آموزش ساخت روبات(جلسه2)

خوب ، وقت این رسیده که ببینیم این مطالبی که تا حالا کم و بیش یاد گرفتیم چه ارتباطی با کار ما داره، آیا این مطالبی که یاد گرفتیم همشون ضروری و مهم بودند ؟ از این به بعد چه چیزایی یاد می گیریم؟ و در نهایت قراره بعد از اموختن این مطالب به کجا برسیم؟
ما میخواهیم در ادامه یک دید کلی از یک ربات داشته باشیم تا متوجه بشویم که مطالبی که الآن ارایه می شوند، هر کدام در چه بخش هایی کاربرد دارند.
شاید اولین سوالی که باید جواب داده بشه این هستش که ما می خواهیم در نهایت چه رباتی بسازیم؟

: ما قصد داریم به لطف خدا یک ربات آتش نشان را در پایان این دوره ها طراحی کرده و بسازیم. پس بد نیست ساختار یک ربات آتش نشان ساده رو با هم بررسی کنیم.

در حالت کلی یک ربات شامل 3 بخش زیر می باشد:

1- ورودی ها: شامل همه ی سنسورهای مختلف ربات که اطلاعات محیط رو اعم از میزان نور، میزان گازهای مختلف، درجه حرارت محیط و.... دریافت و در در اختیار بخش پردازش گر ربات قرار می دهند

2- پردازش گر: اطلاعات ورودی ربات را دریافت و توسط مدارهای کنترلی(اعم از میکرو کنترولرها و مدارهای الکترونیکی دیگر) آنرا پردازش و تصمیم گیری می کند و تصمیمات رو در اختیار بخش های اجرایی ربات قرار می دهد.

3- خروجی ها(بخش های اجرایی): شامل موتورها، پمپ آب، LEDهای هشدار دهنده، آژیر خطر و...

ابتدا ربات به وسیله ی سنسورهای نوری(نوعی مقاومت نوری) و بخش پردازشگر ابتدا مکان آتش را بر روی زمین مشابقه پیدا می کند.

الگوریتم پیدا کردن آتش:(الگوریتم در اینجا به معنای راهکار حل مسآله می باشد)

همان طور که میدونید یکی از مهمترین مشخصات آتش تابش نور و گرمای زیاد می باشد. مقاومت های نوری هم هر زمانی که نور بیشتری از محیط دریافت کنند مقاومت آنها کمتر می شود(در اینجا از مقاومت نوری به عنوان حسگر نور استفاده کردیم). ربات برای پیدا کردن آتش در ابتدا به صورت ثابت به دور خود می چرخد. یک مقاومت نوری نیز در جلوی ربات قرار دارد . هنگامیکه جلوی ربات در حین چرخش در مقابل آتش قرار بگیرد، نوری که به مقاومت نوری میرسد افزایش یافته و مقاومت آن کاهش می یابد. در نتیجه ربات توسط بخش پردازشگر وجود آتش را تشخیص می دهد. بخش پردازشگر دستور توقفِ چرخش و حرکت به سوی آتش را صادر می کند. این دستور توسط مدارهای واسط(در اینجا منظور مدارهایست که برای تقویت و کنترل جریان طراحی می شوند) به موتورها منتقل و اجرا می شود و ربات به سوی آتش حرکت می کند.

الگوریتم خاموش کردن آتش:

ربات در حال حرکت به سوی آتش می باشد،پس باید در یک فاصله ی مناسب از آتش که در آن فاصله به ربات اسیب نرسد بایستد و پمپ آب روشن کرده و آتش را خاموش کند. برای این کار یک مقاومت نوری دیگر را جوری بر روی ربات قرار می دهیم تا فقط هنگامیکه ربات در بالا سر آتش قرار میگیرد این سنسور آتش را ببیند. (سنسور به صورت عمود بر زمین مسابقه و در ارتفاع حدود 20،10سانتیمتری سطح زمین قرار می گیرد). پس هنگامیکه این مقاومت نوری در مقابل آتش قرار گرفت، بخش پردازشگر به موتورها دستور توقف و به پمپ آب دستور پاشیدن آب را می دهد. به این ترتیب آتش خاموش می شود.

