Текст книги "Простые роботы своими руками или несерьёзная электроника"
Автор книги: Дмитрий Мамичев
сообщить о нарушении
Текущая страница: 6 (всего у книги 7 страниц)
Глава 6
ОПИСАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Светодиодная лампада
Конструкцию, о которой пойдёт речь в описании, можно собрать за несколько часов, имея под руками всё необходимое. Устройство имитирует биение пламени лампады или свечи, и может стать «эксклюзивным» подарочным сувениром.
Принцип работы устройства следующий. Два светодиода, заключённые в отрезки полупрозрачных пластиковых трубок, сравнительно быстро вращаются по окружности, образуя в пространстве светящийся усечённый конус. Этот свет падает на экран, на котором формируется вытянутое овальное световое пятно, меняющее форму и ориентацию на экране. В итоге в затемнённом помещении появляется свечение, похожее на пламя горящей лампады.
Устройство содержит собственно светодиодный светильник, а также экран, изготовленный из картона или пластмассы. Схема светильника показана на рис. 1.
Резистором R1 устанавливают частоту вращения вала электродвигателя M1, а резисторами R2 и R3 – яркость свечения светодиодов. Питается устройство от двух гальванических элементов (типа: LR 44, AG13, 357). Подача питающего напряжения осуществляется установкой этих элементов в самодельный держатель, образованный контактами ХТ1 и ХТ2.
Конструкция светильника показана на рис. 2.
Его основа – электродвигатель 2 с номинальным напряжением питания около 6 В (от компьютерного DVD-привода). На валу двигателя закреплен диск подставка 1 диаметром 27 мм, (также от DVD-привода). К нижней масти подставки приклеены несколько резиновых амортизаторов 9, изготовленных из пассика от магнитофона. Остальные детали смонтированы на печатной плате 8. На светодиоды 4 надеты отрезки 3 пластиковой трубки. Из металлических канцелярских скрепок изготовлены держатели 5 (ХТ1) и 6 (ХТ2) гальванических элементов, а также контакты 7, которые припаивают к плате и выводам двигателя.
Чтобы повысить удобство установки элементов питания в держатель, между элементами 10 предварительно размещают дисковый магнит-шайба диаметром 10 мм и толщиной 1 мм (из двигателя вращения дисков компьютерного DVD-привода), который соединяет их в «одно целое».
Чертёж односторонней печатной платы из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм показан на рис. 3.
Экран может быть как отдельно стоящий (рис. 4), так и в виде подставки (рис. 5), изготавливают его из тонкого белого пластика или картона.
Светодиоды могут быть разного или одного цвета свечения, здесь есть возможность поэкспериментировать. Вариант свечения показан на рис. 6.
Можно применить светодиоды разного цвета свечения или подключить один из них в другой полярности. В первом варианте пламя лампады может быть двухцветным, а во втором – переключением полярности батареи можно менять цвет пламени на другой.
Налаживание сводится к подборке резисторов R1—R3. Первым устанавливают такой ток через двигатель, чтобы он плавно разгонялся сам или с помощью легкого толчка. Резисторами R2 и R3 устанавливают яркость свечения и цветовой баланс для светодиодов разного цвета свечения.
Светодиодная «кисть» для фризлайта
В продолжение темы фризлайта хочу предложить тебе, читатель, описание ещё одного инструмента для рисования – светодиодной «кисти». С её помощью «изображение» создаётся следующим образом. При открытом затворе фотоаппарата в затемнённом помещение знакомый тебе художник «рисует» в воздухе кистью за предметом или трафаретом (картон или другой непрозрачный материал). В результате на фотографии на тёмном фоне остаётся светлое поле трафарета (рис. 7), или его тень на фоне «закрашенного поля» (рис. 8). «Кистью» можно рисовать и как «карандашом», но только широкими «мазками».
Внешний вид «кисти» показан на рис. 9, а способ фиксации в руке на рис. 10.
«Кисть» содержит источник света, составленный из двух ярких светодиодов, например зелёного и синего цвета свечения. Они вставлены в отрезок пластиковой матовой трубки для коктейля. Между трубкой и платой установлен светоотражающий пластиковый экран. Он защищает от засветки пальцы при съёмке. Меняя ток через светодиоды, можно менять цвета свечения трубки во время рисования. Схема устройства представлена на рис. 11.
На транзисторах VT1, VT2 собран ограничитель тока. При указанном на схеме номинале резистора R2 суммарный ток через светодиоды не превысит 12… 15 мА. С помощью резистора R3 перераспределяют этот ток между светодиодами, изменяя тем самым цвет «кисти».
