Для того чтобы "превратить" обычную гирлянду с лампочками в мигающую можно использовать простое устройство состоящее из симисторного ключа и мультивибратора на таймере 555:
Рисунок 1 - Мигалка
Эта схема почти ни чем не отличается от той что приведена в статье http://electe.blogspot.ru/2015/12/blog-post.html за исключением того что немного изменена частотозадающая rc цепь, а именно увеличена её постоянная времени путём увеличения сопротивления подстроечного резистора R3. Также эту постоянную времени можно менять путём изменения ёмкости конденсатора C1. Рассчитать RC цепь или задержки ею создаваемые можно в программе на странице http://electe.blogspot.ru/2014/01/555.html.
Посмотреть результат работы мигалки можно на видео:
Используя arduino можно самостоятельно изготовить сложную систему радиоуправления не затрачивая, при этом, много усилий. Для популярной, на данный момент, платформы arduino существует огромное количество модулей расширяющих возможности данной платформы. Например модули nrf24l01 для радиосвязи. Существует некоторое колличество разновидностей данного модуля. Есть модули для связи на расстояниях до 100м они небольшие и недорогие
Радиомодули рассчитанные на дальность до 100м можно запитать от вывода 3.3В с Arduino uno а радиомодули на дальность до 1100м от этого вывода запитать нельзя т.к. данный вывод не способен выдать достаточный для нормальной работы модуля ток, поэтому если необходимо использовать модуль с дальностью радиосвязи до 1100м то необходимо использовать внешний стабилизатор на 3.3В для питания радиомодуля. О том как самостоятельно изготовить стабилизатор постоянного напряжения написано в статье http://electe.blogspot.ru/2015/10/lm317.html там же есть программа для рассчёта. Этот стабилизатор просто надо сделать на 3.3В для того чтобы можно было им запитать радиомодуль. Ещё для того чтобы сделать систему радиоуправления на ардуино нужно само ардуино. Можно использовать почти любое (если не любое) ардуино. Например (самый простой и лучше подходящий для начинающих вариант)
Также можно использовать любое другое ардуино но эти два (описанных выше) проще всего. Есть например
3) Arduino pro mini http://got.by/23ni7b для программирования Arduino pro mini нужен usb-uart переходник или другое ардуино.
Теперь давайте рассмотрим схему передатчика:
Рисунок 1 - Передатчик на ардуино
У данного передатчика имеется 10 кнопок и 5 потенциометров. Допустим нам надо управлять дистанционно двумя серврмрторами, 3мя ШИМами, одним пьезодинамиком и 8ю цифровыми выходами для каких либо целей (напр. сделать 8 фонарей на радиоуправлямый автомобиль или 1 фонарь а 7 выводов оставить для чего нибудь на будущее). На схеме выше показна ардуино уно но аналогично можно соединить радиомодуль кнопки и потенциометры с другим ардуино для этого надо использовать надписи на плате ардуино. Давайте теперь рассмотрим приемник:
Рисунок 2 - Приемник на Ардуино
Напрямую к выводам ардуино можно подключать только маломощный пьезодинамик иначе слишком большой нагрузкой можно ардуино сломать. То же самое относится и ко всем остальным выводам на приёмнике. К ним нельзя подключать слишком большую нагрузку для того чтобы Ардуино не испортилось. Для питания сервомоторов можно использовать отдельный источник питания. Если сервомоторы мощные то их вывод питания нельзя подключать к выводу питания ардуино. Теперь давайте рассмотрим скетчь передатчика:
В начале скетча подключаются заголовочные файлы для связи с радиомодулем потом назначаются пины для связи с радиомодулем по SPI, указывается идентификатор трубы который должен совпадать с идентификатором трубы указанном в скетче приемника (см. ниже), создаётся массив для передачи данных на приемник. Далее идёт функция инициализации в которой инициализируется и настраивается радиомодуль после чего он устанавливается на передачу данных, инициализируются входы ардуино и делается небольшая задержка на всякий случай. В основном цикле считываются значения с потенциометров для сервомоторов и преобразуются в градусы функцией map. Далее, в следующую ячейку массива, запихиваются состояния входов ардуино побитно. После чего считываются значения с потенциометров для управления ШИМами, делятс на 4 т.к. аппаратный ШИМ ардуино принимает 1 байт. Оставшиеся два состояния, с кнопок, пропихиваются в оставшуюся ячейку массива и он, наконец таки, отправляется на приемник.
В приемнике помимо заголовочных файлов для связи с радиомодулем есть ещё заголовочный файл для работы с сервомоторами. Радиомодуль теперь настраивается на прием. В основном цикле происходит прием и раздача информации на периферию микроконтроллера ардуины.
