Mechatronika Modu 12: Interfejsy podr czniki, wiczenia i rozwi zania (pomys ) dr Gabriele Neugebauer mgr in. Matthias Römer Neugebauer und Partner OHG Niemcy Europejski Projekt transferu innowacji dla dodatkowej kwalifikacji Mechatronika dla specjalistów w zglobalizowanej produkcji przemys owej. UE-Projekt Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 "MINOS + +", okres od 2008 do 2010 r. Ten projekt zosta zrealizowany przy wsparciu finansowym Komisji Europejskiej. Projekt lub publikacja odzwierciedlaj jedynie stanowisko ich autora i Komisja Europejska nie ponosi odpowiedzialno ci za umieszczon w nich zawarto www.minos-mechatronic.eu
Partners for the creation, evaluation and dissemination of the MINOS and the MINOS** project. - Chemnitz University of Technology, Institute for Machine Tools and Production Processes, Germany - np neugebauer und partner OhG, Germany - Henschke Consulting, Germany - Corvinus University of Budapest, Hungary - Wroclaw University of Technology, Poland - IMH, Machine Tool Institute, Spain - Brno University of Technology, Czech Republic - CICmargune, Spain - University of Naples Federico II, Italy - Unis a.s. company, Czech Republic - Blumenbecker Prag s.r.o., Czech Republic - Tower Automotive Sud S.r.l., Italy - Bildungs-Werkstatt Chemnitz ggmbh, Germany - Verbundinitiative Maschinenbau Sachsen VEMAS, Germany - Euroregionala IHK, Poland - Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen - Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Poland - Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Hungary - Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Hungary - Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Hungary - Christian Stöhr Unternehmensberatung, Germany - Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Sweden Zawarto Szkolenia Minos: modu y 1 8 (podr czniki, wiczenia i rozwi zania do wicze dla): Podstawy/ Kompetencje mi dzykulturowe, zarz dzenie projektem/ Fluidyka / Nap dy Elektryczne i Sterowanie / Elementy Mechatroniki/ Systemy i Funkcje Mechatroniki/ Logistyka, Teleserwis, Bezpiecze stwo/ Zdalne Zarz dzanie, Diagnostyka Minos **: modu y 9 12 (podr czniki, wiczenia i rozwi zania do wicze dla): Szybkie Prototypowanie / Robotyka/ Migracja/ Interfejsy Wszystkie modu y dost pne s w nast puj cych j zykach: Polski, Angielski, Hiszpa ski, W oski, Czeski, W gierski i Niemiecki W celu uzyskania dodatkowych informacji prosz si skontaktowa z Chemnitz University of Technology Dr.-Ing. Andreas Hirsch Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz phone: + 49(0)371 531-23500 fax: + 49(0)371 531-23509 e-mail: minos@mb.tu-chemnitz.de www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch or www.minos-mechatronic.eu
Mechatronika Modu 12: Interfejsy podr czniki (pomys ) dr Gabriele Neugebauer mgr in. Matthias Römer Neugebauer und Partner OHG Niemcy Europejski Projekt transferu innowacji dla dodatkowej kwalifikacji Mechatronika dla specjalistów w zglobalizowanej produkcji przemys owej. UE-Projekt Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 "MINOS + +", okres od 2008 do 2010 r. Ten projekt zosta zrealizowany przy wsparciu finansowym Komisji Europejskiej. Projekt lub publikacja odzwierciedlaj jedynie stanowisko ich autora i Komisja Europejska nie ponosi odpowiedzialno ci za umieszczon w nich zawarto www.minos-mechatronic.eu
Spis treści 1. Interfejsy... 7 1.1 Wprowadzenie... 7 1.2 Zasilanie elektryczne... 8 1.2.1 Wtyczka euro... 8 1.2.2 Wtyczka wstrząsoodporna... 9 1.2.3 Wtyczki w Wielkiej Brytanii... 11 1.2.4 Wtyczki w Szwajcarii... 12 1.2.5 Wtyczki w Ameryce Północnej... 13 1.2.6 Inne systemy... 14 1.2.7 Gniazda kablowe... 15 1.2.8 Lampy... 19 1.2.9 Baterie... 21 2. Interfejsy komputerowe... 23 2.1 Wprowadzenie... 23 2.1.1 Pojęcia... 24 2.2 Zewnętrzne interfejsy w komputerach... 25 2.2.1 Port przyłączeniowy drukarki... 25 2.2.2 Interfejs szeregowy... 27 2.2.3 Porty klawiatury i myszy (PS/2)... 29 2.2.4 USB... 31 2.2.5 FireWire... 34 2.3 Porty monitora... 36 2.3.1 VGA... 36 2.3.2 DVI... 38 2.3.3 HDMI... 40 2.3.4 DisplayPort... 41 2.4 Interfejsy wewnętrzne... 42 2.4.1 Zasilanie energią... 42 2.4.2 Slot ISA... 44 2.4.3 Slot PCI... 45 2.4.4 PCI-Express... 47 2.4.5 Inne sloty do dodatkowych funkcji... 48 2.4.6 PCMCIA... 49 2.4.7 Porty i połączenia portów napędu dysków... 50 2.4.8 Podłączenie twardego dysku IDE... 52 2.4.9 Interfejs szeregowy ATA... 54 2.4.10 esata... 56 2.4.11 SCSI... 57 3
