Электромагнитные игрушки своими руками
Обновлено: 27.04.2024
На хлеб с маслом заработал. Поисковой магнит
Меня вдохновило написать эту инструкцию, когда стоя на автобусной остановке, я увидел как два пенсионера, слегка бомжеватого вида, расталкивая всех, бросились к подъехавшей маршрутке. Один, подбежал
Устройство задержки выключения - 4
Устройство из серии «Два в одном» В большинстве случаев бытовые включатели освещения находятся внутри комнаты, гаража, кладовки или другого служебного помещения. Выходя наружу и выключив освещение,
Сборка плат ЛБП G400 0-30V 3А
Всем доброго времени суток. Предлагаю вашему вниманию свои варианты сборки плат довольно популярного линейного ЛБП описанного в чешском журнале «ELEKTROinzert» за 1996 год. Поскольку данный ЛБП
Трехтональный электронный звонок
Предлагается вариант изготовления трехтонального электронного квартирного звонка. Конструкция предельно проста в изготовлении, позволяет получить мелодичный сигнал о приходе гостя. Длительность
Сенсорный светильник с таймером - 2
Оригинальное сенсорное устройство, «ЛУЧШИЙ ПАРАМЕТР» которого зашифрован ребусом. Ток дежурного режима (после быстрого заряда конденсаторов) не превышает 0,000 мА . Сенсорный светильник с таймером
Простой сильноточный фильтр питания из хлама
Относительно сильноточный, речь идет о 5…10 А, П-фильтр для подавления выбросов в цепи питания, здесь, предназначен для экспериментов с высоковольтными (ВВ) преобразователями и индукционными
Простой высоковольтный источник питания на автомобильной катушке зажигания
Весьма простой источник высокого напряжения (ВВ) собран на индукционной катушке – автомобильной «бобине» от контактного зажигания. Мой источник выполнен в виде настольного макета и может быть
Монтаж в корпусе готовой ЭН мощностью 150Вт
Всем доброго времени суток. Предлагаю вашему вниманию свой вариант «упаковки» в корпус довольно популярной китайской электронной нагрузки мощностью 150Вт. Идея была повысить удобство эксплуатации
Светодиодный аварийный осветитель – 6
Светодиодный аварийный осветитель (далее просто САО6 ) является экономичным автономным фонарём, автоматически включающимся при нарушении сетевого (~230 В) освещения, отрабатывающим два цикла
Кемпинговый фонарь с лампой 60 вольт
В этот раз расскажу вам историю про одну кемпинговую лампу. История, которой началась не в таком уж далеком 2012 году, тогда я купил ее имениннику в магазине за 1000 рублей и подарил другу пчеловоду,
Подставка для паяльника со стабилизатором температуры
Много лет, как наверное почти все, пользовался подставочками под паяльники самого простецкого вида и способа изготовления. От простой коробочки карболитовой от велосипедной аптечки, до куска
Доработка «Кормушки-турника для синиц» (ДКТС) и Приоритетная кормушка-синицам-3 (ПКС-3)
ДКТС (Доработанная кормушка – турник для синиц) выполнена для увеличения количества одновременно принимаемых мелких птиц: синиц, поползней, воробьёв. В связи с увеличением плотности «застройки»
Контрольно-измерительный прибор
Речь идет об удобной коробочке для милливольтметра работающего с токоизмерительным шунтом - в блоке питания небольшого стационарного электролизера для получения гремучего газа. Конструирование
Светозвуковой сигнализатор - 2
«Задачка» для подрастающих изобретателей При ДТП некоторая часть пешеходов погибает не от столкновения с транспортным средством, а от инфаркта, испугавшись чрезмерно громкого сигнала автомобиля
Лопатка для еды
Трёхмерная лента Мёбиуса с односторонней поверхностью
Простой штатив для съёмки на смартфон из подручного материала
Ремонт мягкого кресла. Просели пружины
Молоток для инкрустации по дереву
Аквариум с линями и карасями из бутыли 10л
Технический прогресс преображает наши улицы и дома, меняет стиль общения, регламентирует стиль поведения, и наполняет мир вокруг огромным количеством разнообразной электроники. Повсеместная популяризация интернета сделало невозможным отсутствие хотя бы одного компьютера в каждой семье. Со временем электронные схемы и целые приборы выходят из строя и становятся обычным хламом, не подлежащим ремонту и восстановлению. Но даже в этом случае можно извлечь пользу из вышедшей из строя техники, обогатив интерьер очередной поделкой. Наш раздел «Электроника своими руками» посвящен изготовлению самоделок, из неработающих бытовых приборов, а также созданию всевозможных электрических устройств с помощью подручных средств.