Посмотреть видео по данной теме с испытаниями системы радиоуправления на ардуино:
3D сканеры пространства могут использоваться например в роботах. Такие сканеры создают 3D карту пространства для того чтобы робот мог ориентироваться в нём. Робота способного ориентироваться в пространстве и имеющего 3D сканер сделать гораздо проще чем робота способного ориентироваться в пространстве и имеющего только видеокамеру т.к. видеокамера, сама по себе, не даёт готовую информацию о расположении объектов пространства относительно робота. Обычно в 3D сканерах для роботов используются лазерные дальномеры. 3D сканеры с лазерными дальномерами называются ЛИДАРами. Лазерные дальномеры очень дорогие и поэтому самостоятельное изготовление ЛИДАРа, в домашних условиях, является большой проблемой. В качестве альтернативы можно попробовать использовать ультразвуковой дальномер который гораздо хуже лазерного но зато гораздо дешевле него. Вращая дальномер и делая замеры расстояний при разных углах можно составить 3D карту пространства. Для вращения дальномера можно использовать сервомоторы. Сделать такой сканер можно на ардуино (http://ali.pub/1zj4xl, http://ali.pub/1zj4xl), двух сервомоторах SG90 (http://ali.pub/1zj4ag, http://ali.pub/1zj3nw) и одном датчике hc-sr04 (http://ali.pub/1zj2ph, http://ali.pub/1zizvz)
Рисунок 1 - 3D сканер ультразвуковой
Ардуино имеет небольшую встроенную память для хранения информации поэтому целесообразно передавать отсканированные расстояния сразу на компьютер.
Скетчь:
В статье про изготовление батарейки, получение из неё бесплатного электричества и преимуществах данного источника описан и основной недостаток такого источника электроэнергии - это необходимость тратить, на его работу, материалы для электродов и электролита. Однако если детальнее разобраться в работе батареек то можно понять что часть электродов может не вступать в химическую реакцию и т.о. они будут экономиться. Например при использовании графита и железа в растворе поваренной соли графит расходоваться не будет т.к. в воде имеется более сильный окислитель чем углерод то этот окислитель соединиться с ионом натрия. Т.е. молекула воды разделиться на две части одна из которых соединиться с ионом натрия а другая - является молекулой водорода которая, в виде газа, выделиться наружу. Т.о. мы получаем водород не только не затратив электроэнергию на его получение но ещё и получив эту энергию вместе с водородом. Водород можно использовать как обычный бытовой газ, при горении он не выделяет токсичного угарного газа, также не выделяет вредного для окружающей среды углекислого газа. Водородную горелку можно включить в закрытом помещении не боясь отравиться угарным газом. При сгорании водорода выделяется чистая вода. На картинке ниже показан принцип работы батарейки:
Рисунок 1 - Принцип работы батарейки
Пузырьки водорода на графитовых электродах
Из за выделения водорода такие батарейки нельзя делать герметичными т.к. иначе, при их работе, создастся большое давление и может произойти взрыв.
В батарейки заводского изготовления для предотвращения этого добавляют диоксид марганца который занимает большую часть пространства внутри батарейки и при этом они всё таки иногда могут взрываться (на фото выше одна из таких после взрыва).
Видео к данной статье:
Простейшее твердотельное бесконтактное реле с гальванической развязкой можно изготовить самостоятельно имея необходимые детали, инструменты (паяльник) и расходные материалы (припой, флюс, провода и т.д.). Для создания гальванической развязки наиболее подходящими деталями являются оптроны и трансформаторы. При использовании оптронов для управления силовым ключом приходиться использовать энергию источника питания силовой части т.к. сам оптрон энергии не передаёт - это ограничивает диапазон напряжений источника питания силовой части либо сильно усложняет схему. Для того чтобы этого избежать можно использовать трансформаторную гальваническую развязку но трансформатор может передавать только переменный ток поэтому придётся создавать преобразователь постоянного тока в переменный на стороне управляющей части и выпрямитель на стороне силовой, к счастью существует простая схема преобразователя постоянного тока в переменный на блокинг генераторе содержащая всего 3 элемента: трансформатор, резистор и транзистор. На стороне управляющей части можно поставить диодный мост для выпрямления, конденсатор для сглаживания пульсаций и стабилитрон на котором будет необходимое для управления полевым транзистором напряжение. Для стабилитрона не нужен резистор т.к. схема с блокинг генератором (в соответствующем диапазоне нагрузок) работает как источник тока, она выдаёт небольшой ток на выходе. Теперь зная то как организовать гальваническую развязку, нетрудно нарисовать схему твердотельного бесконтактного реле постоянного тока:
Рисунок 1 - Твердотельное бесконтактное реле постоянного тока с трансформаторной гальванической развязкой
При изготовлении данного реле могут возникнуть трудности при намотке трансформатора но по точкам возле условных изображений обмоток (на схеме выше) можно понять как надо их наматывать. Вторичную обмотку можно наматывать как угодно т.к. для выпрямления используется диодный мост который, в любом случае, выпрямит как надо. Для того чтобы было ещё проще понять как наматывать обмотку (и в остальном понять как собрать схему) специально сделана анимированная gif картинка ниже и видео.
