Zestaw DIY do samodzielnego montażu inteligentnego robota śledzącego linię D2-5

Zestaw dla majsterkowiczów z robotem śledzącym linię D2-5

Przegląd produktów

Nazwa produktu: D2-5 Smart Robot Car DIY Kit

Model produktu: TJ-56-132

Główne komponenty: Komparator napięcia LM393, fotokomórki, motoreduktory DC

Wraz z rosnącym naciskiem na holistyczną edukację, wiele szkół uczyniło budowanie inteligentnych samochodów projektem badawczym. Inteligentne samochody są angażujące i obejmują wiedzę z wielu dziedzin, w tym konstrukcji mechanicznych, podstaw elektroniki, zasad działania czujników, automatycznego sterowania, a nawet programowania mikrokontrolerów. Dzięki praktycznym ćwiczeniom uczniowie mogą znacznie poprawić swoje umiejętności rozwiązywania praktycznych problemów. Co więcej, inteligentne samochody są również doskonałą platformą sprzętową. Po dodaniu kilku obwodów sterujących można realizować projekty takie jak samochody podążające za linią, roboty strażackie, roboty piłkarskie, roboty omijające przeszkody i samochody zdalnie sterowane.

Na białym polu znajduje się czarny tor o szerokości 16 mm. Nasz samochód śledzący może automatycznie poruszać się po czarnym torze, bez względu na to, jak zakrzywiony jest tor - to niesamowite! Jak wiadomo, współczynnik odbicia światła jest inny w przypadku białego i czarnego obiektu. Tutaj używamy czerwonej diody LED jako źródła światła. Światło jest odbijane od podłoża do fotorezystora. Wykrywając zmianę rezystancji fotorezystora, możemy określić, czy samochód jedzie po białym obszarze. Jeśli wykryje czarny ślad, oznacza to, że samochód zboczył z kursu. Silnik po tej stronie zwolni lub nawet się zatrzyma, a zielona dioda LED po tej stronie zgaśnie, zmuszając samochód do jazdy w przeciwnym kierunku. W ten sposób samochód może zawsze pozostać na torze.

Kluczowe funkcje i wartość edukacyjna

• Cel edukacyjny: Ten zestaw demonstruje podstawowe zasady elektroniki, w tym wykrywanie światła (fotokomórka), porównywanie napięcia (LM393) i mechanizmy napędu silnika.
• Zasada działania: Obwód wykorzystuje komparator LM393 do monitorowania dwóch fotokomórek. Po wykryciu braku równowagi (np. samochód zjeżdża z toru), system natychmiast zatrzymuje jeden silnik i przyspiesza drugi, aby skorygować kurs. Tworzy to zamknięty system sterowania.
• Zakres techniczny: Płytka drukowana jest przystosowana do pracy w szerokim zakresie temperatur (od -40 do +85°C).
• Montaż: Jest to zestaw wymagający lutowania, zaprojektowany w celu zapewnienia praktycznego doświadczenia z montażem obwodów i konstrukcją mechaniczną.
• Projekt edukacyjny: Ten zestaw dla majsterkowiczów służy jako narzędzie edukacyjne, ucząc obsługi fotokomórki, komparatora napięcia i mechanizmów napędu silnika.
• Zaawansowane projektowanie obwodów: Wyposażony w komparator LM393 i fotokomórkę, ten zestaw DIY zwiększa zrozumienie zasad elektroniki.
• Wydajne sterowanie silnikiem: Obwód napędu silnika zapewnia szybką i precyzyjną regulację kierunku.
• Montaż DIY: Ciesz się praktycznym doświadczeniem lutowania tego zestawu, rozwijając praktyczne umiejętności elektroniczne.

Szczegółowa zasada działania

Samochód podąża po torze, wykrywając różnicę w świetle odbitym od powierzchni. Biała powierzchnia odbija więcej światła niż czarna.

• Wykrywanie: Dwie diody LED oświetlają tor bezpośrednio przed fotokomórkami. Fotokomórki zmieniają rezystancję w zależności od intensywności odbitego światła (niska rezystancja przy jasnym świetle, wysoka rezystancja przy słabym świetle).
• Porównanie: Układ scalony podwójnego komparatora napięcia LM393 porównuje wejścia napięciowe z dwóch fotokomórek. Wykorzystuje wyjście z otwartym kolektorem, które wymaga rezystorów podciągających, aby uzyskać wysoki poziom wyjściowy.
• Korekta: Jeśli jeden z czujników przekroczy czarną linię, zmiana rezystancji uruchamia komparator. Obwód modyfikuje wtedy zasilanie dwóch silników, powodując, że samochód wraca na właściwą ścieżkę.

Podsumowanie zasady działania: LM393 stale porównuje wartości dwóch fotorezystorów. Gdy wystąpi brak równowagi (np. jedna strona naciska na czarną ścieżkę), natychmiast zatrzymuje jeden silnik, jednocześnie przyspieszając drugi, korygując w ten sposób kierunek jazdy samochodu i przywracając mu prawidłową orientację. Cały proces jest sterowany w pętli zamkniętej, umożliwiając szybką i czułą kontrolę.