Мы расскажем о производстве мини-аккумулятора в домашних условиях, а также продемонстрируем, как можно сделать стол, вмонтировав в него жидкокристаллический экран от телевизора или монитора или произвести замену кассетной аудиосистемы в автомобиле на встроенный компьютер. На страницах нашей рубрики вы узнаете, как изготовить светодиодную подставку и украшения для новогоднего вечера с LED элементами внутри.
Большинство самоделок из данного раздела придутся по душе представителям сильной половины человечества. Любители покопаться в технике найдут для себя отдушину на страницах Самоделкина. Если вы разбираетесь в электронике на достаточном уровне, создание представленных на сайте шедевров не составит особого труда и поможет с пользой провести один из долгих зимних вечеров. Самое главное – запастись терпением и необходимыми комплектующими деталями. Процесс создания электронных и электрических приборов требует поддержания мер безопасности и осторожного обращения с электричеством. Поэтому мы настоятельно рекомендуем не просто присутствовать рядом, но и активно принимать участие в создании любой поделки из данного раздела, которая заинтересовала ваших детей.
Если у вас есть собственные наработки в области создания различных электротехнических поделок, мы будем рады поделиться вашими подробными обзорами с нашими многочисленными посетителями. Присылайте свои варианты самоделок с применением электроники, детальные фотографии и видео инструкции, а мы незамедлительно опубликуем ваши идеи на просторах нашего портала.
Схемы простейших электронных устройств для начинающих радиолюбителей. Простые электронные игрушки и устройства которые могут быть полезны для дома. Схемы построены на основе транзисторов и не содержат деффицитных компонентов. Имитаторы голосов птиц, музыкальные инструменты, светомузыка на светодиодах и другие.
Генератор трелей соловья
Генератор трелей соловья, выполненный на асимметричном мультивибраторе, собран по схеме, приведенной на рис. 1. Низкочастотный колебательный контур, образованный телефонным капсюлем и конденсатором СЗ, периодически возбуждается импульсами, вырабатываемыми мультивибратором. В итоге формируются звуковые сигналы, напоминающие соловьиные трели. В отличие от предыдущей схемы звучание этого имитатора не управляемое и, следовательно, более однообраз ное. Тембр звучания можно подбирать, меняя емкость конденса тора СЗ.
Рис. 1. Генератор-иммитатор трелей соловья, схема устройства.
Электронный подражатель пения канарейки
Рис. 2. Схема электронного подражателя пения канарейки.
Электронный подражатель пения канарейки описан в книге Б.С. Иванова (рис. 2). В его основе также асимметричный мультивибратор. Основное отличие от предыдущей схемы — это RC-цепочка, включенная между базами транзисторов мультивибратора. Однако это несложное нововведение позволяет радикально изменить характер генерируемых звуков.
Имитатор кряканья утки
Обе нагрузки работают поочередно: то издается звук, то вспыхивают светодиоды — глаза «утки». Тональность звука подбирается резистором R1. Выключатель устройства желательно выполнить на основе магнитоуправляемого контакта, можно самодельного.
Тогда игрушка будет включаться при поднесении к ней замаскированного магнита.
Рис. 3. Схема имитатора кряканья утки.
Генератор «шума дождя»
Рис. 4. Принципиальная схема генератора "шума дождя" на транзисторах.
Генератор «шума дождя», описанный в монографии В.В. Мацкевича (рис. 4), вырабатывает звуковые импульсы, поочередно воспроизводимые в каждом из телефонных капсюлей. Эти щелчки отдаленно напоминают падение капель дождя на подоконник.