این ساختار یکی از ساده ترین ساختارها برای ساخت ربات آتش نشان می باشد که الآن به صورت بسیار مختصر ارایه شد.

فعلا این توضیحات رو درباره ربات آتش نشان داشته باشید تا بعدا به طور مفصل تر به آموزشش بپردازیم.

حالا به ادامه آموزشمون (آموزش کاربرد قطعات الکترونیکی) بپردازیم.

دیود نوری(LED):

    همان طور که از اسم پیداست، این نیز نوعی دیود است که زمانیکه در بایاس مستقیم قرار گیرد و جریان مناسب باشد، از خود نور تولید می کند.
    بایاس کردن یعنی اتصال پایه های قطعه(دیود، ترانزیستور،...) به منبع تغذیه. بایاس مستقیم به معنای اتصال صحیح به منبع تغذیه(اتصال پایه‌ی + به قطب + و پایه ی - به قطب - منبع تغذیه) و بایاس معکوس به معنای اتصال برعکس می باشد.
   LEDها مزایای بسیاری نسبت به لامپ های معمولی کوچک دارند، از جمله: مصرف بسیار پایین، طول عمر بالا، سرعت قطع و وصل بالا هنگام قطع و وصل شدن منبع تغذیه و... LEDها در رنگهای مختلفی ساخته می‌شوند (زرد، سبز، قرمزو...).

نمایشگر LED هفت قسمی(7Segment):

این قطعه نوعی نمایشگر است که برای نشان دادن عددها و بعضی از حروف کاربرد دارد. طبیعتاً اگر چند 7Segment در کنار هم قرار گیرند می توانند اعداد و جملات طولانی تری را نمایش دهند.
ساختار داخلی این قطعه بسیار ساده است، این قطعه از 8 LED (7تا برای حروف، یکی هم برای نقطه)ساخته شده که با کنترل پایه های آن می توان با روشن و خاموش کردن LEDهای مختلف، اعداد و حروف گوناگون را بر روی آن نمایش داد.

این قطعه به 2 صورت کاتد مشترک و آند مشترک ساخته می شود. در کاتد مشترک پایه ی – همه ی LEDها به یکدیگر وصل شده (طبق شکل) و یک پایه به عنوان پایه ی – همه ی LEDها در اختیار کاربر قرار می گیرد. کاربر این پایه را به قطب – وصل می کند. حال برای کنترل هر LED کافیست کاربر پایه ی متناظر با آن را به + وصل کند. این کار علی رغم پیچیدگی ظاهری بسیار کار ما را ساده خواهد کرد.

در 7Segmentهای آند مشترک روند کار دقیقاً برعکس کاتد مشترک است. یعنی کاربر باید پایه ی متناظر با LED مورد نظر را به – وصل کند تا LED روشن شود. یک پایه هم به عنوان پایه ی + همه ی LEDها وجود دارد.

دیود گیرنده و فرستنده ی مادوم قرمز:

   دیودهای مادون قرمز از نظر ساختمانی تفاوت زیادی با دیودهای دیگر ندارند. گیرنده ی مادون قرمز یاIR (InfraRed) معمولاً در بایاس – مورد استفاده قرار می گیرد. این دیود زمانیکه مادون قرمز از محیط دریافت می کند، جریان دهی آن در جهت معکوس افزایش می یابد و زمانیکه مادون قرمز دریافت نکند، جریان دهی آن در جهت معکوس کم می شود. البته این جریان بسیار کوچک می باشد و برای استفاده از آن باید آنرا به نوعی تقویت کرد. سنسورهای نوری ما در ساخت ربات ها معمولاً همین دیودهای نوری می باشند. روش استفاده از این دیودها به عنوان سنور (با جریان دهی مناسب) در جلسات آتی توضیح داده خواهد شد.
   فرستنده ی مادون قرمز به صورت مستقیم بایاس می شود(به منبع تغذیه وصل می شود). البته برای جلوگیری از سوختن آن باید جریان عبوری را با یک مقاومت که به صورت سری با آن بسته می شود، کنترل کرد.
   دیود های مادون قرمز انواع و اشکال گوناگونی دارند، اما مدلی که ما بیشتر با آن سر و کار داریم از نظر ظاهری کاملاً مشابه LEDهای سرگِرد می باشد.

ترانزیستور:

   این قطعه پرکاربردترین قطعه در دنیای الکترونیک می باشد. ساز و کار آن نیز بسیار پیچیده و نیازمند مقدماتی بسیار فراتر از بحث ما دارد که ما از آن ها گذشته و این قطعه را به صورت کاربردی و سطحی معرفی می کنیم.
    اصلی ترین کاربرد ترانزیستور در کار ما سویچینگ(کلید الکترونیکی)و تقویت کنندگی آن است.
    ترانزیستورها با 2 ساختار PNP و NPN ساخته می شوند. این 2 ساختار از نظر کارای در بحث ما تفاوت زیادی ندارند و تنها تفاوت در ترتیب پایه های آنها برای ما مشهود خواهد بود.
    ترانزیستور 3 پایه دارد: بیس(Base)، کلکتور(Collector)، امیتر(Emitter)
   ترانزیستور در حالت کلی به 3 دسته ی قدرت، نیمه قدرت و معمولی تقسیم می شوند. ترانزیستورهای قدرت و نیمه قدرت برای سوییچینگ به کار می روند و ترانزیستورهای معمولی برای تقویت جریان.

بایاسینگ ترانزیستور:   برای راه اندازی ترانزیستور به عنوان سوییچ یا تقویت کننده یا... باید ابتدا آنرا بایاس کرد.
   در ترانزیستور NPN جریانی که از کلکتور وارد ترانزیستور می شود به وسیله جریان بسیار کوچکی که بر روی بیس قرار می گیرد وارد امیتر می شود. پس جریانی که از امیتر عبور می کند برابرست با جمع جریان های بیس و کلکتور که به دلیل بسیار کوچک بودن بیس نسبت به کلکتور تقریباً برابر است با جریان کلکتور:

   بایاسینگ ترانزیستورهای PNP دقیقاً برعکس NPN است، یعنی جریانی که از طریق امیتر وارد ترانزیستور می شود به وسیله ی جریان بسیار کوچکی که بر روی بیس قرار می گیرد وارد کلکتور می شود:
   دقت کنید که در هر 2 نوع ، جریان به وسیله ی بیس کنترل می شود.

ترانزیستورها در تقویت جریان خروجی از ICها برای انتقال به دیگر قطعات مانند موتور و رله و.... کاربرد بسار زیادی دارند.

رگولاتور:

ما برای راه اندازی بسیاری از قطعات و اِلِمان های الکترونیکی مدارها، نیاز به یک ولتاژ ثابت و بدون نوسان، مثل V5 داریم. ما برای این منظور در جلسه ی پنجم دیود زنر را به صورت سطحی معرفی کردیم که این دیود توسط مدارهای جانبی می توانست این عمل را برای ما انجام دهد، اما گفتیم به خاطر محدودیت هایی که این قطعه دارد، از جمله محدودیت جریان، و همچین مدارهای جانبی آن که موجب پیچیدگی کار می شود، به جای آن از قطعه ای به نام رگولاتور استفاده می کنیم.

رگولاتورهای ولتاژ، نوعی از نیمه رساناها هستند که برای تنظیم ولتاژ طراحی شده اند.