Рисунок 2 - Сборка твердотельного бесконтактного реле постоянного тока с трансформаторной гальванической развязкой
Рисунок 3 - Твердотельное бесконтактное реле постоянного тока с трансформаторной гальванической развязкой (непринципиальная электрическая схема с нарисованными деталями)
Видео про данное реле:
Данное реле можно применять только для коммутации постоянного тока с соблюдением полярности и если нагрузка индуктивная то параллельно с ней надо поставить обратный диод для того чтобы полевой транзистор не перегорел.
Подходящие транзисторы IRF740.
Дельта 3D принтер например Rostock mini или др. подобный можно переделать для выполнения других действий заменив экструдер другим инструментом. Потом инструмент можно снять и экструдер установить обратно. Обычно конструкция 3D принтера недостаточно прочная для того чтобы его можно было переделать принтер например во фрезерный станок но для работ не требующих большой прочности 3D принтер может подойти. Для резки пенопласта прочности будет вполне достаточно. Пенопласт сам по себе не очень прочный материал и мало где может быть применён но можно использовать пенопластовые формы для изготовления металлических изделий, для этого пенопластовая форма с двумя пенопластовыми цилиндрами прикреплёнными к ней покрывается глиной так чтобы цилиндры немного торчали наружу. Если заливать расплавленный метал в один из цилиндров то пенопласт будет плавиться. Расплавленный пенопласт с газами выйдет через отверстие оставленное вторым цилиндром а металл заполнит пространство которое ранее занимал пенопласт. Эта технология называется "литьё по газифицируемым моделям". Сделать инструмент для резки пенопласта не трудно. Для этого например можно вырезать из деревяшки форму ввиде русской буквы "П", после чего прикрутить к двум её концам винты между которыми можно протянуть проволоку из нихрома. Если на проволоку подать напряжение то она нагреется и ей можно будет резать пенопласт. Такой инструмент можно приделать к 3D принтеру вместо экструдера. Кое что ещё посмотреть про ЧПУ пенопласторез и увидеть как он работает можно на видео:
Если делать источник питания самому не хочется а пенопласторез нужен то можно подобрать и за недорого купить готовый по на сайте по ссылке -> http://alii.pub/6cpxhd
Большинство задач связанных с компьютерным зрением и распознаванием образов являются весьма нетривиальными т.к. большинство архитектур современных компьютеров плохо подходят для решения таких задач. Однако живые существа имеющие, зрение напр. тараканы, отлично справляются с данными задачами. Увидев человека, таракану не надо много времени чтобы осознать угрозу и рассчитать по алгоритмам положение ближайшей щели в трёхмерном пространстве. Для решения задач связанных с компьютерным зрением используются сложные алгоритмы. Для решения некоторых их них, например распознавание лица на картинке, имеются специальные библиотеки например php-facedetection. Такие библиотеки очень помогают но не решают всех проблем. Чтобы использовать php-facedetection на Raspberry pi нужно сначала установить веб сервер Apache и PHP5 (если они ещё не установлены). Как всегда, сначала надо включить Raspberry PI подав на неё питание потом зайти в терминал кликнув по соответствующему значку или подключившись по SSH с другого компьютера.
После подключения к Raspberry PI нужно произвести обновление системы командами
sudo apt-get update
и
sudo apt-get upgrade
После успешного обновления системы нужно установить сервер (если он не установлен) программу командой:
Теперь установим графическую библиотеку gd необходимую для работы библиотеки распознавания лица:
sudo apt-get install php5-gd
Перезагрузим сервер командой:
sudo etc/init.d/apache2/ restart
Теперь можно скачать библиотеку php-facedetection с примером и поместить в каталог (папку) html веб сервера apache. Сделать это можно например разархивировав библиотеку с примером на флешку, потом вставить флешку в Raspberry pi и скопировать библиотеку с примером командой:
sudo cp -a /media/pi/B7C6-0C31/php-facedetection-master /var/www/html/
где B7C6-0C31 -название флешки которое появляется в системе после того как эту флешку воткнули в usb порт Raspberry pi. Выяснить это название можно перейдя в соответствующий каталог командой cd /media/pi/ и введя ls после чего выведутся названия файлов и каталогов находящихся в каталоге pi.
Теперь если ввести в браузере (Raspberry pi при этом должен быть подключен к сети по Ethernet кабелю или wifi (лучше использовать Raspberry pi 3 http://ali.pub/1mayv8 т.к. у неё есть встроенный wifi что сильно упрощает жизнь)) IP адрес Raspberry pi то в нём появиться такая картинка на которой лицо будет выделено красным квадратиком.
Если вместо данной фотографии поставить другую с таким же названием то PHP скрипт обработает эту фотографию и выведет лицо красным квадратиком:
Данный скрипт находит только одно лицо.
