Управление всеми микроконтроллерами

Давайте ещё раз вернемся к демонстрационной программе, приведенной выше. В ней используются такие слова, как pause, high и low. Эти слога называются командами, инструкциями или программными операторами; именно они сообщает микроконтроллеру, что он должен делать. BASIC Stamp поддерживает около нсскольких десятков таких операторов. Место оператора в коде программы однозначтно определяет действия программы, и для того, чтобы использовать как BASIC Stamp, так и любой другой микроконтроллер, необходимо освоитъ эти команды.

Один из лучших способов быстро изучить язык программирования – попробовать как можно больше разных демонстрационных программ, таких ктк эта, самому. Короткие примеры можно найти в самой документации к микроконтроллеру, а можно поискать в книгах, журналах и на web-страницах. Чем больше практического опыта будет у вас за плечами, тем быстрее вы сможете осваивать новые устройства.

После как ты испробуете силы на схемах-примерах для BASIC Stamp, не бойтесь экспериментировать с программой или радиодеталями. Таким способом, шаг за шагом, можно построить довольно сложные программные инструкции.

В редакторе программ для микроконтроллера BASIC Stamp символ апострофа используется как знак начала комментария. Комментарии делаются исключительно для удобства чтения кода; сам микроконтроллер пропускает все, записанное в строке после указанного символа и не распознает этот текст в качестве команды. Так, вся первая строка в записанной выше демонстрационной программе является, по сути, комментарием. Будет очень неплохо, если вы возведете добавление комментариев в ранг привычки, пусть даже они будут предельно лаконичными — это всегда напомнит о том, зачем было написано то, что было написано. А по прошествии некоторого времени, когда вы или кто-то другой будет просматривать программный код, комментарии здорово помогут вспомнить намерения человека, писавшего программу.

Этап 3: прошьем его!

Итак, ребята: теперь все точно готово для загрузки программы в микроконтроллер и проверки ее работоспособности.

1. Подключите учебную (отладочную) плату к последовательному или универсальному порту настольного компьютера.

Какой именно порт выбрать, можно определить, исходя из типа разъема и кабеля, которыми оснащена плата.

2. Подайте питание на учебную плату, включив источник питания в сеть, а кабель со штекером на конце — в соответствующий разъем на плате.

Можно также "запитать" отладочную плату с помощью 9-вольтовой батареи, подключив ее выводы к клеммам в верхнем углу платы.

3. Находясь в редакторе программ BASIC Stamp, нажмите клавиши <Ctrl+R>(R - от run "запустить").

Эта комбинация клавиш загружает программу из основного окна программы в микроконтроллер.

Если все было сделано правильно, светодиод должен замигать дважды в секунду. Если же редактор программ показывает предупреждения или сообщения об ошибках, найдите эти проблемы (возможно, это всего-навсего ошибки в синтаксиса?) и устраните их, после чего можно попробовать загрузить программу снова.

Вносить изменения так легко

А теперь смотрите, в чем заключается вся прелесть использования микроконтроллеров! Зайдите в редактор и сделайте в программе следующие изменения (текст программы был приведен в подразделе "Этап 2: программирование микроконтроллера").

> Измените строку 4 на PAUSE 100.

> Измените строку 6 на PAUSE 100.

А теперь загрузите программу в устройство, нажав комбинацию <Ctrl+R>. Что теперь произойдет со светоизлучающим диодом? Как только компьютер загрузит код программы в память микроконтроллера, светодиод начнет мигать чаще. Вместо ожидания в каждом состоянии по 250 миллисекунд, BASIC Stamp будет включать и выключать светодиод уже каждые 100 мс.

Измените программу еще раз.

> Измените строку 4 на PAUSЕ 1000

> Измените строку 6 на PAUSЕ 1000

Наверняка вы уже сами догадались, что произойдет. Светодиод начнет мигать значительно реже — раз в две секунды. Теперь микроконтроллер ждет в каждом состоянии по 1000 миллисекунд.

Как видите, просто изменив пару строк программного кода, можно получить схемы с разным функционированием.

Добавление в схему переключателя

В этом подразделе мы еще немного поэкспериментируем с гибкостью микроконтроллера BASIC Stamp. Поскольку в этой демонстрации мы снова будем использовать светодиод, не спешите снимать его с макетной платы, куда он был вставлен в начале работы над разделом "Знакомимся с Basic Stamp 2". Подключите к учебной плате механический ключ, пользуясь схемой, приведенной на рис. 13.10. Можно использовать переключатель любой формы, но проще всего взять самую обычную кнопку. Обязательно вставьте в цепь резистор номиналом 10 килоом, как показано на рисунке. Если вы используете учебную плату, то на ней вывод 1 обозначен как Р1, да еще и выведен на разъем рядом с беспаечной платой.

Для чего в схеме нужен резистор 10 килоом? Он служит так называемым резистором "подтяжки" (pull-up или pull-down resistor), т.е. когда ключ разомкнут, он "подтягивает" или, как в данном случае, "стягивает" логический уровень на выводе микроконтроллера до напряжения земли (0 В). Этот резистор не дает уровню на выводе хаотически изменяться (радиолюбители говорят: "плавать") под воздействием каких-то внешних помех и наводок; в противном случае BASIC Stamp будет вести себя непредсказуемо.

А теперь давайте введем следующую экспериментальную программу:

{$STAMP BS2}

OUTPUT 0 ' установка вывода 0 в качестве выхода

' (для управления светодиодом)

btn VAR Byte ' определяем новую переменную "btn"

' (для работы с кнопкой)

loop:

BUTTON 1,0,255,250,btn,0,noSwitch ' проверка состояния ключа

OUT0 = btn ' включаем светодиод, когда ключ замкнут

PAUSE 150 ' ждем 150 миллисекунд

OUT0 = 0 ' выключаем светодиод

noSwitch: GOTO loop ' повтор цикла

Теперь рассмотрим, как же работает эта программа.

> Строка 1. Прописываем в редакторе тип используемого микроконтроллера BASIC Stamp — в данном случае это BASIC Stamp 2. (Поскольку перед началом строки стоит апостроф, она трактуется как комментарий, и компьютер не предпринимает никаких действий.)

> Строка 2. Команда OUTPUT 0 указывает микроконтроллеру использовать вывод 0 в качестве выхода. Соответственно, к этому выходу должен быть подключен светодиод (если вы до сих пор не подключили его к разъему на плате, у вас есть шанс сделать это, пользуясь подсказками, приведенными в разделе "Знакомимся с Basic Stamp 2").

> Строка 3. В этой строке с помощью команды btn VAR Byte небольшая часть памяти микроконтроллера отводится под переменную btn. Переменной в данном случае является просто временно зарезервированное место для хранения некоторой информации. После создания переменной микроконтроллер может заполнять это место данными, а может возвращаться к ним позже и проверять текущее значение переменной.

> Строка 4. Команда loop: как мы уже знаем из подраздела "Этап 2: программирование микроконтроллера", используется для образования цикла.

> Строка 5. Начинается с команды BUTTON и сообщает микроконтроллеру о необходимости проверить состояние ключа, присоединенного к выводу 1. Эта команда требует наличия сразу нескольких аргументов (дополнительных данных), узнать больше о которых можно из документации к микроконтроллеру BASIC Stamp, которая обычно поставляется в комплекте с учебной платой.

