|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCYCLOPEDIA VỀ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THANH VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN Robot chạy bằng pin mặt trời. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Nguồn năng lượng thay thế Tuổi thơ để lại dấu ấn trong mỗi chúng ta, không phân biệt tuổi tác; nó thường gắn liền với tình yêu đồ chơi. Rõ ràng, tình yêu dành cho những đồ chơi như robot đã đến với chúng ta sau này, do bị ảnh hưởng bởi sở thích chung là khám phá không gian, tuy nhiên, càng có nhiều lý do khiến chúng ta quan tâm đến robot thì càng tốt. Chương này mang đến cho bạn cơ hội gặp gỡ một người bạn robot nhỏ quyến rũ tên là Harvey. Chơi với nó mang lại rất nhiều niềm vui nhưng việc tự mình làm ra nó cũng không kém phần thú vị. Trong khi hầu hết các robot đều có khả năng cao thì Harvey lại kém nổi bật hơn về mặt này. Anh ấy là một người thẳng thắn với một mục tiêu: đi theo vạch trắng. Trên thực tế, anh ấy sẽ không mệt mỏi đi theo con đường đã định trên khắp thế giới và quay trở lại. Ngoài ra, nó còn được “cung cấp năng lượng” bởi mặt trời. Điều khiển robot Bất kỳ robot nào cũng phải có khả năng di chuyển, tức là di chuyển từ nơi này sang nơi khác, cũng như khả năng điều hướng khi di chuyển. Hai yêu cầu khác nhau nhưng có liên quan này được đáp ứng bởi hai thiết bị riêng biệt. Đầu tiên điều khiển chuyển động cơ học của robot. Đối với điều này, cơ chế servo được sử dụng. Động cơ servo là một bộ phận cơ khí của robot, tương tự như cơ bắp của con người. Harvey yêu cầu hai hệ thống servo: một hệ thống để di chuyển về phía trước (giống như động cơ ô tô), hệ thống còn lại để điều khiển chuyển động. Không phải lúc nào cũng dễ dàng đảm bảo rằng hai hệ thống này hoạt động cùng nhau. Vấn đề được giải quyết theo hai cách. Trong phần đầu tiên, cả hai chức năng được kết hợp thành một. Chúng ta hãy chuyển sang hình để giải thích. 1.
Hệ thống điều khiển chuyển động chủ động Để di chuyển xe đẩy (robot Harvey), cách dễ nhất là đặt các bánh dẫn động lên trục và quay nó. Các thiết bị dành cho mục đích này đã được phát minh từ lâu; chúng bao gồm xích, đai chữ V và bộ truyền động bánh răng cũng như bộ truyền động trực tiếp (từ động cơ). Khi cả hai bánh xe quay cùng tốc độ, robot sẽ di chuyển về phía trước theo đường thẳng (tất nhiên là nếu cả hai bánh xe có cùng đường kính). Tốc độ di chuyển của robot tỷ lệ thuận với tốc độ quay của bánh xe. Hãy xem xét trường hợp tốc độ quay của các bánh xe không giống nhau. Điều này có thể đạt được bằng cách chia trục làm đôi và cung cấp cho mỗi bánh một bộ dẫn động riêng. Như trước, robot di chuyển theo đường thẳng nếu cả hai bánh xe quay cùng tốc độ. Nếu tốc độ quay của một bánh, chẳng hạn như bánh bên trái, giảm đi thì xe sẽ rẽ sang trái. Tại sao? Toàn bộ lý do là một bánh xe quay với tốc độ thấp hơn thực chất tạo thành một điểm tựa (ngay cả khi nó chuyển động), xung quanh đó một bánh xe khác chuyển động với tốc độ quay cao hơn. Hầu như nếu bạn dừng hoàn toàn bánh xe bên trái, xe sẽ mô tả một vòng tròn nhỏ tại chỗ có bán kính bằng khoảng cách giữa các bánh xe. Tương tự như vậy, bánh xe bên phải quay chậm so với bánh xe bên trái khiến robot quay sang phải. Trên thực tế, chức năng của hai cơ chế được kết hợp ở đây thành một. Sự thay đổi riêng biệt về tốc độ bánh xe không chỉ đảm bảo chuyển động của xe đẩy mà còn kiểm soát hướng chuyển động. Ở nhiều rô-bốt, chúng thường sử dụng tính năng dừng quay của bánh này hoặc bánh kia trong thời gian ngắn và nhờ đó đạt được khả năng điều khiển chuyển động cần thiết. Nguyên lý chuyển động này đi kèm với hiện tượng rung lắc nhẹ, tuy nhiên, nếu thời gian bánh xe không quay đủ ngắn thì lực giật sẽ giảm đi và chuyển động trở nên tương đối trơn tru. Điều khiển chuyển động thụ động Trong phương pháp thứ hai, các chức năng chuyển động và điều khiển được tách biệt. Có một trục cố định để cung cấp chuyển động thẳng và một tay lái phía trước (hoặc cặp bánh xe) được sử dụng để đổi hướng. Lái xe dựa trên nguyên tắc này.
