太陽能小車(追光機(jī)器人)課件

1、太陽能小車（追光機(jī)器人）機(jī)器人協(xié)會劉相元2019-10-01太陽能小車（追光機(jī)器人）簡介本項(xiàng)目通過安裝兩套太陽能引擎，組成了一臺以太陽能為動(dòng)力的小車。而這個(gè)太陽能小車所使用的太陽能引擎的核心是一種“太陽能脈動(dòng)充放電控制電路”，只不過說本項(xiàng)目機(jī)器人是雙輪驅(qū)動(dòng)的所以采用了兩組這樣的電路系統(tǒng)。由于本項(xiàng)目的太陽能引擎在安裝布局上做了一些設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本的追光功能即可以自動(dòng)順著光源的方向前進(jìn)。簡介本項(xiàng)目通過安裝兩套太陽能引擎，組成了一臺以太陽能為動(dòng)力的基本原理 圖示為一個(gè)光動(dòng)能車的成品，前面左右兩邊的兩個(gè)輪子是主動(dòng)輪，各接一個(gè)電機(jī)作為動(dòng)力；后輪是從動(dòng)輪(由于時(shí)間關(guān)系后輪由一鐵絲代替，同學(xué)們制作時(shí)用

2、帶通孔的滾珠代替后輪)，起到平衡的作用；上方為兩個(gè)太陽能電池板，為小車提供動(dòng)力；車體由一個(gè)面包板組成，同時(shí)控制電路也焊接在面包板上?；驹?圖示為一個(gè)光動(dòng)能車的成品，前面左右兩邊的兩個(gè)輪子運(yùn)動(dòng)機(jī)理通過控制前面兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向就可以控制整個(gè)機(jī)器人行進(jìn)的方向： 1、左右兩個(gè)前輪都向前轉(zhuǎn)，則機(jī)器人向“正前方”直線前進(jìn)； 2、左右兩個(gè)前輪都向后轉(zhuǎn)，則機(jī)器人向“正后方”直線倒退； 3、左前輪向后轉(zhuǎn)，右前輪向前轉(zhuǎn)，則機(jī)器人將以后輪為軸心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)向“右后方”轉(zhuǎn)彎倒退； 4、左前輪向前轉(zhuǎn)，右前輪向后轉(zhuǎn)，則機(jī)器人將以后輪為軸心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)向“左后方”轉(zhuǎn)彎倒退。運(yùn)動(dòng)機(jī)理通過控制前面兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)

3、動(dòng)方向就可以控制整個(gè)機(jī)器人行控制原理一塊太陽能電池板通過一套控制電路來控制一臺電機(jī)單向轉(zhuǎn)動(dòng)，我們稱之為一套系統(tǒng)。如果我們將兩套系統(tǒng)安裝在一臺車上，那么這臺車的兩個(gè)輪子就分別受控于兩塊太陽能電池板，這樣通過改變太陽能電池板在車上的安裝姿態(tài)，就可以使兩塊太陽能電池板分別接收到不同強(qiáng)度的光照，這樣兩臺電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會有所不同（接收到較強(qiáng)光線的太陽能電池板所控制的電機(jī)的轉(zhuǎn)速較快），通過這個(gè)控制原理，本太陽能小車可以實(shí)現(xiàn)追逐光源的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)楸卷?xiàng)目機(jī)器人是左右兩組太陽能電池板，分別控制交叉位置左右兩邊的電機(jī)以驅(qū)動(dòng)小車前進(jìn)，即：左邊的太陽能電池板控制右邊的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，而右邊的太陽能電池板控制左邊的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。之所

4、以這樣交叉位置控制，可以確保機(jī)器人基本上是沿著光源的方向近乎直線的前進(jìn)：左邊受光則把右邊身體擺過來，然后變成右邊受光，再把左邊身體擺過來，如此往復(fù)，變成左右搖擺身體“大搖大擺”的前進(jìn)方式。 另外，可以通過調(diào)整兩組太陽能電池板的支架改變太陽能電池板的角度，從而得到不同的運(yùn)行效果?？刂圃硪粔K太陽能電池板通過一套控制電路來控制一臺電機(jī)單向轉(zhuǎn)順光前進(jìn)順光前進(jìn)逆光前進(jìn)另外，我們可以自行設(shè)計(jì)兩塊太陽能電池板的安裝姿態(tài)，以實(shí)現(xiàn)多種多樣的小車運(yùn)動(dòng)方式，大家可以自己設(shè)計(jì)太陽能電池板的安裝方式以及小車的結(jié)構(gòu)，看看哪種方式小車可以實(shí)現(xiàn)最佳的直線速度和巡光的效果（光源位置改變）。逆光前進(jìn)另外，我們可以自行設(shè)計(jì)兩塊太

