BEAM tech robotika - Solar enginy

Solar enginy (SE)

Solar engine je obvod, ktorý zabezpečuje fungovanie robota aj pri slabom osvetlení (solárny článok veľkosti 1 x 3cm dodá približne 0,5 - 5V a prúd 0.5 - 40 mA na slnečnom svetle), z čoho vyplýva že sa používa len v robotoch so solárnymi článkami, poháňaných svetlom. Funguje tak, že energiu zo solárneho článku zhromažďuje v kondenzátore veľkej kapacity a keď dosiahne určité napätie (alebo uplynie určitý čas), tak sa solarengine aktivuje a zhromažďená energia sa vybije do (väčšinou) motorčeka. Po vybití opäť nasleduje nabijanie, potom vybijanie, atď.. Solar enginy, ktoré v sebe obsahujú vyskoprúdový tranzistor (500mA a viac), ktorý je sériovo zapojený s motorčekom, sú vlastne už hotové obvody pre solarollera. Solaroller je jednoduchý robot, ktorý nemá žiadne senzory, ani radiace obvody. Jediné čo dokáže je pohyb vpred..

Solar engine so zenerovou Diódou
	súčiastky: 1x solárny článok (2-5 voltov) 1x efektívny motorček T1 = BC640 alebo 2N2906 T2 = BC639 alebo 2N2904 R1 = 2k2 - 10k C1 = od 2200uF vyššie D1 = zenerová dióda od 2-5 voltov (pozri text)
popis: S týmto jednoduchým obvodom napojeným priamo na motor (a to platí o všetkých solar enginoch ktoré maju v scheme naznačený motor) možeš postaviť solaroller-a. Potrebuješ ešte efektívny motor z mobilu (vibračné zvonenie), walkmana, fotoaparátu alebo niečoho podobného. Nemal by mať veľkú spotrebu prúdu (pod 60 mA na 1,5V -bez záťaže, čím menej tým lepšie) inak ti obvod nemusí fungovať. Obvod funguje tak, že solárny článok nabíja kondenzátor na ktorom tým pádom rastie napätie. Keď napätie na kondenzátore dosiahne prahové napätie zenerovej diódy tranzistor T1 sa otvorí a spolu s ním sa úplne otvorí tranzistor T2, ktorý zapne motor. Za ten čas sa robot pohne vpred , až pokiaľ napätie na kondenzátore neklesne na hodnotu cca 0,7V. Tranzistory sa zavrú a proces nabíjania sa opakuje. Zenerová dioda musí mať spúšťacie napätie nižšie ako je napätie solárneho panelu. Napríklad ak máš solárny článok, ktorý dá maximálne 3,2V, tak by si mal použiť zenerovú diódu na cca 2,7V. Ak by si použil zenerovú diódu na 3,0V tak sa tvoj robot pohne o čosi viac na jeden záber, ale aj nabíjaci čas bude tiež o čosi dlhšía naviac hrozí, že by sa ti robot nepohol ani pri maximálnom osvetlení. Keby si použil príliž nízku hodnotu napríklad 1,2V tak by nabíjanie trvalo krátko, fungovalo by to naisto aj pri slabšom osvetlení, ale pri takom nízkom napätí by sa už nemusel roztočiť motor. Kondenzátor C1 tiež rozhoduje o tom ako ďaleko robotzájde na jedno vybitie. Čím vyššia hodnota, tžm dlhšie nabíjanie a aj prejdená vzdialenosť. Odporúčam okolo 4700- 10000uF, ale možeš vyskúšať aj viac. Ak nemáš kondenzátor danej kapacity možeš ich spojiť viac paralelným radením. S hodnotou rezistoru R1 je treba trošku experimentovať, pretože zavisí od použitých súčiastok. Môžeš použiť aj 10k potenciometer a keď dosiahneš najlepší výsledok možeš ho nahradiť obyčajným rezistorom. Jeho hodnota sa pohybuje od 2k2 do 10k.

Solar engine so samoblikajúcou diódou
	súčiastky: 1x solárny článok (2-5 voltov) 1x motorček T1 = BC640 alebo 2N2906 T2 = BC639 alebo 2N2904 R1 = 2k2 - 10k C1 = od 2200uF vyššie D1 = samoblikajúca LED dióda
popis: Toto zapojenieje veľmi podobné ako to so zenerovou diódou, ibaže používa samoblikaciu LED diódu. Ta prudko zníži svoj odpor po dosiahnutí určitého napäta (1,5 - 2,5V, závisí od farby LED diódy, červená má túto hranicu najnižšiu) a solar engine sa zapne. Ak chceš zvýšiť toto prahové napätie, môžeš zapojiť s LEDkou ešte nejaké obyčajné diódy v priepustnom smere, najlepšie 1N4148. Každá takáto dióda zvýši prahové napätie o približne 0,7V. Oproti SE so zenerovou diódou je tento obvod oveľa tolerantnejší k typu motorčeka, takže to bude fungovať aj s tými menej efektívnymi. Navyše je tento obvod aj viac efektívny (viac energie ide do motorčeka). Hodnotu odporu R1 je treba tiež určiť experimentálne.

