|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Робот на сонячних елементів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії Дитинство залишає слід у кожному з нас, незалежно від віку; воно найчастіше асоціюється з любов'ю до іграшок. Очевидно, любов до таких іграшок, як роботи, заволоділа нами пізніше під впливом загального інтересу до вивчення космосу, проте, що більше причин спонукає нас захоплюватися роботами, краще. У цьому розділі надається можливість зустрітися з маленьким привабливим роботом-другом на ім'я Харві. Гра з ним приносить масу задоволень, але не менш цікаво зробити його самому. Хоча більшість роботів мають широкі можливості, Харві в цьому сенсі менш видатний. Він прямодушний індивід, що має одну мету: слідувати вздовж білої лінії. Фактично він буде невтомно йти по наміченому шляху навколо земної кулі і повернеться назад. Крім того, він "живиться" від сонця. Управління роботом Будь-який робот повинен мати рухливість, тобто пересуватися з місця на місце, а також навігаційними здібностями в процесі руху. Ці дві різні, але взаємопов'язані вимоги виконуються за допомогою двох окремих пристроїв. Перше керує механічним переміщенням робота. Для цього використовуються сервомеханізми. Сервопривід – це механічна частина робота, аналогічна м'язам людини. Для Харві потрібні дві сервосистеми: одна - для руху вперед (подібно до двигуна автомашини), інша - для управління рухом. Спільну роботу цих двох систем не завжди легко забезпечити. Проблема вирішується двома способами. У першому їх обидві функції об'єднані в одну. Звернемося до пояснення до рис. 1.
Система активного керування рухом Щоб пересувати візок (робот Харві), найпростіше насадити ведучі колеса на вісь і обертати його. Призначені для цього пристрою винайдені давно, до них відносяться ланцюгові, клинопасові та шестерні передачі, прямий привід (від мотора). При обертанні обох коліс з однаковою швидкістю робот рухатиметься вперед по прямій лінії (звісно, якщо обидва колеса однакового діаметра). Швидкість пересування робота пропорційна швидкості обертання коліс. Розглянемо випадок, коли швидкості обертання коліс неоднакові. Цього можна досягти, розділивши вісь навпіл і забезпечивши кожне колесо окремим приводом. Як і раніше, робот переміщається прямою, якщо обидва колеса обертаються з однаковою швидкістю. Якщо швидкість обертання одного колеса, наприклад лівого, зменшиться, візок поверне ліворуч. Чому? Вся причина полягає в тому, що колесо, що обертається з меншою швидкістю, фактично утворює точку опори (нехай навіть переміщується), навколо якої рухається інше колесо з більшою швидкістю обертання. Практично якщо повністю зупинити ліве колесо, то візок описуватиме на місці невелике коло радіусом, що дорівнює відстані між колесами. Подібним чином уповільнене обертання правого колеса щодо лівого призводить до повороту робота направо. Фактично тут поєднуються функції двох механізмів в одному. Роздільна зміна швидкості обертання коліс забезпечує не тільки переміщення візка, а й керування напрямом руху. Багато роботах найчастіше використовується короткочасне відключення обертання то одного, то іншого колеса і тим самим досягається необхідне управління рухом. Такому принципу руху супроводжує невелика тряска, проте якщо час, протягом якого колесо не обертається, досить мало, ривки згладжуються і рух стає відносно плавним Пасивне управління рухом У другому методі функції пересування та управління розділені. Для забезпечення прямолінійного руху є одна фіксована вісь, а для зміни напрямку використовується переднє поворотне кермо (або пара коліс). На цьому принципі ґрунтується керування автомобілем.
Коли поворотне колесо розташовується паралельно до провідних колес, робот пересувається точно вперед (рис. 2). Поверніть колесо ліворуч - і він поверне ліворуч, поверніть праворуч - робот поверне праворуч, зовсім як автомобіль. Перевагою цього методу є наявність плавного управління. Робот може повертатись поступово або відразу, при цьому задні колеса ніколи не повинні зупинятися. З причин, які стануть зрозумілими пізніше, цей метод був обраний для управління роботом Харві. У цьому випадку рульове колесо рухається невеликим електромотором. електронне урядування Ми дійшли наступного етапу створення робота - керуючої системи. Без певної частки тямущості Харві просто безладно " нишпорив " би з боку в бік. Найчастіше керування мотором - справа електроніки. Щоб "бачити" білу лінію Харві, необхідні "очі". Очі Харві – пара фототранзисторів Q1 та Q2, показані на рис. 3. Фототранзистор – це звичайний транзистор, у якого верхня частина корпусу видалена, а база освітлюється світлом. Світло зазвичай фокусується на pn-переході за допомогою лінзи, яка одночасно слугує кришкою для корпусу транзистора.