скрипт из примера можно открыть командой:
sudo nano /var/www/html/index.php
и изменять, по разному, на своё усмотрение, например можно прописать другой путь до фотографии.
Далее можно подключить веб камеру к Raspberry pi, установить fswebcam командой:
sudo apt-get install fswebcam
После этого снимки с вебкамеры можно делать командой:
sudo fswebcam /var/www/html/cam.jpg
После выполнения данной команды фотография под названием cam в формате jpg появиться в каталоге html. Если в скрипте поменять название фотографии на cam.jpg по после перехода в браузере на raspberry pi в окне браузера появиться фотография обработанная скриптом:
Если фотография будет некачественной то скрипт не сможет найти лицо и выделить его квадратиком:
Команду фотографирования веб камерой можно прописать в планировщике задач crontab а скрипт переделать так чтобы он периодически доставал фотографию и обрабатывал её но ничего похожего на видео, таким образом, скорее всего не получиться т.к. скрипт работает медленно. Но тем не менее он хорошо находит лицо на фотографии т.е. успешно справляется со своей задачей.
Несмотря на разнообразие современных аккумуляторов и незаряжаемых батареек все они одинаковы тем что имеют два электрода помещённых в электролит и каждый аккумулятор и батарейка вырабатывают электричество по тому что в них протекает окислительно-восстановительная химическая реакция. В батарейках эта реакция необратима, поэтому их нельзя зарядить, после того как как они разрядились. В аккумуляторах она идёт в "обратную сторону" когда через них идёт ток в направлении обратном тому при котором ток идёт когда аккумулятор разряжается. Т.е. для зарядки аккумулятора надо пропустить через него ток но не подавать на него напряжение. Напряжение подавать на аккумулятор нельзя по тому что он, по идее, более близок к источнику напряжения нежели к источнику тока т.к. должен выдавать определённое напряжение не зависимо от нагрузки подключённой к нему. Давайте рассмотрим рисунок:
Рисунок 1 - Два идеальных источника напряжения
Любой человек знающий закон Ома и то что идеальный источник напряжения имеет внутреннее сопротивление равное нулю сможет понять что будет если соединить эти два источника! Т.е. поделить любое число не равное нулю на ноль. Конечно в реальности такое невозможно т.к. всё имеет активное электрическое сопротивление но тем не менее из за того что оно мало могут происходить такие нехорошие вещи как выделение большого количества тепла, перегрев и т.д. В теории электрических цепей помимо источника напряжения существует источник тока т.е. такой источник ток которого не зависит от нагрузки подключённой к нему. И именно такой источник идеально подходит для зарядки аккумулятора по тому что ситуация изображённая на рисунке ниже возможна даже с идеальными источниками:
Рисунок 2 - Зарядка аккумулятора от источника тока
Идеальный вольтметр имеет бесконечно большое активное сопротивление, а не идеальный просто очень большое настолько что им можно пренебрегать при расчётах, в большинстве случаев. Если аккумулятор не идеальный (а такими являются все аккумуляторы) то вольтметром нельзя измерить то напряжение до которого зарядился аккумулятор т.к. этот аккумулятор имеет внутреннее сопротивление на котором падает часть напряжения, это демонстрируется на рисунке:
Рисунок 3 - Напряжение на аккумуляторе при его зарядке
Если убрать источник тока то напряжение аккумулятора можно измерить:
Рисунок 4 - Измерение напряжения на аккумуляторе
Из рисунка видно что напряжение на аккумуляторе будет равно напряжению этого аккумулятора т.к. ток протекающий через аккумулятор равен нулю. Т.о. надо следить за напряжением на аккумуляторе и не допускать того чтобы оно превысило максимально допустимое. Особенно это важно для литий ионных аккумуляторов (под ними подразумеваются все литий ионные в том числе литий железо фосфатные, литий полимерные и т.д.). Ещё, для зарядки аккумулятора ток должен быть подходящим. Безопасный ток для зарядки аккумулятора - это например максимальный его ток делёный на 10 (как бы 10ти кратный запас). Т.о. получается 2 условия которые необходимо соблюсти для безопасной зарядки любой аккумуляторной ячейки.
Рассмотрим пример:
Допустим надо зарядить литий железо фосфатный (lifepo4) аккумулятор с максимальным током 800мА=0.8А. Тогда ток для безопасного заряда такого аккумулятора равен
I = 0.8/10 = 0.08А = 80 мА
Допустим у нас имеется модуль питания с напряжением 5В. Как мы уже выяснили, напрямую подключать его нельзя. Но можно подключить его через резистор и получиться что через аккумулятор будет идти постоянный ток который определяется отношением разности напряжений между модулем и разряженным аккумулятором к сопротивлению резистора. Найдём сопротивление этого резистора:
R = U/I = (5-3)/0.08 = 25 Ом
Ближайшее большее, из стандартного ряда сопротивлений R=27 Ом
Ещё желательно рассчитать мощность резистора и подобрать его подходящим по мощности но в данном случае видно что мощность будет мала поэтому можно поставить любой резистор без опасений что он перегреется.
