مدار الکترونیکی روبات نوریاب یا بولینگر ساده ( با دو ترانزیستور)
برای ساخت ربات بولینگر ابتدا شما به یک سازه مکانیکی به همراه موتور و گریبکس نیاز دارید. پس از آن باید بخش الکترونیکی را به گونه ای بسازید که روبات بتواند در محیط به دنبال منبع نور بگردد و هوشمندانه به سمت آن حرکت کند. اصولاً روباتهای هوشمند نیاز به حسگرهایی دارند که اطلاعات مورد نظر را از محیط دریافت کرده و در قالب جریان الکتریکی وارد مدا کند. همانگونه که مشخص است ربات نوریاب باید اطلاعات مربوط به شدت نور اطراف خود را دریافت نماید که این کار توسط یک فتوسل انجام می شود.
فتوسل یا حسگر نور در واقع یک مقاومت متغیر است که مقدار آن با توجه به نور محیط تغییر می یابد. در صورتی که نور محیط را افزایش دهید مقاومت فتوسل کاهش یافته و جریان بیشتری از آن عبور می کند. همین تغییر جریان است که با توجه به الگوریتم تصمیم گیری ربات شما را هدایت می کند. در مقاله سعی شده است که ساده ترین مدار ممکن که در عین حال به خوبی هم کار می کند تشریح شود. به همین دلیل ممکن در برخی از موارد اصول حرفه ای طراحی مدار رعایت نشده باشد. دوباره متذکر می شویم که این مدار در عین سادگی بسیار کارآمد است و توسط تعداد زیادی از تیم های رباتیک در مسابقات دانش آموزی استان اصفهان ساخته و آزمایش شده است.

الگوریتم کاری این ربات نوریاب به این صورت است که ربات در ابتدای کار شروع به گردش در جای خود می نماید . (برای این کار کافی است که یکی از موتورهای آن روشن و دیگری خاموش باشد) این گردش آنقدر ادامه می یابد تا جلوی ربات به سمت منبع نور قرار گیرد. دی این لحظه ربات به حرکت گردشی خود پایان داده و به سمت منبع نور حرکت می کند. (این کار با روشن کردن هر دو موتور ربات اتفاق می افتد) در صورتی که در بین راه به هر دلیل راستای حرکت ربات و منبع نور تغییر نمود ، روبات مجدداً حرکت گردش خود را آغاز می نماید تا دوباره به سمت منبع نور قرار گیرد.
اگر در کار روبات کمی دقت کنید متوجه می شوید که یکی از موتورها همواره روشن و کنترل ربات از طریق خاموش و روشن کردن موتور دیگر انجام می شود. پس موتوری که همیشه روشن است به صورت مستقیم به منبع تغذیه متصل می نماییم.
مدار تغذیه موتور دوم نیز دارای یک فتوسل است ، هنگامی که فتوسل به سمت منبع نور قرار گیرد مدار تحریک شده و موتور روشن می شود. در این مدار از دو ترانزیستور استفاده شده است که وظیفه تقویت جریان عبوری از فتوسل را به عهده دارند. به دلیل اینکه جریان موتور از ترانزیستور دوم عبور می کند لازم است ترانزیستور T2 از نوعی انتخاب شود که قابلیت جریان دهی خوبی داشته باشد. ترانزیستور پیشنهادی از نوع منفی و به شماره Tip41 است که در صورت نیاز می توانید آن را با انوع مشابه تعویض نمایید. در طبقه اول تقویت نیز از یک ترانزیستور منفی به شماره BD139 استفاده شده . پس از ساخت و تست ربات ممکن است که ترانزیستور Tip41 کمی گرم شود که با نصب حرارت گیر مناسب بر روی آن می توانید این مشکل را حل کنید. دیود موجود در مدار به صورت معکوس دو سر موتور قرار گرفته است تا از آسیب دیدن ترانزیستور در برابر جریان برگشتی از موتور حفاظت نماید. همانگونه که در سایر بخشهای این مقاله توضیح داده شده است ، یکی از موتورها به صورت مستقیم به منبع تغذیه متصل بوده و همیشه روشن است. و موتور دوم با استفاده از مدار فوق راه اندازی می شود. به گونه ای که در هنگام نور خوردن فتوسل و راه اندازی موتور ربات به سمت جلو حرکت خواهد نمود. در صورتی که پس از نصب جهت گردش موتور عکس جهت مورد نظر بود جای سیم های اتصالی به ترمینالهای موتور را با یکدیگر تعویض نمایید. در صورتی که در قسمتهای مختلف ربات ولتاژهای متفاوتی نیاز دارید می توانید از رگولاتور ولتاژ برای کاهش سطح ولتاژ به مقدار مورد نظر خود استفاده کنید. به زودی دیاگرام کامل مدارت داخلی نمونه ساخته شده با کلیه سیم کشی های مربوطه بر روی سایت قرار خواهد گرفت.
