D2-1 - набор для сборки автомобиля отслеживания линии
На этот раз рассмотрим набор под названием D2-1. Набор предназначен для самостоятельной сборки автомобиля, отслеживающего линию. Процесс сборки дает начальное понимание принципов и методов автоматического управления, поможет получить полезные знания и навыки, заложить хорошую основу для дальнейшего обучения. Ниже рассмотрим характеристики, процесс сборки, возникающие тонкости, процесс настройки. Стоимость комплекта с доставкой ~ 6$.
_
Технические характеристики
Название модели: D2-1 интеллектуальный набор для сборки автомобиля отслеживания линии
Размер печатной платы: 105х72х1,6мм
Размер после сборки: 105х85х46
Рабочее напряжение: 3 вольта
Характеристики двигателей:
Название: Одновальный двигатель TT
Рабочее напряжение: 3 В — 12 В постоянного тока (рекомендуемое рабочее напряжение от 6 до 8 В)
Максимальный крутящий момент: 800kgf·cm (при напряжении 3 В)
Передаточное число: 1:48
Ток холостого хода: 170mA (при напряжении 4,5 В)
_
Состав комплекта
— компаратор LM393 – 1 шт.
— планка под микросхему компаратора – 1 шт.
— конденсатор электролитический 100 мкФ – 2 шт.
— подстроечный резистор 10 кОм – 2шт.
— резистор 51 Ом – 4 шт.
— резистор 1 кОм – 2 шт.
— резистор 10 Ом – 2 шт.
— резистор 3,3 кОм – 2 шт.
— фоторезистор CDS5 – 2 шт.
— светодиод 5мм – 4 шт.
— транзистор S8550 – 2 шт.
— кнопка с фиксацией 6х6мм – 1 шт.
— двигатель постоянного тока с редуктором – 2 шт.
— колесо 40мм – 2 шт.
— шины (резиновые кольца) 40мм – 2 шт.
— винт М5 – 1 шт.
— гайка М5 – 1 шт.
— гайка-крышка М5 – 1шт.
— шуруп для прикручивания колеса – 2 шт.
— проводники для подключения двигателей – 4 шт
— блок для установки батарей – 1 шт.
— печатная плата
— двусторонний скотч – 3 отрезка
— инструкция на китайском языке со схемой подключения
— тестовая дорожка с обратной стороны инструкции
_
Сборка электрической части
Перед началом стоит напомнить о необходимых приспособлениях, чтобы работа приносила удовольствие, а не разочарование:
— разумеется, потребуется маломощный паяльник с тонким удобным жалом или, если надолго и всерьёз:), то паяльная станция;
— приспособление для крепления во время пайки мелких деталей, а также для увеличения – «третья рука»;
— для простоты работы и получения отличных результатов воспользуйтесь припоем на катушке, желательно с содержанием флюса;
— небольшие кусачки для откусывания лишних частей ножек;
— пинцет
Сборку, как обычно, целесообразно начинать с самых мелких элементов. Начнем с резисторов, их в схеме целых 10 штук. Номиналы резисторов проще определять мультиметром. Так же на номиналы указывает маркировка в виде полос на корпусе резисторов. Если некогда возиться с расшифровкой, смотрим рисунок ниже:
Определить место установки резистора на плате проще простого, разработчик платы побеспокоился заранее. Возле мест установки написаны не только номера резисторов, но и номиналы.
В этом месте я бы хотел сделать небольшое отступление. Оно касается целесообразности установки 10 Ом-ных резисторов. Ниже будет более подробно описано моё несогласие с такими номиналами. Мои рекомендации – сопротивление 500 Ом-1 кОм, экономия заряда батарей будет существенная, да и компаратор дольше проживет!
Итак, впаиваем резисторы в произвольном порядке согласно подписям на плате.
Чтобы закончить сборку в верхней носовой части машинки нужно впаять два одинаковых p-n-p транзистора, два электролитических конденсатора на 100мкФ и два красных светодиода.