Рассчитать сопротивление и мощность резистора можно в программе:
Основное назначение любой радиоуправляемой игрушки - это получать удовольствие от её использования, а если эта игрушка сделана своими руками то, плюс к этому, ещё и получать удовольствие от того что её сам собрал. Чаще всего игрушкой является какое либо уменьшенное средство передвижения например автомобиль или самолёт но и то и другое обычно сложно изготовить. Чем меньше в устройстве движущихся частей тем меньше проблем с механикой и тем проще его изготовить. Транспортное средство приводимое в движение двумя моторами с пропеллерами и поворачивающаяся при ассиметричной тяге содержит мало движущихся частей. Для того чтобы такое средство могло перемещаться по земле, ему можно приделать свободно вращающиеся колёса, которыми могут являться небольшие подшипники. С ними данное устройство (далее аэромобиль) сможет перемещаться по гладкой ровной поверхности (для неровной тяги всё равно не хватит). Если колёса сделать вращающимися только по одной оси, для каждого, то единственными движущимися частями будут колёса и роторы моторов с пропеллерами. Моторы должны быть достаточно мощными и лёгкими для того чтобы потянуть аэромобиль напр. такими http://ali.pub/1h7495 (два минимотора с двумя пропеллерами) которые используются в авиамоделях. Моторы с пропеллерами лучше купить готовые т.к. они не дороги, особенно маленькие. Источник питания тоже должен быть лёгким и мощным иначе из за лишнего веса будет большое трение а из за малой мощности - малая тяга из за чего аэромобиль может не задвигаться или не поворачиваться. Также на способность перемещаться влияют колёса, они должны оказывать малое сопротивление, лучше чтобы колёсами были маленькие шарикоподшипники например такие которые имеются в маленьких бесколлекторных вентиляторах. Источником питания например может быть литий железо фосфатный аккумулятор с 3.2В напряжением и размером с пальчиковую батарейку (АА) http://ali.pub/1h7foe (LiFePo4 аккумулятор 3.2В AA) или литий полимерный аккумулятор для маленьких авиамоделей с напряжением 3.7В. Первый тяжелее, и больше но, по идее, надёжнее и должен дольше работать не портясь так быстро как второй. Второй легче если первого хватает то можно поставить и его. Первый также можно использовать как замену обычным пальчиковым батарейкам только нужно помнить что напряжение у него больше и один такой заменяет две батарейки поэтому в отсек с двумя батарейками надо поставить один аккумулятор и одну перемычку вместо второй батарейки. Для них необходимы зарядные устройства при заказе которого необходимо обратить внимание на вилку т.к. Китае, например, вилки с плоскими контактами а не цилиндрическими, как в России. Электронику можно сделать на Ардуино - это тоже сильно сэкономит время и упростит процесс создания этой электроники. Ардуино программировать, для данных целей, проще всего остального, на данный момент. Для простой игрушки нет смысла ставить высокопроизводительные микроконтроллеры вроде STM32 (хотя можно и было бы лучше (напр. бесшумный ШИМ и т.д.)). Можно сделать электронику без микроконтроллеров - так тоже было бы лучше и менее избыточно но для изготовления простой игрушки для большинства людей, всё же скорее всего, лучше подойдёт ардуино. Ардуино можно изготовить самому или купить готовое (лучше готовое) но рассотрим вариант когда дома завалялось много устаревших микроконтроллеров atmega8 из которых надо что нибудь сделать чтобы они просто так не валялись. Если не так то схему не трудно переделать под другой микроконтроллер, просто те же самые дополнительные элементы нужно подключить к тем же самым выводам на другом микроконтроллере.
Рисунок 1 - Аэромобиль
Для радиоприёма используется популярный недорогой (на момент написания данной статьи) радиомодуль NRF24L01+ http://ali.pub/1h8xa9. Для управления двигателями имеется два полевых транзистора которые управляются напряжением логического уровня (3.3В). Обычно для открытия полевого транзистора нужны напряжения около 9В. Если полевой транзистор может управляться напряжением логического уровня то его затвор можно соединить напрямую с выводом микроконтроллера - это очень удобно и очень просто! http://ali.pub/1h7kzx (logic level mosfet) Такие транзисторы хорошо подходят для разного рода самоделок на Ардуино. В схеме, на всякий случай, есть резисторы между выводами аппаратного ШИМа микроконтроллера и затворами. Эти резисторы, по идее, должны ограничивать токи заряда паразитных ёмкостей затворов транзисторов но возможно что в них нет необходимости из за того что эти ёмкости не большие. А может и нет но на всякий случай можно поставить. Обратные диоды - для защиты транзисторов от высокого напряжения которое возникает при размыкании обмотки подключённой к источнику напряжения. Для фильтрации помех можно поставить конденсаторы по питанию. Обычно ставят один электролитический с большой ёмкостью и один плёночный или керамический для того чтобы убирать высокочастотные помехи. Но, практика показала, что эти конденсаторы могут не помочь. Для того чтобы аэромобиль запустился как положено надо сначала подать питание на микроконтроллер и радиомодуль потом подать питание на пуль управления и после того как между ними установиться связь и всё запуститься (обычно меньше секунды) нужно подавать питание на силовую часть т.е. на двигатели с транзисторами. Схема пульта приведена на рисунке:
Скетч для передатчика написан не заново а немного дополнен для того чтобы можно было управлять и машинкой и аэромобилем не переделывая его и не делая новый пульт.