5、陽能電池板的安裝姿態(tài)，以電路原理本項(xiàng)目機(jī)器人使用了兩套完全相同的系統(tǒng)，由于左右兩個(gè)輪子的驅(qū)動(dòng)電路是完全一樣的，這里只以其中的一組電路為例進(jìn)行說明。電路原理本項(xiàng)目機(jī)器人使用了兩套完全相同的系統(tǒng)，由于左右兩個(gè)輪基本原理如下： 1）太陽能電池板給電容充電，電容兩端的電壓不斷上升； 2）當(dāng)電路電壓達(dá)到LED二極管的導(dǎo)通電壓（2V左右）時(shí)，LED二極管導(dǎo)通； 3）三極管9012的基極從導(dǎo)通的LED二極管獲得足夠的導(dǎo)通電壓，則三極管9012導(dǎo)通； 4）三極管9012導(dǎo)通后，又使三極管9014的基極獲得足夠的導(dǎo)通電壓，則三極管9014導(dǎo)通； 5）三極管9014導(dǎo)通后，電機(jī)獲得電流開始轉(zhuǎn)動(dòng)； 6）電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，消

6、耗電容中存儲的電能，電路電壓下降； 7）當(dāng)電路電壓下降到低于LED二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，LED二極管截止； 8）雖然三極管9012的基極失去了來自LED的導(dǎo)通電壓，但是由于此時(shí)三極管9014已經(jīng)導(dǎo)通，導(dǎo)通后的電流除了提供給電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)之外，還通過電阻分流了一部分重新回到三極管9012的基極（形成一個(gè)循環(huán)），即三極管的基極還是有足夠的導(dǎo)通電壓； 9）當(dāng)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)消耗電容的電能時(shí)，電路電壓進(jìn)一步下降，則即便三極管9014導(dǎo)通后回流給三極管9012基極的電壓也無法保證三極管9012繼續(xù)導(dǎo)通（循環(huán)被破壞），則兩個(gè)三極管都截止，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)； 10）電容重新充電，繼續(xù)重復(fù)上面的各環(huán)節(jié)?；驹砣缦拢?簡單的

7、說，即：太陽能電池對電容充電，當(dāng)充電量達(dá)到由LED二極管設(shè)置的充電上限后，則電路開始瞬間放電提供給電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；雖然電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)消耗電能使電壓下降至低于LED二極管的下限，但是由于電路存在一個(gè)導(dǎo)通循環(huán)的機(jī)制，仍然會繼續(xù)放電讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠盡可能的把電容中存儲的電能都消耗掉；消耗完電容中的電能后，重新由太陽能電池對其進(jìn)行充電如此循環(huán)往復(fù)。 也可以這樣理解：太陽能電池對電解電容進(jìn)行緩慢充電（太陽能電池的電流比較?。?，充電達(dá)到上限后對電機(jī)進(jìn)行瞬間放電（電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的電流比較大）；放電停止的下限比較低，可以比較徹底的把充電的電量消耗完。簡單的說，即：太陽能電池對電容充電，當(dāng)充電量達(dá)到由LED二極準(zhǔn)備工作 本項(xiàng)

8、目需要的元器件主要包括：太陽能電池板（輸出電壓：2-9V；輸出電流40mA），電容（1000F），電阻（220），三極管（9012；9014），發(fā)光二極管（導(dǎo)通電壓約為2V），導(dǎo)線，電機(jī)（驅(qū)動(dòng)電壓2V；驅(qū)動(dòng)電流30mA），面包板（5171），輪子（礦泉水瓶蓋），螺絲，墊片，膠水，雙面膠等等。準(zhǔn)備工作 本項(xiàng)目需要的元器件主要包括：太陽能電池板（輸出電壓各種零件各種零件制作過程-控制電路視頻電容有2個(gè)引腳，其中長引腳為電容的正極（電流由此流入），短引腳為電容的負(fù)極（電流由此流出）。首先將20個(gè)電容按照極性排列在電路板上（同極性位于同側(cè)）。將20個(gè)電容都焊接在電路板上。制作過程-控制電路視頻將發(fā)光二