تنظیم : پتانسیومتر موجود در مدار را به گونه تنظیم نمایید که موتور در مرز خاموشی قرار گیرد. حال اگر نور تابیده شده بر روی فتوسل کمی زیاد شود خواهید دید که موتور به گردش در می آید. با تمرین و تکرار می توانید ربات خود را در بهترین حساسیت قرار دهید
الگوریتم و بخشهای مکانیکی روبات نوریاب - بولینگ
معمولاً در ساخت موبایل روبوتها برای اینکه روبات قابلیت حرکت در جهات مختلف را داشته باشد از چند روش استفاده می گردد مثلاً استفاده از چرخهای چند جهته ( امنی درکشنال ) که این روش بیشتر جهت ساخت رباتهای دقیق سرعتی مانند رباتهای جونیور استفاده می گردد. چرخ های مورد استفاده برای این رباتها چرخهای ویژه ای هستند که معمولاً سازنده ربات قیمت زیادی بابت آن ها پرداخت می کند ولی در عوض قدرت مانور روبات و همچنین دقت حرکت آن فوق العاده زیاد است.... ( بر روی ادامه مطلب کلیک کنید )
روش دیگر استفاده از دو نیروی محرکه مجزا در طرفین ربات است. در واقع اگر شما بتوانید به گونه ای سمت راست ربات را به جلو ببرید و سمت چپ ان را ثابت نگه دارید چرخ بر روی یک دایره دور خواهد زد. برای چنین کاری کافی شما یک موتور در سمت راست ربات و یک موتور در سمت چپ ربات استفاده نمایید. در صورتی که هر دو موتور روشن باشد ربات به سمت جلو حرکت می کند و با خاموش کردن هر یک از موتورها و روشن کردن موتور مقابل ربات در جهتی چرخش خواهد نمود. اکثر سازندگان رباتهای ساده از این روش جهت کنترل ربات خود استفاده می کنند. ربات نوریاب ما نیز همینگونه طراحی شده است. شما می توانید به ابتکار خود شکل سازه ربات را تغییر دهید و تعداد چرخ های آن را کم و زیاد نمایید تنها دقت داشته باشید که یکی از موتورها در سمت راست ربات و موتور دیگر در سمت چپ آن قرار گیرد.

برای تامین نیروی محرکه ربات باید یک موتور الکتریکی کوچک که ولتاژ کاری آن بین 3 تا 6 ولت است را انتخاب نمایید. معمولاً اینگونه موتورها قدرت چندانی ندارند و نمی توانند ربات شما را حرکت دهند. برای رفع این مشکل باید به نحوی نیروی موتور را افزایش دهید. معمولاً برای این کار از تعدادی چرخ دنده و یا تسمه و پولی استفاده می شود. شما با توجه به امکانات اطراف خود روش مناسب تر را انتخاب نمایید. اگر می خواهید یک نیروی محرکه خوب را بدون دردسرهای اضافی به دست آورید اسباب بازی ها گزینه مناسبی هستند. معمولاً درون اسباب بازی های متحرک مثل ماشینها حداقل یک موتور به همراه مجموعه ای از چرخ دنده ها ( گریبکس ) وجود دارد. موتور و گربکس نمونه ساخته شده به صورت کامل از نوعی ماشین اسباب بازی ( جیپ کوچک ) که قیمتی حدود هزار تومان دارد خارج شده است. البته نمونه های موتور و گریبکس سر هم در بازار موجود است که می توانید با قیمت بیشتری ( و البته کیفیت بهتر ) تهیه نمایید. پس از نصب موتور و گربکس بر روی بدنه ربات ( بدنه ربات را می توانید از چوب یا آلومینیوم بسازی ) نوبت به اتصال چرخ ها است. اگر از موتور و گریبکس ماشینها اسباب بازی استفاده کرده اید ، چرخ همان ماشین بهترین گزینه است در غیر اینصورت می توانید چرخ را از جنس چوب خراطی کنید یا از پلاستیک فشرده ( تفلون ) بسازید. دقت کنید که قطر چرخ شما سرعت ربات را تعیین می کند که هر چقدر قطر بیشتر باشد سرعت ربات بیشتر و در عوض قدرت آن کمتر می شود. معمولاً با چرخ هایی با قطر بین 5 تا 10 سانتی بهترین نتیجه حاصل می شود.
