آموزش ساخت ربات

[ریپورتر]

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.

[ریپورتر]

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.

بافر

بسیاری از المانهای الکترونیکی و به خصوص IC هاي ديجيتالي، قابليت جريان دهي محدودي دارند و قطعاتي مانند موتور، لامپ ، رله و ... که مصرف جريان زيادي دارند را نمي توان مستقيم به آن ها متصل نمود.

علاوه بر اين در بعضي مدارات ممکن است خروجي يک IC به ورودي چند IC ديگر داده شود. براي هر IC پارامتري به نام Fan-Out تعريف مي شود که مشخص مي کند خروجي IC به ورودي چند IC مي تواند داده شود. در بعضي موارد که تعداد اتصالات بيشتر از Fan-out آي سي باشد، IC نمي تواند جريان لازم براي تغذيه ي تمام خروجی هایش را فراهم کند و خروجي اش افت مي کند. در چنين مواردي مي بايست از ICهای بافر استفاده نمود. به عبارت ديگر Fan-out بافر ها بسيار زياد است.
بافرها 2 وظیفه ی مهم را انجام می دهند:

1- منطقی کردن ولتاژ ورودی: اگر ولتاژ ورودی بین 2.5-0 ولت باشد، بر روی خروجی مربوطه ولتاژ 0 قرار گرفته و اگر بین 5-2.5 ولت باشد، 5 ولت روی آن قرار می گیرد. در حقیقت بر روی پایه های خروجی همواره ولتاژ 0 یا 5 ولت (وابسته به ولتاژ ورودی) قرار می گیرد.(درباره ی ولتاژ منطقی در بخش دیجیتال توضیح خواهیم داد)

2- تقویت جریان ورودی ها بر روی خروجی ها

پرکاربردترین بافر در کار ما آی سی 74245 می باشد که یک آی سی 20 پایه بوده و در آن 8 بافر مجزا تعبیه شده.
ترتیب پایه های این IC در شکل زیر آمده است.(هر فلش سبز 2طرفه یک بافر را نشان می دهد)

پایه ی 19 پایه ی"Enable" یا فعال ساز نام دارد، اگر این پایه به زمین (0 منبع تغذیه) وصل شود، بافرها فعال می شوند و اگر به 5ولت متصل شود، بافرها خاموش می شوند.(در شکل بالا، مثلاً A0 و B0 یک بافر هستند)
پایه ی 1 نیز که پایه ی جهت یا "Direction" نام دارد، جهت بافرها را نشان می دهد. مثلاً اگر DIR به زمین متصل شود، جهت بافر ازB به A (یعنی B ورودی و A خروجی است)و اگر به 5 ولت متصل شود، جهت بافر A به B می شود(یعنی A ورودی و B خروجی است).

پایه ی 20هم به 5ولت و پایه ی 10 هم به زمین یا 0ولت متصل می شود.

[ریپورتر]

ICهای راه انداز(Driver)

برای راه اندازی بسیاری از قطعات مانند موتورهای الکتریکی پرتوان، پمپ آب و...،معمولاً جریان خروجی المان های الکترونیکی(حتی بافرها) نا کافی بوده و نیاز به تقویت جریان دارد. قبلاً آموخته بودیم به وسیله ی ترانزیستور می توان این کار را انجام داد. در این جلسه با آی سی L298 آشنا می شویم که قابلیت راه اندازی 2 قطعه(مثلاً 2موتور) را به صورت همزمان دارد.

همان طور که در شکل می بینید، یک قطعه فلز در پشت این IC تعبیه شده تا از با انتقال گرما از IC به محیط، مانع گرم شدن بیش از حد IC شود. این قطعه Heat sink نام دارد. گاهی برای اطمینان بیشتر از یک Heat sink کمکی نیز استفاده می کنیم، به این صورت که Heat sink به وسیله ی پیچ بهHeat sink خود IC بسته می شود.
این IC یک پایه ی ورودیِ ولتاژ دارد که هر ولتاژی به این پایه وصل شود، مستقیماً به موتور یا هر المانی که به IC متصل شده باشد منتقل می شود. این پایه VPS نیز نام دارد (Variable Power Supply).

ترتیب پایه های این IC در شکل زیر توضیح داده شده است.

این آی سی 15 پایه می باشد.

