Улаан өндөгний баярын нарны хөдөлгүүр: 7 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:06

Нарны хөдөлгүүр нь нарны зайнаас цахилгаан энерги авч, хуримтлуулдаг хэлхээ бөгөөд урьдчилан тогтоосон хэмжээ хуримтлагдсаны дараа мотор болон бусад идэвхжүүлэгчийг жолооддог. Нарны хөдөлгүүр нь өөрөө "хөдөлгүүр" биш боловч тогтсон хэрэглээгээрээ ийм нэртэй байдаг. Энэ нь хөдөлгөгч хүч өгдөг бөгөөд давтагдах мөчлөгт ажилладаг тул нэр нь бүрэн буруу нэр биш юм. Нарны туяа, эсвэл өрөөний хиймэл гэрлийн туяа бага эсвэл сул байгаа үед л ашиглах боломжтой механик энерги өгдөг нь түүний давуу тал юм. Энэ нь моторт хоол хүнс өгөх хүртэл хангалттай бага энерги цуглуулдаг. Мотор энерги зарцуулж дууссаны дараа нарны хөдөлгүүрийн хэлхээ нь цуглуулах горим руу буцдаг. Загвар, тоглоом эсвэл бусад жижиг хэрэгслийг маш бага гэрлийн түвшинд үе үе асаах хамгийн тохиромжтой арга юм. Энэ бол Лос Аламосын Үндэсний Лабораторийн эрдэмтэн Марк Тилден анх бодож боловсруулж, хэрэгжүүлсэн гайхалтай санаа юм. Тэрээр нарны эрчим хүчээр ажилладаг жижигхэн роботуудыг хийх боломжтой, хоёр транзистортой нарны хөдөлгүүрийн гоёмсог энгийн хэлхээг бүтээжээ. Түүнээс хойш олон тооны сонирхогчид нарны хөдөлгүүрийн хэлхээг янз бүрийн онцлог шинж чанар, сайжруулалтаар бодож олжээ. Энд тайлбарласан зүйл нь маш уян хатан, бат бөх болох нь батлагдсан. Энэ нь түүний схемийг эцэслэн боловсруулж, 2001 оны Улаан өндөгний баярын ням гарагт зохиогчийн семинарын дэвтэрт оруулсан өдрийн нэрээр нэрлэгдсэн байна. Түүнээс хойш олон жилийн турш зохиогч янз бүрийн програм, тохиргоонд хэдэн арван удаа туршиж үзсэн. Энэ нь бага гэрэлтэй эсвэл өндөр гэрэлтэй, том багтаамжтай конденсатор эсвэл жижиг хэмжээтэй сайн ажилладаг. Мөн хэлхээнд диод, транзистор, резистор ба конденсатор гэсэн зөвхөн нийтлэг салангид электрон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашигладаг. Энэхүү зааварчилгаа нь Улаан өндөгний баярын хөдөлгүүрийн үндсэн схем, хэрхэн ажилладаг, барилгын талаархи зөвлөмж, зарим програмыг харуулсан болно. Цахилгаан бараа, хэлхээний гагнуурын талаар анхан шатны мэдлэгтэй байх ёстой. Хэрэв та ийм зүйл хийгээгүй ч гэсэн оролдохыг хүсч байвал эхлээд илүү энгийн зүйлийг шийдэх нь зүйтэй болов уу. Та FLED нарны хөдөлгүүрийг зааврын дагуу эсвэл "Junkbots, Bugbots, & Bots on Wheels" номонд тайлбарласан "Нарны эрчим хүчээр ажилладаг систем" -ийг туршиж үзэх боломжтой бөгөөд энэ нь ийм төсөл хэрэгжүүлэх маш сайн танилцуулга болно.

