. Надев изделие на себя, расправьте его и уже после этого подайте питание. Когда вы снимаете изделие, то всё надо делать в обратном порядке: сначала обесточить, а потом аккуратно снять.

Что делать, если нить порвалась (не там, где надо)

Как и в случае с обычной нитью можно просто завязать узел, соединив 2 конца.

Как защитить нить от короткого замыкания и внешнего воздействия

Для проектов, которые создаются на длительный срок, следует сказать пару слов о защите токопроводящей нити. Это может быть полезно сразу по нескольким причинам: предотвращение короткого замыкания, защита от воды, а иногда и просто дизайнерский ход. Вот несколько полезных приёмов:

  • ИСПОЛЬЗОВАТЬ РЕЗИНОВЫЙ КЛЕЙ
  • ИСПОЛЬЗОВАТЬ КРАСКУ ДЛЯ ТКАНИ
  • ИСПОЛЬЗОВАТЬ ПОДКЛАДКУ ИЗ ТКАНИ
  • СДЕЛАТЬ ВЫШИВКУ
  • ИСПОЛЬЗОВАТЬ КЛЕЕВУЮ ТКАНЬ

Что ещё можно делать с нитью?

Токопроводящая нить используется в огромном количестве проектов. Мысленно их можно разделить на 2 типа:

  • Без использования управляющей платы

В проектах данного типа используются сенсоры, кнопки, светодиоды и источник питания. При этом сигналы с сенсоров и кнопок прямо влияют на работу схемы: включают/регулируют яркость, громкость, скорость/выключают. Вот небольшая часть таких проектов (изображения кликабельны):

  • С использованием управляющей платы

Проекты данного типа используют те же устройства, что и предыдущий тип, но подключаются к управляющей плате. Видов подобных плат существует огромное множество, кратко изобразим основные модели управляющих плат и сенсоров:

Фото взято с сайта sparkfun.com

В будущем мы подробно рассмотрим работу с управляющими платами в носимой электронике. А пока приведём несколько примеров подобных проектов (изображения кликабельны):

Как работать с радиоэлементами #

Среди всего многообразия радиодеталей есть те, которые обладают полярностью, и есть те, что ею не обладают. Чаще всего на схеме указано, где какой элемент должен быть установлен и какой полярностью. Однако в своих собственных проектах вы будете использовать разные элементы, поэтому расскажем, как их соединять с помощью токопроводящей нити.

Электрический ток

Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение частиц — носителей электрического заряда.

Электрический ток может быть постоянным или переменным. Позднее мы подробно рассмотрим каждый из видов, а пока кратко разберёмся с постоянным током.

Постоянный электрический ток

Постоянный электрический ток — это электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению. Источниками постоянного тока могут быть батарейки, аккумуляторы, блоки питания и пр. Важно знать, что в цепях с постоянным током необходимо соблюдать полярность при подключении радиоэлементов.

Полярность

Электрическая полярность — это термин, используемый во всех отраслях и областях, связанных с электричеством. Есть два типа полюсов: положительный (+) и отрицательный (-). Батарея имеет положительный полюс (+ полюс) и отрицательный (- полюс). Для соединения электрических устройств почти всегда требуется соблюдение правильной полярности.

В цепи постоянного тока ток течет только в одном направлении, и общепринятым считается направление от плюса к минусу. Радиоэлементы, работающие в цепях постоянного тока, могут иметь или не иметь полярности. Однако, если она указана, то точно должна быть соблюдена, иначе устройство может не заработать, а в худшем случае выйти из строя.

Установка элементов

Есть несколько простых способов установки элементов на схему:

  • ● зафиксировать деталь обычными нитками

Если у детали нет заводских креплений, то их легко сделать руками или используя мелкие плоскогубцы

  • ● закрепить элементы горячим клеем;
  • ● припаять элементы к стальной токопроводящей нити с помощью паяльника;
Завязываем узел на ножке светодиода и паяем!

Сборка первой схемы

Подключаем кнопку

Кнопка должна быть пришита «в разрыв» цепи, чтобы при её нажатии цепь замыкалась и сигнал шёл на светодиод.

Подключаем сенсоры и датчики

Как и кнопка, сенсор/датчик подключается сначала к источнику питания. После этого уже к сенсору/датчику подключаются устройства, работой которых требуется управлять:

В данной схеме используется 2 источника питания, так как светодиодов много и им требуется дополнительный ток.

Можно/нужно ли паять?

Так как нить выполнена из нержавеющей стали, пайка не так проста. Однако, возможна. Прибегать к ней стоит в тех случаях, когда требуется добиться особой прочности и жёсткости конструкции. Во всех остальных случаях сама нить обладает достаточной прочностью и без пайки.

Питание в схемах #

Любое живое существо нуждается в питании. А схемы чем хуже? Правда, им не пирожки бабушкины подавай, а свеженький электрический ток!

Как и в жизни, среди радиоэлементов есть те, кто сидят на диете, и есть настоящие обжоры :)

Именно поэтому стоит повнимательнее отнестись к этому разделу, иначе некоторые ваши проекты так и останутся просто набором деталей, сшитых токопроводящей нитью.