Для того чтобы придать случайность характеру падения капель, схему (рис. 4) можно усовершенствовать, введя, например, последовательно с одним из резисторов канал полевого транзистора. Затвор полевого транзистора будет представлять собой антенну, а сам транзистор будет являться управляемым переменным резистором, сопротивление которого будет зависеть от напряженности электрического поля вблизи антенны.
Электронный барабан-приставка
Электронный барабан — схема, генерирующая звуковой сигнал соответствующего звучания при прикосновении к сенсорному контакту (рис. 5) [МК 4/82-7]. Рабочая частота генерации находится в пределах 50. 400 Гц и определяется параметрами RC-элементов устройства. Подобные генераторы могут быть использованы для создания простейшего электромузыкального инструмента с сенсорным управлением.
Рис. 5. Принципиальная схема электронного барабана.
Электронная скрипка с сенсорным управлением
Рис. 6. Схема электронной скрипки на транзисторах.
Электронная «скрипка» сенсорного типа представлена схемой, приведенной в книге Б.С. Иванова (рис. 6). Если к сенсорным контактам «скрипки» приложить палец, включается генератор импульсов, выполненный на транзисторах VT1 и VT2. В телефонном капсюле раздастся звук, высота которого определяется величиной электрического сопротивления участка пальца, приложенного к сенсорным пластинкам.
Если сильнее прижать палец, его сопротивление понизится, соответственно возрастет высота звукового тона. Сопротивление пальца зависит также от его влажности. Изменяя степень прижатия пальца к контактам, можно исполнять незамысловатую мелодию. Начальную частоту генератора устанавливают потенциометром R2.
Электромузыкальный инструмент
Рис. 7. Схема простого самодельного электромузыкального инструмента.
Электромузыкальный инструмент на основе мультивибратора [В.В. Мацкевич] вырабатывает электрические импульсы прямоугольной формы, частота которых зависит от величины сопротивления Ra — Rn (рис. 7). При помощи подобного генератора можно синтезировать звуковую гамму в пределах одной-двух октав.
Звучание сигналов прямоугольной формы очень напоминает органную музыку. На основе этого устройства может быть создана музыкальная шкатулка или шарманка. Для этого на диск, вращаемый ручкой или электродвигателем, наносят по окружности контакты различной длины.
К этим контактам напаивают предварительно подобранные резисторы Ra — Rn, которые определяют частоту импульсов. Длина контактной полоски задает длительность звучания той или иной ноты при скольжении общего подвижного контакта.
Простая цветомузыка на светодиодах
Устройство цветомузыкального сопровождения с разноцветными светодиодами, так называемая «мигалка», украсит музыкальное звучание дополнительным эффектом (рис. 8).
Высокочастотная составляющая выделяется цепочкой С1 и R2. «Среднечастотная» компонента сигнала выделяется LC-фильтром последовательного типа (L1, С2). В качестве катушки индуктивности фильтра можно использовать старую универсальную головку от магнитофона, либо обмотку малогабаритного трансформатора или дросселя.
В любом случае при настройке устройства потребуется индивидуальный подбор емкости конденсаторов С1 — СЗ. Низкочастотная составляющая звукового сигнала беспрепятственно проходит через цепь R4, СЗ на базу транзистора VT3, управляющего свечением «красного» светодиода. Токи «высокой» частоты закорачиваются конденсатором СЗ, т.к. он имеет для них крайне малое сопротивление.
Рис. 8. Простая цветомузыкальная установка на транзисторах и светодиодах.
Электронная игрушка "угадай цвет" на светодиодах
Электронный автомат предназначен для отгадывания цвета включившегося светодиода (рис. 9) [Б.С. Иванов]. Устройство содержит генератор импульсов — мультивибратор на транзисторах VT1 и VT2, связанный с триггером на транзисторах VT3, VT4. Триггер, или устройство с двумя устойчивыми состояниями, поочередно переключается после каждого из пришедших на его вход импульсов.