Все элементы монтируются на односторонней печатной плате из стеклотекстолита, её чертёж показан на рисунке 12.
В конструкции применены постоянные резисторы MЛT, С2-23, переменный резистор с выключателем – СП3-3в. Транзисторы можно применить любые серий КТ315, КТ3102. Батарея питания – «Крона», «Корунд», для её подключения применена контактная колодка от отслужившей «Кроны». Колодку соединяют с контактными дорожками платы с помощью отрезков стальной проволоки от скрепок. Светодиоды могут быть любого цвета свечения повышенной яркости. Чтобы быстро сменить цвет «кисти» их устанавливают в гнёзда, которые можно изготовить из панели для установки микросхем в корпусе DIP.
Ночник «Ассорти»
В отличии от предыдущего варианта (статья-конструкция «Ночник Три цвета» из моей книги «Роботы своими руками. Игрушечная электроника», Солон-пресс, 2015), в данной конструкции светорассеиватель изготовлен из обломка трубки тонкой люминесцентной лампы, а в схеме существенно уменьшено число элементов. Динамика свечения лампы представлена на рисунке 13.
Схема светильника изображена на рис. 14.
В её основе – мультивибратор на транзисторах VT2,VT3. Цепочки R8, C3; R7, C2 – времязадающие поочерёдное открывание и закрывание транзисторов. При закрытом транзисторе VT3 конденсатор С4 начинает заряжаться через цепь R9, VD2, R10. С определённого момента транзистор VT4 плавно открывается, увеличивая ток через светодиоды HL3,HL4. При открытом транзисторе VT3 конденсатор разряжается через R12 и открытый переход база – эмиттер VT4, плавно закрывая его. Аналогично работает и левая часть схемы. Таким образом, создаётся плавное переключение цветов свечения ночника. Резистор R4 регулирует баланс свечения пар цветов. Кроме этого, каждый светодиод имеет индивидуальную зависимость «яркость свечения – сила тока», поэтому в сумме динамика свечения получается своеобразная.
Питается схема от сети переменного тока (можно и от батареи «КРОНА» на 9 В). Конденсатор С6 – балластный, ограничивает ток в обшей цепи до 20–25 мА. Пульсации «выпрямленного тока» сглаживает конденсатор С5 и, благодаря стабилитрону VD3 на мультивибратор подаётся около 8,2В.
О конструкции. Её изготовление следует начать с изготовления светодиодной лампы светильника (рис. 15).
При помощи стеклореза от обломка лампы отделяем отрезок трубки длиной 15–17 см. Торцы (они, как правило, неровные) заматываем изолентой. Согласно рисунку 16 изготавливаем плату-стержень и монтируем на ней светодиоды.
Из пробок от пластиковых бутылок делаем торцевые заглушки для лампы с прорезями под плату. Собираем лампу. Из отрезков корпуса старого фломастера делаем стойки, соединяющие лампу с вертикальным основанием. Соединяем выводы лампы при помощи проводов с основной платой, расположенной в подвале – подставке (рис. 17).
Эскиз платы и её внешний вид представлен на рисунке 18.
В конструкции применены разноцветные яркие светодиоды диаметром 5 мм в прозрачных корпусах красного, салатового, оранжевого и синего свечения (судя по цене – китайского производства). Транзисторы можно использовать любые серии КТ315, диоды серии КД522, КД521, импортные конденсаторы, резисторы МЛТ. Налаживание работы схемы светильника безопаснее производить от лабораторного источника напряжением 9В, монтируя элементы блока питания в последний момент. Вначале парно подбирают резисторы R5, R10, регулируя длительность перехода от одной пары цветов к другой (на фото 2 – центральная картинка) и обратно (6 фаза – такая же, не изображена на фото). Затем выставляют ползунок резистора R4, подбирая пропорции сине-красного и зелёно-оранжевого цветов в крайних фазах. Можно, изменяя соотношение номиналов пар R1, R11 и R2, R13 добиться преобладания в переходных фазах от красновато-оранжевого к синевато-зелёному цвету.
При отсутствии стеклянной трубки в качестве корпуса лампы можно использовать «сантехническую гофру» белого цвета. Это гофрированная тонкостенная пластмассовая труба диаметром около 45–50 мм. Линейные размеры основных элементов конструкции, конечно в этом варианте, придётся пересмотреть.