> Строки 6-8. Эти команды включают светодиод, заставляют микроконтроллер подождать в течение 150 миллисекунд, а затем выключают диод.

> Строка 9. Переводит микроконтроллер BASIC Stamp в начало цикла, отмеченное командой loop. Этот цикл продолжается вечно — во всяком случае, до тех пор, пока никто не перепрограммирует микроконтроллер или не отключит его питание.

Теперь посмотрим на еще одну метку — noSwitch, которая присутствует в строках 5 и 9. При использовании с командой BUTTON (в строке 5) данная метка создает так называемое ветвление. Если ключ окажется размокнут (часть кода, названная noSwitch), микроконтроллер переходит к команде BUTTON и затем последовательно пропускает все строки программы до самого конца, т.е. не управляет светодиодом. Но если ключ будет замкнут, BASIC Stamp не перепрыгнет в конец программы, а пройдет ее шаг за шагом.

Что же произойдет после запуска программы?

> Если ключ разомкнут, светодиод не включается.

> Если ключ замкнут, светодиод начинает резво мигать.

Да, кстати! Если ваш BASIC Stamp ведет себя не так, внимательно перепроверьте, все ли правильно подключено в вашей схеме, и правильно ли набрана учебная программа.

Куда идти дальше?

В этой главе были затронуты лишь самые основные и простые функции микроконтроллера BASIC Stamp. С его помощью, однако, можно делать значительно более интересные вещи; впрочем, как и с помощью других микроконтроллеров. Литературу по использованию этих миниатюрных, но столь мощных устройств современной электроники можно поискать в ближайших книжных магазинах, а можно углубиться в просторы всемирной паутины, где есть информация обо всех микроконтроллерах, когда-либо выпускавшихся в мире.

Глава 14

Создаем собственные электронные устройства

В этой главе...

> Материалы и компоненты для новых проектов

> Проекты оригинальных мигалок и фонариков

> Исследование пьезоэлектрического эффекта

> Вперед в темноту вместе с инфракрасным датчиком

> Системы сигнализации

> Поиск верного направления с портативным электронным компасом

> Создание собственного усилителя мощности

> Тестирование влажности

Лавинообразный процесс изучения электроники становится действительно стремительным тогда, когда вы уже можете самостоятельно подготовить проект или два. В этой главе вам представится отличная возможность испытать свои силы на нескольких очень интересных, занятных и в полной мере обучающих примерах электронных поделках, которые можно собрать за полчаса и даже меньше. Мы выбрали эти проекты по той причине, что они очень познавательны, захватывающи и при этом невероятно просты. Кроме того, перечень необходимых радиодеталей был сведен до минимума, и ни один из представленных на суд читателя примеров не опустошит кошелек больше, чем на 20 долл.

Наиболее подробно все стадии процесса конструирования описаны для первого из проектов, поэтому постарайтесь прочитать его как можно внимательнее. Кроме того, к этому времени вы должны уже более-менее свободно читать принципиальные схемы и уметь самостоятельно собирать по ним устройство. Если вдруг у вас возникнут какие-то вопросы относительно элементов схем, лучше сразу вернуться к главам 6 и 7.

С места в карьер: что для этого нужно

Все проекты, представленные в этой главе, за исключением разве что электронного компаса, можно собирать на беспаечных макетных платах. Но, в принципе, если вы считаете, что схема должна навсегда остаться в качестве памятника вашему искусству, то можете смело использовать стандартные макетные платы для пайки.

В главах 4 и 5 были рассмотрены все радиоэлектронные компоненты, которые будут применяться в наших примерах: транзисторы, интегральные схемы, конденсаторы и даже проводники. О макетных платах и конструировании схем вообще можно узнать в главах 11 и 12. Если на пути реализации одного из проектов вам вдруг встретятся какие-то трудности по освоению материала, не стесняйтесь возвращаться к пройденным главам.

За единственным исключением (тот самый требовательный, но вместе с тем и очень-очень красивый электронный компас), все радиодетали, необходимые для любого из представленных примеров, элементарно достать в любом магазине радиотоваров или на радиорынке, но в том случае, если возле вас нет ни одного места, где можно купить электронные компоненты, вы можете заглянуть в приложение, где приводятся Web-адреса некоторых поставщиков электроники.

Во всех случаях, кроме отдельно оговоренных, нами будут использоваться радиодетали со следующими параметрами.

> Все резисторы: мощностью 1/4 или 1/8 Вт с допуском сопротивления 5 или 10 %.

> Все конденсаторы: с рабочим напряжением минимум 25 В. Типы конденсаторов (танталовые, электролитические или пленочные) будут указываться отдельно в каждом конкретном случае.

Делаем классный, отпадный мигающий фонарик

Первый проект, который обычно делает в своей жизни практически каждый радиолюбитель, — мигающий светодиод или фонарик. Эта схема может только мигать, и ничего больше, но и этого достаточно. Все, что надо для нее: лишь пара транзисторов, резисторов и диодов, правильно связанных между собой. Когда-то весь проект от начала до конца по времени занимал около двух дней и обходился почти в 20 долл.; зато сейчас благодаря появлению дешевых интегральных схем та же самая работа легко делается за четверть часа и стоит меньше 2 долл.! Та волшебная микросхема, которая так преобразила весь процесс схемостроения, называется LM555 и представляет собой интегральный таймер. Эта ИМС для радиолюбителей — все равно что молоко в арсенале кухарки. Без нее не обходится ни один учебник по практической электронике, и она является настоящим краеугольным камнем множества проектов, в том числе и описанных в этой книге. Вся соль в том, что таймер 555 можно использовать несколькими способами, самый важный из которых заключается в формировании периодических импульсов (своего рода электронный метроном). Изучая эту главу, можно будет еще не раз встретится с этой ИС, причем каждый раз она будет появляться в другом обличье — выполнять новую функцию и служить основой великолепных схем.

Микросхему LM555 можно достать в любом магазине радиотоваров. Чтобы сэкономить, можно купить сразу упаковку из 15 или 20 штук. Не бойтесь заплатить больше один раз — они довольно быстро займут свои места в новых проектах. Цена за единицу может колебаться от сорока до шестидесяти центов при покупке одной микросхемы и сокращается почти вдвое, если брать оптом. Лучшие цены, конечно, на радиорынке и в Интернет-магазинах, где можно приобрести ИС в специальных пластиковых трубках. Такая трубка имеет длину от 30 до 50 сантиметров и вмещает до трех десятков микросхем.

Таймер 555 на ладони

Принципиальная схема разработки мигающего фонарика изображена на рис. 14.1. На схеме показано, как следует подключать светодиод к микросхеме таймера 555. При помощи переменного резистора (потенциометра) R1 можно менять частоту мигания от медленного вальса до бешенной латинской самбы.

Если вы чувствуете, что не мешало бы освежить память по вопросам чтения принципиальных электрических схем, не стесняйтесь вернуться назад — к главе 6.

Данная схема демонстрирует использование таймера 555 в качестве автоколебательного мультивибратора. Этим заумным термином называют устройство или электронный узел, который постоянно переключает уровни напряжения на выходе, и так до бесконечности, или пока хватает энергии, питающей его. (То есть генератор прямоугольных импульсов — Примеч. ред.)