Khi vô lăng song song với các bánh dẫn động, robot sẽ di chuyển thẳng về phía trước (Hình 2). Xoay bánh xe sang trái thì nó sẽ rẽ trái, quay sang phải thì robot sẽ rẽ phải, giống như ô tô vậy. Ưu điểm của phương pháp này là sự hiện diện của việc kiểm soát trơn tru. Robot có thể quay dần dần hoặc quay tất cả cùng một lúc mà không cần dừng bánh sau. Vì những lý do sẽ được làm rõ sau này, phương pháp này đã được chọn để điều khiển robot Harvey. Trong trường hợp này, vô lăng được dẫn động bởi một động cơ điện nhỏ. Điều khiển điện tử Chúng tôi đã đến giai đoạn tiếp theo của việc tạo ra robot - hệ thống điều khiển theo dõi. Nếu không có một lượng trí thông minh nhất định, Harvey sẽ chỉ ngẫu nhiên "quét" từ bên này sang bên kia. Thông thường, điều khiển động cơ là một vấn đề của thiết bị điện tử. Để "nhìn thấy" vạch trắng của Harvey, cần phải có "mắt". Mắt của Harvey là một cặp phototransistor Q1 và Q2 như trong hình. 3. Phototransistor là một bóng bán dẫn thông thường trong đó phần trên của thân được loại bỏ và phần đế được chiếu sáng bằng ánh sáng. Ánh sáng thường được tập trung vào điểm nối pn bằng cách sử dụng một thấu kính có tác dụng gấp đôi làm vỏ bọc cho thân bóng bán dẫn.
Khi ánh sáng chiếu vào vùng cơ sở, một dòng điện thu tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng sẽ chạy qua bóng bán dẫn. Nói cách khác, tín hiệu thường được áp dụng cho cực cơ sở giờ đây được tạo ra bởi ánh sáng tới. Trong hầu hết các trường hợp, bao gồm cả trường hợp của chúng tôi, phototransistor chỉ có hai cực và không có cực cơ sở. Các bóng bán dẫn quang được kết nối với bộ khuếch đại hoạt động (op-amps) bằng mạch chuyển đổi dòng điện. Như bạn đã biết từ các thiết bị điện tử cơ bản, bộ khuếch đại hoạt động là bộ khuếch đại dòng điện. Điện áp đầu ra của bộ khuếch đại phụ thuộc vào dòng điện chạy qua đầu vào đảo ngược. Trong mạch chuyển mạch thông thường, tín hiệu đầu ra được đưa trở lại đầu vào đảo ngược, tại đó tín hiệu được tổng hợp. Khi dòng phản hồi và dòng điện đầu vào bằng nhau thì bộ khuếch đại ở trạng thái cân bằng. Nếu một điện trở (R2 trong Hình 3) được đưa vào mạch phản hồi, điện áp rơi trên điện trở này sẽ tỷ lệ thuận với dòng điện chạy qua nó. Hơn nữa, điện áp này tỷ lệ thuận với tín hiệu đầu vào và được loại bỏ khỏi chân ở đầu ra của op-amp. Ngoài ra, op-amp còn có một tính năng thú vị khác mà chúng tôi đã tận dụng. Điều này có nghĩa là sự hiện diện của đầu vào khác biệt. Điểm đặc biệt của chúng là tín hiệu được áp dụng cho đầu vào vi sai không đảo sẽ thực sự bị trừ khỏi tín hiệu ở đầu vào vi sai đảo. Có điều gì đó giống như một hành động cân bằng đang diễn ra. Khi dòng điện đầu vào ở chân 2 và 3 bằng nhau, chúng sẽ triệt tiêu và không cần phản hồi để cân bằng mạch dòng điện. Do đó, điện áp rơi trên điện trở R2 bằng XNUMX ngay cả khi có tín hiệu. Độ lớn của dòng điện đầu vào được xác định bởi dòng thu của các bóng bán dẫn quang Q1 và Q2. Với sự chiếu xạ bằng nhau của các bóng bán dẫn với ánh sáng, dòng điện bằng nhau. Vì không thể chọn được một cặp bóng bán dẫn có đặc tính hoàn toàn phù hợp nên một điện trở thay đổi VR1 được sử dụng trong mạch để loại bỏ sự khác biệt nhỏ giữa cả hai “con mắt” của Harvey. Các phototransistor được đặt trên một bảng nhỏ tương tự như bảng hiển thị trong Hình 4. 