رگولاتورها در یک دسته بندی کلی به 3بخش زیر تقسیم میشوند:

1- رگولاتورهای ولتاژ خروجی ثابتِ مثبت: که خروجی انها یک عدد ثابت و غیر قابل تغییر + می باشد که نام گذاری انها هم به صورت 78XX یا L78XX یا M78XX می باشد.2 رقم سمت راست که به صورت XXنشان داده شده نشان دهنده ی ولتاژ خروجی است. مثلاً ولتاژ خروجی رگولاتور 7805 ، 5 ولت می باشد. L یا Mهم نشان دهنده ی حداکثر جریان دهی آن است(L= تا 1 آمپر،=Mتا 1.5 امپر)

2- رگولاتورهای ولتاژ خروجی ثابتِ منفی: که خروجی آنها یک عدد ثابت منفی و غیر قابل تغییر – می باشد که نامگذاری انها به صورت 79XX می باشد.

3- رگولاتورهای ولتاژ خروجی متغیر: به وسیله ی این رگولاتورها می توان ولتاژ خروجی را کنترل کرد. معروف ترین و پر کاربردترین نوع خروجی + آنها LM317 و LM138 وLM338 و خروجی – انهاLM337 می باشد. این قطعه برای ره اندازی نیاز به یک مدار جانبی مختصر دارد که در جلسات آزمایشگاه در این مورد توضیح کامل داده می شود. این رگولاتورها 3 پایه دارند.مثبت + ، خروجی، زمین یا - ( قطب – منبع تغذیه را زمین نیز می گوییم(Gnd)). به شکل نگاه کنید.

در رگولاتورهای سری 78XX ولتاژ ورودی باید حداقل 2.3 ولت بیشتر از خروجی آنها باشد. حداقل ولتاژ ورودی و همچنین ولتاژ خروجی آنها در جدول زیر آمده است:

حداقل ولتاژ ورودی	ولتاژخروجی	شماره مدل
7.3	5	7805
11.5	9	7809
14.6	12	7812
21	18	7818
27.1	24	7824

تقویت کننده های تفاضلی( OP-AMP):

این قطعه معمولاً به صورت IC ساخته شده وبا مدارهای مجتمع ترانزیستوری طراحی می شود.کار کردن با این قطعه نسبتاً ساده می باشد و همین موضوع باعث استقبال فراوان از این قطعه شده است.

این قطعه کاربردهای فراوانی از جمله مقایسه، تقویت، فیلترینگ، اسیلاتور و.... دارد که ما در اینجا فقط به بحث مقایسه کنندگی ان می پردازیم. در بحث تقویت کنندگی ما ترجیحاً از ترانزیستورها استفاده می کنیم زیرا کار کردن با آتها به مراتب ساده تر از OP-AMP می باشد.

مقایسه کنندگی:

OP-AMP دارای 2 پایه ی تغذیه ی + و – و 2 پایه ی ورودی + و – و یک پایه ی خروجی می باشد.
در مُد مقایسه کنندگی، ولتاژ 2 پایه ی ورودی با هم مقایسه شده و اگر ولتاژ ورودی + بیشتر باشد، بر روی پایه ی خروجی ولتاژ + و در غیر این صورت بر روی پایه ی خروجی ولتاژ – قرار خواهد گرفت.

آموزش ساخت روبات(جلسه2)

مطالب مشابه :

ساده ولی هوشمند | آموزش ساخت ربات ساده ولی هوشمند

ساخت روبات جنگجو

آموزش ساخت ربات پرنده (کوادروتور)

آموزش ساخت ربات مسیر یاب

آموزش ساخت روبات(جلسه2)

دانلود کتاب "آموزش ساخت ربات ساده"

آموزش ساده الکترونیک به دوستداران الکترونیک و حتی کسانی که از الکترونیک نمی دانند

كتاب‌هاي آموزشي ساخت ربات