2.4.12 Serial Attached SCSI... 59 2.4.13 Sloty RAM... 60 2.4.14 SO-DIMM... 63 2.4.15 Gniazda procesora... 64 2.5 Porty audio... 66 2.5.1 Analogowa transmisja audio... 66 2.5.2 Cyfrowa transmisja audio... 69 2.6 Porty wideo... 70 2.6.1 Composite video... 70 2.6.2 S-video... 71 2.6.3 SCART... 72 2.6.4 Component video... 73 2.7 Interfejsy sieciowe w komputerach... 74 2.7.1 Ethernet... 74 2.7.2 WLAN... 76 2.7.3 Bluetooth... 78 2.7.4 IrDA... 80 2.8 Telefonia i internet... 81 2.8.1 Telefony analogowe... 81 2.8.2 ISDN... 83 2.8.3 DECT... 84 2.8.4 Telefony komórkowe... 85 2.8.5 UMTS... 86 2.8.6 WiMAX... 86 2.8.7 DSL... 87 3. Interfejsy programowe... 88 3.1 Interfejsy programowania... 88 3.2 Protokoły internetowe... 89 3.3 Universal Plug and Play... 90 4. Interfejsy człowiek-maszyna... 91 4.1 Klawiatura... 91 4.2 Mysz komputerowa... 93 4.3 Monitory... 96 4.3.1 Graficzne tekstowe interfejsy użytkownika... 96 4.3.2 Graficzne interfejsy użytkownika... 97 4.4 Głosowe interfejsy użytkownika... 98 4.5 Projektowanie interfejsów... 99 4
Spis rysunków: Rys. 1.1: Wtyczka euro... 8 Rys. 1.2: Wtyczka kształtowa i wtyczka wstrząsoodporna... 9 Rys. 1.3: Wtyczka wstrząsoodporna bez i z dodatkowym stykiem ochronnym...10 Rys. 1.4: Wtyczka sieciowa używana w Wielkiej Brytanii...11 Rys. 1.5: Wtyczka szwajcarska z adapterem...12 Rys. 1.6: Wtyczka sieciowa używana w Ameryce Północnej...13 Rys. 1.7: Przykłady podróżnych adapterów wtykowych...14 Rys. 1.8: Gniazda kablowe nisko- i wysokotemperaturowe...15 Rys. 1.9: Wtyczka "waflowa" do żelazka...16 Rys. 1.10: Wtyczka i gniazdo kablowe "koniczynowe"...17 Rys. 1.11: Małe gniazdo konektorowe i gniazdko kablowe golarki...18 Rys. 1.12: Żarówki z gwintami E27, E14 i E10...19 Rys. 1.13: Żarówka halogenowa z trzonkami GU10 i żarówka wtykowa...20 Rys. 1.14: Ogniwa mono, mignon, mikro, baterie litowe i ogniwa pastylkowe...21 Rys. 2.1: Kabel drukarki...25 Rys. 2.2: Dongle do interfejsu równoległego...26 Rys. 2.3: Kable do interfejsu szeregowego RS-232...27 Rys. 2.4: Mysz z 9-kołkową wtyczką D-Sub...28 Rys. 2.5: Gniazda komputerowe PS/2...29 Rys. 2.6: Styki gniazda mini-din...30 Rys. 2.7: Kable USB z wtyczkami typu A i B oraz z wtyczką mini...31 Rys. 2.8: Różnicowa transmisja danych...32 Rys. 2.9: Kabel FireWire z wtyczką 4-kołkową i 6-kołkową...34 Rys. 2.10: Kabel VGA i gniazda BNC...36 Rys. 2.11: Adapter mini-vga / VGA...37 Rys. 2.12: Wtyczka DVI...38 Rys. 2.13: Adapter DVI / VGA...39 Rys. 2.14: Kabel HDMI...40 Rys. 2.15: Konektor wtykowy do zasilania płyty głównej...42 Rys. 2.16: Kable zasilania napędów...43 Rys. 2.17: Karta wtykowa ISA...44 Rys. 2.18: Karta wtykowa PC...45 Rys. 2.19: Kabel napędu dyskietki...50 Rys. 2.20: Skręcone przewody kabla napędu dyskietki...51 Rys. 2.21: Kabel IDE...53 Rys. 2.22: Twardy dysk z portem SATA...54 Rys. 2.23: Urządzenie z gniazdem esata...56 Rys. 2.24: Kabel SCSI...57 Rys. 2.25: SIMM, PS/2-SIMM, SD-RAM...60 Rys. 2.26: SO-DIMM...63 5
Rys. 2.27: Gniazdo 7 i Intel Pentium...65 Rys. 2.28: Kabel cinch...66 Rys. 2.29: Różne konektory DIN i mini-din...67 Rys. 2.30: Wtyczki stereo 6,35 mm i 3,5 mm z czterema stykami...68 Rys. 2.31: Kabel cinch do standardu composite video...70 Rys. 2.32: Kabel S-Video...71 Rys. 2.33: Konektor SCART...72 Rys. 2.34: Gniazda component video...73 Rys. 2.35: Adapter Ethernet do 10Base2 i pary skręconej...74 Rys. 2.36: Przełącznik Ethernet...75 Rys. 2.37: Antena WLAN...77 Rys. 2.38: Interfejs IrDA telefonu komórkowego...80 Rys. 2.39: Gniazdo telefoniczne z kodowaniem NFN i wtyczką F...81 Rys. 4.1: Klawiatura komputerowa z niemieckim układem klawiszy...91 Rys. 4.2: Klawiatura laptopa...92 Rys. 4.3: Mysz z kilkoma i z jednym przyciskiem...93 6