اگر ربات شما دو چرخ دارد ( در هر طرف یک چرخ ) باید برای حفظ تعادل آن فکری بکنید. این کار را می توانید با نصب دو چرخ هرز گرد در جلو و عقب روبات انجام دهید. اگر چرخ کوچک در دسترس ندارید کافی است که یک مفتول را به صورت قلاب ( علامت سوال ) در آورده و در انتها و ابتدای ربات نصب کنید. این کار از کشیده شدن عقب و جلوی ربات بر روی زمین جلو گیری می کند.
این ربات می تواند هسته اصلی یک روبات بولینگر را تشکیل دهد. در اینصورت باید جایی برای نصب سنسور حساس به نور ( فتوسل ) در ارتفاع 30 سانتی متری از کف زمین بر روی ربات در نظر بگیرید ( با توجه به قوانین این رشته از مسابقات ) همچنین بدنه ربات را به گونه ای طراحی کنید که در هنگام برخورد با بطری ها بشترین تعداد بطری را واژگون کند.
در صورتی که همه کارها را درست انجام داده باشد پس از اتصال مدار الکترونیک و همچنین قرار دادان فتوسل در جلوی ربات ، ربات شما منبع نور را دنبال خواهد کرد.
کنترل از راه دور مادون قرمز توسط LM567
چند نکته :
- دقت کنید که پایه شماره 3 IC1 باید توسط یک مقاومت یک مگا اهم به خط زمین مدار متصل گردد که در نقشه این مقاومت فراموش شده است.
- برای تنظیم مدار فرستنده و گیرنده را مقابل یکدیگر قرار داده و کلید S1 را پایین نگه دارید. حال R6 را به گونه ای تنظیم کنید که با قطع و وصل S1 صدای تق تق رله شنیده شود.
- توجه داشته باشد که نور شدید در محیط باعث عملکرد بد این مدار خواهد شد.

لیست قطعات
|
Part |
Total Qty. |
Description |
Substitutions |
| R1 |
1 |
22K 1/4W Resistor |
|
| R2 |
1 |
1 Meg 1/4W Resistor |
|
| R3 |
1 |
1K 1/4W Resistor |
|
| R4, R5 |
2 |
100K 1/4W Resistor |
|
| R6 |
1 |
50K Pot |
|
| C1, C2 |
2 |
0.01uF 16V Ceramic Disk Capacitor |
|
| C3 |
1 |
100pF 16V Ceramic Disk Capacitor |
|
| C4 |
1 |
0.047uF 16V Ceramic Disk Capacitor |
|
| C5 |
1 |
0.1uF 16V Ceramic Disk Capacitor |
|
| C6 |
1 |
3.3uF 16V Electrolytic Capacitor |
|
| C7 |
1 |
1.5uF 16V Electrolytic Capacitor |
|
| Q1 |
1 |
2N2222 NPN Silicon Transistor |
2N3904 |
| Q2 |
1 |
2N2907 PNP Silicon Transistor |
|
| Q3 |
1 |
NPN Phototransistor |
|
| D1 |
1 |
1N914 Silicon Diode |
|
| IC1 |
1 |
LM308 Op Amp IC |
|
| IC2 |
1 |
LM567 Tone Decoder |
|
| LED1 |
1 |
Infa-Red LED |
|
| RELAY |
1 |
6 Volt Relay |
|
| S1 |
1 |
SPST Push Button Switch |
|
| B1 |
1 |
3 Volt Battery |
Two 1.5V batteries in series |
| MISC |
1 |
Board, Sockets For ICs, Knob For R6, Battery Holder |
|
| RELAY |
1 |
6 Volt Relay |
| |
تن کنترل ساده با کیفیت عالی
باید توجه داشته باشید که ورودی مدار برای میکروفن و سایر سیگنالهای ضعیف طراحی شده است. اگر می خواهید تن کنترل را سیگنالهای تقویت شده متصل نمایید باید از تقسیم کننده ولتاژ مناسب استفاده نمایید.

لیست قطعات
|
Part |
Total Qty. |
Description |
Substitutions |
|
C1, C3, C5, C7, C15, C16 |
6 |
2.2uf Electrolytic Capacitor |
|
|
C2, C6 |
2 |
0.05uF Ceramic Disc Capacitor |
|
|
C4 |
1 |
0.22uF Disc Capacitor |
|
|
C8, C10 |
2 |
0.015uF Ceramic Disc Capacitor |
|
|
C9 |
1 |
100uF Electrolytic Capacitor |
|
|
C11, C12, C13, C14 |
4 |
0.1uF Ceramic Disc Capacitor |
|
|
R1, R4 |
2 |
10K 1/4W Resistor |
|
|
R2, R5 |
2 |
33K 1/4W Resistor |
|
|
R3, R6 |
2 |
4.7K 1/4W Resistor |
|
|
R7 |
1 |
2.2K 1/4W Resistor |
|
|
R8, R9, R10, R11 |
4 |
50K Linear Pot |
|
|
U1 |
1 |
TDA1524A Tone Control IC |
|
|
S1 |
1 |
SPST Switch |
|
|
J1, J2, J3, J4 |
4 |
RCA Jacks |
Other connectors of your choice |
|
MISC |
1 |
Board, Wire, Knobs, 18 Pin Socket |
|
آموزش ساخت نمایشگر لیزری
کنترل PWM موتور(کنترل سرعت موتور)
در زیر نقشه لازم جهت کنترل سرعت یک موتور را مشاهده می کنید.که می بایست برای laser show همین نقشه را برای یک موتور دیگر نیز تکرار کنید.از این مدار جهت کنترل فن نیز می توانید استفاده کنید.اگر می خواهید از این مدار در یک فاصله زمانی طولانی و مداوم استفاده کنید برای ترانزیستور های قدرت BD 140 از خنک کننده یا heat sink برای هر دو ترانزیستور استفاده کنید.
نحوه چیدمان قطعات در نقشه مشخص است.و نیازی به توضیح ندارد.
ترانزیستور BD140 یک ترانزیستور قدرت PNP یا مثبت است.که با توجه به ساختار آن زمانی این ترانزیستور فعال می شود که بیس آن زمین یا دارای ولتاژ صفر شود.برای روشن شدن تکلیف این ترانزیستور در زمانی که بیس آن با زمین تحریک نشده است.بیس آن را با یک مقاومت 47 کیلو اهم به مثبت ولتاژ متصل نمایید.
در نقشه اگر به سرهای موتور دقت کنید می بینید که یک سمت آن دارای ولتاژ زمین یا صفر است.وسمت دیگر آن از کلکتور ترانزیستور تغذیه می شود.که کلکتور وظیفه اش دراین حالت ارسال ولتاژ 5 تا 12 ولت بر روی سمت دیگر موتور است.که با ایجاد این اختلاف پتانسیل موتور شروع به حرکت کند.البته در اعمال ولتاژ تغذیه 5 تا 12 ولت به ولتاژ قابل تحمل موتور نیز توجه کنید.
در داخل آی سی 555 ترانزیستوری از نوع NPN موجود است.که امیترش زمین شده است.و کلکتور آن به پایه 7 آی سی 555 متصل است.پایه 7 نیز با شارژ کامل خازن متصل به پایه های 2 و 6 فعال می شود .،و زمین را بر روی سر بیس ترانزیستور قدرت bd140 می اندازد.این ترانزیستور نیز با دریافت ولتاژ زمین در روی بیس آن فعال می شود .،و و لتاژ 5 تا 12 ولت را بسته به نوع موتور از امیتر بر روی کلکتورش می اندازد و موتور روشن می شود.