[ریپورتر]

بعضی لوازم اولیه ای که شما برای کار نیاز دارید در زیر گفته شده:


منبع تغذیه ی 5و 12 ولت:
ما نیاز به یک منبع تغذیه داریم که حداقل 2 خروجی 5 و 12 ولت داشته باشد. این منبع تغذیه می تواند یک آداپتور ولتاژ متغیر هم باشد. نکته ی مهم این که، جریان دهی این منبع تغذیه باید بیش از 1 آمپر (معادل 1000 میلی آمپر) باشد.(روی آداپتورها حداکثر وجریان خروجی ذکر می شود). برای این منظور می توان از Power (منبع تغذیه)کامپیوتر نیز استفاده کرد. این منبع تغذیه ها به دلیل جریان دهی بالا و ولتاژهای خروجی بسیار دقیق(که ما را از مدارهای دقیق کننده ی ولتاژ بی نیاز می کند)، برای کار ما بسیار مناسب می باشند، اما هزینه ی اونها معمولاً بیشتر از آداپتورهای معمولیست. در جلسات، نحوه ی استفاده از آنها نیز شرح داده خواهد شد.
مولتی متر:همه ی دوستان با ولت متر و آمپرمتر و مولتی متر در دروس راهنمایی آشنا شده اند. ما برای کار نیاز به یک مولتی متر داریم که ترجیحاً مولتی رنج باشد
برِد بُرد:برد بُرد نوعی بُرد می باشد که ما رو از لحیم کاری در مراحل آزمایشگاهی بی نیاز میکند و سرعت کار را نیز بسیار بالاتر می برد. با این قطعه نیز در جلسات بعدی آزمایشگاه آشنا خواهید شد.
مقداری سیم مسی نرم:مقدار سیم مسی نرم تک رشته ای(غیر افشان) برای اتصالات نیاز داریم
سیم چین و دم‌باریک و هویهبرای هویه یا همان دستگاه لحیم کاری، حتماً پایه ی نگه دارنده تهیه شود!



.









س















سایر قطعات که برای هر

[ریپورتر]

خوب، بریم سراغ کارمون. قرار شد در این جلسه،ابتدا همه ی وسایل و قطعاتی که برای چند جلسه ی آینده نیاز داریم رو من به دوستان معرفی کنم، تا برای خرید هر قطعه مجدداً وقت شما گرفته نشود.

این قطعات عبارتد از:
چند عدد LED سبز و قرمز(1 یا 2 عدد از هر رنگ کافیست).
مقاومت های 220Ω ،100Ω، 1kΩ، 10kΩ. مقاومت معمولاً به صورت رول های 50 تایی فروخته می شود. ولی ما برای کارمون 2یا 3 تا از هر کدام از مقاومت های بالا کافی است.
خازن های 1000μF و 470μF(12ولت) هر کدام یک عدد.
2 عدد رگولاتور 7805.
1 عدد رگولاتور LM317.
یک عدد آی سی OpAmp) LM358)
یک عدد آی سی L298
یک عدد آی سی 74245 (بافر)
یک عدد ترانزیستور TIP41
5عدد دیود n4001
2 عدد مقاومت متغیر10kΩ
1 عدد سِوِن سگمنت (7segment)
2عدد گیرنده و 2عددفرستنده مادون قرمز(فتوترانزیستور) 3 یا 5 میلیمتری
این قطعات فعلاً تا شروع مبحث دیجیتال و آزمایشگاه های آن برای کار ما کافی می باشند.

آزمایش 1

اولین آزمایش ما تحلیل یک مدار بسیار ساده از نظر ولتاژ . هدف از این آزمایش آموزش کار با مولتی متر، استفاده از قانون اهم، و کد خوانی مقاومت است.

مولتی متر دیجیتال:

نحوه ی استفاده از مولتی متر در مدار:

1- برای استفاده از ولت متر در مدار، باید انرا به صورت موازی به مدار متصل کنیم. مقاومت درونی ولت متر بسیار زیاد است و تقریباً هیچ جریانی را از خود عبور نمی دهد
2- برای استفاده از آمپر متر نیز در مدار، باید آنرا به صورت سری در مدار متصل کنیم. مقاومت درونی آمپر متر بسیار ناچیز و قابل صرف نظر کردن است.
به شکل نگاه کنید


دستگاههای اندازه گیری دیجیتالی مقادیر اندازه گیری شده را به صورت رقم یا ارقام روی صفحه نمایش (Display) نشان می‌دهند و معمولا واحد کمیت اندازه گیری شده مانند ولت ، آمپر ، میلی آمپر ، درجه سانتیگراد و غیره را نیز به طریق مناسبی نمایش می‌دهند. از جمله دستگاههای اندازه گیری می‌توان به ولت متر، دورشمارها ، حرارت سنج و مولتی متر اشاره نمود.‌
مهم ترین مزیت دستگاههای دیجیتالی، دقت کار بالای آن ها و همچنین ساده تر بودن کار با آن ها می باشد.