Эта схема сама по себе представляет большой интерес для экспериментатора от электроники. Выход таймера 555 (вывод 3 микросхемы) можно присоединить ко входу любой другой схемы и использовать в качестве генератора сигнала. Насколько эффективно работает такая связка, можно будет убедиться при изучении других электронных поделок по ходу главы — многие из них основаны все на том же таймере 555.

Построить схему мигающего фонарика очень просто — используйте в качестве гида схему с рис. 14.1 и готовую сборку на макетной плате с рис. 14.2. Мы специально оставили побольше расстояния между компонентами, чтобы было легче ориентироваться на макетке. Да, впрочем, всегда лучше оставлять немного места про запас, вместо того, чтобы теснить радиодетали между собой, тогда любой посторонний наблюдатель сможет сам сказать, что и как делает эта схема.

Соблюдайте при сборке такую последовательность действий.

1. Приготовьте все электронные компоненты для проекта. Полный список всех необходимых элементов приведен парой страниц ниже.

Нет ничего противней, чем бодро начать работу и на середине процесса обнаружить, что чего-то не хватает!

2. Аккуратно вставьте микросхему таймера 555 в контактные отверстия примерно посередине макетной платы.

Микросхема должна быть установлена в отверстия вокруг пустого среднего ряда на плате. Удобно также расположить слева ключ ИМС (маленькую круглую или какую-то иную метку возле одного из концов корпуса микросхемы). Хотя это и не обязательно, но является общепринятым правилом как среди радиолюбителей, так и среди профессионалов.

3. Установите на макетную плату два резистора, R2 и R3, в соответствии с принципиальной схемой и примером расположения элементов на рис. 14.2.

Как отмечалось в главе 4, выводы интегральных микросхем нумеруются против часовой стрелки, начиная от ключа (той самой маленькой метки на корпусе). Так что если ИМС располагается на макетке так, как показано на рис. 14.2, ключ должен находиться слева, а вывод 1 — внизу сразу под ним. Выводы 2, 3 и 4 соответственно располагаются в ряд слева направо по нижнему краю микросхемы. Вывод 5 находится уже сверху справа — как раз напротив вывода 4, а выводы 6, 7 и 8 составляют верхний ряд (вывод 8 напротив вывода 1) справа налево.

4. Установите два конденсатора, С1 и С2, в соответствии с принципиальной схемой и примером расположения элементов на рис. 14.2.

5. Соедините проводками потенциометр (R1) и остальные элементы макетной платы.

Используйте в качестве соединительного провода одножильные проводники диаметром 0,7-0,8 мм. Цвет не имеет значения. (С другой стороны, лучше с самого начала развить привычку использовать цветные проводники: обычно выводы на источник питания делают красными, на землю — черными или зелеными. Так будет значительно легче ориентироваться в связях при поиске неполадок в схеме. А уж если дело дойдет до сложного устройства, то подобная предусмотрительность может сэкономить часы! — Примеч. ред.) Обратите внимание на то, что потенциометр имеет целых три вывода, в отличие от обычного резистора. Один из них следует присоединить к выводу 7 микросхемы 555, а два других — замкнуть между собой и подключить к источнику питания +U схемы.

6. Подключите к схеме светоизлучающий диод так, как показано на принципиальной схеме и образцовой макетной плате.

При присоединении светодиода соблюдать полярность его включения обязательно. Катод диода нужно подключить к земле схемы. Для этого можно свериться с упаковкой элемента или, если таковая отсутствует, проверить самому. (Кроме вышесказанного, обычно у выводных светодиодов положительный вывод делают немного длиннее отрицательного. Ну, и, наконец, тестер в режиме прозвонки должен засветить диод, если коснуться красным щупом анода, а черным — катода. — Примеч. ред.) Хотя, если вдруг вы включите диод в цепь наоборот, ничего страшного не случится — он просто не засветится. Тогда нужно вытащить его из платы и вставить правильно. (Случится ли с ним что-то или нет, зависит от напряжения питания и свойств самого светодиода. В спецификации на элемент обычно приводится значение максимального обратного напряжения. Зная наименование светодиода, всегда можно свериться с документацией в Интернете. — Примеч. ред.)

7. Используя тот же самый одножильный провод, соедините между собой недостающие звенья цепи в единую схему. Естественно, удобнее делать это уже зачищенными и залуженными проводками.

Обычно эти куски проводников называют перемычками. В большинстве схем, предлагаемых в этой главе, придется сделать хотя бы пару штук. Можете свериться с макетной платой на рис. 14.2, чтобы быстро и правильно установить эти перемычки.

8. Перед включением питания дважды перепроверьте правильность сборки схемы. Убедитесь, что все соединения полностью соответствуют принципиальной схеме проекта.

9. Наконец, подайте на плату питание от 9-вольтовой батареи. Положительный ее вывод будет соответствовать цепи +U принципиальной схемы, а отрицательный — ее земле.

Источник питания +U электрической схемы удобно подключить к верхней паре рядов макетной платы, а землю — к нижней, как это было сделано на плате с рис. 14.2. Для удобства присоединения батарейки лучше разыскать где-нибудь в магазине переходник для ее контактов. (Для успешной пайки проводников к выводам батарейки придется использовать специальный (активный) флюс, поэтому переходник действительно сэкономит немало времени. — Примеч. ред.) К концу такого переходника паяется провод, который удобно соединять с остальными цепями схемы или всовывать в контактные отверстия макетки. Помните: у переходника красный провод обозначает питание, а черный — землю.

Как только вы подадите на плату питание, светодиод должен замигать. Вращая ручку потенциометра, можно легко изменять частоту мигания. Если же схема не работает, сразу же отключите батарею и перепроверьте все соединения еще раз.

Вот несколько возможных причин неисправности готовой схемы.

> Таймер 555 был вставлен вверх ногами. Такое подключение вполне может угробить микросхему, поэтому немедленно попробуйте вставить ее правильно и не слишком огорчайтесь, если придется сбегать за второй ИС.

> Неправильно вставлен светодиод (перепутана полярность выводов). Вытащите его и вставьте верно.

> Отрезки проводов и выводы радиодеталей были не очень плотно вставлены в контактные отверстия макетной платы. Убедитесь, что все они хорошо "сидят" в отверстиях макетки и не болтаются.

> Неправильные номиналы компонентов. Перепроверьте их еще раз! Помните о маркировке.

> Села батарейка. Попробуйте найти новую.

> Схема была собрана неверно. Так, стоп; давайте еще раз, не спеша, пройдем всю схему от начала и до конца. Отдохните пару минут— свежими глазами можно найти ошибку, которую не заметили раньше.

Будет хорошей практикой приучить себя конструировать все незнакомые схемы на макетных платах: очень часто приходится доводить изделие до ума, чтобы все соответствовало идеям разработчика. Как только будет получена полностью функционирующая схема, ее всегда можно спаять на постоянной основе. И не забывайте дважды и даже трижды перепроверять себя. Не волнуйтесь о потраченном времени — уже близок тот день, когда вы станете профессионалом и будете собирать на макетках по-настоящему сложные схемы!