Кораблик-катамаран, управляемый светом
Эта игрушка предназначена для малых водоёмов со спокойной водой и естественным солнечным освещением. Конструктивно кораблик состоит из двух корпусов-поплавков, соединённых проволочными перемычками с закреплёнными на них печатными платами.
В кормовой части каждого корпуса установлен двигатель (электромотор от виброзвонка сотового телефона) снабжённый винтом. Движением кораблика можно управлять, заставляя его двигаться вперёд, назад или разворачиваться на месте, затеняя для этого соответствующие фототранзисторы. Питание осуществляется от батареи, составленной из двух литиевых дисковых элементов.
Схема управления двигателями показана на рис. 19.
Светочувствительными элементами, реагирующими на интенсивность падающего света, служат фототранзисторы VT1—VT3. Микросхемами таймеров DA1 и DA2 управляют фототранзисторы VT1 и VT2, a VT3 – транзистором VT4. Питание на элементы поступает через геркон SF1. Когда фототранзисторы освещены, их сопротивление мало. Поэтому на управляющем входе Е (вывод 4) таймеров DA1 и DA2 присутствует низкий уровень. Такой же уровень будет и на их выходах таймеров (вывод 3). Транзистор VT3 закрыт. В этом случае питание на двигатели не поступает и кораблик неподвижен.
При затенении фототранзистора VT1 его сопротивление резко увеличивается – на входе Е и выходе таймера DA1 установится высокий уровень и на последовательно включенные двигатели поступит питающее напряжение. Кораблик начнёт движение вперёд. При затенении фототранзистора VT2 состояние таймеров изменится на противоположное и роторы двигателей станут вращаться в другом направлении – кораблик поплывёт назад.
Если свет не попадает на фототранзистор VT3, открытым будет транзистор VT4 и на двигатели поступит питающее напряжение, но разной полярности. Поэтому винты станут вращаться в разные стороны и кораблик разворачивается. Резистор R3 – токоограничивающий.
Применены постоянные резисторы МЛТ, С2-23, конденсаторы – К10-17 В. Транзистор 2SA1267 можно заменить любым из серии КТ3107, фототранзисторы взяты от привода принтера «Роботрон», но подойдут и КТФ102А. Геркон – любой малогабаритный, его включают с помощью малогабаритного магнита от лазерной головки DVD-проигрывателя. Изготовление устройства удобнее начать с изготовления двигателей (рис. 20).
Для них надо применить два одинаковых виброзвонка. Технологии снятия эксцентрика с вала виброзвонка и изготовления гребного винта подробно рассмотрены в указанной выше статье. Из листовой пластмассы толщиной 2 мм изготавливают прямоугольные опоры 1, у каждой их которых есть отверстие для крепления к корпусу корабля и прорезь для приклеивания к U-образной скобе 5 (изготовлена из такой же пластмассы). К скобе приклеивают виброзвонок 2, а на его вал надевают отрезок 3 (ПВХ изоляция тонкого провода), в котором закреплён вал 4 (отрезок тонкой стальной проволоки от скрепки). С другой стороны вала 4 с помощью ещё одного отрезка 6 закреплён винт 7. Готовые двигатели испытывают. При напряжении 1,5…2,5 В на воздухе винты должны быстро вращаться, а каждый двигатель – потреблять ток не более 20…35 мА. Если винты вращаются с разной скоростью – для дальнейшей реализации конструкции это допустимо.
Следующий этап – изготовление плат с перемычками. Большинство элементов монтируют на односторонней монтажной печатной плате (рис. 21) из фольгированного стеклостекстолита толщиной 1,5 мм.
Применены таймеры в корпусах для поверхностного монтажа, их выводы вставляют в пазы и приклеивают к плате. Монтаж проводят с помощью тонкого (0,15…0,3 мм) лужёного провода. На шесть фольгированных площадок с отверстиями выводят питание, выходы и входы Е таймеров. Сверху (рис. 22) навесным монтажом крепят резисторы, конденсаторы, транзистор, фототранзистор VT3 и геркон.
Плата-держатель элементов питания с металлическими перемычками изготовлена из односторонне фольгированного стеклотекстолита, её чертёж показан так же на рис. 21. Две перемычки 1 из металлической проволоки, соединяющие корпуса катамарана вставлены в отверстия в плате 4 и припаяны к ней. Из металлической скрепки изготовлена стойка 3 и скоба 2, которая удерживает гальванические элементы 5. Для изоляции на перпендикулярные плате участки скобы 2 надеты отрезки 6 трубки ПВХ. Плату с деталями через изоляционную прокладку приклеивают к скобе 2, дополнительно к стойке 3 (она соединена с «+» батареи) припаяны некоторые детали на монтажной плате.