طرز کار مولتی متر دیجیتالی
با دستگاه مولتی متر همگی در درس حرفه و فن دوره ی راهنمایی آشنا شده ایم، پس بدون مقدمه نحوه ی کار با این دستگاه رو ارایه می کنیم.
یکی از قسمت های اصلی یک مولتی متر، ولت مترDC آن می باشد. اساس کار یک ولت متر DC دیجیتالی بر مبنای مقایسه است. یعنی ولتاژ اعمال شده به ولت متر ، با یک ولتاژ مرجع (معمولا 100 میلی ولت و در بعضی از مولتی مترها، در ولناژ AC ، یک ولت) مقایسه می‌شود و نتیجه مقایسه به کمک مدارات الکترونیکی و دیجیتالی به صورت ارقام که مبین مقدار ولتاژ DC اعمالی به ولت متر است، روی صفحه نمایش آن ظاهر می‌گردد.
در شمای کلی این دستگاه یک صفحه مدرج به همراه یک selector مشاهده می کنید. همانطور که از اسم آن مشهود است این دستگاه برای اندازگیری کمیت هایی مانند اختلاف پتانیسل- مقاومت- جریان طراحی گردیده.
لازم به تذکر است روی دسته سلکتور نشانگری مو جود است که تعیین کننده دامنه کاری در اندازگیری های شما می باشد. یعنی نشان می دهد ولتاژی که شما قصد اندازه گیری آنرا دارید در چه حدودی قرار دارد، مثلاً بین 10-100ولت است یا بین 1-10 ولت یا .... . این حدود ولتاژ را باید خود شما با توجه به ولتاژ منبع تغذیه و مدارها به صورت حدودی بدانید. (این تنظیم دامنه برای مقاومت و جریان هم باید انجام شود.)
مولتی متر های امروزی قادر به اندازه گیری ولتاژ ها از چند صد میلی ولت تا 1000 ولت به صورت خودکار هستند و نیازی نیست شما حدود را بدانید و تنظیم کنید، فقط کافیست شما نشانگر را بر روی قسمت ولتاژ قرار دهید. اگر ولتاژ AC بود(مثل برق شهری) بر روی قسمت AC قرار داده و اگر DC بود، بروی قسمت DC قرار می دهیم. اگر هم قصد اندازه گیری مقاومت یا جریان را هم داشتیم، باید نشانگر را بچرخانیم و روی بخش مربوطه قرار دهیم. به این نوع مولتی مترها که به صورت خودکار تنظیم می شوند مولتی رنج یا آُتو رنج میگویند
این دستگاه نیز مانند هر سیستم دیگری دارای دو ترمینال - و + می باشد. برای استفاده صحیح از دستگاه بایستی سیم مشکی را به ترمینال منفی و سیم قرمز را به ترمینال مثبت متصل کنید. حال دکمه power دستگاه را زده و هر نوع اندازگیری را می توانید شروع کنید. دقت کنید که معمولاً مولتی مترها 2 پایانه ی قرمز یا + دارند که شما باید با توجه به توضیحات اختصاری ِ زیر آنها پایانه ی مناسب را انتخاب کنید. مثلاً برای اندازه گیری جریان های بیش از چند دهم آمپر باید سیم قرمز را در پایانه ی دیگری قرار دهیم.

[ریپورتر]

در این آزمایش قصد داریم مدار روبرو را از لحاظ جریان ، ولتاژ و مقاومت تحلیل کنیم.


مقدار مقاومت را از روی کد رنگی آن بخوانید.(یک کیلو اهم)

مقدار همین مقاومت را (قبل از اتصال در مدار) با مولتی متر اندازه گیری کنید.
این 2 مقدار باید تقریباً مساوی باشند.
حال مدار بالا را ببندید(منبع تغذیه را روی 5 ولت تنظیم کنید.)
جریان مدار را توسط مولتی متر اندازه گیری کنید(نشانگر مولتی متر در قسمت آمپر و در همین موقیعتی که در شکل نشان داده شده باید قرار گیرد.)
جریانی که مولتی متر نشان می دهد را یادداشت کنید.
حال توسط قانون اهم (V=I*R) جریان مدار را محاسبه کنید.
آیا مقدا بدست آمده با چیزی که مولتی متر نشان می دهد مطابقت دارد؟ اگر چنین است آزمایش را با موفقیت انجام داده اید.
مولتی متر را در مُد ولت متر نیز به صورت نشان داده شده در شکل(در 2 طرف مقاومت) وصل کنید و عدد را بخوانید. اگر سیم شما مقومت واقعً ناچیزی داشته باشد این مقدار تقریباً همان ولتاژ منبع تغذیه خواهد بود.

خطاهای احتمالی:
ممکن است منبع تغذیه ی شما دقیقاً ولتاژ 5 ولت را در اختیار شما قرار ندهد، پس ممکن است محاسبات شما دچار مشکل شود. بهتر است در ابتدا ولتاژ منبع تغذیه را با مولتی متر چک کنید.

[ریپورتر]

بحث اموزش کار با بِرد بُرد (Breadboard) را شروع مي کنيم.