Уже очень давно, в кругах радиолюбителей, существует популярная схема двухтактного повышающего преобразователя для получения электрической дуги. Полумост на полевых транзисторах управляется самотактируемым драйвером IR2153 (или IR2153D со встроенным диодом). Внутри данного драйвера имеется схема аналогичная той что в таймере 555 поэтому расчёт частоты тактовых импульсов можно выполнить по тем же формулам и тем же программам как и для таймера 555. Дополнительных вещей вроде слежения за током полумоста или напряжением на выходе, в данной микросхеме, не предусмотрено но от части это является плюсом т.к. схема упрощается + не нужна система управления драйвером т.к. он самотактируемый. Для сборки данного преобразователя необходимо очень мало деталей, возможно по этому данная схема стала очень популярной. В данной статье не будем рассматривать то как она работает, вместо этого рассмотрим как собрать преобразователь.
Рисунок 1 - Электродуговой аппарат
Одна палочка внутри резистора означает то что этот резистор мощностью в 1Вт. Можно поставить один более мощный резистор. Главное чтобы мощность резистора (или общая мощность резисторов) не была меньше 2Вт. Схема без резистора R5:
Рисунок 2 - Электродуговой аппарат без резистора R5
Для того чтобы преобразователь заработал очень важно сделать паразитные индуктивности и ёмкости на плате как можно меньше. Особенно важно сделать все пути ведущие от выводов микросхемы до выводов полевых транзисторов как можно короче. Плата может получиться не очень красивой но главное чтобы она работала.
Рисунок 3 - Плата
Далее рассмотрим пример (возможно далеко не самый лучший) того как можно сделать преобразователь:
Рисунок 4 - Сборка преобразователя
Рисунок 5 - Собранный преобразователь
На рисунке 4 показан пример того как можно собрать данный преобразователь который был реально собран и проверен. Процесс сборки и проверки на видео:
Первичную обмотку можно намотать на свободной части сердечника трансформатора строчной развёртки телевизора. При намотке первичной обмотки трансформатора, первый слой надо изолировать от сердечника, это можно сделать изолентой в несколько слоёв. Провод медный эмалированный диаметром 0.4мм. Витки желательно делать не плотно а с некоторым небольшим шагом, всего их можно сделать примерно 60. Меньше 50 витков делать не желательно т.к. при таком количестве витков и такой частоте ток в первичной обмотке м.б. слишком большим из за чего транзисторы перегорят. После намотки одного слоя, его надо изолировать от следующего напр. изолентой. Последний слой тоже желательно изолировать, на всякий случай. Частотозадающий конденсатор C3 можно поставить керамический или плёночный. C4 можно поставить электролитический но лучше танталовый.
Рассчитать частоту тактовых импульсов создаваемым встроенным в микросхему генератором можно по формуле:
Где R2 - частотозадающий резистор, C3 - частотозадающий конденсатор (см. схему на рисунке 1). Также для расчёта можно воспользоваться программой:
Термопару можно использовать совместно а ардуино. Можно для этого купить какой нибудь специальный готовый модуль http://ali.pub/19zosn. Или использовать самодельный на операционном усилителе (см. http://electe.blogspot.ru/2017/03/blog-post_25.html). Допустим мы выбрали второй вариант.