1 và được ngăn cách bằng một vách ngăn có đặt đèn LED hồng ngoại mạnh SDXNUMX. Vì các bóng bán dẫn quang được ngăn cách khỏi nguồn sáng này nên bức xạ của nó không chiếu trực tiếp vào chúng. Nếu bạn đưa thiết bị đến gần bề mặt phản chiếu, mọi thứ sẽ thay đổi. Ánh sáng được phản xạ từ bề mặt và được phát hiện bởi các phototransistors. Lượng ánh sáng tới các phototransistor phụ thuộc vào tính chất quang học của bề mặt phản xạ. Một nguyên tắc tương tự làm nền tảng cho tầm nhìn của Harvey. Nhiều ánh sáng sẽ được phản chiếu từ bề mặt ánh sáng giống như gương hơn là từ bề mặt tối. Bề mặt màu trắng có độ phản xạ lớn nhất, độ phản xạ của tất cả các màu khác giảm tùy thuộc vào hệ số hấp thụ của chúng. Bề mặt màu đen phản chiếu lượng ánh sáng ít nhất.
Nguyên lý hoạt động của Harvey có thể được phân tích bằng vạch trắng trên nền tối. Đầu tiên, hãy đặt robot chính xác phía trên vạch trắng để các cảm biến ảnh phản ứng như nhau với bức xạ hồng ngoại. Khi đó sẽ không có điện áp ở đầu ra của mạch IC1. Nếu bạn di chuyển robot sang trái hoặc phải, phototransistor tương ứng sẽ di chuyển ra khỏi vạch trắng và do đó nhận được ít ánh sáng hơn so với robot kia. Điện áp của cực này hay cực khác sẽ xuất hiện ở đầu ra của bộ khuếch đại hoạt động. Bây giờ chúng ta có tín hiệu tương ứng với vị trí của robot so với vạch trắng khi nó di chuyển dọc theo “đường cao tốc” này. Điện áp đầu ra của bộ khuếch đại hoạt động được cung cấp cho hai bộ so sánh, IC2 và IC3, được kết nối theo thiết bị hai ngưỡng. Khi được kết nối theo cách này, cả hai đầu ra đều có điện thế thấp nếu điện áp đầu vào nằm trong giới hạn nhất định do bộ chia đặt ra qua các điện trở R4, R5 và R6. Nếu điện áp đầu ra của op-amp nhỏ hơn giới hạn dưới của phạm vi đã đặt, bộ so sánh trên chip IC3 sẽ được kích hoạt và đầu ra của nó được đặt ở mức điện thế cao. Dòng cơ sở mở bóng bán dẫn Q4 và kết nối động cơ lái với cực âm (-3 V) của nguồn điện. Ngược lại, động cơ bằng cách thay đổi góc quay của vô lăng sẽ loại bỏ sự dịch chuyển của bề mặt nhận ánh sáng của các bóng bán dẫn quang so với đường trắng. Điều tương tự cũng xảy ra khi điện áp đầu ra của op amp vượt quá giới hạn trên. Bộ so sánh trên chip IC2 được kích hoạt và bật bóng bán dẫn Q3. Động cơ lái lúc này được kết nối với cực dương (+3V) của nguồn điện và quay theo hướng ngược lại, một lần nữa bù lại độ lệch. Nếu điện áp đầu ra của op amp bằng 3 thì cả hai bóng bán dẫn Q4 và QXNUMX đều tắt. Chế tạo Robot Harvey Bây giờ chúng ta đã hoàn thành phần giới thiệu về các hệ thống cơ bản của rô-bốt, chúng ta đã đến bước được chờ đợi từ lâu là chế tạo rô-bốt Harvey của riêng bạn. Việc tạo ra một robot sẽ đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn một chút so với hầu hết các công việc thủ công được mô tả trong cuốn sách này, đặc biệt nếu bạn sử dụng nhiều vật liệu khác nhau. Tôi phải thừa nhận rằng tôi đã đơn giản hóa vấn đề rất nhiều. Tôi đã đến cửa hàng linh kiện radio gần nhất vào ngày đầu năm mới và mua (tốt hơn là tự làm) một chiếc ô tô đồ chơi điều khiển từ xa đã có sẵn đầy đủ các bộ phận cơ khí. Tôi chọn một chiếc xe bị lỗi đã được trả lại cửa hàng sau kỳ nghỉ lễ và sắp bị vứt đi. Đồ chơi bị thiếu bộ phận phát, nhưng tất cả các động cơ và cơ cấu điều khiển chuyển động đều còn nguyên vẹn và hoạt động tốt. Trước hết, việc mua hàng đã tiết kiệm rất nhiều thời gian và tiền bạc. Bây giờ lương tâm của tôi đã trong sáng và tôi đã thú nhận cách tôi đã cố gắng đẩy nhanh quá trình tạo ra robot, hãy tiếp tục. Đầu tiên, loại bỏ mọi thứ không cần thiết khỏi xe. Chỉ cần để lại khung xe có bánh xe, động cơ của bánh dẫn