Алхам 1: Улаан өндөгний баярын хөдөлгүүрийн тойрог

Энэ бол Улаан өндөгний баярын хөдөлгүүрийн схем бөгөөд үүнийг бүрдүүлдэг электрон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн жагсаалт юм. Энэхүү хэлхээний загварыг Кен Хантингтоны "Бичил эрчим хүчний нарны хөдөлгүүр", Стефен Болтын "Suneater I" загвараас санаа авсан болно. Тэдгээрийн нэгэн адил Улаан өндөгний баярын хөдөлгүүр нь хоёр транзистортой гох ба түгжээтэй боловч тэдгээрийг хооронд нь холбосон арай өөр эсэргүүцэлтэй сүлжээтэй байдаг. Энэ хэсэг нь идэвхжсэн үед маш бага эрчим хүч зарцуулдаг боловч ердийн моторын ачааллыг асаах ганц транзисторыг ажиллуулахын тулд хангалттай гүйдэл гаргах боломжийг олгодог. Улаан өндөгний баярын хөдөлгүүр хэрхэн ажилладагийг энд харуулав. Нарны зай SC нь хадгалах конденсатор C1 -ийг аажмаар цэнэглэдэг. Q1 ба Q2 транзистор нь түгжигч гохыг үүсгэдэг. Q1 нь C1-ийн хүчдэл D1-D3 диодын шугамаар дамжуулагчийн түвшинд хүрэх үед идэвхждэг. Диаграммд үзүүлсэн шиг хоёр диод, нэг LED -ийн тусламжтайгаар гох хүчдэл 2.3V орчим байдаг боловч хэрэв хүсвэл энэ түвшинг дээшлүүлэхийн тулд илүү олон диодыг оруулж болно. Q1 -ийг асаахад Q2 -ийн суурийг R4 -ээр дээш нь татаж асаах болно. Үүнийг асаасны дараа үүнийг үргэлжлүүлэхийн тулд R1 -ээс Q1 хүртэлх үндсэн гүйдлийг хадгалдаг. Тиймээс хоёр транзисторыг C1 -ээс нийлүүлэлтийн хүчдэл 1.3 эсвэл 1.4 В хүртэл буурах хүртэл түгждэг. Q1 ба Q2 хоёуланг нь хоёуланг нь хоёуланг нь түгжихэд "цахилгаан" QP транзисторын суурийг R3 -ээр доош нь татаж, M хөдөлгүүр эсвэл бусад ачааны төхөөрөмжийг ажиллуулахын тулд асаадаг. Resistor R3 нь QP -ийн үндсэн гүйдлийг хязгаарладаг боловч харуулсан утга нь ихэнх зорилгоор ачааллыг хангалттай хүчтэй асаахад хангалттай юм. Хэрэв ачаалалд 200 мА -аас дээш гүйдэл шаардлагатай бол R3 -ийг бууруулж, 2N2907 гэх мэт QP -д илүү хүнд транзисторыг ашиглаж болно. Цоожны ашигладаг гүйдлийг бага түвшинд хязгаарлахын тулд хэлхээний бусад резисторуудын утгыг сонгосон (мөн туршсан).

Алхам 2: Stripboard -ийн зохион байгуулалт

Улаан өндөгний баярын хөдөлгүүрийн маш авсаархан загварыг энэхүү зурган дээр үзүүлсэн шиг энгийн туузан дээр хийж болно. Энэ бол саарал өнгөөр харуулсан доорхи зэс зурвас бүхий бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн харагдац юм. Самбар нь ердөө 0.8 "x 1.0" хэмжээтэй бөгөөд зам дээрх цагаан дугуйлангаар харуулсан шиг зөвхөн дөрвөн замыг л таслах ёстой. Энд дүрсэлсэн хэлхээнд нэг ногоон LED D1 ба хоёр диод D2 ба D3 гох утсан дээр 2.5V орчим асаах хүчдэлтэй байна. Диодууд нь катодын үзүүр дээшээ босоо байрлалтай, өөрөөр хэлбэл самбарын баруун гар талын сөрөг автобусны зурвас руу чиглэсэн байдаг. Д1-ээс D2 хүртэл харуулсан холбогчийн оронд нэмэлт диодыг хялбархан суулгаж, асаах цэгийг дээшлүүлнэ. Дараагийн алхамд тайлбарласны дагуу унтраах хүчдэлийг мөн нэмэгдүүлэх боломжтой. Мэдээжийн хэрэг, самбарын бусад форматыг ашиглаж болно. Доорх дөрөв дэх зураг дээр ерөнхий зориулалтын жижиг загвар дээр суурилуулсан Улаан өндөгний баярын хөдөлгүүрийг харуулав. Энэ нь туузан хавтангийн зохион байгуулалт шиг нягт, эмх цэгцтэй биш боловч нөгөө талаас ажиллахад маш их зай, диод эсвэл олон хадгалах конденсатор нэмэх зай үлдээдэг. Шаардлагатай холболтыг доор нь утастай, гагнасан энгийн цоолсон фенолын хавтанг ашиглаж болно.