Контуры транзисторов нарисованы на плате, что четко указывает на их положение. Проблем с установкой не должно быть, главное внимательность. Длинные ножки, как на конденсаторах, так и на светодиодах соответствуют выводу – «+». Под светодиодами на плате нарисован знак диода с анодом (+) и катодом (-).
Должно получиться как-то так:
Дальше рекомендую продолжить сборку верхней части. Здесь осталась панелька под микросхему, два подстроечных резистора и выключатель. Паяем панельку, положение произвольное. Микросхему устанавливать пока не рекомендуется. Положение подстроечных резисторов — согласно рисунку на плате (постарайтесь их пока не крутить). Выключатель нужно установить таким образом, чтобы при нажатии кнопки замыкались контакты 1 и 2 (см. рисунок ниже).
Правильное положение нужно вызвонить мультиметром или смотрите следующий рисунок:
_
Механическая сборка
На самом деле, не совсем корректно, говорить о том, что электрическая часть сборки закончена. Не стоит далеко откладывать паяльник. И нет, я не забыл, что к нижней части еще не припаяны два светодиода и два фоторезистора (датчики освещенности). Дело в том, что припаивать их нужно с определенным расстоянием до поверхности пола и между собой. Это расстояние проще будет определить с уже установленными колесами. Поэтому откладываем недалеко плату и берем в руки два моторчика.
Перед нами обычные двигатели постоянного тока с уже установленным внутри редуктором. На алиэкспрессе их можно отыскать в отдельной продаже по аббревиатуре Мотор TT 130. В зависимости от полярности подаваемого напряжения моторчики вращаются в ту или другую сторону.
По задумке автомобиль движется только вперед, а моторчики установлены в одном направлении, но на разные стороны. Поэтому они должны вращаться разнонаправлено. Плюс и минус питания подключаются по-разному.
На плате имеются специальные пятачки для припаивания проводников от двигателя. Плюсы обозначены как М1 и М2, минусы – знаком знаком «Ʇ». Припаиваем к ним провода от моторчиков, предварительно наклеиваем скотч к стороне, прикладываемой к плате. Обезжириваем плату и приклеиваем к ней вторую сторону моторчика.
Теперь готовим колеса, т.е. натягиваем резиновые кольца из комплекта на диски. Вставляем собранные колеса пазом в привод моторчика и прикручиваем имеющимися маленькими винтиками.
Далее прикручиваем передний опорный винт:
Винт заведомо слишком длинный. Если установить его как есть, передняя часть окажется задранной вверх. Поэтому желательно найти еще одну гайку для регулировки высоты.
Результат показал, что для горизонтального положение платы (платформы автомобиля), винт должен быть короче приблизительно на 6 мм.
Чтобы закончить механическую сборку нужно приклеить двусторонним скотчем блок для батареек. Для этого нужно найти на нижней стороне платы возле правого колеса два пятачка со значком «+» возле одного из них. Возле этих пятачков также находится сквозное отверстие. В это отверстие необходимо протянуть провода от батарейного блока. Провода можно укоротить или скрутить аккуратно косичкой и уложить, чтобы они не мешали движению. После залуживания пятачков на плате и кончиков проводов, помогая пинцетом, припаиваем провода. Красный – «+», черный – «-».
_
Установка передних датчиков
После фиксации переднего винта у автомобиля четко определилось расстояние от поверхности пола до платформы. Следовательно, появилась возможность правильно установить (впаять) датчики освещенности и нижние светодиоды. Итак, датчики освещенности впаиваем на расстоянии приблизительно 5мм от поверхности пола. Датчики не полярные. Не имеет значение, какой стороной устанавливать в плату.
Рядом с ними, также на расстоянии 5 мм от пола и на расстоянии 5 мм от датчика-соседа, впаиваем светодиоды. Здесь, разумеется, стоит обратить внимание на полярность (имеется значок «+» на плате). Светодиоды в данном случае устанавливаются не для индикации, а для подсветки поверхности. Такое размещение уменьшает действие помех в условиях плохой освещенности.