Соответственно, поочередно высвечиваются и разноцветные светодиоды, включенные в каждое из плеч триггера в качестве нагрузки. Поскольку частота генерации достаточно высока, мигание светодиодов при включении генератора импульсов (нажатии на кнопку SB1) сливается в непрерывное свечение. Если отпустить кнопку SB1, генерация прекращается. Триггер устанавливается в одно из двух возможных устойчивых состояний.
Поскольку частота переключений триггера была достаточно велика, заранее предсказать, в каком состоянии окажется триггер, невозможно. Хотя из каждого правила есть исключения. Играющим предлагается определить (предсказать), какой именно цвет появится после очередного запуска генератора.
Либо предлагается угадать, какой цвет загорится после отпускания кнопки. При большом наборе статистики вероятность равновесного, равновероятного высвечивания светодиодов должна приблизиться к значению 50:50. Для малого числа попыток это соотношение может не выполняться.
Рис. 9. Принципиальная схема электронной игрушки на светодиодах.
Электронная игрушка "у кого лучше реакция"
Электронное устройство, позволяющее сопоставить скорость реакции двух испытуемых [Б.С. Иванов], может быть собрано по схеме, приведенной на рис. 10. Первым высвечивается индикатор — светодиод того, кто первый нажмет «свою» кнопку.
В основе устройства триггер на транзисторах VT1 и VT2. Для повторного тестирования скорости реакции питание устройства следует кратковременно отключить дополнительной кнопкой.
Рис. 10. Принципиальная схема игрушки "у кого лучше реакция".
Самодельный фототир
Рис. 11. Принципиальная схема фототира.
Светотир С. Гордеева (рис. 11) позволяет не только играть, но и тренироваться [Р 6/83-36]. Фотоэлемент (фотосопротивление, фотодиод — R3) направляют на светящуюся точку или солнечный зайчик и нажимают спусковой крючок (SA1). Конденсатор С1 разряжается через фотоэлемент на вход генератора импульсов, работающего в ждущем режиме. В телефонном капсюле раздается звук.
Если наводка неточна, и сопротивление резистора R3 велико, то энергии разряда недостаточно для запуска генератора. Для фокусировки света необходима линза.
Коротенькое видео:
Немного теории
Начнем, пожалуй, с механической схемы платформенного левитрона, сложившейся в моем понимании. Магнит, который парит над платформой, я буду здесь для краткости называть словом «фишка».
Эскиз платформы левитрона (сверху) изображен на рис. 1.
Рис. 1
На рис. 2 – силовая схема вертикального разреза по центральной оси платформы (как я ее себе представляю) в состоянии покоя и без тока в катушках. Все хорошо, кроме того, что состояние покоя в такой системе нестабильно. Фишка стремится сместиться с вертикальной оси системы и с силой шлепнуться на один из магнитов. При «ощупывании» фишкой пространства над магнитами ощущается силовой «горб» над центром платформы с вершиной, лежащей на центральной оси.
Рис. 2
mg – вес фишки,
F1 и F2 – силы взаимодействия фишки с магнитами платформы,
Fmag – суммарное воздействие, уравновешивающее вес фишки,
ДХ – датчики Холла.
На рис. 3. изображено взаимодействие фишки с катушками (опять же, по моему понятию), а остальные силы – опущены.
Рис. 3.
Из рисунка 3 видно, что цель управления катушками – создать горизонтальную силу Fss, направленную всегда к оси равновесия при возникновении смещения Х. Для этого достаточно включить катушки так, чтобы одинаковый ток в них создавал магнитное поле противоположного направления. Остался пустяк: измерить смещение фишки от оси (величину Х) и определить направление этого смещения с помошью датчиков Холла, а потом пропустить в катушках подходящей силы токи.
Рис. 4.
На вход каждого канала подключена пара датчиков Холла так, чтобы подать на усилитель разностный сигнал. Выходы датчиков включены встречно. Это значит, что, когда пара датчиков находится в магнитном поле с одинаковой напряженностью, с нее на вход усилителя поступает нулевое разностное напряжение.
Балансировочные резисторы R10 взяты многооборотные, старые, советские.