1. Interfejsy 1.1 Wprowadzenie Interfejsy są potrzebne wtedy, gdy muszą się ze sobą komunikować rożne systemy. Angielskie słowo "interface" można wyprowadzić od łacińskich słów "inter = "między" i "facies = "struktura" lub "forma. W celu realizacji komunikacji między dwoma systemami powinny one mieć kompatybilne interfejsy. Nie ma znaczenia sposób, w jaki informacja jest przetwarzana wewnątrz systemu. Interfejsy mają wielokrotną standaryzację dla zapewnienia bezproblemowej komunikacji między systemami. Powinniśmy zasadniczo rozróżnić komunikację między urządzeniami od komunikacji między urządzeniem a człowiekiem. Pierwszy przypadek jest określony jako interfejs maszyna-maszyna, a drugi jako interfejs człowiek-maszyna. Interfejsy mają duże znaczenie w technice komputerowej. Interfejsy sprzętowe łączą ze sobą poszczególne części komputera. Umożliwia to połączenie elementów od różnych producentów. Interfejsy sprzętowe przede wszystkim przesyłają sygnały elektryczne. Jednak muszą być także dopasowane mechaniczne wymiary interfejsów. Interfejsy programowe łączą ze sobą różne programy komputerowe. Program użytkownika może tutaj wymieniać dane z systemem operacyjnym. Szczególnym przypadkiem są interfejsy sieciowe, które umożliwiają komunikowanie się ze sobą różnych komputerów, w których zastosowana jest kombinacja oprzyrządowania i oprogramowania. Interfejsy są także potrzebne do komunikacji między człowiekiem a komputerem. Takie interfejsy użytkownika powinny umożliwiać intuicyjną obsługę przy możliwie małych wymaganiach szkoleniowych. 7
1.2 Zasilanie elektryczne 1.2.1 Wtyczka euro Przykładem codziennego interfejsu jest zasilanie elektryczne urządzenia elektrycznego, którego wtyczka jest podłączona do gniazda w ścianie. W Europie i w wielu innych krajach stosowane jest napięcie znamionowe 230 V. Jednak wtyczki i gniazda różnią się wymiarami mechanicznymi. Przede wszystkim należy rozróżniać między złączami wtykowymi dwużyłowymi i trzyżyłowymi. Do przesyłania energii elektrycznej potrzebne są dwie żyły. Trzeci przewód ochronny jest użyty ze względów bezpieczeństwa. Wtyczka euro ma dwa styki, lekko wygięte ku sobie. Zapewnia to mocne zaciśnięcie w gnieździe ściennym. Styki mają średnicę 4 mm. Około połowa długości kołków stykowych jest izolowana. Średnica izolacyjnych tulejek plastykowych jest mniejsza niż same styki. Wtyczki euro dopuszczają prądy do 2,5 A. Ponieważ nie mają przewodu ochronnego, urządzenia z wtyczkami euro powinny mieć izolację ochronną. Typowymi przykładami są lampy i urządzenia elektryczne małej mocy. Z powodu wąskiej budowy wtyczki euro mogą być stosowane w wielu krajach europejskich łącznie ze Szwajcarią. Rys. 1.1: Wtyczka euro 8
1.2.2 Wtyczka wstrząsoodporna Tak zwane wtyczki wstrząsoodporne lub wtyczki bezpieczne są szeroko stosowane w Europie. Oba kołki stykowe mają średnicę 4,8 mm, czyli są trochę grubsze od styków wtyczki euro. Oba boki wtyczki mają powierzchnie stykowe do przewodu ochronnego. Gniazdo sieciowe ma dwie sprężyny stykowe w odpowiednich miejscach. Po włożeniu wtyczki najpierw zostaje połączony styk ochronny, zanim kołki stykowe zostaną połączone ze stykami gniazda. Wtyczka kształtowa wygląda podobnie, ale nie ma styku ochronnego. Jest używana z urządzeniami o większym poborze energii niż dopuszczalny dla wtyczki euro, takimi jak odkurzacze. W odróżnieniu od wtyczki euro wtyczka kształtowa nie może być używana w niektórych krajach, np. w Szwajcarii, z powodu jej zewnętrznych wymiarów i grubszych kołków stykowych. Kołki stykowe wtyczki kształtowej są grubsze niż kołki wtyczki euro ze względu na większą obciążalność prądową. Jej kołki nie są izolowane, ponieważ izolacja zmniejsza średnicę. Wtyczki kształtowe i wtyczki bezpieczne mogą przewodzić prąd do 16 A przy napięciu 230 V. Rys. 1.2: Wtyczka kształtowa i wtyczka wstrząsoodporna 9