9、極管、三極管、電阻焊接在兩排電容的中間位置。目前為止不要剪掉電子元件的引腳。在所有元件都固定好后，開始按照電路圖對元件進(jìn)行焊接，形成兩套系統(tǒng)。將發(fā)光二極管、三極管、電阻焊接在兩排電容的中間位置。目前為止說明：對于9012和9014來說，型號面向自己時(shí)，下方的三個(gè)引腳分別為發(fā)射極、基極、集電極。三極管是一種用于電流放大的原件，只要我們在三極管的基極和發(fā)射極之間加上一個(gè)較小的電壓，并在基極和發(fā)射極之間產(chǎn)生一個(gè)較小的電流，那么在三極管的發(fā)射極和集電極之間就會產(chǎn)生比較大的電流，圖示E為發(fā)射極，B為基極，C為集電極，而較大電流和較小電流的比值，就是三級管的放大倍數(shù)。這樣我們就可以用小電流控制大電流，也就

10、是說，當(dāng)我們不施加小電流的時(shí)候，大電流也不會產(chǎn)生，當(dāng)我們施加不同數(shù)值的小電流的時(shí)候，將小電流的數(shù)值乘以放大倍數(shù)所得的數(shù)值，就是我們在E和C之間得到的大電流的數(shù)值。9012的放大倍數(shù)為30-90 。9014的放大倍數(shù)為20-90 。與溫度有很大關(guān)系。三極管分為PNP和NPN型，9012為PNP型，9014為NPN型，（兩種分別參照電路圖，注意電流方向和電壓方向）。說明：對于9012和9014來說，型號面向自己時(shí)，下方的三個(gè)太陽能小車(追光機(jī)器人)課件在兩塊太陽能電池板的正負(fù)極分別焊接上兩根導(dǎo)線，在4排電容上面貼上雙面膠，將太陽能電池板粘貼在雙面膠上，而焊接在兩塊太陽能電池板正負(fù)極的根導(dǎo)線通過面包

11、板上的孔穿到面包板的另一側(cè)。在兩塊太陽能電池板的正負(fù)極分別焊接上兩根導(dǎo)線，在4排電容上面至此，太陽能車的控制電路就做好了。至此，太陽能車的控制電路就做好了。下一步將電機(jī)和輪子安裝在一起，將礦泉水瓶蓋按下圖所示打兩個(gè)孔。注：（包括一個(gè)通過中心的圓孔，和一個(gè)距離中心2mm的矩形孔。矩形孔與電機(jī)輸出端配合，使電機(jī)輸出力矩。）下一步將電機(jī)和輪子安裝在一起，將礦泉水瓶蓋按下圖所示打兩個(gè)孔將螺栓依次穿過礦泉水瓶蓋、兩個(gè)墊片后，旋進(jìn)電機(jī)輸出軸的中心孔內(nèi)。將螺栓依次穿過礦泉水瓶蓋、兩個(gè)墊片后，旋進(jìn)電機(jī)輸出軸的中心孔用膠水分別將電機(jī)粘接在電路板的兩側(cè)。用膠水分別將電機(jī)粘接在電路板的兩側(cè)。按照電路圖，分別將左側(cè)系