Далее изготавливают корпуса – поплавки (рис. 23).
Пластмассовое основание 6 вырезают в форме пули из прямоугольного куска чёрной пластмассы размерами 20x55 мм и толщиной 3 мм. Поплавок 10 из пенопласта размерами 13x25x65 мм вырезают терморезаком. Его окрашивают масляной краской, а на пластмассовое основание наклеивают рубку 4 (пластмассовая клавиша от компьютерной клавиатуры). Сбоку в основании делают два отверстия для вклеивания платы-перемычки 5, затем основание приклеивают к поплавкам. Двигатель 1 крепят к основанию 6 с помощью отрезков 3 канцелярских скрепок. Фототранзисторы VT1 и VT2 закреплены на выносных балках 9 и 2, которые припаяны к печатной плате, на которой размещён VT3. На все фототранзисторы надеты световые экраны – отрезки изоляции шнура от компьютерной клавиатуры.
Если один двигатель вращается быстрее второго, кораблик станет поворачивать в сторону. Чтобы устранить этот недостаток более «быстрый» двигатель можно развернуть к внешней стороне кораблика на 15…45 градусов или параллельно выводам виброзвонка подключить резистор сопротивлением 130…220 Ом, а последовательно – резистор сопротивлением 10…24 Ом. Осадка и крен вперёд или назад можно выровнять наклейкой на дно дополнительных поплавков 7 или балластных металлических шайб 8. Соответствие направления движения даваемым командам устанавливают экспериментально подключением подводящих проводов к виброзвонкам.
Управляют корабликом с помощью жезла (изготовленного из любого материала), на конце которого закреплён круг из непрозрачного материала диаметром 4…6 см, закрашенный чёрной краской.
Игрушка-сувенир «Конический маятник»
Внешний вид игрушки представлен на рисунке 24.
Два шарика на стержнях шарнирно закреплены к оси вращения. При её движении стрежни расходятся на некоторый угол, образуя конус вращения – отсюда и название маятника.
Схема конструкции дана на рисунке 25.
Работой двигателя M1 управляет мультивибратор, реализованный на транзисторах VT1, VT2. Резистором R2 регулируется длительность и скважность импульсов тока, питающих двигатель, а следовательно скорость вращения маятника и угол отклонения шариков.
Конструкцию сувенира поясняет рисунок 24. Подвижная часть состоит из оси вращения 11 (отрезок стальной проволоки диаметром 0,5–0,7 мм и длиной около 6 см), перекладины 10 из того же материала и двух стержней 9 с шариками и шарнирами на концах. Декоративные элементы 12 выполнены из медной проволоки ПЭЛ-0,35 и приклеены к стержням «секундным клеем». Ось вращения 11 соединяется с двигателем 7 посредством отрезка изоляции 8 (длина 10–12 мм) тонкого 3 мм (дно компьютерной клавиатуры). Сама рамка приклеивается к кольцу – основанию 2. Внизу к рамке приклеивается контактная панель 13 – прямоугольный отрезок фольгированного гетинакса. Выводы двигателя с панелькой соединяют витой проволокой 5 (ПЭЛ-0,15 намотанная на стержень-оправку диаметром 3 мм). Готовый маятник приклеивают к основанию 3 (оргстекло толщиной 4 мм и размером 30х105 мм). Снизу в углах приклеены четыре «ножки» 1 (отрезки резиновой трубки из привода автомобильного CD-проигрывателя).
Плата 4 с смонтированными элементами и проводными выводами к контактной панели 13 также приклеивается к основанию 3 через четыре резиновые опоры 1. В заключение производится электрическое соединение платы и двигателя маятника (панелька 13).
Большинство элементов схемы монтируется на плату из односторонне фольгированного текстолита. Эскиз топологии печатных проводников дан на рис. 26.
В конструкции применены резисторы МЛТ. Переменный резистор – импортный. Транзисторы можно использовать любые данного типа проводимости. Двигатель взят от виброзвонка сотового телефона, электролитические конденсаторы тоже импортные.
Звонница на основе жестких дисков
В октябрьском номере журнала РАДИО за 2009 г. на с. 52 опубликована моя статья «Колокольный звон… из жестких дисков». Хочу предложить твоему вниманию читатель новый, изменённый вариант конструкции с другой схемой управления.