We francuskim systemie bezpieczeństwa ochronny kołek stykowy wystaje z gniazda ściennego. Takie gniazda mogą być używane tylko z wtyczkami, które mają otwór na odpowiedni styk ochronny. Wtyczki ze stykami ochronnymi z boków mogą być używane z gniazdami bez tego kołka stykowego. Jednak ten przypadek nie jest dozwolony, ponieważ funkcja ochronna jest wtedy nieczynna. Wtyczki euro mogą być używane w systemie francuskim dzięki ich wąskiemu kształtowi. Wtyczki kształtowe wymagają otworu na kołek ochronny gniazda. Ochronne kołki stykowe w systemie francuskim zabezpieczają wtyczki przed odwróceniem biegunowości. Oznacza to, że nie mogą być włożone w położeniu odwróconym o 180, w odróżnieniu np. od wtyczek euro. Ma to taką zaletę, że przy odpowiednim okablowaniu gniazd ściennych linia pod napięciem jest zawsze podłączona do tego samego kołka wtyczki. Powoduje to na przykład, że linia pod napięciem jest zawsze podłączona do głęboko umieszczonego środkowego styku gniazda żarówki, a nie do jej zewnętrznego gwintu. Obecnie wtyczki systemu francuskiego oraz wtyczki bez otworów na kołek ochronny prawie wcale nie są używane. Prawie wszystkie obecnie stosowane wtyczki bezpieczne mają dodatkowy otwór, który jest połączony z przewodem ochronnym. Umożliwia to użycie tych wtyczek także we Francji. Rys. 1.3: Wtyczka wstrząsoodporna bez i z dodatkowym stykiem ochronnym 10
1.2.3 Wtyczki w Wielkiej Brytanii Wtyczki używane w Wielkiej Brytanii są dość duże. Kołki stykowe mają przekrój prostokątny. Styk ochronny wystaje i tworzy trójkąt z dwoma pozostałymi stykami. Wtyczka ta jest zabezpieczona przed odwróceniem biegunowości dzięki kształtowi styków. Dlatego po włożeniu wtyczki przewód ochronny jest zawsze na dole. Każda wtyczka ma zabezpieczenie, ponieważ gniazda ścienne w Wielkiej Brytanii mają okablowanie typu pierścieniowego. Linia zasilania energią zaczyna się w skrzynce bezpieczników i łączy szeregowo wszystkie gniazda, a następnie wraca do skrzynki bezpieczników. Zatem gniazdo może być zasilane energią z dwóch stron. Inaczej jest w Europie kontynentalnej, gdzie powszechnie stosowane jest okablowanie połączone w gwiazdę. Każdy przewód ma zabezpieczenie, zwykle 10 A lub 16 A. Z drugiej strony pierścień w Wielkiej Brytanii ma zabezpieczenie 32 A w celu dostarczenia do wszystkich odbiorników dostatecznej energii. Ponieważ ten prąd (32 A) jest zbyt duży dla poszczególnych urządzeń, każde urządzenie powinno mieć dodatkowe zabezpieczenie w swojej wtyczce. Zwykle stosowane są zabezpieczenia 3 A, 5 A lub 13 A. Rys. 1.4: Wtyczka sieciowa używana w Wielkiej Brytanii 11
1.2.4 Wtyczki w Szwajcarii Wtyczki w Szwajcarii przypominają wtyczki euro, ale mają dodatkowy styk ochronny. Styk ten jest umieszczony między dwoma pozostałymi stykami i lekko odsunięty od środka. Chociaż wszystkie kołki stykowe mają tę samą długość, po włożeniu wtyczki styk ochronny zostaje połączony najpierw, ponieważ jego styk w gnieździe jest umieszczony mniej głęboko niż pozostałe. Wtyczka jest zabezpieczona przed odwróceniem biegunowości dzięki przesuniętemu stykowi ochronnemu. Takie wtyczki mogą przewodzić prąd do 16 A, chociaż zwykle prąd nie przekracza 10 A. W gniazdach szwajcarskich mogą być używane wtyczki euro, natomiast wtyczki wstrząsoodporne nie są odpowiednie z powodu grubych kołków stykowych. Ponadto nie pasuje tu styk ochronny. Wtyczki szwajcarskie zajmują mało miejsca w porównaniu z innymi systemami, a jednocześnie są bardzo bezpieczne. Są podobne do systemu wtykowego według IEC 60906-1, który został opublikowany przez Międzynarodową Komisję Elektryczną (IEC) w roku 1986. System IEC 60906-1 łączy w sobie zalety różnych systemów. Jest jednak na dużą skalę stosowany tylko w Brazylii. W porównaniu z systemem szwajcarskim kołki stykowe mają średnicę 4,5 mm zamiast 4 mm oraz kołek ochronny jest przesunięty z położenia środkowego o 3 mm zamiast o 5 mm. Z gniazdami systemu IEC 60906-1 mogą być używane wtyczki euro. Rys. 1.5: Wtyczka szwajcarska z adapterem 12