Подключение

В электронных схемах есть 2 типа подключения:

  • последовательное
  • параллельное

В зависимости от того, что вы хотите получить, и какими средствами обладаете, схемы могут включать как один способ подключения, так и сразу оба. Более подробно можно прочитать в Википедии. Не ленитесь, это правда важно!

После того, как про типы подключений вы узнали достаточно, можно переходить к самой сути вопроса, а именно: как и чем питать схему.

Типы источников питания

Источник питания — электронное устройство, используемое для обеспечения электрическим питанием других устройств. Может состоять из различных элементов питания.

Источников питания может быть великое множество, но мы подробно рассмотрим 2:

  • батарейки 
  • аккумуляторы.

Наши схемы расположены на ткани, значит, использовать тяжеленный трансформатор нам не к чему.

Итак, элементами питания могут быть электрические батарейки или электрические аккумуляторы.

Электрическая батарейка — элемент питания, который нельзя перезарядить.

Электрический аккумулятор — элемент питания, который можно перезарядить с помощью зарядного устройства.

Батарейка

Бывают разных типов, в зависимости от используемых в их конструкции материалов. Батарейки типа CR2032 имеют напряжение 3В и ёмкость 190-235 мА*ч. Батарейки типоразмера АА/AAA имеют напряжение 1.5В, ёмкость 550-1500мА*ч (для солевых) / 1500-3000мА*ч (для щелочных).

Аккумулятор

Данный элемент питания имеет несколько типоразмеров. Для создания аккумуляторов также используются различные материалы, но наиболее предпочтительными являются литий-ионные (Li-ion) и никель-металлгидридные (Ni-MH) аккумуляторы. Li-ion аккумулятор CR2032 имеет напряжение 3.6В и ёмкость 40-60мА*ч . Ni-MH аккумулятор типоразмера АА имеет напряжение 1.2В и ёмкость 300-3000мА*ч.

Ёмкость и саморазряд

Вы спросите: «А что же такое ёмкость, и как она характеризует тот или иной элемент питания?»

Ёмкость — количество электроэнергии, которое находится в элементе питания. От значения ёмкости зависит длительность работы устройства — чем оно больше, тем больше времени проработает устройство, подключённое к данному источнику питания.

Помимо ёмкости, полезно будет узнать и о таком понятии как саморазряд:

Саморазряд — процесс потери энергии элементом питания из-за необратимых химических реакций, которые протекают в элементе. Факторы, ускоряющие саморазряд: резкие перепады температур, использование элементов питания на морозе и отсутствие нагрузки в течение длительного времени.

Соединение элементов питания

Если в источнике питания используется больше одного элемента питания, то их необходимо между собой соединить. Это можно сделать 2 способами:

Последовательное соединение — положительный полюс каждого элемента соединяется с отрицательным полюсом следующего. В этом случае напряжения элементов складываются, а ёмкость остается такой же, как у одного элемента.

Параллельное соединение — все источники питания соединяются друг с другом одноимёнными полюсами: плюс к плюсу, минус к минусу. При этом общее напряжение будет равно напряжению самого слабого элемента питания, а вот ёмкости будут складываться воедино.

Что ж, с источниками питания разобрались, можно переходить к использованию их на схемах!

Держатель батарейки

Самый быстрый и простой способ подать питание в цепь с помощью батарейки — использовать держатель. Существует нескольких видов таких держателей.

Модули крепления батарейки

Человечество не было бы собой, если не придумало бы «ленивого» способа подключения к батарейке. Именно поэтому существует несколько вариантов таких устройств:

Вот этот блок позволяет сделать из простой батарейки батарейку с выводами:

После того как батарейка вставлена — держатель можно пришивать.

А это устройство ещё и со встроенным переключателем. Красота!

Наличие 4 металлизированных «ушей» позволяет питать схемы сразу в 2 направлениях!

Батарейка с выводами

Помимо вышеуказанных, есть батарейки с уже припаянными к ним выводами. Иногда в них есть отверстия, с помощью которых батарейку можно пришить:

По своим характеристикам они ни чем не отличаются от своих собратьев без выводов. Просто ими чуть удобнее пользоваться :)

Li-ion и Li-Po аккумуляторы

Не будем вдаваться в подробности того, чем отличаются друг от друга данные типы аккумуляторов. Это вы всегда можете сделать сами, прочитав о том, что такое Li-pol аккумулятор и Li-ion аккумулятор.

Сосредоточимся на том, как можно их использовать в своих проектах.

Во-первых, для подключения такого типа питания понадобится специальная плата с разъёмом

После этого можно подключить к схеме тот или иной аккумулятор:

Ресурсы и дальнейшее развитие #

В данной статье мы постарались собрать наиболее полную информацию о токопроводящей нити и способах работы с ней. Безусловно, благодаря вам, это руководство может стать значительно более полным, поэтому не стесняйтесь писать нам любым из доступных способов! Вместе мы сделаем носимую электронику доступными ещё большему кругу людей!


Содержимое этой статьи предоставляется на условиях следующей лицензии: CC Attribution-Noncommercial-Share Alike 4.0 International. Производные работы должны содержать ссылку на https://fhmakers.ru/wiki, как на первоисточник, непосредственно перед содержимым работы.

Добавить комментарий