Рассмотрим схему:
Рисунок 1 - Подключение термопары к Ардуино
На выходе усилителя термопары, напряжение прямо пропорциональное разности температур которую измеряет термопара. Это напряжение можно измерить используя аналого цифровой преобразователь ардуино. При правильной настройке усилителя термопары, на выходе этого усилителя напряжение будет примерно равно разности температур холодного и горячего спаев термопары делёной на 100. Для того чтобы получить примерно температуру горячего спая термопары надо к этой разности прибавить температуру холодного спая термопары т.е. скорее всего это будет температура окружающего пространства, комнатная 22 градуса или в случае если измерение производиться на улице зимой при температуре 0 градусов то можно ничего не прибавлять. Рассмотрим скетчь:
#define thermocouplePin A3 // номер порта к которому подключен выход усилителя термопары
double Ups = 5; //напряжение питания усилителя и ардуино
double kt = 100; //коэффициент для преобразования напряжения в температуру
double ADCmaxVal = 1023; //максимальное значение выдаваемое АЦП ардуино
double tHome = 0; //комнатная температура
int thermocoupleVal = 0; //полученное с АЦП число
double t = 0; //температура спая термопары
void setup()
{
pinMode(thermocouplePin, INPUT);
Serial.begin(9600); // установка связи по serial
}
Скетчь можно скачать по ссылке https://yadi.sk/d/jKIiM3Ls3GYuAC
Если необходимо заменить номер порта к которому подключается выход усилителя термопары то можно это сделать изменив константу "thermocouplePin" в скетче. Далее идёт переменная в которую записывется напряжение питания усилителя т.к. операционный усилитель не может выдать больше напряжения питания на своём выходе. Следующая переменная - это коэффициент который следует выставить в зависимости от коэффициента усиления усилителя термопары который регулируется переменным резистором этой термопары. Т.о. есть два способа подстройки усилителя: первый - это резистор, второй - это коэффициент в скетче. Максимальное значение выдаваемое АЦП нужно для расчёта реального напряжения которое подаётся на вход АЦП - эту переменную менять не надо. Комнатная температура - это температура холодного спая термопары чтобы прибавкой этой температуры получить реальную температуру горячего спая термопары.
Испытания и др. полезную информацию можно посмотреть на видео:
Термопара - это устройство для измерения температуры. Термопара состоит из двух проволок соединённых на одном конце. Эти проволоки состоят из разных материалов. При нагревании места соединения этих проволок на других их концах образуется разность электрических потенциалов т.е. напряжение (можно сказать на одной проволоке плюс на другой минус). Такой эффект называется эффектом Зеебека. Т.е. термопара преобразует разность температур (температуры в месте соединения проволок и температуры "холодных" частей проволок) в напряжение. Это напряжение очень небольшое и поэтому для того чтобы использовать его, для измерения температуры, это напряжение необходимо усилить. Для усиления этого напряжения хорошо подходит неинвертирующий усилитель на операционном усилителе:
Рисунок 1 - Усилитель для термопары
Рисунок 2 - Усилитель для термопары (более наглядная схема для изготовления)
Термопару к усилителю надо подключать обязательно так как показано на рисунке т.е. положительным выводом ко входу усилителя а отрицательным на землю. Резистором R4 можно изменять коэффициент усиления усилителя и настраивать усилитель. Усилитель можно настроить так что напряжение на его выходе будет примерно равно разности температур между нагретым местом соединения проволок и их "холодными местами" делёной на 100. В таком случае, для определения этой разности температур достаточно будет просто умножить напряжение на 100. Теперь рассмотрим одну из причин возникновения эффекта Зеебека. В упрощённом виде:
Рисунок 3 - Эффект Зеебека
При нагревании металла электроны в нём начинают быстро и хаотично двигаться. Если взять длинный кусок металла и один его конец нагревать а другой охлаждать то на одном его конце электроны начнут двигаться быстрее чем на другом - из за этого они начнут перемещаться в сторону холодного конца куска металла что приведёт к тому что на холодном конце этих электронов будет больше и таким образом между холодным и горячим концом появиться напряжение. Такое возможно благодаря подвижности электронов в металле. У разных металлов разная подвижность электронов и следовательно при одних и тех же разностях температур будут разные напряжения. Для измерения температуры лучше использовать металл с самой большой подвижностью электронов, с подходящей температурой плавления. Получив это напряжение его необходимо снять с куска металла но как? Если подсоединить проводник на горячей стороне куска металла то в том проводнике который был подсоединён будет возникать такой же эффект который будет мешать и если проводник будет из того же металла что и основной кусок то на выходе напряжение получить не получиться, поэтому для снятия напряжения используют другой металл у которого эффект создающий напряжение, при нагревании его с одной стороны и охлаждении с другой, будет слабее. В таком случае на выходе получаем разность напряжений которую можно усилить схемой приведённой выше и измерить.
Для расчёта коэффициента усиления неинвертирующего усилителя на операционном усилителе можно воспользоваться программой на странице http://electe.blogspot.ru/2012/06/blog-post_19.html
Посмотреть как работает готовый усилитель и как его сделать можно на видео:
Бесколлекторный электродвигатель - это (как можно догадаться по названию) электродвигатель в котором нет коллектора. Коллектор электродвигателя (не транзистора или чего либо другого) - это контакты расположенные на роторе (вращающаяся часть электродвигателя) через которые идёт ток обмоток на этом роторе. Контакты которые расположены на статоре (части двигателя которая не вращается (если к ней не прикладывать доп. силы (напр. руками крутить))) называются щётками. Для начала, рассмотрим, на простом примере, принцип работы коллекторного электродвигателя.