1.2.5 Wtyczki w Ameryce Północnej W USA stosowane są napięcia w zakresie od 110 do 127 V przy częstotliwości 60 Hz. Oprócz używanych tu kształtów wtyczek należy także to wziąć pod uwagę. Istnieją wtyczki dwubiegunowe i trzybiegunowe. Kołki stykowe wtyczki dwubiegunowej są płaskie i równoległe do siebie. W celu zapewnienia zabezpieczenia przed odwróceniem biegunowości jeden styk jest grubszy od drugiego. Wtyczki trzybiegunowe mają dodatkowy okrągły styk ochronny. Ponieważ styk ochronny zapewnia zabezpieczenie przed odwróceniem biegunowości, styki płaskie są tej samej wielkości. Gniazda są tak zaprojektowane, żeby pasowały do nich wtyczki zarówno dwubiegunowe, jak i trzybiegunowe. Mają płaski kształt, przez co przewody pod napięciem są widoczne, kiedy wtyczka nie jest całkowicie wciśnięta. W tym przypadku możliwy jest kontakt z przewodem pod napięciem. Z powodu płaskiego kształtu styków, wtyczki te wymagają więcej siły do włożenia do gniazda, niż styki okrągłe. Ponadto te wtyczki nie trzymają się dostatecznie mocno w gnieździe. Płaskie kołki stykowe mogą się łatwiej wygiąć, niż kołki okrągłe. Z drugiej strony, trudniej jest wcisnąć obce ciało do gniazda o płaskich otworach, niż do gniazda o okrągłych otworach. Rys. 1.6: Wtyczka sieciowa używana w Ameryce Północnej 13
1.2.6 Inne systemy Poza wyżej opisanymi rodzajami wtyczek istnieją w różnych krajach pewne inne kształty. W Australii kołki stykowe są także płaskie. Kołek ochronny jest też płaski. Oba pozostałe styki z kołkiem ochronnym tworzą trójkąt równoramienny. Każdy kołek stykowy jest obrócony o 30 w stosunku do kołka ochronnego. Styk ochronny jest umieszczony po dolnej stronie gniazda, tak że oba pozostałe styki wyglądają podobnie do daszka. Podobne wtyczki są używane w Izraelu. Oba obrócone styki tworzą tam kształt V, a wraz ze stykiem ochronnym kształt Y. Od kilku lat płaskie styki są zastępowane okrągłymi kołkami stykowymi. Z tego względu do obecnych gniazd pasują zarówno płaskie, jak i okrągłe styki. Niektóre stare gniazda na płaskie styki są zaprojektowane tak, żeby pasowały do nich także wtyczki euro z okrągłymi stykami. Wtyczki z okrągłymi stykami umieszczonymi bliżej siebie niż we wtyczkach wstrząsoodpornych lub we wtyczkach euro można znaleźć przede wszystkim w Afryce i w Azji. Te rodzaje wtyczek były w przeszłości używane w Wielkiej Brytanii. Jednak wtyczki niekompatybilne z innymi systemami można także znaleźć w Danii. W przypadku podróży zagranicznej zaleca się zabranie podróżnego adaptera wtykowego. Najprostszą funkcją takich adapterów jest zapewnienie mechanicznego dopasowania do innych wtyczek. Droższe adaptery mogą transformować napięcia w różnych krajach na odpowiednią wartość napięcia. Takie adaptery zawierają transformator. Rys. 1.7: Przykład podróżnych adapterów wtykowych 14
1.2.7 Gniazda kablowe Nie wszystkie urządzenia elektryczne mają przymocowane kable przyłączeniowe. Kabel jest często połączony wtykowo z urządzeniem, tak jak w wielu monitorach komputerowych. W tym przypadku można łatwo wymienić uszkodzone kable. Takie urządzenia mogą być także używane w różnych krajach przez podłączanie różnych kabli przyłączeniowych. Kable przyłączeniowe wymagają wtyczki i gniazda kablowego (przeciwwtyczki). Gniazdo kablowe znajduje się na kablu przyłączeniowym, natomiast wtyczka jest umieszczona na urządzeniu. Styki wtyczki są widoczne, natomiast styki złącza żeńskiego są schowane w środku, co jest potrzebne, ponieważ zawierają one linię pod napięciem. Czasami gniazdo kablowe jest nazywane potocznie żeńską wtyczką konektorową. Stykami (męskiej) wtyczki konektorowej są płaskie kołki. Kołek ochronny jest umieszczony między dwoma pozostałymi i przesunięty z położenia środkowego. Rzadko można spotkać wtyczki konektorowe dwubiegunowe. Rys. 1.8: Gniazda kablowe nisko- i wysokotemperaturowe 15