Перечень элементов для мигающего фонарика

Давайте теперь внимательно запишем, какие же радиоэлементы понадобились для того, чтобы построить схему с мигающим светодиодом:

> D1: LM555 (интегральный таймер);

> Rl: 1 МОм (потенциометр);

> R2: 47 кОм (резистор);

> R3: 330 Ом (резистор);

> CI: 1 мкФ (конденсатор танталовый(полярный));

> С2: 0,1 мкФ (конденсатор пленочный (неполярный));

> VD1: светоизлучающий диод (любого цвета).

Играем с пьезоэлектриками

Оказывается не во всех электронных проектах необходимо применять батарейки, резисторы, конденсаторы и транзисторы — обычные для большинства электрических схем компоненты. В нашем новом проекте мы попытаемся создать схему, которая бы сама генерировала электричество, и сконструируем маленький игрушечный барабан, внутри которого будет загораться неоновый свет, когда кто-то нажимает мембрану пьезоэлектрического диска. О явлении пьезоэлектричества и пойдет речь в этом демонстрационном проекте.

Пьезо- что?..

Термин пьезо- происходит от греческого слова "давить" или "сжимать". Много лет назад исследователи, времени у которых было хоть отбавляй, неожиданно обнаружили, что при механической деформации некоторых материалов вырабатывается электричество. (Первое исследование пьезоэлектрического эффекта осуществлено П. Кюри (1880) на кристалле кварца. Пьезоэлектрический эффект обнаружен более чем у 1500 веществ. — Примеч. ред.) Потом смотрят — опа! — оказывается, если приложить к таким материалам напряжение, они меняют свою форму (хотя и очень незначительно). Позже оказалось, что это открытие имеет важное значение для науки и техники, поскольку стало возможным использовать пьезоэлектрики в тысячах различных практических применениях: кварцевых часах, электронных будильниках, системах зажигания и зажигалках и т.д.

Эксперименты с пьезоэлектричеством

Простой и увлекательный способ пройти по следам исследователей — поэкспериментировать с пьезоэлектричеством самому. Для этого нужно всего лишь достать где-нибудь пьезодиск. Такие маленькие кусочки кристаллов, вложенные между металлическими мембранами, можно встретить в магазинах радиотоваров и иногда в Интернете. Стоят они сущие копейки.

Лучше купить диск с уже припаянными проводками. Иногда диски имеют лишь один провод — они тоже годятся. В последнем случае всегда можно допаять проводок заземления к металлическому ободку.

Демонстрационная схема изображена на рис. 14.3; она, собственно, состоит всего лишь из пьезоэлектрической мембраны и неоновой лампочки. Такие лампы опять же можно найти в магазинах товаров для радиолюбителей. Неоновые лампы имеют одну особенность, которая заключается в том, что они не светятся при напряжении менее 90 В. Это, честно говоря, до черта! Но кристаллы пьезоэлектриков могут вырабатывать даже большие напряжения.

Для того чтобы собрать схему, изображенную на рис. 14.3, можно следовать следующему алгоритму.

1. Положите пьезоэлектрический диск на непроводящую поверхность.

Отлично подойдет деревянный или пластиковый стол; нельзя лишь работать на металлическом верстаке.

2. Соедините между собой пьезоэлектрик и неоновую лампу при помощи зажимов типа "крокодил", как показано на рис. 14.4.

Подключите к одному выводу неоновой лампочки (неважно, к какому именно) красный проводок, идущий от диска, а к другому — черный.

3. Положите диск на столе горизонтально.

4. Хорошенько надавите на мембрану диска пластиковым кончиком ручки или рукоятью отвертки.

Каждый раз, когда мембрана прогибается вниз, неоновая лампа будет загораться.

Осторожно — не прикоснитесь пальцами проводов, идущих от пьезоэлектрического диска. Хотя напряжения на нем и не слишком опасны для человека, приятных ощущений вы тоже не получите.

А теперь можно прикинуть, как еще использовать эту комбинацию для того, чтобы впечатлить родных и близких. Что если соорудить светящийся барабан?

Для того чтобы построить эту новую схему и изумить всю семью от дедушки до новорожденных племянников, достаточно воспользоваться следующей инструкцией.

1. Соедините между собой целую горсть пьезоэлектрических дисков и неоновых ламп, нанизав их на общую нить.

2. Наклейте с помощью липкой ленты или клея все это ожерелье на пластиковое основание барабана.

3. Возьмите пару барабанных палочек, потушите в комнате свет и нажимайте на мембраны дисков в такт любимой музыке вашей мамочки или тещи. Вы просто обречены на успех!

Подбор компонентов для пьезоэлектрического барабана

Для демонстрационной схемы, которая знакомит нас с эффектом пьезоэлектричества, понадобятся следующие радиоэлементы.

> Неизолированный пьезоэлектрический диск (типа тех, которые используются в генераторах звука, или "пищалках"); лучше, если к нему уже будуг припаяны проводки.

> Неоновая лампочка.

> Пара зажимов типа "крокодил".

> Что-нибудь, чем можно с силой надавить на мембрану небольшого диска: например, отвертка или барабанные палочки (но не бейсбольная бита).

Конструируем великолепный инфракрасный детектор, который "видит в темноте"

Вы когда-нибудь мечтали видеть в темноте как кошка? Теперь эти мечты можно реализовать, построив простой, но эффективный инфракрасный детектор. Его электрическая схема состоит всего лишь из трех деталей, не считая батарейки. Ее можно немного улучшить, добавив простой переключатель (типа SPST), который бы отключал устройство, иначе придется вынимать батарейку из отсека в те моменты времени, когда детектор не используется.

Электрическая принципиальная схема инфракрасного детектора изображена на рис. 14.5

Выслеживая инфракрасный свет

Используя инфракрасный сенсор, обратите внимание на такие моменты.

> Разбираемся с истинной природой инфракрасного излучения. Вследствие того, что в пультах дистанционного управления излучается невидимая часть спектра (инфракрасная), иногда приходиться попотеть, чтобы найти причину неисправности, когда что-то не работает. В пульте ли проблема, или что-то сломалось в телевизоре? Теперь, чтобы проверить свой пульт ДУ, достаточно поднести его к детектору инфракрасного диапазона и нажать любую кнопку. Если на детекторе загорится светодиод, значит пульт работает нормально.

> Система обнаружения устройств наблюдения. Теперь можно проверить, не снимает ли кто-то вашу комнату на скрытую камеру. В наши дни существует множество камер, которые могут снимать в темноте, используя инфракрасное излучение, как, например, та, которая изображена на рис. 14.6. Наш детектор можно с успехом использовать для обнаружения любых посторонних систем видеонаблюдения, даже если их не видно невооруженным глазом. Выключите весь свет в помещении и просканируйте комнату детектором. Если только светодиод загорится или хотя бы мигнет, даже когда никакого источника света не видно, то немедленно следует искать, откуда идет этот поток инфракрасного излучения — возможно, от спрятанной в комнате камеры!

Хотя инфракрасный фототранзистор лучше всего реагирует именно на свет, лежащий в ИК-диапазоне, он также засвечивает светодиод и от яркого видимого света. Для получения наилучших результатов нужно выключить или притушить весь посторонний свет. Солнце или прямое освещение от настольных или комнатных ламп может значительно исказить результаты эксперимента.