động và thiết bị lái có động cơ riêng. Xe thường có ngăn đựng ắc quy. Nếu ô tô được điều khiển từ xa, hãy để dành bộ thu và bộ phát cho các thiết bị DIY trong tương lai của bạn. Đầu tiên, lắp một bảng điều khiển có bóng bán dẫn quang và đèn LED ở phía dưới và phía trước khung xe. Từ một miếng nhựa dày màu tối, tôi cắt một tấm bảng, hình dạng của nó như trong hình. 4. Nếu muốn, các bóng bán dẫn quang và đèn LED có thể được gắn trực tiếp trên khung xe, cung cấp đủ khoảng cách giữa điểm thấp nhất của khung và bất kỳ chướng ngại vật nào có thể gặp trên đường đi. Ngoài ra, hãy nhớ rằng bạn càng di chuyển bộ tách sóng quang về phía trước thì bộ tách sóng quang càng nhạy cảm hơn với những thay đổi nhỏ về điều kiện đường (bù với vạch trắng). Nếu bạn muốn cân bằng giữa tốc độ phản hồi của rô-bốt và độ mượt mà của nó, hãy lắp đặt các bóng bán dẫn quang gần các bánh dẫn động hơn.
Đừng quên tách các phototransistors khỏi đèn LED. Bạn có thể sử dụng một miếng nhựa hoặc giấy đục nhỏ làm màn trập. Bước tiếp theo là lắp ráp mạch điều khiển. Giống như hầu hết các thiết bị được mô tả trong cuốn sách này, nó được lắp ráp bằng bảng mạch in, sơ đồ của nó được hiển thị trong Hình 5. 6, và vị trí các bộ phận như trong Hình. XNUMX. Kiểm tra xem tất cả các nguồn điện đã được kết nối chắc chắn chưa. Hãy dành thời gian để làm việc này, nếu không robot sẽ hoạt động không ổn định. Bánh lái và mô tơ lái được bảo vệ bằng xích RC (lần lượt là R9, C8 và R10, C9). Sau khi lắp các bộ phận vô tuyến vào bo mạch, hãy lắp nó vào vị trí của bo mạch thu điều khiển vô tuyến. Trong quá trình lắp ráp cuối cùng, hãy cố định các dây dẫn của phototransistor càng xa các dây dẫn kết nối với động cơ càng tốt. IC1 có độ lợi rất cao và có thể dễ dàng khuếch đại các tín hiệu gây nhiễu. Nếu cần chống nhiễu, hãy sử dụng dây có vỏ bọc để kết nối các bóng bán dẫn quang. Có đủ không gian trong ngăn chứa pin cho các pin cung cấp điện cho Harvey, nhưng kết nối của chúng phải được thay đổi theo sơ đồ trên, tạo một cú chạm từ điểm hai pin kết nối. Sử dụng công tắc có trong mạch điện của ô tô đồ chơi. Để vận hành robot, cần có một bộ pin có tổng điện áp 9 V. Do đó, không gian trống trong ngăn chứa pin có thể được sử dụng để chứa các thành phần mạch khác, một số thành phần đó sẽ được thảo luận dưới đây. Kiểm tra hiệu suất Harvey Sau khi đảm bảo rằng quá trình cài đặt đã chính xác, bạn có thể tiến hành lần kiểm tra đầu tiên về chức năng của robot. Khi tắt công tắc nguồn, hãy đặt bốn pin sạc niken-cadmium vào ngăn chứa điện. Sau khi bật công tắc bật tắt, robot sẽ di chuyển về phía trước và rẽ. Kiểm tra cẩn thận mô hình chuyển động của robot. Có thể kiểm tra khả năng lái bằng cách chiếu đèn pin trước vào một bóng bán dẫn quang, sau đó vào bóng bán dẫn quang kia. Nếu hướng quay của bất kỳ động cơ nào không chính xác, hãy đảo ngược cực tính của các cực của nó. Bây giờ hãy kiểm tra công việc của robot Harvey trên một vòng tròn được mô tả bằng sọc trắng, được vẽ tốt nhất trên nền đen. Bán kính hình tròn không được nhỏ hơn bán kính quay của vô lăng. Sau khi đặt Harvey vào đường đua, hãy bật nguồn và quan sát chuyển động của robot. Nguồn điện Thiết kế robot Harvey về cơ bản sử dụng hai hệ thống quang điện tử khác nhau về nguyên lý hoạt động. Chúng tôi đã giải quyết một trong số chúng (“tầm nhìn” của robot); Hoạt động của nó được đảm bảo bởi các bộ phận cảm quang (phototransistor), điều khiển dòng điện của động cơ lái.
