|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Сонячний годинник. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії Час швидкоплинний, і ми не можемо керувати ним. Тисячоліття людина намагається зупинити час, але, на жаль, у результаті лише спостерігає її перебіг. Сонячний годинник - найдавніший інструмент, що дозволяє стежити за ходом часу. Їх використовували протягом століть, і та чарівність, яка притаманна сонячному годиннику, мабуть, ніколи не зблякне. Сонячний годинник, яким ми користуємося нині, конструктивно такий самий, що й у давні часи, він мало не змінився за останні кілька тисячоліть. У цій статті представлена абсолютно нова конструкція, що базується на принципі сонячного годинника. Подібно до інших саморобок, наша конструкція повністю автономна і для роботи не вимагає зовнішнього живлення. Робота класичного сонячного годинника У класичному сонячному годиннику час визначається по тіні від гномона або штиря, що відкидається сонцем на коло з цифрами, що відповідають часу доби (рис. 1). Коло орієнтоване так, що тінь від штиря вказує на поточний час дня.
Наш модернізований сонячний годинник працює дуже схожим чином. На відміну від традиційного сонячного годинника з фіксованою базою наш годинник має механізм, розташований на поворотному столику. Останній з'єднується з нерухомою основою годинника за допомогою валу електромотора. Столик може повертатися низькооборотним двигуном по колу на кут 360 °. Двигуном управляє складна електронна схема. На відміну від класичного сонячного годинника перевага даної схеми полягає в тому, що електроніка визначає положення тіні і керує мотором, слідуючи за сонцем. Стеження за сонцем Електронна схема містить два фотодатчики (фототранзистори Q1 і Q2) та два компаратори напруги (IC1 та IC2) (рис. 2). Фотодатчики послідовно з'єднуються з резисторами R1 і R2, утворюючи дільник напруги, сигнал з якого знімається в точці з'єднання і R2.
Опорна напруга на компаратори подається з дільника, утвореного резисторами R3, R4 та R5. Таким чином, виходить бруківка схема, одне плече якої утворене елементами Q1, R1, R2 і Q2, інше - резисторами R3, R4 і R5. Друге плече моста має незвичайний вигляд, тому що вихідний сигнал береться тут не із загальної точки, як це, наприклад, зроблено у першому плечі моста. Натомість знімаються дві різні напруги з висновків резистора R4. Потенціал на верхньому виведенні резистора R4 вищий за потенціал на його нижньому виведенні. Вища напруга подається на компаратор IC1, нижча - на IC2. Через відмінності в опорних напругах компаратори спрацьовуватимуть при різних значеннях вхідної напруги. Придивившись уважно до схеми, можна побачити " перехресне " з'єднання компараторів, т. е. негативний вхід IC1 з'єднаний з позитивним входом IC2. Це призводить до несподіваного ефекту. Щоб зрозуміти принцип роботи схеми, подамо напругу її вхід. Припустимо, що вхідна напруга нижче за опорну напругу компаратора IC2. Розглядаючи компаратор IC1, бачимо, що у його виході з'явиться високий потенціал, оскільки напруга з його неинвертирующем вході вище, ніж інвертирующем. З іншого боку, на виході IC2 буде негативний потенціал, тому що на його вході, що інвертує, напруга більше напруги вхідного сигналу. У міру збільшення вхідної напруги настає момент, коли напруга на вході IC2, що не інвертує, стане більше опорної напруги, що знімається з резистора R5. Компаратор IC2 перемкнеться і на його виході з'явиться позитивний потенціал. Однак компаратор IC1 не реагує на цю зміну напруги, так як напруга на його вході на одну третину перевищує опорну напругу компаратора IC2. Коли вхідний сигнал перевищить опорну напругу IC2 компаратора, на його виході з'явиться негативний потенціал. Зауважимо, що вихідні напруги обох компараторів однакові (позитивні), коли вхідна напруга укладена між верхньою та нижньою межами, що визначаються резистором R4. Зміна вхідної напруги залежить від інтенсивності світла, що падає на фототранзистори. Коли на фототранзистор Q1 падає більше світла, ніж Q2, вхідна напруга велика. Коли, навпаки, на Q2 падає більше світла, ніж Q1, вхідна напруга мало. Коли обидва фототранзистори висвітлюються однаково, сигнал набуває середнього значення між двома межами. привід Підключивши між виходами компараторів електромотор, ми фактично змогли б керувати його обертанням за допомогою фототранзисторів. Як було показано раніше, обидва виходи мають позитивний потенціал лише за рівного освітлення фототранзисторів. Затінення транзистора Q1 призводить до перемикання компаратора IC1, на його виході встановлюється низький потенціал, тоді як на виході IC2 напруга залишається високою. Двигун почне обертатися. Затемнення транзистора Q2 викликає протилежний ефект. На виході IC2 встановлюється низький потенціал, а IC1 залишається високим. Мотор теж почне обертатись, але в іншому напрямку. Іншими словами, керування двигуном здійснюється шляхом освітлення фототранзисторів. Щоб усунути нестійку роботу двигуна поблизу нульової точки, створена зона нечутливості шляхом подачі на компаратори різних опорних напруг. Фактично компаратор неспроможна безпосередньо керувати електродвигуном. Щоб підвищити потужність вихідного сигналу компаратора, використовується мікросхема IC3, яка управляє електродвигуном. Конструктивно наша модель виконана так (рис. 3), що гномон (центральна рухлива деталь пристрою) затіняє той чи інший транзистор залежно від положення сонця. Мотор починає рухатися і обертає поворотний столик до тих пір, поки обидва транзистори не будуть однаково освітлені, іншими словами, однаково точно спрямовані на сонце. Тепер за положенням гномона можна визначити час доби.