بردبُرد
برد برد نوعي برد الکترونيکي است (مانند بردهاي سوراخ دار) که به وسيله ي آن مي توان اجزاي الکترونيکي متعدد را به يکديگر متصل کرد. در بردهاي سوراخ دار معمولي، بايد پس از نصب هر قطعه در برد، پايه هاي آنرا در برد لحيم کنيم، اما در برد برد ما نيازي به انجام لحيم کاري نداريم و فقط کافيست قطعه را روي برد برد قرار دهيم (با يک فشار کوچک قطعه روي برد نصب مي شود).
همچنين در بردهاي سوراخ دار معمولي شما بايد براي برقراري ارتباط بين آن ها، از سيم استفاده کنيد، ولي در برد برد به صورت پيش فرض تعداد زيادي از اتصالات برقرار شده که شما فقط کافيست با در نظر گرفتن اين اتصالات و قرار دادن قطعات در مکان هاي مناسب، مدار هاي خود را راه اندازي کنيد.
اما با اين وجود، در بسياري از موارد ما مجبور به استفاده از سيم هاي کمکي براي برقراري ارتباط ها مي شويم.

تصوير فوق يک مدار که روي يک برد سوراخ دار معمولي پياده سازي شده است.

تصوير يک مدار که بر روي يک بردبرد پياده سازي شده. دقت کنيد که علي رغم وجود ارتباط هاي فراوان در داخل خود بردبرد، از تعداد زيادي سيم کمکي نيز براي تکميل مدار استفاده شده است.

ارتباط هاي درون بردبرد:
در اين نوع برد، براي سهولت کار، ارتباطات زيادي بين سوراخ هايي که در بردبرد مشاهده مي کنيد، وجود دارد.
در شکل زير يک نماي کلي از سوراخ هاي متصل به هم در يک برد برد، ترسيم شده است.

[ریپورتر]

براي استفاده از آي سي ها، بايد آن هارا در قسمت وسط طوري قرار دهيم که پايه هاي آن در 2 طرف با يکديگر در تماس نباشند. 2 رديف بالا و پايين نيز که به هم متصل هستند معمولاً براي تغذيه ي +و – برد استفاده مي شوند.

شما می توانید براي تمرين، يک LED را با يک مقاومت 100 اهم، روي بردبرد روشن کنيد

[ریپورتر]

دومین آزمایش رو با کمک دوستان عزیز انجام خواهیم داد.

این آزمایش مربوط به مبحث خازن ها می شود و برای نشان دادن شارژ(پر شدن) و دِشارژ (خالی شدن) شدن یک خازن طراحی شده است.
گام اول: مدار زیر را با توجه به جدول ببندید.

C=2200µFC=1000µFC=470µF

=T3
=T2
=T1

R=220Ω

=T6
=T5
=T4

R=1KΩ

زمان شارژ و دِشارژ با توجه به زمان روشن بودن LED ها، به ازاي خازن هاي مختلف اندازه گيري نماييد.

براي شارژ كردن خازن بايد اتصال شماره ي 1 برقرار شود، زمان شارژ را مي‌توانيد با توجه به مدت روشن بودن LED سمت چپ اندازه گيري نماييد
براي دِشارژ كردن خازن، بايد اتصال شماره ي 2(طبق شكل) برقرار شود. پس زمان دِشارژ را نيز مي‌توانيد با توجه به مدت زمان روشن بودن LED سمت راست،اندازه گيري نماييد.

همانطور كه مشاهده مي كنيد، با افزايش مقدار مقاومت در هر قسمت يا افزايش ظرفيت خازن ها، زمان شارژ و دِشارژ خازن افزايش ميابد.

اين جلسه مطلب تئوري نسبتاً كمي دارد و دوستان بايد زمان خود را صرف بستن مدار بالا و پركردن جدول كنند.
لازم ميدونم اين مطلب رو دوباره خدمت دوستان عزيز يادآوري كنم كه در رباتيك، مهمترين اصل، انجام كار به صورت تيمي و گروهي است و به دوستان پيشنهاد مي‌كنم حتماً آزمايش ها رو به صورت تيمي انجام بدهند.

[ریپورتر]

سومین آزمایش رو با هم شروع می کنیم.

نحوه ی استفاده از منبع تغذیه ی کامپیوتر، به عنوان مولد:

همانطور که در جلسات پیش ذکر شد، منبع تغذیه یا Power ِ کامپیوتر شخصی (PC) شما ، می تواند به عنوان یک منبع تغذیه ی ایده آل برای کار ما مورد استفاده قرار گیرد. منیع تغذیه های موجود در کامپیوتر ها، چندین ولتاژ خروجی مختلف دارند که پر استفاده ترین آنها برای کار ما، 12 و 5 ولت می باشد.

Power یا منبع تغذیه ی کامپیوتر معمولاً در قسمت پشت و در بالای Case شما قرار دارد.