Solar engine s integrovaným obvodom mn1381
	súčiastky: 1x solárny článok 1x motorček T1 = BC640 alebo 2N2906 T2 = BC639 alebo 2N2904 R1 = 2k2 C1 = od 2200uF vyššie IC1 = integrovaný obvod mn1381 alebo TC54
popis: SE s integrovaným obvodom mn1381 je jeden z najúčinnejších a vzhľadom na svoju jednoduchosť aj najpoužívanejší SE. Bohužiaľ obvod mn1381 od panasonic-u som nezohnal v žiadnom rádioamatérskom obchode v celých Košiciach a ani v žiadnom katalógu súčiastok dovážaných na Slovensko. Existuje síce jeho náhrada, obvod TC54, ktorý sa údajne predáva aj v Európe, ale ten sa mi taktiež nepodarilo zohnať.(keby sa to niekomu z Vás podarilo, tak mi prosííím mailnite!). Takže tento obvod sa ti pravdepodobne dokončiť nepodarí :(. Obvod mn1381 sa vyrába vo viacerých verziách podľa toho, pri koľkých voltoch privedie na svoj 1. pin kladné napätie. Napríklad mn1381J sa zapne pri 2,7V. Na tejto stránke nájdeš bližšie informácie o tomto ale aj o iných integrovaných obvodoch používaných v BEAM robotike.

Solar engine so integrovaným obvodom lm3909
	súčiastky: 1x solárny článok 1x motorček IC1 = LM3909 C1 = od 4700uF vyššie C2 = 470uF
popis: Najjednoduchší a aj vcelku účinný SE, ktorý sa však na rozdiel od predchádzajúcich podstatne líši metódou spúšťania. Tento SE totiž nesleduje rastúce napätie na kondenzátore, ale čas nabíjania. Pouplynutí tohto času vypustí obsah kondenzátora do motora a proces sa opakuje. Časovanie nabíjacieho cyklu závisí od hodnoty kondenzátora C2, ak sa ti zdá čas nabíjania krátky s 470uF, možeš k nemu paralelne pridať ešte dalši 220uF. A naopak, ak je nabíjanie príliž dlhé možeš ho skrátiť zníženim 470uF povedzme na 330uF apd.. Srdcom obvodu je integrovaný obvod lm3909 ktorý sa používa ako blikač na LED diódy a dostať ho kúpiť v hociktorom obchode s elektronickými súčiastkami.

Dual slope sampling solar engine (DSS)

súčiastky: 1x solárny článok C1 = od 4700uF vyššie C2 = 220nF IC1 = 74HC240 R1, R2 = 100k R3 = 10k trimer R4 = 1M R5 = 10k D1 = 1N4148
popis: Dual slope sampling (ďalej radšej už len DSS) je pokročilejší SE, ktorý umožňuje napájať už o niečo vyspelejších robotov ako solarollerov. Funguje podobne ako predošlé SE. V kondenzátore C1 sa hromadí náboj a na ňom ako aj na obvode rastie napätie. Výstup obvodu má za ten čas hodnotu logickej jednotky (+V), až pokiaľ napätie na kondenzátore nedosiahne cca 2,5V. Logická jednotka sa zmení na logickú nulu (0V), na čo už zareaguje ďalší riadiaci obvod, ktorý sa zapne práve signálom logickej nuly zo SE. Tento riadiaci obvod dá signál ovládačom motorčekov a ten roztočí motorček. Touto záťažou sa začne vybíjať kondenzátor a aj napätie začne klesať. Keď napätie poklesne pod určitú spodnú hranicu výstup SE sa opäť zmeni na logickú jednotku a tým sa vypne riadiaci obvod, ovládače motorčekov a nabíjací cyklus sa opakuje. Horná hranica nabíjania je 2,5V, ale dá sa zvýšiť pridaním ďalších diód sériovo s trojicou diód v ľavej dolnej časti obvodu. Každou takto pridanou diódou sa spúšť zvýši o 0,7 - 0,8V. Dolnú hranicu ovplyvňuje poloha jazdca trimra R3. Čím je jeho hodnota vyššia, tým je spodná hranica nižšia. Tento solarengine je už o čosi zložitejší ako tie predošle. Nemuíš rozumieť ako presne funguje vo vnútri stačí ak budeš vedieť "čo robí" navonok, ak ti to nie je jasné, tak skús niečo pohľadať v položke ako začať, tam je popísané o SE o čosi viac.