Уважно прочитавши вищевикладене пояснення, ви, мабуть, помітили, що інтенсивність світла, необхідна роботи пристрою, нічим не обмежувалася. Поки обидва фотодатчики отримують однакову кількість світла, весь пристрій перебуває у спокої. Як тільки один фотодатчик отримає більше світла в порівнянні з іншим, мотор почне рухатися. Це означає, що сонячний годинник буде стежити за сонцем, навіть якщо воно приховано в серпанку або хмарах, чого не могли здійснити класичний сонячний годинник. Фактично, підібравши значення та R2, можна навіть стежити за рухом місяця та нічним небом! Сонячний годинник отримує електроенергію від трьох нікель-кадмієвих акумуляторів. Поряд з живленням акумулятори здійснюють подачу електроенергії на електронну схему. Заряд акумуляторів здійснюється від невеликої сонячної батареї протягом дня. Щоб запобігти розрядженню акумуляторів через сонячну батарею вночі, у схему включений блокуючий діод. Конструкція годинника Сонячний годинник виготовляється з листа акрилової пластмаси типу оргскла. Спочатку виріжте з пластмаси коло діаметром 26 см. З його центральної частини видаліть диск діаметром 21 см. Будьте обережні і не розколіть кільце, що залишилося: воно буде служити циферблатом, а менше коло - "рухомим столиком". Потім виріжте з листа пластмаси квадрат зі стороною 17 см. Розріжте його по діагоналі на два рівнобедрених трикутники, які будуть служити боковинами нашого гномона. Щоб на фотодетектори не потрапило світло, яке проникає через прозорі пластмасові боковини, їх необхідно пофарбувати, найкраще зсередини. Забарвлення зсередини дозволяє зберегти блиск пластмаси, причому створюється відчуття її глибини і збільшити термін служби фарби. Для фарбування підійде непрозорий фарбник будь-якого кольору. Нарешті, виріжте із пластмаси пластину довжиною 24 і шириною 6 см, на якій розмістіть сонячну батарею. Батарею з дев'яти сонячних елементів розміром 2,5x5,3 см2 з'єднайте послідовно та розташуйте вздовж довжини пластини (довжина батареї 22,5 см). Повна вихідна напруга батареї повинна становити 4 В при струмі 100 мА. Використовуючи цю інформацію, у разі потреби можна змінити конструктивні розміри батареї. Тепер необхідно закріпити мотор (віссю вниз) для обертання рухомого столика діаметром 21 см. Вісь мотора пропускається через висвердлений в центрі столика отвір, а сам мотор зміцнюється на столику за допомогою двох гвинтів або клею. Перш ніж продовжити роботу, у кожному трикутнику необхідно просвердлити по отвору діаметром 6 мм. Проведіть уявну лінію між основою прямокутного трикутника та вершиною прямого кута. Ця лінія - висота трикутника, якщо за основу прийняти гіпотенузу. Отвір просвердлюється приблизно на відстані 5 см від вершини під кутом 45° до площини трикутника у бік його основи (гіпотенузи). Після закінчення збирання друкованої плати в цих отворах будуть закріплені фототранзистори. Конструкція друкованої плати На друкованій платі розташовується електронна частина схеми сонячного годинника. Малюнок провідників друкованої плати показано на рис. 4, розміщення деталей на платі – на рис. 5. Усі елементи необхідно припаяти у відповідних точках плати, за винятком фототранзисторів.