Принцип работы коллекторного электродвигателя показан на рисунке:
Рисунок 1 - Коллекторный электродвигатель
Расположение обмоток на роторе и постоянных магнитов на статоре могут быть другими, также обмотки могут располагаться на статоре а постоянные магниты на роторе и ещё могут быть всячески комбинированные варианты с более сложной механикой и др. необычными вещами но для простоты рассмотрим данный случай. Щётки на статоре и контакты коллектора расположены так что когда они замкнуты то обмотки ротора создают магнитные полюса таким образом чтобы они притягиваясь к полюсам статора вращали ротор. Во время работы двигателя контакты коллектора и щётки постоянно замыкаются и размыкаются что приводит к их износу. Помимо этого при размыкании контактов, между ними происходит электрический пробой воздуха, образуется дуга через которую идёт ток обмоток. Дуга нагревает контакты что также приводит к их износу и к потери энергии. Эти дуги обычно называют искрами когда видят их. Помимо износа и потери энергии эти искры (или дуги (не знаю как грамотно это назвать)) создают электромагнитные излучения в диапазоне радиочастот которые могут создавать помехи для работы электроники. Заменив эти контакты полупроводниковыми () (или какими либо другими бесконтактными) ключами, можно устранить некоторые недостатки напр. износ, конечно транзисторы тоже со временем изнашиваются но это происходит настолько медленно что этим точно можно пренебречь. Радиочастотные помехи и потери энергии тоже останутся но и они будут значительно меньше если в устройстве управления двигателем с бесконтактными ключами будет предусмотрена система перенаправления энергии запасённой в обмотках таким образом чтобы она не терялась в виде тепла. Часть энергии всё равно будет теряться из за наличия активного сопротивления открытых ключей, потери этой энергии можно уменьшить если использовать ключи с низким активным сопротивлением в открытом состоянии. Также часть энергии будет теряться на закрытых ключах т.к. реальные ключи не обладают бесконечно большим активным сопротивлением.
Теперь рассмотрим наипростейшую конструкцию бесколлекторного электродвигателя без обратных связей;
Рисунок 2 - Бесколлекторный электродвигатель
Т.к. шаговые, асинхронные, вентильные и некоторые другие электродвигатели не имеют коллектора то их можно отнести к бесколлекторным что вполне логично! Поэтому можно рассмотреть работу бесколлекторного двигателя на примере подходящем для рассмотрения шагового. Отличием от двигателя изображённого на предыдущем рисунке здесь является отсутствие коллектора и щёток а также в данном двигателе обмотки расположены на статоре а постоянный магнит находиться на роторе. Режим управления двигателем показанный на анимированном рисунке 2 называется полношаговым с использованием одной фазы на каждом шаге. Если на каждом шаге подавать ток сразу на две обмотки то такой режим будет полношаговым с использованием двух фаз на каждом шаге. Комбинацией полношаговых режимов является полушаговый режим (см. картинку на странице http://electe.blogspot.ru/2014/08/lpt-attiny2313_31.html), есть ещё микрошаговый режим при котором на разные обмотки подаются токи разной величины. В асинхронных электродвигателях, как правило, нет постоянных магнитов на роторе, вместо них там обмотки или в простейшем случае просто металлический предмет какой либо формы. Асинхронные электродвигатели наиболее просты в изготовлении но для управления ими требуется на обмотки подавать синусоидальные напряжения, для этого требуется специальная система управления создать которую труднее чем ту которая подошла бы для шагового двигателя, хотя вполне возможно что драйвер двухфазного шагового электродвигателя с микрошаговым режимом подошёл бы для управления двухфазным асинхронным двигателем. Конструкция двигателя на рисунке 2 имеет недостаток - если постоянный магнит ротора сильный неодимовый то он будет притягиваться к выступам магнитопровода статора в четырёх положениях (хотя даже со слабым магнитом этот эффект будет но значительно слабее). Для того чтобы ротор повернулся из одного такого положения нужно подать на обмотки ток такой чтобы сила созданная обмотками была больше силы которая удерживает ротор в положении при в котором он будет при отсутствии тока в обмотках. Получается что неодимовые магниты, сами по себе не дают выигрыша в мощности, но зато с используя такие магниты можно сделать двигатель имеющий меньшие размеры и массу по сравнению с двигателем имеющим обычные магниты (если уметь и знать как). Рассмотрим другую конструкцию бесколлекторного электродвигателя:
Рисунок 3 - Бесколлекторный электродвигатель
На роторе данного электродвигателя имеется больше магнитов чем на роторе двигателя на рисунке 2, поэтому силы создаваемыме магнитами находящимися ближе всего к выступам магнитопровода и удерживающие ротор в одном из положений частично компенсируются силами создаваемыми остальными магнитами, в результате чего провернуть ротор электродвигателя будет проще т.е. можно провернуть меньшими токами в обмотках ротора. Конструкции изображённые на рисунках 2 и 3 можно изготовить в домашних условиях:
Конечно получившиеся электродвигатели не очень качественные но без ошибок, "наступаний на грабли" и понимания тонкостей, особенностей и основных принципов не возможно полноценное и качественное обучение, поэтому надеюсь что данный опыт будет кому либо полезен.