Радиодетали, необходимые для сборки инфракрасного детектора

Список электронных компонентов, которые понадобятся для конструирования схемы ИК сенсора, очень короток, но, как видите, весьма эффективен.

> VT1: фототранзистор инфракрасного диапазона (в нашем конкретном примере фигурировал RadioShack 276-0145, но сгодится и любой другой).

> R1: резистор 330 Ом.

> VD1: светоизлучающий диод (любого цвета).

Шухер! Полиция!

К сожалению, с помощью этой поделки не арестуешь настоящего преступника, но взвывающая сирена, с которой мы познакомимся поближе в этом проекте, весьма напугает любого, кто осмелится залезть в ваш секретный тайник, где хранятся игральные карты с изображениями футболистов ЧМ 2006, лучшие записи Владимира Высоцкого, открытка с автографом какой-нибудь звезды или что-нибудь еще в том же духе.

Как работает сигнализация

В схеме, изображенной на рис. 14.7, используется пара уже знакомых нам таймеров 555. Оба они включены по схеме автоколебательного мультивибратора, поэтому сигналы на их выходах постоянно меняются с высокого на низкий и обратно. Однако эти таймеры работают на разных частотах. Правая микросхема работает на звуковой частоте и генерирует слышимый сигнал. Если подключить к выводу этой ИС динамик, то можно услышать довольно громкий звук.

Выходной сигнал с левой микросхемы, тем временем, который имеет более низкую частоту, поступает на вывод 5 правой ИМС, к выходу которой присоединялся динамик.

При помощи пары потенциометров, R1 и R2, можно изменять тон сигнала и его скорость, а вообще, при помощи такой нехитрой схемы можно не только воспроизводить любые сирены, но и экспериментировать с любыми другими звуковыми эффектами, просто подкручивая потенциометры. Работать данная схема может от источника питания с любым напряжением в диапазоне от 5 до 15 В.

Перечень элементов для сигнализации на основе таймеров 555

Для того чтобы отучить друзей лазить по вашим ящикам, понадобятся следующие радиодетали:

> Dl, D2: LM555 (таймеры);

> Rl, R3: резистор 2.2 кОм;

> R2: потенциометр 50 кОм;

> R4: потенциометр 100 кОм;

> С1: 47 мкФ (конденсатор электролитический (полярный));

> С2: 0,01 мкФ (конденсатор пленочный (неполярный));

> СЗ: 0,1 мкФ (конденсатор пленочный (неполярный));

> С4: 1 мкФ (конденсатор танталовый или электролитический (полярный));

> Динамик: 8 Ом, 1 Вт.

Как потеряться и снова найтись при помощи электронного компаса

Узнать свое местоположение на Земле вам поможет классный электронный компас! Этот портативный магнитный прибор использует те же самые высокие технологии, которые многие гиганты машиностроения встраивают в последние модели автомобилей для электронного ориентирования. Направления на все четыре стороны света — север, запад, юг и восток — указывают четыре светодиода. Можно также установить дополнительные светодиоды, которые бы указывали четыре поднаправления: северо-запад, северо-восток, юго-запад и юго-восток.

Заглянем под крышку компаса

Самым сердцем маленького электронного компаса является специальный модуль, Dinsmore 1490. Этот модуль не является обычной, повседневно используемой деталью электронной техники. Его нужно заказать заранее, но удовольствие, которые вы получите, развлекаясь с настоящим электронным компасом, сполна стоит тех 13-15 долларов, которые придется выложить за эту высокотехнологичную игрушку. Список региональных дистрибьюторов такой хитрой вещицы можно найти по адресу www.robsonco.com, хотя не стоит забывать о всемогущих Google и Yahoo!. В строке поиска будет достаточно указать ключевые слова "компас dinsmore".

Модуль компаса 1490 не больше наперстка. На нижней части этого устройства имеется 12 тоненьких выводов, нумерация которых соответствует рис. 14.8. Выводы объединены в группы по четыре и функционально делятся на следующие типы:

Принципиальную схему электронного компаса можно видеть на рис. 14.9. Аккуратно припаяв все эти маленькие выводы к остальной части схемы, можно получить отличный портативный электронный компас, который не стыдно взять с собой даже в серьезный поход. Подыщите для него подходящий корпус и расположите все четыре светодиода по часовой стрелке, чтобы они указывали направления на стороны света. Миниатюрные круглые корпуса можно найти на радиорынке или даже в некоторых магазинах товаров для радиолюбителей. Самые маленькие имеют площадь всего около 10 см², хотя здесь, пожалуй, понадобится побольше — чтобы можно было без проблем разместить несколько светодиодов и батарейку.

Питание корпуса можно организовать от 9-вольтовой батарейки; к ней нужно добавить переключатель в положительную цепь, который бы отключал в случае необходимости источник питания от схемы, иначе придется каждый раз вынимать батарейку, чтобы не расходовать ее.

Перечень элементов для электронного компаса

Для того чтобы найти верное направление на север, понадобится соединить вместе следующие радиодетали.

> Модуль компаса: Dinsmore 1490 (магнитный электронный компас — тот самый, о котором шла речь в подразделе "Заглянем под крышку компаса" страницей выше).

> R1..R4: резисторы 1 кОм.

> С1: 10 мкФ (конденсатор электролитический или танталовый (полярный)).

> VD1..VD4: светодиоды (любого цвета).

> Другое: подходящий корпус, зажимы для батарейки.

Да будет звук, когда есть свет...

На рис. 14.10 изображена принципиальная схема световой сигнализации, или будильника. Идея этого проекта предельно проста: как только на устройство попадает свет, оно начинает пищать. Звукогенерирующая часть схемы опять основана на таймере LM555. К нему подключен узел с фоторезистором, который, будучи освещен, переключает транзистор VT1 в открытое состояние. Сигнал с выхода VT1 включает таймер 555, и тот начинает верещать, сообщая, что пора вставать. Чувствительность этого будильника можно подстраивать, вращая головку потенциометра R1.

Как заставить будильник выполнять общественно-полезную работу

Вам кажется немного сложным где-то с пользой применить сигнализацию, которая автоматически включится, как только на нее попадет свет? Сюрприз! Это устройство можно с успехом использовать сразу в нескольких местах. Вот первое, что приходит на ум.

> Установите сигнализацию в шкафчике на кухне, чтобы она начинала громко выть, когда кто-то собрался сделать набег на вкусное печенье. Пусть ваша сестра или "вторая половинка" посидит немного на диете. Как только она попробует приоткрыть дверцу, сигнализация известит каждого в округе о ее проступке.

> Вы начали создавать в гараже сверхсекретное электронное устройство и не хотите, чтобы кто-нибудь узнал о нем? Нет ничего проще — установите свою сигнализацию где-то возле дверей, и, как только кто-то попробует забраться внутрь, дневной свет попадет на фоторезистор, и сирена отпугнет любопытного.

> Создайте автоматического электронного "петуха", который будет будить всех близких, как только завидит первый свет (кому после этого будет нужен обычный будильник?).