Konektory te są zabezpieczone przed odwróceniem biegunowości przez kształt wtyczki i przesunięte położenie styku ochronnego. Jednak zabezpieczenie wtyczki konektorowej przed odwróceniem biegunowości staje się bezużyteczne, jeśli na drugim końcu nie ma wtyczki zabezpieczonej przed odwróceniem biegunowości, takiej jak wtyczka wstrząsoodporna. Wtyczki konektorowe mogą przewodzić prąd do 10 A. Niektóre wtyczki konektorowe mają większe wymiary i kołki stykowe obrócone o 90. Dla takich wtyczek dopuszczalny jest maksymalny prąd 16 A. Wiele urządzeń nie grzeje się lub grzeje się tylko nieznacznie podczas pracy. Do takich urządzeń stosowane są gniazda kablowe i wtyczki do urządzeń niegrzejnych. Takie wtyczki mogą być używane z urządzeniami, które mogą się nagrzewać maksymalnie do 70 C. Jest tak dla wielu urządzeń, takich jak monitory komputerowe. Urządzenia, które mogą się nagrzewać do 120 C na stykach wtykowych, mają inny rodzaj wtyczek, odpornych na takie temperatury. U dołu ich kontur jest półokrągły, tak że mogą być używane tylko gniazda kablowe odpowiednie na ten zakres temperatury. Wtyczki konektorowe odporne na temperatury do 155 C mają dwie dodatkowe różnice kształtu po dolnej stronie. Może tu być użyty odpowiedni rodzaj gniazd kablowych. Oczywiście gniazda kablowe zaprojektowane na wysokie temperatury mogą być używane do urządzeń niegrzejnych. Rys. 1.9: Wtyczka "waflowa" do żelazka 16
Starsza wersja gniazd kablowych była częściowo produkowana z ceramiki. Takie wtyczki konektorowe i gniazda kablowe można znaleźć w starych prodiżach elektrycznych. Są także nazywane waflowymi wtyczkami do żelazka lub elektrycznymi wtyczkami do żelazka. Są zaprojektowane na temperatury do 200 C, a nawet wyższe na krótkie odcinki czasu. Obecnie takie rodzaje wtyczek prawie nie są używane. Zwykłe gniazda kablowe były zaprojektowane na prądy 10 A, 16 A i 25 A. Wiele gniazd kablowych ma wbudowany przełącznik. Zasilacze do notebooków i niektórych innych urządzeń mogą mieć wtyczki trzybiegunowe. Styki wtyczki są izolowane za pomocą trzech rurek plastykowych. Wtyczka ta jest także nazywana wtyczką "koniczynową" ze względu na jej kształt. Ten typ konektora jest znormalizowany przez normę DIN VDE 0625, część 1, arkusz specyfikacji standardowej C5. Dopuszczalny jest maksymalny prąd 2,5 A. Temperatura kołków stykowych nie powinna przekraczać 70 C. Zabezpieczenie przed odwróceniem biegunowości we wtyczkach "koniczynowych" staje się bezużyteczne, jeśli z drugiej strony znajduje się np. wtyczka wstrząsoodporna. Rys. 1.10: Wtyczka i gniazdo kablowe "koniczynowe" 17
Zwykła wtyczka konektorowa może być zbyt duża dla niektórych małych urządzeń. W tym przypadku powinna być zastosowana mniejsza wersja. Te małe wtyczki konektorowe i gniazda kablowe są dwubiegunowe. Nie mają styku dla przewodu ochronnego. Płaskie gniazdo kablowe ma rowki w środku po obu stronach. Jego przekrój ma kształt cyfry 8. Maksymalny dopuszczalny prąd dla małych wtyczek konektorowych wynosi 2,5 A. Temperatura nie powinna przekraczać 70 C. Niektóre urządzenia z małymi wtyczkami konektorowymi mogą być zasilane także z baterii. W tym przypadku we wtyczce urządzenia jest przełącznik, który przełącza po włożeniu gniazdka kablowego. Wyłącza to zasilanie z baterii. Bardzo małe urządzenia mają specjalne wtyczki i gniazdka kablowe o jeszcze mniejszych wymiarach. Kształt jest podobny, ale rowkowanie nie pasuje. Wtyczki te są nazywane także wtyczkami golarek, ponieważ są zwykle używane z maszynkami do golenia. Są zaprojektowane na maksymalny prąd 0,2 A i maksymalną temperaturę 70 C. Rys. 1.11: Małe gniazdo konektorowe i gniazdko kablowe golarki 18