Алхам 3: Хүчдэлийг өдөөх

Энэ хүснэгтэд Улаан өндөгний баярын янз бүрийн хөдөлгүүрүүдийн гох утсан дээр туршиж үзсэн диод ба LED-ийн янз бүрийн хослолуудын ойролцоогоор асаах хүчдэлийг харуулав. Эдгээр бүх гох хослолыг өмнөх алхам дээрх туузан хавтангийн загварт тохируулж болно, гэхдээ 4 диод ба 1 LED хослолыг самбар дээр гагнасан диод-диодын холболттой байх ёстой. Хүснэгтийн хэмжилтийг хийхэд ашигладаг LED нь хуучин бага эрчимтэй улаан өнгөтэй байв. Туршилтанд хамрагдсан бусад ихэнх шинэ улаан LED -ууд ижилхэн ажилладаг бөгөөд гох түвшинд нь нэмэх эсвэл хасах 0.1В орчим байдаг. Өнгө нь нөлөөлдөг: ногоон LED нь гялалзах түвшинг ойролцоогоор улаан өнгөнөөс 0.2V илүү өндөр болгодог. Цуврал диодгүй цагаан LED нь 2.8V асаах цэгийг өгсөн. Гэрэлтдэг LED нь энэ хөдөлгүүрийн хэлхээнд тохиромжгүй байдаг. Улаан өндөгний баярын хөдөлгүүрийн ашигтай шинж чанар нь Q2 суурийн дагуу нэг буюу хэд хэдэн диодыг дараалан оруулах замаар асаах хүчдэлийг асаахад нөлөөлөхгүйгээр нэмэгдүүлэх боломжтой юм. R4 ба R5 -ийн уулзвараас Q2 сууринд холбогдсон ганц 1N914 диодтой бол хүчдэл 1.9 эсвэл 2.0В орчим болж буурах үед хэлхээ унтардаг. Хоёр диодтой бол унтраах хүчдэл нь ойролцоогоор 2.5В хэмжинэ; гурван диодтой бол 3.1V орчим унтраасан. Туузан хавтангийн зохион байгуулалт дээр диод эсвэл диодын утсыг R5 резистор дээр үзүүлсэн холбогчийг байрлуулж болно; Доорх хоёрдахь зурагт нэг D0 диодыг суурилуулсан болно. Катодын төгсгөл нь Q2 -ийн суурь руу орох ёстой гэдгийг анхаарна уу. Тиймээс, ойролцоогоор 1.3 эсвэл 1.4 В-ийн үндсэн унтраалттай ойролцоо сайн ажилладаггүй мотортой Улаан өндөгний баярын хөдөлгүүрийг үр дүнтэй ашиглах боломжтой болно. Зураг дээрх тоглоомон жийпний нарны хөдөлгүүрийг 3.2 В -т асааж, 2.0 В -д унтраасан байхаар бүтээсэн бөгөөд энэ хүчдэлийн хязгаарт мотор сайн чадалтай байдаг.