Коли світло падає на базову область, через транзистор тече колекторний струм, пропорційний інтенсивності світла Іншими словами, сигнал, що зазвичай надходить на виведення бази, тепер генерується падаючим світлом. Найчастіше, до яких належить і наш, фототранзистор має лише два висновки, а виведення бази відсутня. Фототранзистори підключені до операційних підсилювачів (ОУ) за схемою перетворювача струм-напруга. Як відомо з основ електроніки, операційний підсилювач є підсилювачем струму. Вихідна напруга підсилювача залежить від струму, що протікає через вхід, що інвертує При звичайній схемі включення вихідний сигнал подається назад на інвертуючий вхід, на якому відбувається підсумовування сигналу. При рівності струму зворотного зв'язку та вхідного струму підсилювач перебуває у стані рівноваги. Якщо в ланцюг зворотного зв'язку включити резистор (R2 на рис. 3), падіння напруги на цьому резисторі буде пропорційно струму, що протікає через нього. Ця напруга, крім того, пропорційна до вхідного сигналу і знімається з виведення на виході ОУ До того ж, ОУ має ще одну цікаву особливість, якою ми скористалися. Мається на увазі наявність диференціальних входів. Особливість їх полягає в тому, що сигнал, поданий на диференціальний вхід, що не інвертує, фактично буде відніматися з сигналу на інвертуючому диференціальному вході. Відбувається щось на зразок врівноваження. Коли вхідні струми на висновках 2 і 3 дорівнюють, вони взаємно знищуються і для балансування схеми зворотного зв'язку не потрібно. Отже, падіння напруги на резисторі R2 дорівнює нулю навіть за наявності сигналу. Величини вхідних струмів визначаються колекторними струмами фототранзисторів Q1 та Q2. За рівної опроміненості транзисторів світлом течуть рівні струми. Оскільки неможливо підібрати пару транзисторів з характеристиками, що ідеально збігаються, то для усунення невеликої різниці між обома "очима" Харві у схемі використовується змінний резистор VR1. Фототранзистори розміщуються на невеликій панелі, подібній до показаної на рис. 4 і розділяються перегородкою, на якій розташований потужний інфрачервоний світлодіод СД1 Оскільки фототранзистори відгороджені від цього джерела світла, його випромінювання безпосередньо на них не потрапляє. Якщо ж наблизити пристрій до поверхні, що відображає, все зміниться. Світло відбивається від поверхні та детектується фототранзисторами. Кількість світла, що потрапляє на фототранзистори, залежить від оптичних властивостей поверхні, що відбиває. Подібний принцип є основою зору Харві. Від дзеркальної світлої поверхні відобразиться більше світла, ніж від темної Найбільшою здатністю, що відбиває володіє поверхню білого кольору, що відображає здатність всіх інших кольорів зменшується в залежності від їх коефіцієнта поглинання. Поверхня чорного кольору відбиває найменше світла.