Обратите внимание, что ножки деталей, особенно, у датчика освещенности довольно-таки тонкие. При большом удалении от платы они могут легко замкнуть между собой. Чтобы предупредить такую неприятность ножки желательно изолировать. Например, с помощью термоусадки.
_
Отладка
Для наглядности работы будем держать схему перед глазами:
Не стоит пока спешить устанавливать микросхему в слот панельки. Установим только батарейки размером АА в батарейный отсек и нажмем на кнопку включения. Должны загореться два нижних светодиода подсветки датчиков освещенности. Если это не произошло, стоит проверить полярность светодиодов, ну, и перепаять наоборот, если ошиблись. После успешной отладки отключаем питание с помощью кнопки выключателя.
После первого теста идем дальше. На следующем этапе проверим цепь включения двигателей. Для этого вспоминаем, куда на нашей панельке под микросхему должен вставляться первый вывод и куда восьмой (последний).
Далее давайте посмотрим на схему. Так как выводы 1 и 7 у компаратора LM393 (подробней о компараторах) представляют собой открытый коллектор, необходимы подтягивающие резисторы. Их роль выполняют резисторы R3 и R4 (см. схему). Резисторы, в данном случае, устранят «болтание» базы ключевых транзисторов в воздухе и воздействие помех и токов утечки через компаратор. Но это небольшое отступление.
Сейчас важно понять, для того чтобы включился двигатель необходимо открытие транзистора. Рассмотрим p-n-p транзистор Q1. Транзистор работает в ключевом режиме. Для его открытия нужно обеспечить протекание тока через эмиттер на базу — резистор R9 — первый вывод компаратора и на «землю» через 4-ый вывод. Силы тока должно быть достаточно для того чтобы транзистор перешел в режим насыщения (открылся). Ток ограничивает резистор R9. Для протекания тока выводы 1 и 4 должны быть замкнуты. При работе компаратор сам будет определять условия замыкания эти выводов. Поскольку микросхема не установлена, её роль при первичной проверке могут сыграть обычные перемычки.
Таким образом, чтобы проверить работу двигателей замыкаем контакты 1 и 4 на панельке и включаем кнопку питания. Должен вращаться один из двигателей. Проделываем туже операцию с контактами 7 и 4. Должен вращаться второй двигатель. При этом обязательно обращаем внимание на направление вращения колеса. Оба должны вращаться вперед. Да, и, разумеется, при вращении двигателя должен загораться соответствующий светодиод. Если не загорается, вероятно, дело снова в перепутанной полярности. При других проблемах проверяем качество спайки, перепаиваем провода на двигателях, проверяем еще раз — в правильном ли положении припаян транзистор и т.п.
И последний шаг, после отключения питания вставляем микросхему LM939 в 8-ми контактный разъем панельки (опять же не забываем о положении ключа). Если вы по какой-либо причине вращали подстроечные резисторы R1 или R2, поставьте их в среднее положение.
В комплекте поставки с обратной стороны инструкции изображен овал черного цвета – дорожка для «обкатки» вашего автомобиля. Разложите ее на ровной поверхности. Поставьте на нее автомобиль и включите питания. В моем случае регулировки не потребовались. Автомобиль сразу начал отслеживать линию и двигаться вдоль изображенного овала.
В случае, когда автомобиль дергается, не двигается (маловероятный случай), измените значение одного из подстроечных резисторов. Это изменит порог напряжений на входе. Автомобиль должен двигаться в поиске черной линии.
Разумеется, не обязательно пользоваться линией из комплекта. Подойдет любая черная линия или лента шириной 1,5 — 2 см (например, изолента).
_
Работа схемы
Давайте немного пройдемся по работе схемы. Для этого посмотрим на нее еще раз:
