新浪博客

二维太阳能追光头电路原理

2017-10-24 08:13阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1232654022

作者：jili1986

这边我具透一下我之前制作的二维太阳能追光头电路原理。
我想大家应该对beam机器人已经很熟悉了，看到网上五花八门，不同形态、功能各异的beam机器人，心里一直痒痒的想做一个。在制做beam机器人的时候，不仅要实现它们的功能，还要把它们作为艺术品进行打造，最关键的就是要有创意。打造属于自己的beambot。废话少说，让我们开始吧！
本文给大家带来的是二维太阳能追光头，如题可知，系统主要由两大部分组成，太阳能供电部分及追光部分。
一、电路解析
电路增加太阳能供电电路
1.太阳能供电部分
二维太阳能追光头电路原理太阳能供电电路
​
​电路的核心部分是摩托罗拉MC34164-3G电压监控芯片。正常使用时，其中引脚2监控电压、引脚
1接地、引脚3输出，当监控电压低于3V时（MC34164-3为3V，MC34164-5为5V），引脚3输出Reset信号。
该电路比较简单，而且比传统的MN1381为核心的电路更为灵活。该电路的原创者CraigManiard巧妙地在引脚2与电源正极之间串联1M可调电阻，从而达到了增大调整set电压阀值以及set向reset转换时之间的滞后电压。例如，将可调电阻调至130kΩ时，测得此时的set电压大约为5V，reset电压大约为3.8V。
为了防止太阳能电池板在光照不足、电压不足的时候，电容向太阳能电池板放电，需要在太阳能电池板处串联一个IN1581二极管。
电路的工作过程：太阳能电池板向电容C充电直至5V时，MC34164引脚2输出高电平（一直保持高电平直至3.8V），此时2N3904导通，电路的“使能”引脚电压变低，追光部分的电路开始工作，电容C开始释放所存储的电能。当电容C1的电压逐渐降至3.8V以下时，电路的“使能”引脚电压变高，追光部分的电路停止工作。
2.追光电路
二维太阳能追光头电路原理追光电路1
二维太阳能追光头电路原理追光电路2
​电路的主体来自于WilfRigter的BEAM Head，核心是74HC240芯片。
一维的懂了，二维的也就懂了

电路的传感器部分由同型号的两个光敏电阻构成（这里我建议大家使用阻值稍大的光敏电阻，以防止在阻值变低时过多的电流流过），这里它们主要扮演了电压分压器的角色，输出中间电压。例如，当上面的光敏电阻接受更多光照时，则中间电压上升，反之则下降。当两者暴露在相同光照下，则中间电压为1/2V+。不必担心两个光敏电阻是否完全匹配，因为这个只会造成追光时一个角度的偏差。
电路的第一个部分是一个很典型的非门RC振荡电路，多了一个外部输入信号端。正是这样一个输入端改变了电路的输出，从脉冲宽度的自动调整到持续的高电平或低电平。现在让我们看看这部分电路是如何工作的吧。①无外部输入信号的情况：当非门B翻转后，电容C1对电阻R1进行充放电。在这过程中非门A的输入端电压逐渐上升或下降，当达到翻转电压时，非门A翻转，从而直接导致非门B的翻转。进入下一次循环。②有外部输入信号的情况（Wilf Rigter的解释）：中间电压的作用是产生了偏移电流，当两个光敏电阻阻值基本一致时，它对振荡电路的高低电平的脉冲宽度的贡献是基本一致的，当两个光敏电阻阻值稍有差异时，高低电平的脉冲宽度开始不一致，直至持续的高电平或低电平。所以说可调电阻R1的选择和调整直接影响到了此部分电路工作的效率。非门A输出端与输入端之间的电阻过小，不但振动频率过大，而且消耗的电能也很大。非门A输入端与两个光敏电阻中间点的电阻，太小则追光头在追光时过于敏感，太大则追光头反应木讷甚至没有反应。电阻R1的调整是一个非常有趣的过程，大家可以使用示波器，亲自调整，心领神会一下。
最后一部分就是执行部分了，电机驱动。我们知道此电路是太阳能供电，所以每一点电能都相当宝贵，此部分的设计便需要考虑到这一点。当阻值R2为0时，如果此时两个光敏电阻阻值基本一致时，即追光头追寻到了它需要的光，电机停止转动，但此时仍然会有大量电流流过电机。为了解决这一问题，增大R2值，非门C的输入端由于R2和电容C2的存在，电平变化是滞后的，而非门D的输入端的电压的变化随非门B的输出端变化而变化。由于这部分的滞后，巧妙的解决了上述问题。
3.指示灯电路
二维太阳能追光头电路原理指示灯电路
两个追光部分的74HC240芯片各留下了一个非门，这样有两个非门余留，可以做一个闪烁指示灯。此处的1N4148起到了信号隔离的作用。当电路电压还未达到要求电压时，非门A（18引脚）输出高电平，指示灯振荡电路无法振荡。当电路电压超过要求电压时，非门A（18引脚）输出低电平，1N4148隔离了低电平信号，指示灯振荡电路开始振荡。随着电路电压的下降，LED的闪烁频率变慢。
二、电路制作
所需材料
小型直流减速电机×2：工作电压3-6V，转速每分钟30转左右。如果你能找到高效的直流减速电机，那就恭喜你了，你只需要74HC240上的一对非门即可驱动该电机，因此该电机的启动电流要小于10ma，一般我们可以在数码相机的镜头中可以找到。我这边找到的直流电机是日本的小型电机品牌的二手拆机件（不是数码相机中的），根据型号在官网上对比参数，运气好，虽然不是最优选择，但是很接近了。同时在这里我要提醒一下，所选择的电机将影响到其余部件的选择。
太阳能电池板：工作电压3-6V， 工作电压需要比你所设定的set电压高
MC34164-3G电压监控芯片
2N3904三极管
74HC240芯片×2
IN1581二极管若干
103电容×3
105电容×1
法拉电容：按照厂家的选型说明，选择适合的法拉电容，不同型号适用于不同场合。
各数值电阻若干：10M（我手头上最大只有4.7M电阻，所以就用两个4.7M电阻代替了）、510K（可以使用1M的可调电阻）、100K等。
可调电阻若干：R1、R2、R3以及电源上的可调电阻。如果你对最后的电路效果还不确定的话，这些电阻可以选择使用可调电阻，进行追光头效果的最后调整。
光敏电阻×4：亮电阻的阻值不要低于2KΩ。
发光二极管×1
1n4148×1或者1n914×1
配件等你能想到的东西，用于制作支撑架等。

照片。。。。（图片待增加）

制作过程
第一步：面包板测试
追光电路测试，先使用外部的直流电源供电

面包板照片1。。。。（图片待增加）
太阳能电源电路测试

面包板照片2。。。。（图片待增加）
太阳能电源电路及追光电路

面包板照片3。。。。（图片待增加）
第二步：搭建框架

框架照片1。。。。（图片待增加）
第三步：太阳能电池板安装

框架照片2。。。。（图片待增加）
第四步：电路焊接
​

我的更多文章

下载客户端阅读体验更佳

APP专享