В попытках выжать из усилителя достаточно высокий коэффициент усиления, я получил банальное самовозбуждение, предположительно, из-за бардака на монтажной плате. Вместо «уборки» в схему введены частотнозависимые RС-цепочки R15C2; они не обязательны. Если все же пришлось их установить, то сопротивление R15 нужно подобрать наибольшим, при котором самовозбуждение гаснет.
Питание всего устройства — адаптер (импульсный) на 12В 1,2А, перенастроенный на 15В. Энергопотребление в нормальном состоянии (с выключенным вентилятором) в итоге оказалось вполне скромным: 210-220 мА.
Конструкция
В качестве корпуса выбран кожух дисковода 3,5”, что приблизительно соответствует габаритам прототипов. Для горизонтирования платформы
ножки сделаны из винтов М3.
В верхней части корпуса вырезано фигурное отверстие, хорошо видимое на рис.5. Впоследствии оно закрыто декоративной зеркальной пластиной из хромированной латуни, закрепленной винтиками от винчестеров.
Рис. 5.
1 – места установки магнитов (снизу) и индикаторов баланса (опционально)
2 – «полюсные наконечники» катушек
3 – датчики Холла
4 – светодиоды подсветки (опционально)
Датчики Холла расположены в отверстиях стеклотекстолитового основания платформы и распаяны на разогнутых ножках разъемов (не знаю типа). Разъемы выглядели как на рис.6.
Рис. 6.
Датчики выпаяны из двигателей CD- или DVD-привода. Там они расположены под краем ротора и хорошо видны на рис.7. На один канал нужно брать пару датчиков из одного двигателя – так они будут наиболее одинаковыми. Выпаянные датчики – на рис.8.
Рис. 7. Рис. 8.
Для катушек были куплены пластмассовые шпули для швейных машинок, но на них оказалось мало места для обмотки. Тогда от шпуль были отрезаны щечки и приклеены на отрезки тонкостенной латунной трубки наружным диаметром 6мм и длиной 14мм. Трубка раньше была сегментом телескопической стержневой антенны. На четырех таких каркасах проводом 0,3 мм намотаны обмотки «почти послойно» (без фанатизма!) до заполнения. Сопротивление выровнено на 13 Ом.
Магниты – прямоугольные 20х10х5 мм и дисковые диаметром 25 и 30 мм толщиной 4 мм (рис.9) – пришлось все-таки купить… Прямоугольные магниты установлены под основанием платформы, а из дисковых сделаны фишки.
Рис. 9.
Вид устройства снизу и сзади (вверх дном) – на рис. 10 и 11 (легенда одна на оба рисунка). Бардак, конечно, живописный…
Микросхема U2 TDA1552Q (3) размещена на теплоотводе (9), который раньше работал на видеокарте. Сам радиатор закреплен винтами на отогнутых частях верхней крышки корпуса. На радиаторе (9) закреплены также гнездо питания (1), контрольные гнезда (2) и узел терморегулирования (5).
Кусок стеклотекстолита, который раньше был клавиатурой, служит основанием платформы. Катушки (7) закреплены на основании винтами М4 и гайками. На нем же с помощью хомутов и саморезов укреплены магниты (6).
Контрольные гнезда (2) сделаны из компьютерного разъема питания и закреплены сзади устройства вблизи балансировочных резисторов (10) так, что легко доступны без разборки. Подключены гнезда, естественно, к выходам обоих каналов усилителя.
Схема предусилителя и его стабилизатора питания, включая балансировочные резисторы (10), смонтирована на макетной плате и в результате наладки превратилась в живописный свинарничек, от макрофотографирования которого пришлось воздержаться.
Рис.10. Рис.11.
1 – крепление гнезда питания
2 – контрольные гнезда
3 – TDA1552Q
4 – выключатель питания
5 – узел терморегулирования
6 – магниты под хомутиками
7 – катушки
8 – магнитные шунты
9 – теплоотвод
10 – балансировочные резисторы
Наладка
Выставление нулей на выходах обоих каналов при каждом отладочном включении – обязательно. Можно без фанатизма: +–20 мВ – вполне приемлемая точность. Возможно некоторое взаимовлияние между каналами, так что при значительном начальном отклонении (больше 1-1.5 вольт по выходу канала) выставление нулей лучше сделать дважды. Стоит помнить, что при железном корпусе баланс разобранного и собранного устройства – это две большие разницы.