Проаналізувати принцип дії Харві можна за допомогою білої лінії на темному тлі. Для початку помістимо робот над білою лінією, так щоб фотодатчики однаково реагували на ІЧ-випромінювання. Тоді на виході схеми IC1 напруги не буде. Якщо зрушити робот вліво або вправо, відповідний фототранзистор зміститься з білої лінії і, отже, отримає менше світла порівняно з іншим. На виході операційного підсилювача з'явиться напруга тієї чи іншої полярності. Тепер у нас є сигнал, що відповідає положенню робота щодо білої лінії при його русі цим "шосе". Вихідна напруга операційного підсилювача подається на два компаратори, IC2 і IC3, включені за схемою двопорогового пристрою. Якщо вихідна напруга ОУ стає меншою за нижню межу встановленого діапазону, компаратор на мікросхемі IC3 спрацьовує і на його виході встановлюється високий потенціал. Базовим струмом відкривається транзистор Q4 і під'єднує кермовий мотор до негативного виведення (-3) джерела живлення. Мотор у свою чергу, змінюючи кут повороту кермового колеса, усуває зміщення світлоприймаючої поверхні фототранзисторів щодо білої лінії. Те саме відбувається, коли напруга на виході ОУ перевищує верхню межу. Спрацьовує компаратор мікросхемі IC2 і включає транзистор Q3. Тепер кермовий мотор підключається до позитивного виведення (+3В) джерела живлення і обертається у протилежному напрямку, ще раз компенсуючи відхилення від курсу. Якщо вихідна напруга ОУ дорівнює нулю, обидва транзистори Q3 і Q4 закриті. Виготовлення робота Харві Тепер, закінчивши знайомство з основними системами робота, ми підійшли до вже очікуваного етапу конструювання вашого власного робота Харві. Створення робота вимагатиме дещо більше зусиль, ніж більшість саморобок, описаних у цій книзі, особливо якщо використовувати різні підручні матеріали. Маю зізнатися, що я суттєво спростив справу. Я зайшов до найближчого магазину радіодеталей у перший день Нового року і купив (це краще, ніж робити його самому) іграшковий телекерований автомобіль, що вже має всі готові механічні вузли. Я вибрав несправний, повернутий до магазину після свят автомобіль, який збиралися викинути. В іграшці був відсутній блок передавача, але всі мотори та механізм керування рухом були справними і перебували в робочому стані. Насамперед покупка заощадила багато часу та грошей. Тепер, коли моя совість чиста і я зізнався, як мені вдалося прискорити роботу над створенням робота, давайте продовжимо. Спочатку вийміть все зайве з автомобіля. Необхідно залишити тільки шасі з колесами, мотор провідних коліс та пристрій кермового керування зі своїм мотором. В автомобілі зазвичай є відсік для батарейок. Якщо автомобіль телекерований, збережіть приймач і передавач для майбутніх саморобних пристроїв. Насамперед встановіть знизу і в передній частині шасі автомобіля панель з фототранзисторами та світлодіодом. Зі шматка товстого темного пластику я вирізав панель, форма якої показана на рис. 4. При бажанні можна встановити фототранзистори і світлодіод безпосередньо на шасі автомобіля, при цьому повинен бути забезпечений достатній зазор між нижньою точкою шасі і перешкодами, які можуть зустрітися на шляху. Крім того, майте на увазі, що чим більше ви висунете фотоприймач вперед, тим більш чутливим він буде до невеликих змін дорожніх умов (до зсуву відносно білої лінії). Якщо ви хочете вибрати компромісний варіант між швидкістю реакції робота та плавністю його ходу, встановіть фототранзистори ближче до провідних колес.
Не забудьте відгородити фототранзистори від світлодіода. Як заслінку можна використовувати невеликий шматочок непрозорого пластику або паперу. Наступний крок полягає у складанні керуючої схеми. Як і у більшості пристроїв, описаних у цій книзі, вона зібрана із застосуванням друкованої плати, схема якої наведена на рис. 5, а розміщення деталей – на рис. 6. Перевірте надійність підключення всіх джерел живлення. Не пошкодуйте цього часу, інакше робот працюватиме нестійко. Мотори провідних коліс та рульового керування захищені RC-ланцюжками (R9, С8 та R10, С9 відповідно). Після встановлення радіодеталей на платі вставте її на місце плати приймача радіоуправління. При остаточному складанні закріпіть провідники фототранзисторів якнайдалі від сполучних провідників, що йдуть до моторів. Мікросхема IC1 має дуже високий коефіцієнт посилення і легко може посилювати сигнали перешкод. Якщо виникне необхідність боротьби з шумами, використовуйте для приєднання фототранзисторів