1.2.8 Lampy Liczne urządzenia elektryczne są podłączane do gniazda za pomocą kabla i wtyczki. Dla lamp elektrycznych potrzebny jest dalszy interfejs między odbiornikiem a zasilaniem. W przypadku awarii uszkodzona lampa powinna być łatwo wymienialna. Najpowszechniej stosowaną lampą jest żarówka. Jest wyposażona w gwint, który się wkręca w gniazdo żarówki. Oznaczenia i wymiary gwintów datują się wstecz do Tomasza Edisona, który jako pierwszy produkował na dużą skalę funkcjonalne żarówki. Żarówki używane w domach mają zwykle gwint E27. Zewnętrzna średnica tego gwintu wynosi 27 mm. Przy napięciu zasilania 230 V pobór mocy wynosi zwykle 40 W, 60 W, 75 W i 100 W. Można także znaleźć żarówki o mniejszym i większym poborze mocy. Gwint E27 jest używany także do blokowania. Żarówki o poborze mocy 40 W lub 25 W mają często mniejszy gwint E14. Takie żarówki są używane w lampkach nocnych i często mają wydłużony kształt. Są nazywane także żarówkami świecowymi. Gwint E10 jest używany na przykład w latarkach kieszonkowych i lampkach ozdobnych. Takie lampki są zwykle zasilane niższym napięciem. W modelarstwie używane są nawet mniejsze gwinty. Gwinty większe niż E27 są używane w przemyśle. Są stosowane do żarówek o poborze mocy większym niż 200 W przy napięciu 230 V. Rys. 1.12: Żarówki z gwintami E27, E14 i E10 19
Dla gniazd stałych lamp uziemiony przewód zerowy powinien być podłączony do gwintu. W tym przypadku linia pod napięciem znajduje się głęboko wewnątrz gniazda, co minimalizuje prawdopodobieństwo dotknięcia przez człowieka. Ten środek jest bezużyteczny w lampach z kablem i wtyczką wstrząsoodporną na drugim końcu, ponieważ wtyczki te nie są zabezpieczone przed odwróceniem biegunowości. Żarówki halogenowe są także dostępne w kształcie zwykłych żarówek żarowych, ale mają także inne kształty gniazd. Wysokonapięciowe żarówki halogenowe o konstrukcji reflektorowej mają zasilanie 230 V i pobór mocy 35 W lub 50 W. Odpowiednie żarówki trzonkowe mają oznaczenie GU10. Aby zamocować żarówkę, potrzebny jest tylko niewielki obrót. Z drugiej strony, niskonapięciowe żarówki halogenowe mają dwa styki, które wystają ze szklanego korpusu żarówki. Żarówki te nie mają gniazd gwintowych. Wkłada się je do gniazda przez wciśnięcie. Styki wystają na zewnątrz z płaskiej części korpusu szklanego. Lampkę wkłada się do gniazda wraz z częścią bańki szklanej. Wiele różnych rodzajów żarówek trzonowych jest używanych do lamp samochodowych. Wielkie znaczenie ma tu niezawodne mocowanie żarówek, z powodu ciągłych drgań i wstrząsów. Żarówki do kierunkowskazów, tylnych świateł i świateł hamulcowych mają trzonek bagnetowy. Obecnie nie są popularne dwustronne żarówki rurowe. Lampy przednie mają także różne gniazda, w zależności od rodzaju lampy: żarówka dwużarnikowa, żarówka halogenowa lub żarówka ksenonowa. Rys. 1.13: Żarówka halogenowa z trzonkami GU10 i żarówka wtykowa 20
1.2.9 Baterie Baterie i akumulatory są używane do zasilania energią ruchomych urządzeń elektrycznych. Ważne są tutaj wymiary i napięcie podawane z baterii lub akumulatora. Można rozróżnić następujące rozmiary ogniw: mono, baby, mignon i mikro. Wszystkie te rodzaje mają kształt cylindryczny. Największe wymiary mają ogniwa mono. Oznaczenie zależy od stosowanego standardu. Na przykład ogniwa mignon są dostępne jako typ R6 lub AA. Wszystkie cztery rodzaje baterii podają napięcie 1,5 V. Stare i o mniejszej mocy baterie cynkowo-węglowe i obecnie powszechne baterie alkaliczne podają to samo napięcie. Innym znormalizowanym rodzajem baterii jest blok 9 V i blok E. Ta prostopadłościenna bateria zawiera sześć oddzielnych baterii cylindrycznych połączonych razem, co daje napięcie 9 V. W przeszłości była popularna bateria płaska. Zawiera ona trzy połączone baterie i daje 4,5 V. W porównaniu z innymi wyżej wymienionymi bateriami nie jest ona typu ładowalnego. Stare urządzenia, które używały płaskich baterii mogły pracować z bateriami zawierającymi trzy ładowalne ogniwa mignon i z odpowiednim adapterem. Rys. 1.14: Ogniwa mono, mignon, mikro, baterie litowe i ogniwa pastylkowe 21