Перечень элементов для световой сигнализации

Теперь давайте подробно распишем, какие же радиодетали понадобятся для конструирования этого проекта:

> Dl: LM555 (таймер);

> VT1: 2N3906 (транзистор PNP-типа);

> R1: резистор 100 кОм;

> R2: резистор 3,9 кОм;

> R3: резистор 10 кОм;

> R4: резистор 47 кОм;

> CI, СЗ: 0,01 мкФ (конденсатор пленочный (нсполярный));

> С2: 1 мкФ (конденсатор электролитический или танталовый (полярный));

> динамик: 8 Ом, 0,5 Вт;

> фоторезистор: поэкспериментируйте сами с разными доступными типами: чем больше размер фоторезистора, тем более чувствительной получится схема.

Маленький усилитель — серьёзный звук

Дайте своим электронным безделушкам заявить о себе во всеуслышание — в этом поможет маленький усилитель, основанный на базе недорогих и широко распространенных радиоэлементов. Сердцем этого усилителя звуковой частоты является операционный усилитель LM386, способный усиливать по мощности сигналы с микрофона, генераторов звука и других источников.

Устройство мини-усилителя

Принципиальная схема нашего нового проекта изображена на рис. 14.11; как видите, все устройство состоит всего лишь из шести различных элементов, включая динамик. Работает схема от питания 5-15 В, так что стандартная 9-вольтовая батарейка отлично подойдет.

Для того чтобы протестировать усилитель звука, на его вход нужно подать какой-либо сигнал, например с микрофона. Сам сигнал подается на вывод 3 микросхемы LM386, а земля с источника сигнала должна быть подключена к общему проводу схемы (ее точке земли).

В зависимости от источника сигнала может оказаться, что если между входом и выводом 3 операционного усилителя дополнительно установить конденсатор емкостью 0,1-10 мкФ, качество звука немного улучшится. В качестве конденсаторов с меньшей емкостью (до 0,47 мкФ) лучше брать пленочные элементы, а с большей (от 1 мкФ) — танталовые. При использовании полярных конденсаторов "+" элемента (положительный вывод) нужно подключить к источнику сигнала.

В этом мини-усилителе не предусмотрена регулировка громкости, да и качество звучания оставляет желать лучшего, но для такого компактного устройства наш усилитель имеет очень серьезные характеристики.

Перечень элементов для мини-усилителя

Запишем еще один перечень элементов, которые понадобятся для сборки нашей новой системы:

> Dl: LM385 (операционный усилитель);

> R1: резистор 10 Ом;

> С1: 10 мкФ (конденсатор электролитический или танталовый (полярный));

> С2: 220 мкФ (конденсатор электролитический (полярный));

> СЗ: 0,047 мкФ (конденсатор пленочный (неполярный));

> динамик: 8 Ом, 0,5 Вт.

Чем лучше микрофон и динамик, тем выше качество звука на выходе мини-

усилителя.

Удобный и компактный измеритель влажности

Построив следующую электронную безделушку, вы, конечно, не сможете находить воду посреди безжизненных скал, как лозоискатели Средневековья, но определенно будете в силах заявить, есть ли жидкость в листьях того или иного растения или вода под паласом, прибитым со всех сторон плинтусом. Принципиальная схема этого замечательного устройства изображена на рис. 14.12.

Как работает измеритель влажности

Компактный измеритель влажности обманчиво прост. Принцип его работы основан на электрической проводимости воды (согласно которому никто не залазит в ванну со включенным феном в руках), о котором шла речь в главе 9. Анализатором служат два тонких металлических щупа Если погрузить их в воду, электрическая цепь схемы замкнется вследствие хорошей проюдимости воды, ну, а это значит, что через транзистор потечет электрический ток. Как только транзистор перейдет в открытое состояние, он зажжет светодиод, и мы увидим, что вода имеется, и даже в достаточном количестве. Если же щупы не коснутся воды (или другого проводящего материала или вещества), то в цепи устройства так и останется разрыв, вследствие которого светодиод останется выключенным.

Легче всего сделать металлические щупы из обычных гвоздей. Их следует закрепить на подходящем куске пластмассы (но не металла) так, чтобы вниз торчали кончики длиной пару сантиметров. Естественно, лучше всего, если они будут параллельны друг другу. Острые кончики гвоздей идеально подходят для погружения щупов вглубь материала, под которым может оказаться вода. Так, к примеру, аккуратно проткнув ковровое покрытие в комнате, можно будет однозначно сказать, не просочилась ли под него вода вследствие аварии трубопровода за стенкой.

Чувствительность измерительного прибора можно легко настраивать при помощи потенциометра R2. Лучше всего начать эксперименты в среднем положении потенциометра и покрутить его головку туда-сюда, оценивая реакцию прибора на ту или иную концентрацию воды.

Электрическое питание измерителя воды может иметь величину от 5 до 12 В, так что старая добрая батарейка 9 В пригодится и здесь.

Перечень элементов для измерителя влажности

Для сборки очередной электронной поделки нам понадобятся следующие радиоэлементы:

> VT1: 2N2222 (NPN транзистор);

> R1: резистор 470 Ом;

> R2: 50 кОм (потенциометр);

> VD1: светодиод (любого цвета);

> щупы: пара тонких гвоздей.

Если вы не до конца поняли, для чего именно использовать гвозди — перечитайте описание проекта еще раз; в данном случае мы применяем их отнюдь не стандартным способом.

Классный генератор светомузыкальных эффектов

В начале 1990-х годов было очень модно иметь дома заграничный магнитофон с эффектом светомузыки, который мигал лампочками в такт любимым хитам. И у вас появилась возможность самостоятельно собрать похожее устройство (генератор эффектов, а не магнитофон) буквально за полчаса-час.

Для схемы, которую бы по достоинству оценил любой гипнотизер или поп-исполнитель (принципиальная схема приведена на рис. 14.13), понадобятся лишь две дешевые интегральные микросхемы и горсточка дискретных элементов.

Сама схема состоит, собственно, из двух основных частей.

> Узел управления: все тот же старый добрый таймер LM555, с которым мы впервые познакомились еще в начале этой главы; он расположен в левой части схемы. В данном устройстве он снова включен в качестве автоколебательного мультивибратора (т.е. по своим функциям ничем не отличается от самой первой схемы с мигающим светодиодом, описанной в разделе "Делаем классный, отпадный мигающий фонарик"). Таймер генерирует импульсные колебания, частота повторения которых может управляться при помощи потенциометра R1.

> Узел индикации: вторая (правая) часть схемы состоит из десятичного КМОП-счетчика 4017 и подключенных к его выходам светодиодов. Микросхема 4017 выдает сигнал со своего входа (вывод 14) последовательно на каждый из десяти диодов, которые включатся на время выдачи сигнала. Микросхема включена таким образом, что повторяет последовательный перебор выходов бесконечно или, по крайней мере, до тех пор, пока на нее подано питание.

Подключение светодиодов

Для того чтобы оценить эффект, можно для начала собрать схему генератора светомузыкальных эффектов на макетной плате. Если же вы не любите полумер и хотите сразу браться за паяльник, то сперва пораскиньте мозгами, как именно включить диоды. Разместив их несколькими методами, можно получить разные светоэффекты.

> Разместите светодиоды последовательно в ряд: тогда они будут вспыхивать один за другим сверху вниз (или наоборот).

> Разместите светодиоды в ряд, чередуя их номера то слева, то справа: светодиоды будут загораться сначала по краям линии, а потом сходиться к центру.

