Простой "Solar bot'

В праздничные дни всегда хочется сотворить своими руками, что-то простое, интересное и забавное. Радиоэлектроника может нас порадовать огромным разнообразием таких конструкций. Одну из таких интересных идей мы и рассмотрим в этой главе. Представляю вашему вниманию робот "Solar bot", работающий от солнечной энергии (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Робот "Solar bot"

Пока что этот робот — примитивный, совершающий лишь хаотические движения, из-за чего он выглядит неуклюжим и смешным, но в будущем он сможет принимать "обдуманные" решения (например, двигаться в сторону света).

Робот, работающий от солнечной энергии, — идея не новая, но недостаточно рассмотренная в литературе. Солнечная энергия совершенно бесплатная. Ее использование позволяет экономить ресурсы земли. Зарубежные радиолюбители давно и активно работают в направлении энергосберегающих технологий, а именно — над роботом "Solar bot" (рис. 3.2). В образцах 1 и 3 используется два фотоэлемента солнечной батареи, а в образцах 2, 4 и 5 установлены светодиоды.

Рис. 3.2. Разновидности минироботов, работающих на солнечной энергии

Все в таком роботе — новое и необычное. Одна из идей использования электропривода заключается в перемещении за счет вращательного движения вала электродвигателя, которое на плоскости заставляет конструкцию двигаться в заданном направлении. При этом отпадает необходимость в использовании редукторов.

Схемы роботов, работающих на солнечной энергии, постоянно модернизируются, в них варьируют элементную базу и используют различные солнечные батареи. Последний аспект должен быть продуман до мелочей. Это позволит создавать и использовать роботов на небольших солнечных батареях, экономно расходующих солнечную энергию.

Для того чтобы выяснить, какие детали требуются для создания "Solar ЬоГ, рассмотрим три популярных схемы роботов, работающих на солнечной энергии.

Схема №1

Авторство первой схемы принадлежит компании Solarbotics (подробнее — на сайте www.solarbotics.com). Для изготовления такого робота потребуются распространенные детали (рис. 3.3).

Электролитические конденсаторы 0,22-0,33 Ф на 6,3 В и 6,8 мкФ на 6.3 В. Солнечная батарея размерами 60><60 и напряжением холостого

хода 4,8 В. Также в схеме используется микросхема MN1380R, транзистор 2N3904, диод 1N914 и любой светодиод диаметром 5 мм. Схема собирается навесным монтажом без использования платы.

Рис. 3.3. Схема робота от компании Solarbotics

Микросхема MN1380 предназначена для схемы сброса микроконтроллерных систем, если напряжение питания вышло за допустимые

пределы. Для MN1380R напряжение срабатывания составляет 4,0-4,3 В. Как только CI, С2, СЗ зарядились до уровня 4,3 В, в IC1, IC2 срабатывает компаратор верхнего уровня и на выход микросхемы подается лог. 1. Транзисторы Ql, Q2 открываются и включают двигатели.

Как только напряжение питания снижается до 4,0 В, срабатывают компараторы IC1, IC2, и на выходе микросхемы устанавливается лог. 0. Транзисторы Ql, Q2 закрываются. В результате С1 не успевает полностью разрядится. Энергии, запасенной в С1, достаточно для следующего шага робота.

Схема №2

Автор второй схемы — некто Fred (подробности можно узнать на айте www. smfr.org/robots) (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Схема робота от разработчика Fred

Состав схемы:

• четыре транзистора: Ql, Q2 ВС337 и Q3, Q4 ВС327;

• четыре электролитических конденсатора на 6,3 В: СЗ — 1,0 Ф; С4 — 470 мкФ; С5, С6 — 0,22 мкФ;

• два пленочных конденсатора: CI, С2 — 0,33 мкФ;

• переменный резистор R6 на 10,0 кОм;

• резисторы: Rl, R4 — 3,3 кОм; R2, R5 — 33,0 кОм;

• солнечная батарея G1 на напряжение холостого хода 4,0 В.

Когда начинают заряжаться конденсаторы СЗ, С4, С5, С6, транзисторы Q3 и Q4 закрыты. Как только С4 зарядился, С5, С6 продолжают накапливать заряд. При этом выполняются условия открытия Q3, Q4. Открываются Ql, Q2, включая двигатели. Пока транзисторы Q3, Q4 открыты, С4 полностью разряжается, и Q3, Q4 закрываются. В момент открытия Ql, Q2 конденсаторы С5, С6 разряжаются через Rl, R2, R4, R5. После разряда С5, С6 снова заряжаются, и процесс повторяется до тех пор, пока СЗ полностью не разрядится. Двигатели включаются в разные моменты времени, поскольку схема может быть несимметричной. Для обеспечения синхронности схемы установлен резистор R6.

Схема №3

Третья схема (автор Manfred Schaffran) (рис. 3.5) построена на распространенных деталях:

• таймеры 1С 1, IC2 — NE555;

• транзисторы Q1, Q2 — 2N3904;

• диоды D1-D4— 1N148;

• солнечная батарея размерами 60*60 и напряжением холостого хода 4,8 В;

• резисторы Rl, R2 — 68,0 кОм.

Рис. 3.5. Схема робота от разработчика Manfred Schaffran

Как только конденсатор С1 зарядится от солнечной батареи GI, микросхемы IC1, IC2 получают питание и начинают работать. Таймеры

NE555 используются в качестве компараторов и триггеров. Напряжение сравнения формируется на диодах D1-D4. При срабатывании компаратора, триггер включает выходной транзистор Ql, Q3, и включаются двигатели, которые работают до тех пор, пока полностью разрядится С1. Микросхемы 1С 1, IC2 не получают питание, и триггер микросхем переходит в исходное нулевое состояние. Процесс повторяется по мере заряда С1. В данной схеме некорректно используется NE555.

Автор решил проверить конструкцию третьей схемы (рис. 3.6). Она работает вполне приемлемо.

Рис. 3.6. Робот, выполненный по третьей схеме

Для того чтобы конструкция держалась во время движения устойчиво, необходимо сделать раму (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Рама для робота, показанного на рис. 3.6

Двигатели крепятся к раме винтами. Рама крепится к конденсатору клеящей лентой. Точно так же крепится светодиод. Схема паяется непосредственно у выводов солнечной батареи.

Во время сборки робота "Solar bot" автор использовал двигатели от нерабочих приводов CD-ROM, солнечную батарею YH 60*60-8А/В50М, конденсатор на 22000 мкФ, 10 В. Для удлинения вала применены полиэтиленовые трубки (для напитков), приклеенные клеем ПВА.

После проверки корректности сборки робот устанавливают под прямые солнечные лучи. Как только конденсатор зарядится, включатся двигатели робота.

Представленные схемы недостаточно опробованы и требуют доработки. В этом радиолюбителям предоставляется возможность проявить свою фантазию и творческий подход.