Hệ thống quang điện tử khác của robot là pin năng lượng mặt trời giúp pin luôn được sạc. Thật khó tin nhưng Harvey “cung cấp năng lượng” bằng một lượng điện rất nhỏ. Trên thực tế, một bộ pin được sạc đầy sẽ đủ để robot hoạt động tự động trong khoảng 1 giờ. Sau đó, robot phải được chiếu sáng để tiếp tục hoạt động. Nếu Harvey ở ngoài nắng, anh ấy sẽ sạc lại năng lượng khi đang lái xe.
Để đáp ứng nhu cầu của nó, chỉ cần 12 pin mặt trời. Mặc dù có thể sử dụng bất kỳ phần tử nào tạo ra dòng điện 80mA trở lên nhưng tôi đã tìm thấy hai kích thước hoạt động tốt nhất. Pin gồm các tế bào có kích thước tiêu chuẩn đầu tiên, được hiển thị trong Hình. 8, được làm bằng ba phần tròn chia thành bốn phần; các bộ phận này được nối nối tiếp duy trì sự sắp xếp như trong hình. Kết quả là một nhóm các phần tử được sắp xếp theo dạng ba vòng tròn, tương tự như một con bọ rùa. Harvey đạt được vẻ ngoài chắc chắn hơn bằng cách sử dụng 12 phần tử hình lưỡi liềm được sắp xếp thành một đường thẳng như trong Hình. 9. Robot trở nên giống như một con côn trùng (rết hoặc sâu) và dường như lướt đi khi di chuyển. Tất nhiên, bạn có thể tạo ra pin ở bất kỳ cấu hình nào khác. Bạn thậm chí có thể làm cho mũ của robot có thể hoán đổi cho nhau, giúp nó có nhiều cách thể hiện bản thân hơn. Điều quan trọng cần nhớ là: dòng điện đầu ra của pin mặt trời càng thấp thì thời gian sạc pin càng lâu. Nếu bạn sử dụng pin đủ tốt, hãy đảm bảo rằng pin không bị sạc quá mức. Hãy tham khảo Chương để được tư vấn. 10 để thảo luận về pin niken-cadmium và đặc tính của chúng.
Thiết bị robot bổ sung Có nhiều cách để sửa đổi thêm tệp robot. Ví dụ, một robot sẽ có vẻ ngoài rất ấn tượng nếu nó được trang bị một cặp “mắt” nhấp nháy và phát sáng (đừng nhầm với “mắt” cảm quang thực sự). Robot có thể được “dạy” tạo ra âm thanh. Có một số vi mạch được bán để tạo ra âm thanh trên phạm vi rộng. Bây giờ Harvey (hoặc Harriette) đã sẵn sàng, đã đến lúc vui chơi. Và giới thiệu về robot! Tác giả: Byers T.
Một cách mới để kiểm soát và điều khiển tín hiệu quang
05.05.2024 Bàn phím Primium Seneca
05.05.2024 Khai trương đài quan sát thiên văn cao nhất thế giới
04.05.2024
▪ Ví kỹ thuật số thay vì tài liệu giấy và nhựa ▪ Chip phụ Toshiba TC358791XBG
▪ phần của trang web Nội dung gián điệp. Lựa chọn bài viết ▪ bài viết Da là gì? đáp án chi tiết ▪ bài viết Sumac phù hợp. Truyền thuyết, canh tác, phương pháp áp dụng ▪ bài viết Bộ điều chỉnh điện. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện ▪ bài bẫy pha. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này