Opis komponentów

• Światłoczułe urządzenie oporowe: Jest to światłoczuły rezystor. Może on wykrywać natężenie światła zewnętrznego. Im silniejsze światło zewnętrzne, tym mniejsza fotorezystancja; im słabsze światło zewnętrzne, tym większa rezystancja. Gdy czerwone światło LED jest rzutowane na białą i czarną powierzchnię pasa startowego, współczynnik odbicia jest inny, co powoduje, że wartość rezystancji rezystora światłoczułego wykazuje oczywistą różnicę w późniejszym sterowaniu obwodem.
• Układ scalony komparatora LM393: LM393 to układ scalony podwójnego komparatora napięcia składający się z dwóch niezależnych precyzyjnych komparatorów napięcia. Jego rolą jest porównywanie dwóch napięć wejściowych, zmieniając poziom napięcia wyjściowego w oparciu o dwa napięcia wejściowe. Wyjście ma dwa stany: bliski otwarcia lub bliski niskiego poziomu. LM393 wykorzystuje wyjście z otwartym kolektorem, więc konieczne jest dodanie rezystancji podciągającej, aby uzyskać wysoki poziom wyjściowy.
• Silnik prądu stałego z redukcją biegów: Silnik prądu stałego napędzający samochód musi zwalniać; w przeciwnym razie samochód poruszałby się zbyt szybko, aby można było nim sterować. Dodatkowo, bez zwalniania, moment obrotowy byłby zbyt mały do prawidłowego działania. Specjalnie dostosowaliśmy ten typ silnika, który jest zintegrowany z przekładniami redukcyjnymi, co znacznie zmniejsza trudności produkcyjne i sprawia, że jest on bardzo odpowiedni do naszego użytku.

Specyfikacja techniczna

• Komparator: LM393
• Czujniki: Fotorezystory (rezystory światłoczułe)
• Silniki: Niestandardowe silniki prądu stałego ze zintegrowanymi przekładniami redukcyjnymi. Przekładnie zapewniają niezbędny moment obrotowy i zmniejszają prędkość w celu kontrolowanego ruchu.
• Zasilanie: 2x baterie AA (brak w zestawie)
• Zakres temperatur pracy: od -40°C do +85°C

Instrukcja montażu

Proces montażu podzielony jest na cztery główne etapy:

Krok 1: Lutowanie płytki drukowanej

• Przylutuj elementy do płytki drukowanej w kolejności ich wysokości (od najkrótszego do najwyższego).
• Rozpocznij od 8 rezystorów. Użyj multimetru, aby zweryfikować wartości rezystancji po lutowaniu.
• Zwróć uwagę na polaryzację komponentów takich jak tranzystory, kondensatory elektrolityczne (krótki przewód jest ujemny, a cień sitodruku wskazuje polaryzację) i zielona dioda LED (długi przewód jest dodatni).
• Elementy D4, D5, R13 i R14 można początkowo pozostawić nielutowane. Układ scalony można włożyć do gniazda.
• Wstępnie po zakończeniu spawania należy dokładnie sprawdzić, aby zapobiec zaniedbaniom.

Krok 2: Montaż mechaniczny

• Koła: Zmontuj każde koło za pomocą trzech czarnych akrylowych dysków. Usuń folię ochronną, wyrównaj dyski i zabezpiecz je śrubami i nakrętkami. Przymocuj zespół koła do wału silnika za pomocą wkrętu samogwintującego. Na koniec nałóż silikonową oponę na koło.
• Podwozie: Włóż uniwersalną śrubę koła do płytki drukowanej i zabezpiecz ją nakrętką. Przymocuj pojemnik na baterie do płytki drukowanej za pomocą taśmy dwustronnej. Przylutuj przewody pojemnika na baterie do płytki (czerwony do dodatniego zasilania 3 V, żółty do masy).
• Silniki: Zamontuj silniki w wyznaczonych miejscach na płytce drukowanej za pomocą kleju. Upewnij się, że koła i krawędź PCB zachowują wystarczający odstęp. Przylutuj przewody silnika do płytki drukowanej, upewniając się, że przewody są wystarczająco długie, aby umożliwić łatwą wymianę, jeśli kierunek obrotu jest nieprawidłowy.

Krok 3: Instalacja obwodu optoelektronicznego

• Zainstaluj fotorezystory i diody LED (przestrzegając biegunowości) na płytce drukowanej od odwrotnej strony.
• Upewnij się, że komponenty są umieszczone około 5 mm od powierzchni podłoża. Odległość między fotorezystorem a odpowiadającą mu diodą LED również powinna wynosić około 5 mm.
• Na koniec wykonaj test elektryczny.

Krok 4: Debugowanie pojazdu

• Włóż 2 baterie AA do pojemnika na baterie i ustaw przełącznik w pozycji "ON". Kierunek jazdy samochodu powinien być zgodny z kierunkiem uniwersalnego koła.
• Test kierunku: Przytrzymaj dłoń nad lewym fotorezystorem; prawe koło powinno się obracać. Przytrzymaj dłoń nad prawym fotorezystorem; lewe koło powinno się obracać.
• Rozwiązywanie problemów:
  • Jeśli samochód jedzie do tyłu, odwróć połączenia obu silników jednocześnie.
  • Jeśli jeden silnik obraca się w niewłaściwą stronę, zamień okablowanie tylko dla tego konkretnego silnika.

Zawartość opakowania

• 1 x zestaw D2-5 Smart Robot Car Kit (zawiera płytkę drukowaną, komponenty elektroniczne, elementy podwozia, silniki i koła)
• Instrukcje instalacji i tor są dołączone

Ważne uwagi

• Ten produkt jest dostarczany jako zestaw instruktażowy i wymaga montażu.
• Źródło zasilania (2x baterie AA) nie jest dołączone.
• Zestaw wymaga lutowania - niezbędne są podstawowe umiejętności lutowania.
• Aby prawidłowo korzystać z tego produktu, należy go zmontować zgodnie z instrukcjami.

Test podążania za linią: Może automatycznie podążać za czarną ścieżką i automatycznie określać kierunek - to naprawdę niesamowite!