> Разместите светодиоды по кругу: они будут обегать круг по часовой стрелке или против нее, как на рулетке в казино.

> Разместите светодиоды в форме сердца: и ваша вторая половина не устоит перед таким подарком на день Валентина.

Перечень элементов для световой сигнализации

Напоследок подробно распишем, какие же радиодетали понадобятся для конструирования этого проекта:

> Dl: LM555 (таймер);

> D2: 4017 (десятичный счетчик);

> Rl: 1 МОм (потенциометр);

> R2: резистор 47 кОм;

> R3: резистор 330 Ом;

> С1: 0,47 мкФ (конденсатор пленочный (неполярный));

> С2: 0,1 мкФ (конденсатор пленочный (неполярный));

> VD1..VD10: светодиоды (любого цвета).

Глава 15

Настоящий робот в вашей семье

В этой главе...

> Из чего же сделаны роботы?

> Подготовка к созданию собственного робота

> Конструирование Ровера — начальной модели робота

> Робот увеличивает свой IQ

> Окончательная сборка робота: мотор, колеса, органы управления и источник питания

> Программирование мозгов Ровера — микроконтроллера BASIC Stamp 2

> Дальнейшее погружение в мир роботехники

(Термин "роботехника" был впервые введен американским писателем-фантастом Айзеком Азимовым в 1942 году. Поскольку именно он придумал в общем-то новый для науки термин, то мы будем в дальнейшем применять это слово. Однако в русском языке очень часто применяется и термин "робототехника". — Примеч. перев.)

Отбросим заблуждения: электроника — это весело, но когда любитель доделывает свой четырнадцатый проект с мигающими светодиодами, он чаще всего внезапно осознает, как мало он знает о ней. Постигая со временем все новые и новые грани искусства схемотехники, человек начинает поневоле обращаться ко все более сложным и большим проектам.

Возможно, именно роботехника и является тем концентрированным воплощением электроники, которое вы так долго искали. Робот представляет собой квинтэссенцию всех аппаратных и программных средств электроники как науки — все вместе туго скручено в клубок проводов и микросхем, который неожиданно вдыхает жизнь в кусок пластика, металла и кремния. А ведь еще не так давно создание робота требовало напряжения всех умственных сил и долгих часов кропотливой работы в мастерской и лаборатории, не говоря уж о затраченных тысячах долларов.

Однако благодаря развитию современной электроники (а в особенности микроконтроллерам) теперь стало возможным не только построить робота за каких-то 150 долларов, но и запрограммировать его на выполнение практически любых задач. Что именно будет он делать — решать вам. Он может искать новые формы жизни или исследовать потаенные уголки в комнате вашей сестры. А может, вы придумаете для него такое предназначение, о котором еще никто и никогда не догадывался?..

В этой главе мы попробуем сконструировать двух роботов (фактически это будет один робот, но в двух исполнениях). Один из них представляет собой глупого бота — без нормальных "мозгов". Второму же вы дадите микроконтроллер, который запрограммируете на выполнение любых задач. Ну, а в заключение хочется добавить: будет ваш первый робот с "мозгами" или без, в любом случае удовольствие от работы вам гарантировано.

Роботы: взгляд под микроскопом

Наверное, каждый из нас видел роботов в кино. Они выглядят, как люди, ходят, разговаривают и стойко отражают все атаки космических пришельцев своим лазерным оружием. Однако даже невзирая на то, что за последние два десятилетия роботехника продвигается вперед как никогда быстро, современные роботы пока не могут похвастаться такой функциональностью. Робот, которого реально собрать "на коленках" в домашней мастерской, по размеру будет не больше котенка и иметь мозгов в десять раз меньше, чем у мушки-дрозофилы. Но это отнюдь не значит, что с ним будет неинтересно общаться: наоборот, с такой игрушкой можно пройти далеко вперед в своих занятиях электроникой, постоянно улучшая его.

Два роботехнических проекта, которые мы рассмотрим в этой главе, относят конечные устройства к разным категориям роботов: работающих под управлением человека и полностью автономных.

> Робот, работающий под управлением человека представляет собой механизм, который не может принимать решения сам. Всю умственную работу выполняет за него оператор. В чем-то такой робот напоминает детский автомобиль на радиоуправлении. Контроль над ним может быть осуществлен как посредством проводной связи, так и по радио. Создание такого робота — отличный способ набить руку, прежде чем приступать к конструированию более сложных моделей.

> Автономные роботы могут принимать решения исключительно по своей инициативе. Они имеют встроенный компьютер и один или несколько сенсоров, с помощью которых могут распознавать окружающую среду и адекватно реагировать на ее изменения. Человек лишь программирует этот компьютер таким образом, чтобы робот правильно выполнял все поставленные ему задачи.

В этой главе мы начнем работу с конструирования управляемого робота. Его проект весьма прост и состоит из основания робота (его несущей конструкции) с двумя моторами на борту, двух ведущих колес и шарнирного соединения, которое удерживает все эти части вместе. Контроль над роботом осуществляется посредством двух переключателей, каждый из которых управляет одним из двигателей. Эти переключатели монтируются на небольшой пластинке из пластмассы или дерева; там же размещаются батарейки. Вся конструкция органов контроля подсоединяется к роботу при помощи длинных проводов и представляет собой своего рода дистанционное управление, посредством которого вы можете управлять роботом из любой части комнаты.

Чуть позже вы узнаете, что нужно для того, чтобы сконструировать полностью автономного робота. В нем будет покончено с переключателями — их заменит микроконтроллер BASIC Stamp 2, который будет соответствующим образом запрограммирован. Этот робот получит также некое подобие бампера, который подскажет микроконтроллеру, что произошло столкновение платформы с каким-то препятствием на пути. В этом случае робот согласно вашей же программе сам сможет изменить направление движения, чтобы обойти преграду.

Перечень необходимых элементов для сборки Ровера

Давайте прикинем, какие же электронные компоненты понадобятся нам для того, чтобы создать робота (о них будет подробно рассказано в процессе сборки):

> нижняя панель (дека), вырезанная по размеру;

> верхняя панель (дека), вырезанная по размеру;

> 2 электромотора Tamiya с червячной передачей (модель № 72004);

> 2 узких колеса Tamiya (модель № 70145);

> колесо диаметром 30 мм с шарнирным соединением;

> 2 винта типа МЗ (для крепления указанных электромоторов) к декам;

> 2 гайки МЗ или другого подходящего размера (для крепления колеса на шарнире);

> 4 стойки под винты или гайки (или 4 винта длиной 30-40 мм) для крепления дек между собой;

> 2 двунаправленных переключателя (тумблера), разомкнутые в центральном положении. Толкатели ключей должны быть подпружинены, чтобы тогда, когда оператор отпускает ключ, толкатель сам возвращался в центральное положение;

> отсек на 4 батарейки типа АА (пальчиковые);

> небольшая деревянная или пластиковая дощечка (примерно 10x10 см) для монтажа управляющих переключателей и батарей;

> 7-8 метров гибкого электрошнура;

> припой;

> изоляционная лента.

Дополнительно следует учесть некоторые соображения относительно того, где и как можно найти эти элементы и материалы.