екранований провід. У відсіку батареї є достатньо місця для батарей, що живлять Харві електроенергією, але їх включення необхідно змінити відповідно до наведеної схеми, зробивши відведення від точки з'єднання двох батарей. Використовуйте вимикач, який є в електричній схемі іграшкового автомобіля. Для роботи робота потрібен комплект батарей із загальною напругою 9 В. Тому вільне місце в батарейному відсіку можна використовувати для розміщення інших компонентів схеми, частина яких розглянута нижче. Перевірка працездатності Харві Переконавшись у правильності монтажу, можна розпочати першу перевірку працездатності робота. При вимкненому тумблері живлення помістіть чотири нікель-кадмієві акумуляторні батареї у відсік живлення. Після увімкнення тумблера робот повинен рухатися вперед і повертатися. Ретельно перевірте характер руху робота. Кермо можна випробувати, освітлюючи ліхтариком то один фототранзистор, то інший. Якщо напрямок обертання будь-якого двигуна неправильний, поміняйте полярність підключення його висновків. Тепер перевірте роботу робота Харві на колі, що описується білою смугою, проведеною найкраще на чорному тлі. Радіус кола не повинен бути меншим за радіус повороту рульового колеса. Помістивши Харві на трекову смугу, увімкніть живлення та простежте за рухом робота. Джерело електроенергії У конструкції робота Харві застосовані по суті дві оптоелектронні системи, що відрізняються за принципом роботи. З одного з них ("зором" робота) ми вже мали справу; її робота забезпечується світлочутливими елементами (фототранзисторами), які керують струмом кермового двигуна.
Інша оптоелектронна система робота є сонячною батареєю, що підтримує акумулятори в зарядженому стані. Важко повірити, але Харві "живиться" дуже малою кількістю електроенергії. Фактично, повністю зарядженого комплекту акумуляторних батарей вистачить для забезпечення автономної роботи протягом приблизно 1 години. Після цього для відновлення роботи робота його необхідно висвітлити. Якщо Харві перебуває на сонці, він підзарядиться під час руху.
Щоб задовольнити його потреби, необхідно лише 12 сонячних елементів. Хоча можна використовувати будь-які елементи, що генерують струм 80 мА або більше, я знайшов два найбільш відповідні типорозміри. Батарея із елементів першого типорозміру, показаних на рис. 8, виготовлена із трьох круглих елементів, розділених на чотири частини; ці частини з'єднані послідовно із збереженням розташування, показаного малюнку. В результаті виходить батарея з елементів, розташованих у вигляді трьох кружечків, схожих на "боже корівку". Більш солідний вигляд у Харві виходить при використанні 12 серповидних елементів, розташованих у лінію так, як показано на рис. 9. Робот стає схожим на комаху (багатоніжку або черв'яка) і як би ковзає під час руху. Звичайно, ви можете виготовити батарею будь-якої іншої конфігурації. Можна навіть зробити змінні кришки робота, забезпечивши можливість більш різноманітно виразити себе. Необхідно пам'ятати: що менше вихідний струм сонячного елемента, то довше заряджатимуться акумулятори. Якщо ви використовуєте досить хороші елементи, дивіться, щоб акумулятори не перезарядилися. Зверніться за порадами до гол. 10, де обговорюються нікель-кадмієві акумуляторні батареї та їх характеристики.
Додаткове обладнання робота Є багато шляхів подальшої модифікації робота. Наприклад, робот набуває дуже ефектного вигляду, якщо його забезпечити парою миготливих "очей", що світяться (не плутайте зі справжніми фоточутливими "очима"). Роботу можна "навчити" видавати звуки. У продажу є ряд мікросхем, що генерують звуки у широкому діапазоні. Тепер, коли Харві (або Гаррієтта) готовий, починається час розваг. І знайомства із робототехнікою! Автор: Байєрс Т.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Синтез крохмалю із вуглекислого газу ▪ Очищення води за допомогою яєць ▪ Ефективні вертикальні сонячні системи для паркування ▪ Генна інженерія під час грози
▪ розділ сайту Основи безпечної життєдіяльності (ОБЖД). Добірка статей ▪ стаття Спокійно дивиться на правих і винних, не знаючи ні жалю, ні гніву. Крилатий вислів ▪ стаття Хто такі аборигени? Детальна відповідь ▪ стаття Заправник на автозаправній станції. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Прості конструкції на триністорі КУ112А. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Транзисторний регулятор напруги. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page