12、統(tǒng)的輸出端焊接在右側(cè)電機(jī)的兩個(gè)輸入端，將右側(cè)系統(tǒng)的輸出端接在左側(cè)電機(jī)的兩個(gè)輸入端。按照電路圖，分別將左側(cè)系統(tǒng)的輸出端焊接在右側(cè)電機(jī)的兩個(gè)輸入端用鐵絲做成如下形狀。（俯視）（左視）用鐵絲做成如下形狀。（俯視）（左視）把鐵絲用膠水粘接在車輪的另一端，起到支撐作用。這樣，小車就全部完成了把鐵絲用膠水粘接在車輪的另一端，起到支撐作用。這樣，小車就全太陽能小車(追光機(jī)器人)課件在焊接的時(shí)候大家要注意電子元件的擺放方式，較好的擺放方式可以使焊接的時(shí)候?qū)Ь€有較少的交叉，或者不交叉，如果遇到交叉部分，大家可以在上下兩根導(dǎo)線之間插入一些絕緣的物體，確保兩根導(dǎo)線不會發(fā)生短路。在焊接的時(shí)候大家要注意電子元件的擺放方

13、式，較好的擺放方式可以調(diào)試特別注意，本項(xiàng)目的太陽能機(jī)器人一般只能在太陽下才能運(yùn)行，而在普通燈光下由于亮度不足將無法正常運(yùn)行。如果要在室內(nèi)測試太陽能機(jī)器人，由于光線不足就需要借助特別的燈光可以選擇100瓦的白熾燈以代替陽光。（注意：不能用一般日光燈或是節(jié)能燈，因?yàn)槠淞炼葻o法讓太陽能電池有足夠的輸出功率）。調(diào)試特別注意，本項(xiàng)目的太陽能機(jī)器人一般只能在太陽下才能運(yùn)行，在白熾燈下，進(jìn)行電路測試。正常效果，馬達(dá)會每隔幾秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)幾下。調(diào)整白熾燈與太陽能電池板的距離，查看馬達(dá)在光線不同時(shí)的效果光線越亮，馬達(dá)每兩次轉(zhuǎn)動(dòng)的間隔就會越短，如果燈泡貼著太陽能電池板甚至馬達(dá)會持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 如果電路連接正常，則在白熾燈下

14、電機(jī)都會轉(zhuǎn)動(dòng)。 正常情況下，左右兩邊電機(jī)都是向前轉(zhuǎn)動(dòng)的，即小車是前進(jìn)的。假如有發(fā)生電機(jī)向后轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，則把該電機(jī)的輸出端的導(dǎo)線交換過來插接即可。在白熾燈下，進(jìn)行電路測試。四 常見問題 正常情況下，在陽光下測試，電機(jī)會有節(jié)奏的轉(zhuǎn)一陣、停一陣，注意觀察還會發(fā)現(xiàn)在電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬間LED會有一點(diǎn)微光閃動(dòng)。針對應(yīng)用當(dāng)前的太陽能脈動(dòng)充放電控制電路制作太陽能動(dòng)力機(jī)器人，以下列出可能存在的問題以及解決的方法：1、電機(jī)轉(zhuǎn)一下就停止，電路不再觸發(fā)。 1）電機(jī)內(nèi)阻太大：如果是小電流的電機(jī)，因?yàn)閮?nèi)阻比較大，電解電容充電分壓在LED兩側(cè)的電壓較低不足以讓LED導(dǎo)通，解決的辦法是可以嘗試在電機(jī)兩端并聯(lián)一個(gè)幾十歐姆的電阻

15、。2）如果是在強(qiáng)烈陽光下存在這個(gè)問題，則是太陽能電池板的電壓太高以及電機(jī)功率較小的原因：太陽能電池板電壓高，而電機(jī)功率小而消耗的電流也小，電機(jī)放電的速度趕不上太陽能充電的速度，導(dǎo)致三級管一旦導(dǎo)通后就無法截止，解決的辦法是可以嘗試在NPN三級管基極與PNP三極管集電極之間連接一個(gè)1k左右的電阻，使三級管導(dǎo)通的條件提高；另外也可以類似第一種情況在電機(jī)兩端并聯(lián)一個(gè)幾十歐姆的電阻，也就是說可以加大放電時(shí)的電流，加速放電。 四 常見問題 2、電機(jī)一直轉(zhuǎn)動(dòng)，沒有節(jié)奏性的轉(zhuǎn)停。 1）太陽能電池板的電壓太高：嘗試多串聯(lián)一個(gè)LED以提高電路充電閾值上限。 3、電機(jī)不轉(zhuǎn)，LED也不亮。1）太陽能電池板的電壓太低：至少要求太陽能電池板額定最高電壓能夠達(dá)到3V；2