Фототранзистори розміщуються в останню чергу. Фототранзистор Q1 припаюється з одного боку друкованої плати, а Q2 - з іншого. Залишіть повну довжину висновків транзисторів, не вкорочуйте їх. Тепер припаяйте висновки двигуна та акумуляторної батареї до друкованої плати. На цьому етапі необхідно провести попередню перевірку працездатності схеми. Акуратно підігніть висновки фототранзистори так, щоб транзистори дивилися в одну сторону. Якщо схема точно збалансована, пристрій повинен бути нерухомим. При поперемінному закриванні фототранзисторів двигун повинен обертатися в протилежні сторони. Якщо при точному напрямку на джерело світла двигун продовжує обертатися, значить, характеристики фототранзисторів не збігаються. Якщо відмінність невелика, його можна усунути, підібравши номінали резисторів і R2. Проконтролювати балансування моста можна, підключивши до точки з'єднання резисторів вольтметр. За великого розбалансу необхідно підібрати фототранзистори з близькими характеристиками. Тепер настав час остаточного складання сонячного годинника. Вклейте по одному фототранзистору отвори діаметром 6 мм, висвердлені в трикутних боковинах. Необхідно обережно зміцнити трикутні боковини на поворотному столику, тоді фототранзистори будуть направлені під кутом 45° до горизонту. Приклейте трикутні пофарбовані боковини до поворотного столика акриловим клеєм. Їх необхідно розташувати паралельно один одному на рівній відстані від країв столика, ця відстань залежить від розмірів мотора, що використовується.
Сонячна батарея Акуратно, щоб не розплавити пластмасу, припаяйте провідники від сонячної батареї до друкованої плати. Потім приклейте пластину з розміщеною на ній сонячною батареєю до довгих боків трикутних боковин. Ви побачите, що краї пластини виступають за сторони трикутних пластин приблизно на 6 мм. Це зроблено спеціально. Край, що виступає, відкидає тінь на боковину гномона і злегка затінює фототранзистор. Щоб уникнути просвічування пластини в цих місцях, слід зафарбувати краї непрозорою фарбою. Необхідно уникати потрапляння фарби на ділянки деталей, що склеюються. Краще зафарбовувати ці ділянки після склейки. Якщо монтаж виконаний правильно, мотор обертатиме поворотний столик відповідно до затінення фотодатчиків. При обертанні платформи на протилежний бік поміняйте місцями висновки двигуна. І нарешті, для захисту гномона від впливу дощу і вологи заклейте решту відкритої сторони смужкою пластмаси розміром 17x5 см2. Цю деталь також необхідно зафарбувати, щоб уникнути небажаного засвічення. Остаточне оздоблення Щоб годинник почав працювати, необхідно прикріпити вал мотора до підтримуючої основи. Їм може бути шматок дерева, металу, каменю або іншого матеріалу, в який вставляється і приклеюється металева втулка з отвором під вал двигуна. Велике пластмасове кільце, вирізане з пластику при виготовленні поворотного столика, розташовується навколо сонячного годинника і служить для індикації часу. Воно також кріпиться на зовнішній основі. Сонячний годинник непогано виглядає, якщо спочатку пофарбувати коло золотистою або мідною фарбою, а потім прикріпити до нього 13 римських цифр. Почніть із цифри VI (6) і розташовуйте цифри на півкрузі, рухаючись за годинниковою стрілкою, доки знову не досягнете цифри VI (6). Обидві цифри VI (6) розташовуються одна проти одної (під кутом 180°), а римська цифра XII (12), відповідна опівдні, - під прямим кутом (90°) обох цифр VI. Фактично циферблат годинника стиснутий до півкола, інша половина залишається чистою (нічний годинник). Щоб виставити сонячний годинник, просто поверніть коло, доки покажчик не покаже правильний час, після цього зафіксуйте його. Під час руху сонця по небосхилу гномон слідуватиме за ним. Корекція часу Відповідно до сезонної зміни положення сонця на небосхилі спостерігається невелика відмінність між істинним і часом, що показується. Ви можете скоригувати помилку за допомогою обчислень, використовуючи дані таблиці. Тепер у вас є сучасний сонячний годинник з традиційним зовнішнім виглядом.
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
▪ NFC-мікросхема Infineon NLM0011 для керування LED-драйверами ▪ Нанорезонатор допоможе відбивати в 10000 разів більше світла. ▪ 19-нм флеш-пам'ять другого покоління від Toshiba
▪ Розділ сайту Електротехнічні матеріали. Добірка статей ▪ стаття Послух трупа. Крилатий вислів ▪ стаття Яку роль російські емігранти відіграли у розвитку авіації США? Детальна відповідь ▪ стаття Сон-трава. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Простий імпульсний стабілізатор. 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