Внешний вид устройства представлен на рис. 27.
Основным элементом конструкции (помимо двух дисков) являются молоточки, закреплённые на шестерне, которая совершает колебательные движения. Поэтому молоточки поочерёдно ударяют по дискам, создавая перезвон.
Схема управления устройством представлена на рис. 28.
Работает оно следующим образом. Если фототранзистор VT1 освещён, после включения питания транзистор VT2 закрыт, реле обесточено, его контакты реле К1.1 замкнуты и двигатель М1 подключен к источнику питания. Мигающий светодиод HL1 периодически вспыхивает и в момент вспышки ток через него резко возрастает, что приводит к открыванию транзистора VT3. Поэтому транзисторы VT4, VT5 будут поочередно открываться, меняя направление тока в обмотке электродвигателя M1, который приводит в движение шестерню и молоточки колеблются. При затенении фототранзистора напряжение на базе транзистора VT2 возрастёт, он откроется, реле сработает и контакты реле К1.1 разомкнутся – электродвигатель будет отключен от батареи и звон прекращается. Так с помощью фототранзистора можно управлять работой звонницы.
Большинство элементов схемы управления смонтированы на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертёж платы представлен на рис. 29.
В устройстве применены резисторы МЛТ, С2-23, транзисторы КТ315В можно заменить транзисторами КТ315Б, КТ315Г или любыми из серии КТ3102, а 2SA1267 – транзистором КТ361Б, КТ361Г, а также любым серии КТ3107. Мигающий светодиод – DK5B3SSC или другого цвета свечения из этой серии. Взамен диода Д220 подойдёт любой из серий КД103, КД503, КД521, КД522. Выключатель питания – любой малогабаритный, например серии ПД. Реле – DS2E-S-DC5V фирмы Matsushita с номинальным напряжением 5 В. Подойдут также реле типа BT-5S.
Конструкцию поясняет рис. 30.
В ней применены элементы и узлы от различных устройств компьютерной техники. Например, от DVD-привода. Из металлической крышки вырезано основание 3. К нему приклеены три опоры 1 (шестерни) в дух из которых закреплены Г-образные пластмассовые подвесы 2 и двигатель с редуктором 6, которые выпилены лобзиком из лицевой панели привода. От него же взяты молоточки 9 (винты) и металлическая ось 11. Диски 7 и 8 из винчестеров от НЖМД старых системных блоков компьютеров свободно подвешены в углублениях подвесов 2.
Ось 11 приклеивают к шестерне редуктора двигателя 6. Предварительно в шестерне круглым надфилем делают канавку. На концы оси 11 надеты отрезки резиновых трубок 10 длиной 20…25 мм. В отрезках трубок 10 сделан продольный овальный вырез, а в свободные концы вставлены молоточки 9. Благодаря резиновой трубке, молоточек имеет собственную частоту колебаний. Сдвигая трубку по оси можно регулировать зазоры между молоточками и дисками.
К боковой стенке двигателя 6 приклеен ограничитель амплитуды колебаний оси 11 – отрезок 13 из пластмассы. Плату 5 вставляют в пластмассовые направляющие, приклеенные с основанию 3 с помощью пластмассовых уголков. Футляр 12, в котором установлен выключатель питания, изготовлен из пластмассового цилиндрического контейнера. На пластмассовой стойке вставленной в опору 1 закреплён фототранзистор 4, который вместе с резиновыми трубками 10 использованы от автомобильного CD-проигрывателя.
Собирают звонницу в следующем порядке. Предварительно подвесы и стойки вклеивают в опоры 1 и подвешивают диски. Сначала к основанию 3 приклеивают двигатель с редуктором 6, затем, сообразно амплитуде колебаний молоточков 9 фиксируют положение подвесов 2 с дисками 7 и 8 и стойку с фототранзистором 4. В заключение к основанию приклеивают батарейные отсеки и футляр с выключателем. Монтаж выполняют тонким гибким изолированным проводом.
Налаживание сводится к регулировке зазоров между молоточками и дисками. При использовании различных мигающих светодиодов может возникнуть проблема, связанная с тем, что длительности паузы и свечения светодиода различны. В этом случае ось с молоточками при колебаниях будет прокручиваться в одну из сторон. Эту проблему можно устранить, применив подтягивающую пружину, натянутую между осью и редуктором двигателя (рис. 31) и закреплённую на крючках из проволоки от канцелярских скрепок.