Проверка фазировки каналов
Фишку нужно взять в руку и поместить над центром платформы включенного левитрона на высоте примерно 10-12мм. Каналы проверяются поочередно и раздельно. При смещении фишки рукой вдоль линии, соединяющей противоположные от центра датчики, рука должна чувствовать заметное сопротивление, создаваемое магнитным полем катушек. Если сопротивления не чувствуется, а руку с фишкой «сносит» от оси, нужно поменять местами провода с выхода проверяемого канала.
Настройка положения парящей фишки
На видеороликах о самодельных платформенных левитронах нередко можно видеть, что фишка парит в наклонном положении, даже если сделана на базе дисковых магнитов, то есть, достаточно хорошо симметрирована. Не обошлось без перекоса и в описываемой конструкции. Возможно, в этом виноват металлический корпус…
Первая мысль: сместить вниз магниты с той стороны, где фишку излишне «подпирает».
Вторая мысль: сместить дальше от центра магниты с той стороны, где фишку излишне «подпирает».
Третья мысль: если магниты смещать, то магнитной ось системы постоянных магнитов платформы перекосится относительно магнитной оси системы катушек, из-за чего поведение фишки станет непредсказуемым (особенно при разном ее весе).
Четвертая мысль: сделать сильнее магниты с той стороны, куда наклонена фишка – была отброшена как несбыточная, потому что широкого ассортимента магнитов для подгонки негде было взять.
Пятая мысль: сделать слабее магниты с той стороны, где фишку излишне «подпирает» – оказалась удачной. Более того, достаточно простой в реализации. Магнит, как источник магнитного поля, можно шунтировать, то есть, закоротить часть магнитного потока, так что в окружающем пространстве магнитное поле станет немного слабее. В качестве магнитных шунтов были применены маленькие ферритовые кольца (10х6х3, 8х4х2 и т.д.), бесплатно выковырянные из дохлых ламп-экономок (8 на рис.10). Эти кольца нужно просто примагнитить к слишком сильному магниту (или двум-трем) с той их стороны, что дальше от центра платформы. Оказалось, что подбирая количество и размеры шунтов для каждого «слишком сильного» магнита, можно достаточно точно отгоризонтировать положение парящей симметричной фишки. Не забывайте выполнить электрическую балансировку после каждого изменения в магнитной системе!
Опции
К опциям относятся: индикаторы разбаланса усилителя, узел терморегулирования, подсветка и регулируемые ножки платформы.
Индикаторы разбаланса усилителя – две пары светодиодов, расположенные на тех же радиусах, что и датчики, в толще стеклотекстолитового основания платформы (1 на рис. 5). Светодиоды, очень маленькие и плоские, раньше работали в каком-то модеме, но подойдут и от старой мобилки (в SMD исполнении). Светодиоды утоплены в отверстиях, так как фишка, срываясь из центра, шлепается на ближайший магнит и вполне способна разрушить светодиод.
Схема индикатора для одного канала – на рис. 12. Светодиоды должны быть с рабочим напряжением 1,1-1,2 В, т.е. простенькие красные, оранжевые, желтые. При более высоких напряжениях LED-ов (2,9-3,3 В для сверхъярких) следует пересчитать количество диодов в цепочке D3-D6 для сведения к минимуму «мертвой зоны» – минимального напряжения на выходе канала, при котором ни один из светодиодов не светится.
Рис. 12.
Я расположил индикаторы так, чтобы светился тот, в сторону которого фишка смещена от центра. Индикаторы помогают легко повесить фишку над левитроном, а также горизонтировать платформу. В нормальном состоянии все они погашены.
Схема узла терморегулирования – на рис. 13. Его назначение – не дать оконечному усилителю перегреться. На выходе термоузла включен вентилятор 50х50 мм 12В 0,13А от компьютера.