Алхам 4: Конденсатор, мотор, нарны эсүүд

Тоглоомын жийп машинд ашигладаг конденсатор нь доорх зурган дээр зүүн талд үзүүлсэнтэй адил юм. Энэ нь 5V хүртэл ашиглахад зориулагдсан бүтэн 1 Фарад юм. Хөнгөн ажил хийх эсвэл богино мотор ажиллуулахын тулд жижиг конденсаторууд нь мөчлөгийн хугацааг богиносгодог бөгөөд мэдээж богино хугацаанд ажилладаг. Конденсатор дээр жагсаасан хүчдэл нь цэнэглэх хамгийн их хүчдэл юм; Энэ үзүүлэлт нь конденсаторын ашиглалтын хугацааг богиносгодог. Санах ойг нөөцлөх зориулалттай супер конденсаторуудын ихэнх нь дотоод эсэргүүцэл өндөртэй байдаг тул мотор жолоодох хангалттай эрчим хүчээ гаргадаггүй. Улаан өндөгний баярын хөдөлгүүр гэх мэт нарны хөдөлгүүр нь дотоод статик эсэргүүцэл нь ойролцоогоор 10 Ом ба түүнээс дээш байдаг хөдөлгүүрийг жолоодоход тохиромжтой. Тоглоомын моторуудын хамгийн түгээмэл төрөл нь дотоод эсэргүүцэл багатай байдаг (ердийн хувьд 2 Ом), ингэснээр мотор үнэхээр ажиллахаас өмнө бүх энергийг хадгалах конденсатороос гадагшлуулдаг. Доорх хоёр дахь зураг дээр үзүүлсэн моторууд бүгд сайн ажилладаг. Тэдгээрийг ихэвчлэн электрон нийлүүлэгчдээс илүүдэл эсвэл шинэ хэлбэрээр олж болно. Тохиромжтой моторыг хог хаягдсан соронзон хальсны бичлэг эсвэл видео бичлэгээс олж болно. Тэдгээрийг ихэвчлэн уртаас том диаметртэй гэж ялгаж салгаж болно. Таны аппликешнд харагдах гэрлийн түвшинд хөдөлгүүрийнхээ асах цэгээс арай өндөр хүчдэл өгөх нарны зай эсвэл эсүүдийг сонгоорой. Нарны хөдөлгүүрийн жинхэнэ гоо үзэсгэлэн нь ашиггүй мэт бага энерги цуглуулж, дараа нь ашигтай тунгаар гаргаж чаддагт оршино. Тэд ширээн дээр эсвэл кофены ширээн дээр эсвэл бүр шалан дээр суугаад гэнэт амьдрал дээр гарч ирэхэд тэд хамгийн гайхалтай байдаг. Хэрэв та хөдөлгүүрээ дотор, үүлэрхэг өдөр, сүүдэрт болон задгай газар ажиллуулахыг хүсч байвал дотор ашиглах зориулалттай эсүүдийг ашиглаарай. Эдгээр эсүүд нь ихэвчлэн янз бүрийн шилэн хэлбэртэй нимгэн хальснаас тогтдог. Тэд бага гэрлийн дор эрүүл хүчдэл өгдөг бөгөөд гүйдэл нь гэрэлтүүлгийн түвшин, хэмжээтэй тохирч байна. Нарны тооцоолуур нь ийм төрлийн эсийг ашигладаг бөгөөд та тэдгээрийг хуучин (эсвэл шинэ!) Тооцоолуураас авч болно, гэхдээ өнөө үед тэдгээр нь маш жижиг тул одоогийн гаралт бага байна. Тооцоологч эсийн хүчдэл бага гэрэлд 1.5-2.5 вольт хооронд хэлбэлздэг бөгөөд наранд хагас вольт илүү байдаг. Та хэд хэдэн цуврал зэрэгцээ холболтыг хүсч байна. Утасны цавуу нь эдгээр шилэн эсүүдэд нарийн утас холбоход маш сайн байдаг. Зарим нарны цэнэглэдэг түлхүүрийн оосорны гар чийдэн нь нарны хөдөлгүүртэй дотор сайн ажилладаг том үүртэй байдаг. Одоогийн байдлаар Images SI Inc нь нарны хөдөлгүүрийг нэг эсээс шууд жолоодоход тохиромжтой хэмжээтэй шинэ дотор эсүүдийг авч явж байна. Тэдний ижил төрлийн "гадаа" нарны зай нь дотор ч нэлээд сайн ажилладаг. Нарны зайн болор эсвэл поликристал хэлбэрийн олон эх сурвалжаас илүү түгээмэл байдаг. Эдгээр төрлүүд нь нарны гэрэлд маш их гүйдэл өгдөг боловч наранд амьдрахад зориулагдсан байдаг. Зарим нь бага гэрэлд сайн ажилладаг, гэхдээ ихэнх нь флюресцент гэрлээр гэрэлтдэг өрөөнд үнэхээр муухай харагддаг.

Алхам 5: Гадаад холболт

Хэлхээний самбараас нарны зай ба мотор руу холбогдохын тулд дотор талын туузнаас авсан зүү сүүлний залгуур нь маш тохиромжтой байдаг. Зүү залгуурыг болгоомжтой ашигласнаар хуванцар тохиргооноос чөлөөлж болно. Зүүг самбар дээр гагнаж дууссаны дараа сүүлийг нь таслах боломжтой. Хатуу 24 хэмжигч утас нь залгуурт сайн, найдвартай бэхлэгддэг боловч ихэвчлэн гадна талыг уян хатан утастай утсаар холбодог. Ижил залгуурыг эдгээр утаснуудын төгсгөлд гагнаж, самбар дээрх залгуурт маш сайн нийцсэн "залгуур" болгон ашиглаж болно. Хадгалах конденсаторыг залгах боломжтой самбарын залгуурыг бас өгч болно. Энэ нь шууд залгуурт холбогдож, эсвэл алсын зайд байрлаж, самбар дээр залгагдсан утсаар холбогдож болно. Энэ нь өөр өөр конденсаторыг програм болон түүний гэрэлтүүлгийн дундаж нөхцөлд хамгийн сайн тохирох хүртэл нь солих, турших боломжийг олгодог. С1 -ийн хамгийн сайн үнэ цэнийг олсоны дараа түүнийг байнга гагнах боломжтой хэвээр байгаа боловч хэрэв сайн чанарын залгуур ашиглавал үүнийг хийх нь ховор байдаг.