Akumulatory są nazywane także bateriami ładowalnymi. Najbardziej popularnymi rodzajami są akumulatory niklowo-kadmowe i niklowowodorkowe. Akumulatory niklowo-kadmowe są obecnie rzadko stosowane z powodu toksyczności kadmu. Oba rodzaje dają napięcie 1,2 V. Zatem akumulatory dają trochę mniejsze napięcie niż zwykłe baterie. Chociaż to napięcie jest trochę niższe, pozostaje stałe przez długi czas podczas rozładowywania, podczas gdy napięcie zwykłych baterii spada powoli w ciągu procesu rozładowywania. Zatem urządzenia zaprojektowane na pracę ze zwykłymi bateriami powinny działać także przy niższych napięciach. Z tego względu w wielu przypadkach baterie mogą być zastąpione przez akumulatory. Innym rodzajem baterii nieładowalnych są baterie litowe. Zaletą ich jest przede wszystkim powolne samorozładowanie, co daje długi dopuszczalny okres przechowywania. Baterie litowe są używane na przykład w aparatach fotograficznych. Baterie używane w tym przypadku mają napięcie 3 V. Baterie litowe są używane w dziedzinie technologii komputerowej lub w przemyśle jako baterie podtrzymujące. Mają napięcie 3,6 V. Baterie podtrzymujące powinny dostarczać energii urządzeniom tylko wtedy, gdy nie mogą być zasilane z innego źródła. Zatem powolne samorozładowanie i długi dopuszczalny okres przechowywania tych baterii są szczególnie ważne. Ogniwa pastylkowe są bardzo małymi bateriami używanymi w urządzeniach o małym zużyciu energii. Można je znaleźć na przykład w zegarkach, kalkulatorach i aparatach słuchowych. Istnieje duża różnorodność ogniw pastylkowych. Podawane napięcie zależy od składu chemicznego ogniwa. W aparatach słuchowych są często używane ogniwa cynkowopowietrzne, które podają napięcie 1,4 V. Ogniwa alkaliczne i ogniwa tlenkowo-srebrowe dają napięcie 1,5 V lub 1,55 V. Te rodzaje ogniw są często stosowane w zegarkach. Ogniwa litowe guzikowe dają napięcie do 3,0 V. Są często używane jako baterie zasilania awaryjnego i podtrzymania z powodu powolnego samorozładowania. Oznaczenie tego typu baterii zależy od ich wielkości. Pierwsze dwie cyfry po literach CR oznaczają średnicę w mm, dwie dalsze cyfry wskazują grubość w dziesiątych częściach milimetra. Na przykład ogniwo guzikowe CR2025 ma średnicę 20 mm i grubość 2,5 mm. 22
2. Interfejsy komputerowe 2.1 Wprowadzenie Obecnie komputery są nieodłączną częścią życia codziennego. Mimo ich złożoności, komputery składają się tylko z niewielu standardowych elementów. W celu zapewnienia niezawodnego działania te elementy muszą być kompatybilne. Niektóre interfejsy są używane tylko do przesyłania energii. Z drugiej strony, większość interfejsów przesyła także sygnały. Można rozróżnić dwa podstawowe różne rodzaje transmisji. W szeregowej transmisji danych pakiety informacji są przesyłane jeden po drugim. W technice komputerowej informacja jest zwykle mierzona w bitach, najmniejszej jednostce informacji. Inaczej przebiega równoległa transmisja danych. W tym przypadku pakiety informacji są wysyłane jednocześnie poprzez kilka równoległych linii lub kanałów transmisji. W technice komputerowej transmitowane są jednocześnie pakiety ośmiu bitów lub ich wielokrotność. Oznacza to, że jednocześnie może być przesyłany jeden lub więcej bajtów. Na pierwszy rzut oka można transmitować w tym samym czasie więcej informacji metodą równoległą niż metodą szeregową. Równoległa transmisja danych nie jest jednak pozbawiona wad. Z jednej strony wszystkie linie transmisji powinny dostarczać tej samej informacji dokładnie w tym samym czasie. Przy bardzo dużych szybkościach transmisji i różnej długości liniach mogą wystąpić różne czasy transmisji sygnałów. Inny problem równoległej transmisji danych polega na możliwości wzajemnego oddziaływania danych z różnych linii transmisji. Ten efekt jest nazywany przesłuchem, ponieważ można go także stwierdzić w liniach telefonicznych. W tym przypadku rozmowa na jednej linii może być słyszana na innej linii. W szeregowej transmisji danych pojedyncze bity powinny być po transmisji znów połączone w bajty. Wewnątrz komputera, gdzie wszystkie łączące linie transmisyjne są stosunkowo krótkie, stosowana jest przede wszystkim równoległa transmisja danych, natomiast w dłuższych połączeniach z urządzeniami zewnętrznymi powszechnie stosowana jest metoda szeregowa. 23