> Что касается предложения по поиску материалов для верхней и нижней панелей несущей платформы, эти сведения будут даны в разделе "Подбираем необходимые материалы" чуть ниже.

> Моторы и колеса от Tamiya или подобные им можно найти во многих магазинах радиотоваров. В качестве примера относительно внешнего вида рекомендуем посмотреть информацию на сайте фирмы Tower Hobbies (www.towerhobbies.com). Кроме того, в приложении в конце книги приведен довольно внушительный список фирм и магазинов.

> Шарнирные колеса диаметром около 30 мм можно найти во многих магазинах фурнитуры или магазинах, где продают товары для дома.

> Двунаправленные тумблеры, отсеки для батареек и другие элементы электрической части робота можно поискать как на радиорынке, так и в магазинах, где продают товары для радиолюбителей.

В следующих разделах мы подробно рассмотрим все операции по подбору материалов и комплектующих й изготовлению робота.

Детали для робота

Краткость — сестра таланта. Запомните это, и тогда вы действительно поймете — для того, чтобы собрать надежного робота, не нужно усложнять его. Используя простые и крепкие материалы и самые обычные инструменты, можно сконструировать отличного робота. Здесь полезен минимализм — чем проще дизайн, тем меньше у вас будет головной боли по поводу того, как собрать робота. К примеру, значительно проще соорудить его в форме параллелепипеда, чем в форме шара: от конструктора потребуется резать лишь по прямой. А если вырезать основание робота из остатков материалов, то на этом можно еще и порядочно сэкономить.

Лучше также сразу решить, насколько вы дотошный и педантичный в мелочах — скажем, в вопросе конструирования того же основания. Так, некоторые радиолюбители полагают: все, что не относится непосредственно к электронике, не стоит внимания, а пилить, сверлить и строгать для них — хуже горькой редьки. Такие мастера берут моток липкой ленты и погружаются в изучение ее клеящих свойств. Хотя и такой метод конструирования имеет право на существование, надежная постоянная конструкция все же кажется более предпочтительной. Настоящий робот должен быть малоуязвим для разных преград, и его запчасти не должны отваливаться сами по себе, если только это не предусмотрено.

Знакомимся с роботом Ровером

Ровер, с которым мы познакомимся поближе в этой главе, представляет собой весьма простого робота, который, однако, поможет вам окунуться в мир роботехники и послужит отличным проводником. Конструкцию тела Ровера мы будем использовать впоследствии для создания его более сложного наследника.

> Простой Ровер состоит из двух небольших редукторных моторчиков постоянного тока, которые контролируют его движение на плоскости; управление движением осуществляется при помощи двух переключателей. Редукторный электродвигатель — это тот же самый обычный мотор, за исключением того, что в нем имеется набор шестеренок, который упрощает управление скоростью вращения для таких задач, как, например, конструирование небольших роботов и механизмов. Ровер может гордо проехаться по дому под управлением пары переключателей, которыми вы будете щелкать вверх-вниз. На самом деле на практике все выглядит куда веселее, чем мы здесь описываем, особенно если рядом есть кот или собака. (Не волнуйтесь — в этом проекте мы гарантируем, что ни одно домашнее животное не пострадает.)

> Более совершенный Ровер имеет микроконтроллер в голове — BASIC Stamp 2, т.е. он является самостоятельным и полностью автономным роботом. Теперь вам придется написать программу и запрограммировать вашего нового питомца. Кроме того, в нем используются специальные электромоторы, которые мы еще и попытаемся модифицировать, разобрав их. Ну, а подробнее об этом речь пойдет в разделе "Модификация радиоуправляемых серводвигателей".

Подготовка к конструированию робота

Перед тем как просверлить первое отверстие или закрутить первую гайку, совершенно необходимо сначала прикинуть дизайн будущего робота, подготовить все материалы и рассортировать все необходимые для производства запчасти.

Сначала был шаблон

Если в более простых проектах, изложенных в нашей книге ранее, все начиналось с принципиальной схемы, как, например, в главе 14, то на этот раз мы постепенно эволюционируем к шаблону для сверления и распиловки. Такой шаблон (или форма) служит основой всего робота, и от него мы будем отталкиваться в дальнейшем. Лучше будет, если вы нарисуете шаблон на плотной бумаге в масштабе 1:1.

Примерный шаблон для сверления и распиловки для Ровера показан на рис. 15.1. Робот, как видите, будет иметь двухуровневую структуру. Все размеры на рисунке приведены в миллиметрах.

Шаблон состоит из двух деталей, которые мы будем называть панелями или просто деками. Итак, имеются нижняя и верхняя деки. К нижней будут крепится электромоторы и колеса, а верхняя послужит основой для будущих дополнительных надстроек (например, схемы с микроконтроллером для повышения IQ нашего робота).

Обе деки крепятся между собой при помощи так называемых стоек, которые представляют собой длинные металлические стержни с резьбовыми соединениями на одном или обоих концах, на которые можно накручивать гайки (или в которые можно вкручивать винты). Подробнее узнать, как они выглядят и что собой представляют, вы сможете в последующих разделах.

Подбираем необходимые материалы

Для того чтобы собрать Ровера, понадобятся только самые элементарные навыки мастерового. Так, деки можно сделать практически из любого материала, имеющегося под рукой. Вот примеры, которые приходят на ум практически сразу.

> Плотная фанера (6-8 мм): отличным выбором будет так называемая фанера для планеров, которую можно достать в магазинах.

> Жесткий поливинилхлорид (6-8 мм): сокращенно — ПВХ; это твердый пластик.

> Плексиглас, или полиакрилат (3-5 мм): его еще называют оргстеклом. Такой материал элементарно достать в хозяйственных магазинах или просто найти на чердаке либо в кладовке дома.

Кажется, наиболее подходящим конструкционным материалом будет поливинилхлорид — обычная пластмасса: она прочная и одновременно легкая, очень дешевая, ее легко достать, просверлить и распилить по размеру. Ее можно обрабатывать практически так же легко, как и дерево, да во многих случаях она и служит заменой тому же дереву. Прочная пластмасса отлично подходит для наших целей, но, к сожалению, она не продается в магазинах в виде листов. Поэтому проще поискать ее на раскладках с дешевыми пластмассовыми деталями или возле заводов по литью пластмассы.

Наименее же подходящим из списка подходящих материалов (вот такой каламбур!) будет полиакрилат.

> При несоблюдении определенной осторожности плексиглас может треснуть в процессе сверления или резки.

> Инструменты довольно быстро тупятся о плексиглас.

> На поверхности органического стекла могут накапливаться огромные статические разряды, которые, как указывалось в главе 2, могут повредить чувствительные электронные компоненты.

Однако при всем при том, хотя полиакрилат и не идеален для решения текущей задачи, в случае необходимости его также можно использовать.

Изучаем детали машин

Основная несущая конструкция тела нашего робота будет состоять из двух пластин: верхней и нижней. Размеры нижней деки согласно чертежу составляют 150 х 160 мм. В ней также нужно будет сделать выемки для колес робота. Верхняя дека имеет размеры 150 х 120 мм — вполне достаточно для того, чтобы комфортно разместить всю необходимую электронную часть робота.

Date: 2015-09-26; view: 643; Нарушение авторских прав