با پیچاندن پتانسیومتر توسط پیچ گوشتی ساعتی متوجه می شوید که سرعت موتر تغییر می کند.سر وسط این پتانسیومتر به پایه 3 که در واقع پایه خروجی آی سی 555 است.متصل می باشد.و پایه های کناری این پتانسیومتر با دو عدد دیود به پایه 2و6 که با یک سیم به هم متصل شده اند .می رود.با پیچاندن پتانسیومتر فواصل زمانی تولید پالس در خروجی و فیدبک آن از پایه 3 به پایه های 2و 6 را تغییر می دهید.در جایی با پیچاند پتانسیومتر متوجه می شوید سرعت موتور کم شده است.در واقع در اینجا پتانسیومتر را به سمتی می برید که مقاومت آن زیاد می شود.، و در این حالت زمان که از حاصلضرب مقاومت ایجاد شده در خازن 103 بوجود می آید کمتر خواهد بود.و در جای دیگر این مقاومت زیاد می شود.و فواصل زمانی تولید پالس نیز زیاد می شود.
دیودهای متصل به پایه های پتانسیومتر نیز جهت تفکیک پایه های کناری پتانسیومتر و تاثیر عملکر مجزای آن ها بر روی پایه های مشترک شده 2و 6 است.اگر با جاگذاری فعلی ای دیودها موتور را روشن کنید.می بینید در جایی که با پیچ گوشتی پتانسیومتر را در یک سمت به انتها می برید.سرعت موتور حداکثر و در سمت دیگر سرعت موتور حداقل و در نهایت صفر می شود.حال اگر ترتیب چیدمان دیود ها را عوض کنید در واقع سمت حداکثر و حداقل پتانسیومتر نیز عوض می شود این مورد را نیز براحتی می توانید تجربه کنید.در مورد دیود بایستی بدانید سمتی از آن که یک حلقه دایره ای شکل مشکی دارد.سمت کاتد و سمت دیگر آند است.سمت کاتد نیز در نقشه با یک خط افقی در انتها یک سمت دیود مشخص می شود.در اتصال دیودها جهت عملکرد صحیح مدار دقت کنید.
خازن های متصل به پایه 8 نیز خازن های تغذیه جهت عملکرد بهتر مدار است.خازن های دو سر موتور نیز به این علت است که موتور یک مصرف کنند سلفی است.که جریان در آن از ولتاژ جلوتر است برای هماهنگ شدن ولتاژ با جریان از یک خازن استفاده می کنیم.چرا که در خازن این ولتاژ است که از جریان جلوتر است که استفاده از این دو المان در کنار یکدیگر باعث حرکت و عملکرد موتور خواهد شد.البته در این حالت به خاطر اتصال ثابت یک سمت موتور به زمین و سبک بودن باری که موتور تحمل می کند مشکل چندانی ایجاد نمی شود که شما نیز می توانید آنرا به راحتی یک بار با وجود خازن و بار دیگر بدون خازن تجربه کنید.
این مدار را بر روی برد بور یا بردهای سوراخدار مسی یا مدارات چاپی برای دو موتور ببندید.و موتور ها را مطابق قسمت مکانیک که در انتهای صفحه مشاهد می کنید.بر روی صفحه ای چوبی یا فلزی سوار کنید.و اشکال مختلف را با پیچاندن پتانسیومترها مشاهده کنید.اگر هر دو موتور ثابت باشند بر روی دیوار تنها یک نقطه مشاهد می کنید.در صورت ثابت بودن یک موتور و چرخش موتور دیگر تنها یک بیضی را بر روی دیوار مشاهد می کنید.حال اگر هر دو موتور بچرخند اشکال زیبا و لیساژوری را بر روی دیوار مشاهده خواهید کرد.در ضمن برای مشاهد هر چه بهتر laser show توصیه می کنم.این کار را در یک محیطی تاریک مانند اتاق انجام دهید.
اطلاعات مربوط به ترانزیستور bd140 را در این لینک ببینید.برای دیدن می بایست برنامه Acrobat reader را در سیستم داشته باشید.

لیست قطعات
- 2 عدد آی سی 555
- 4 عدد دیود 1N4148
- 2 عدد دیود 1N4007
- 6 عدد خازن 103
- 6 عدد خازن 104
- 1 عددخازن 10 میکروفاراد
- 2 عدد مقاومت 1 کیلو اهم
- 2 عدد مقاومت 47 کیلو اهم
- ٍ 2 عدد موتور DC با رنج ولتاژ 5 تا 12 ولت
- 1 عدد جاسویچی لیزری
- 2 عدد ترانزیستور BD140
مکانیک مدار
نمونه ای از ربات پرتابگر ساخته شده توسط دانش آموزان استان اصفهان
ازمدار فوق جهت کنترل دور موتور می توانید استفاده کنید. قسمت مکانیک را نیز جهت laser show مورد استفاده قرار دهید.