Solar engine s integrovaným obvodom CMOS 555

súčiastky: 1x solárný článok - 3V 1x Nabíjací kondenzátor 4700uF a viac 2x dióda 1N4148 1x CMOS 555 1x motorček 1x Rezitor 68k 1x hociaký NPN tranzistor
popis: Zase je tu jeden solarengine, ktorý môže v pohode byť alfou a omegou pre nejakého solarrollera. Jeho srdcom je hádam najznámejší integrovaný obvod na svete CMOS 555. Princím spočíva v tom, že rezistor 68k a 2 signálové diódy tvoria napäťový mostík. Uprosted je napätie tvoriace vstup do 555ky. To keď bude kladné, zapne sa výstup, otvoriac tak tranzistor, ktorý “spláchne” obsah kondenzátora a preženie ho motorčekom. Výhodou tohto obvodu je bezproblémové zohnanie súčiastok, jednoduchosť a cena. Nevýhodou môže byť ( pri použití obyčajnej 555ky), že tento IO, žerie príliš vysoký prúd naprázdno (prúd ním tečie aj počas nabíjania). Preto je lepšie použiť CMOS verziu 555ky: TLC555, LMC555, ICM7555, alebo jej inú low-power variantu. Práve ma napadlo, že tento obvod by mohol (po menšej úprave) zapínať nielen priamo tranzistor s motorom, ale aj vyšší riadiaci obvod (solárnu hlavu, walkera, photovore, ...). Keď sa ti to podarí úspešne zvládnuť daj mi vedieť na maila. Za tento obvod vďačím Cypriánovi, po mne zatiaľ druhom najväčšom prispievateľovi na túto stranku :-).

CMOS 555 solarengine so špeciálnym meničom
Tento obvod pochádza zo stránky http://hawelson.blog.cz/
súčiastky(solarengine): 1x Nabíjací kondenzátor 4700uF a viac 1x IR LEDka (ide na 2,5V) 1x CMOS 555 1x motorček 1x Rezitor 100k 1x hociaký NPN tranzistor súčiastky(menič): 1x solárný/e článok/ky 1x dióda BAT48 alebo 1N4148 1x nejaký germániový NPN tranzistor 1x mini transformátor
popis: Okrem predchádzajúceho obvodu mi Cyprián poslal aj obvod ktorý sa skrýva v útrobách jeho Valca a ktorý využíva špeciálny nabíjač z 0,5 na cca. 30V! Pre trošku zainteresovaného elektrotechnika neuveriteľné, pretože pri takým malých napätiach, prúdoch, rozmeroch a snahe o čo najmenšiu hmotnosť je to fakt unikát. Hlavný obvod je veľmi podobný tomu predchádzajúcemu. Jediná vec, ktorá stojí za zmienku je, že v tomto prípade plní úlohu hranice spustenia vysielacia IR LEDka. Tá má napäťový prah pri 2,5V, takže sa nemusíš báť použiť kondenzátor, ktorý znesie iba napr. 10V. Ak už si dokončil solarengine, menič by pre teba nemal byť problém. Skladá sa totiž iba z 4 súčiastok. Tranzistor, dióda a solárny panel myslím nepotrebujú žiaden komentár, no otázniky visia nad posledným komponentom. Je to miniatúrny transformátor ale.. v tomto zapojení si ho budes musieť vyrobiť sám: budeš potrebovať medený (lakovaný - bacha nesmie byť na povrchu vodivý!!!) drôt, taký ako sa používa napríklad v motorčekoch, reprákoch alebo cievkách a maličký feritový toroid (táký prstenec - dá sa zohnať na nejakom starom plošáku z telky, autorádia alebo zdroja k PC). Naň potom musíš navinúť 2 cievky. Jedna z nich má 50 závitov, druhá 20. Vezmi jadro a namotaj 50 zavitov medeného drôtu. Na tom istom toroide urob aj 20 závitov, ktoré budú tvoriť druhé vinutie. Tieto vinutia sú na jednom konci spojené, takže môžeš po 50 závitoch urobiť vodivý kontakt a pokračovať v navíjaní. Nemám predstavu ako tento obvod funguje, takže nejaké vylepšenia alebo zmeny ti poradiť neviem, ale ako vždy platí, že fantázií sa medze nekladu (len z toho prosím nevyrob solárne tesla delo :-) ).

Správne fungujúci solar engine je nevyhnutnou súčasťou solárne poháňaného robota. Ale nielen SE, ale aj efektívny motor ovplyvňujú to ako ďaleko robot zájde na jedno vybitie kondenzátora.

Chceš viac schém solar enginov? klikni na túto alebo túto linku.

POZNÁMKA: tieto obvody som nevymyslel ja. Ich autormi sú vo väčšine prípadov americký konštruktéri. Na internete ich môžeš nájsť na niektorej zo stánok z liniek.