Алхам 6: Өргөдөл

Улаан өндөгний баярын хөдөлгүүрийг бидний хамгийн дуртай хэрэглээ бол 3 -р алхам дээр дүрсэлсэн Jeepster жийптэй тоглоом юм. Нимгэн фанерын ёроолыг биенд нь тааруулан хайчилж, том мангас дугуй хийж "Monster Wheel" хэлбэртэй болгосон боловч ажиллуулж байгаа байх. нэлээд уян хатан байдаг. Доод талын зургийг доорх зураг дээр харуулав. Тэнхлэгүүд нь машиныг хатуу тойрог хэлбэрээр ажиллуулахаар тохируулагдсан байдаг (учир нь бид жижигхэн зочны өрөөтэй) бөгөөд урд дугуйгаар хөтлөгчтэй тохируулга нь төлөвлөсөн тойрог замд үлдэхэд ихээхэн тусалдаг. Араа галт тэргийг дараагийн зурагт үзүүлсэн хобби моторын нэгжээс авсан боловч 13 Ом мотороор тоноглогдсон байв. 1 Фарад супер конденсатор нь машинд мөчлөг бүрт 10 секунд орчим ажиллах хугацааг өгдөг бөгөөд энэ нь 3 футын диаметртэй тойрог замд бараг бүрэн ордог. Үүлэрхэг өдөр эсвэл машин харанхуй газар зогсох үед цэнэглэхэд хэсэг хугацаа шаардагдана. Манай зочны өрөөнд өдрийн цагаар 5-15 минут үргэлжлэх боломжтой. Хэрэв нарны шууд тусгал цонх руу орж байгааг олж харвал хоёр минутын дотор дахин цэнэглэгдэнэ. Энэ нь өрөөний нэг буланд тойрон аялж, 2004 онд байгуулагдсанаасаа хойш олон хувьсгал хийсэн юм. Улаан өндөгний баярын хөдөлгүүрийн бас нэг хөгжилтэй хэрэглээ бол робот шиг амьтан бөгөөд хоёр гараараа, өөрөөр хэлбэл хөлөөрөө алхдаг.. Тэрээр Jeepster -тэй ижил мотор, араа галт тэрэгний тохиргоог 76: 1 харьцаатай ашигладаг. Түүний нэг хөл нөгөөгөөсөө санаатай богино тул тойрог хэлбэрээр алхдаг. Уолкер мөн л анивчдаг LED гэрэлтэй тул харанхуй болсон хойно шалан дээр хаана байдгийг нь бид мэднэ. Нарны хөдөлгүүрийн энгийн хэрэглээ бол далбаа эргүүлэх эсвэл ээрэх явдал юм. Доорх 5 -р зурагт үзүүлсэн зураг нь ширээ эсвэл тавиур дээр суух боломжтой бөгөөд энэ нь хааяа гэнэт бөмбөгийг утсан дээр эргэлдүүлж, анхаарал татах болно. Эдгээр энгийн ээрэх хүмүүсийн зарим дүр төрх нь утсан дээр жингэнэх хонхтой байв. Бусад нь бөмбөгийг цохихын тулд ойрхон суурин хонх суурилуулсан боловч хэдхэн нартай өдрийн дараа энэ нь уур уцаартай болдог!

Алхам 7: NPN Улаан өндөгний баярын хөдөлгүүр

Улаан өндөгний баярын хөдөлгүүрийг хоёр NPN транзистор, нэг PNP ашиглан нэмэлт эсвэл "хос" хувилбараар хийх боломжтой. Бүрэн схемийг энд байгаа эхний зурагт үзүүлэв. Туузан хавтангийн зохион байгуулалт нь эхний эсвэл "PNP" хувилбартай ижил бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн байршил, ижил зүсэлт хийх боломжтой бөгөөд чухал өөрчлөлтүүд нь транзисторын төрлийг сольж, нарны зай, хадгалалтын конденсатор, диод, LED -ийн туйлыг өөрчлөх боломжтой юм. NPN туузны хавтангийн байршлыг хоёрдахь зурагт үзүүлэв. Илүү өндөр хүчдэлийн хувьд нэмэлт диод D4, транзисторын Q2 баазаас эсэргүүцэл R4 ба R5-ийн уулзвар хүртэлх диод D0-ийг илүү өндөр хүчдэлийн унтраах хүчдэлд багтаасан болно. сайн.