در شکل محل قرار گرفتن موتورها و جاسویچی لیزری نشان داده شده است.منظور از screen نیز صفحه نمایش یا پرده است که در اینجا دیوار نیز می تواند باشد.بر روی هر موتور یک صفحه مدور چوبی به قطر 3 سانتی متر را قرار دهید.این صفحه مدور را از هر جسم سبکی مانند چوب نیز می توانید تهیه کنید.دقیقا منطبق با این صفحه یک صفحه شیشه ای گرد را بر روی این صفحه مدور با چسب بچسبانید و پس از محکم شدن صفحه شیشه ای بر روی صفحه چوبی مدور،آنرا بر روی موتور ها قرار دهید.جهت سوار شدن این صفحه مدور، مرکز این دایره چوبی را پیدا کنید.و از آن سمتی که شیشه مدور بروی آن منطبق نیست.سوراخی کوچک در مرکز دایره ایجاد کنید تا بتوانید این صفحه را بر روی موتور سوار کنید.این کار را برای هر دو موتور تکرار کنید.
جاسویچی لیزری را نیز مطابق شکل زیر با زاویه 45 درجه بر روی برد سوار کنید.در این وضعیت به محض برخورد نور جاسویچی لیزری با نزدیکترین موتور که آینه مدور بر روی آن سوار است .نور لیزر از روی اولین آینه بر روی دومین آینه بازتابیده می شود و سپس از آن بر روی دیوار منعکس می شود.
در هر دو حالت زیر که شکل های آنرا مشاهده می کنید در صورت ثابت بودن یک موتور و حرکت موتور دیگر تنها شکل یک بیضی را بر روی دیوار مشاهد می کنید.
تصاویری که مشاهد کنید
زمانیکه دو موتور در یک جهت بچرخند.


زمانیکه دو موتور در خلاف جهت یکدیگر بچرخند
(برای این کار تنها کافی است.که جهت سیم های وارد شده به یک موتور را عوض کنید.)


کنترل خودکار سرعت فن

R1 15k ohm resistor
NTC Thermistor- 10k ohm, sold at Radio Shack in the states.
P1 10k ohm potentiometer - sets the low speed(voltage) of the fans at the cool temperature. P2 50K ohm potentiometer - sets the gain of the circuit - how fast the voltage will rise to full output when the temp is higher. TL082 a op-amp that I had handy, most any single voltage op-amp should work. The TL082 is a dual op-amp if you want more then one controller on a board. note that the power and ground connections for the op-amp are not shown on the schematic. R2 - The TL082 is a fast op-amp, needed R2 to reduce oscillation. IRF-510 A 4 amp mos-fet in a TO-220 case. Bascially as the voltage on the gate rises the mos-fet will conduct more current. note 1 there are also IRF-520 and 530 versions that will handle more current. note 2 Even at 5 watts the mos-fet will disapate some heat and will need to be heat-sinked or at least in the air flow path. the large metal part of the fet will be at drain(D) voltage level. Do not attach to case. D1, almost any diode, 1N4001 should work,it conducts back around the fan when the mos-fet turns off. As the fan continues spinning it will produce a voltage on the drain lead of the fet. D1 will limit that voltage. Adjustment, easiest if you have a voltmeter but can be done without. Get the thermistor at room temp. Adjust P1 for the low speed that you want your fans to run at. Heat the thermistor to the high temp you want the fans at full speed. ( I stuck it under my tongue) Adjust P2 until the fans are at full speed( with voltmeter the highest voltage you can get) then adjust P2 until the speed/voltage just begins to drop off. Most fan specs that I have seen show a low voltage limit of around 7 volts. Some of the smaller 80mm fans have a lower limit of 8 volts. If you set the low voltage to low the fans may stall until the thermistor heats up enough. Let me know if you build this circuit and how it works for you. corrected, single voltage op-amps should be used, OP-07 is a dual voltage