Рис. 13.
В схеме термоузла легко узнать немного измененный триггер Шмитта. Вместо первого транзистора использована микросхема TL431. Тип транзистора Q1 указан условно – я воткнул первый попавшийся NPN, способный выдержать рабочий ток вентилятора. В качестве термодатчика использован терморезистор, найденный на старой материнской плате в процессорном сокете. Термодатчик приклеен на радиатор оконечного усилителя. Подбором резистора R1 можно отрегулировать термоузел на срабатывание при температуре 50-60С. Резистор R5 совместно с коллекторным током Q1 определяет величину гистерезиса схемы относительно напряжения на управляющем входе U1.
В схеме на рис. 13 резистор R7 введен для снижения напряжения на вентиляторе и, соответственно, шума от него.
На рис. 14 видно, как вентилятор врезан в нижнюю крышку корпуса.
Рис. 14.
Другой способ применения термоузла – подключение к управляющему выводу MUTE микросхемы оконечного усилителя (рис. 15). Величина указанного на схеме номинала R5 предполагает подключение MUTE (вывода 11 микросхемы U2 по рис. 4) к питанию через резистор 1кОм (НЕ напрямую, как в даташите!). Вентилятор в таком случае не нужен. Правда, при подаче сигнала MUTE на усилитель фишка падает, и после снятия сигнала MUTE сама (почему-то?) не взлетает.
Рис. 15.
Подсветка – 4 ярких светодиода диаметром 3мм, расположенные наклонно к центру в отверстиях основания платформы и декоративной пластины в тех местах, куда фишка не падает. Они включены последовательно и через резистор 150 Ом – к цепи общего питания устройства 15В.
Заключение
Грузоподъемность
Чтоб «добить» тему, сняты «грузовые характеристики» левитрона с фишками 25 и 30 мм диаметром. Грузовыми характеристиками я тут назвал зависимость высоты парения фишки над платформой (от декоративной пластины) от суммарного веса фишки.
Для фишки с магнитом 25 мм и общим весом 19г максимальная высота составила 16мм, а минимальная – 8 мм при весе 38г. Между этими точками характеристика практически линейная. Для фишки с магнитом 30 мм грузовая характеристика оказалась между точками 16 мм при 24г и 8 мм при 48г.
С высоты ниже 8 мм от платформы фишка падает, притягиваясь к железным сердечникам катушек.
НЕ делай, как я!
Во-первых, не стоит экономить на датчиках. «Голые» датчики Холла, вынутые попарно для каждого канала из двух двигателей (то есть, практически одинаковые!) – все равно проявляют свой безобразно большой температурный коэффициент сопротивления. Даже при одинаковых цепях питания и встречно-разностном включении выходов датчиков, можно получить заметное смещение нуля на выходе канала при изменении температуры. Интегральные датчики SS496 (SS495) имеют не только встроенный усилитель, но и термостабилизацию. Внутренний усилитель датчиков позволит сделать существенно выше общий коэффициент усиления каналов, да и схема их питания выходит попроще.
Во-вторых, следует, по возможности, воздержаться от размещения левитрона в железном корпусе.
В-третьих, двуполярное питание все-таки предпочтительнее, потому что управление коэффициентом усиления и юстировкой нулей получаются проще.
Каждому из нас знакомо украшение в китайских часах, которое выполнено в виде «вечной» вертушки или маятника. Построить подобное чудо совсем несложно и займет это не более получаса. Взглянем на схему ниже:
При подаче на схему напряжения питания выключателем SB1 транзистор VT1 окажется закрытым, поскольку его база через катушку L1 будет соединена с эмиттером. Смещения нет, транзистор закрыт, тока через L2 тоже нет. Привяжем постоянный магнит к шнурку и качнем наш импровизированный маятник в непосредственной близости от катушек L1, L2 (они намотаны на одном каркасе). При его приближении в катушке L1 начнет наводиться ЭДС, которая откроет транзистор. Чем ближе магнит, тем сильнее открывается транзистор и тем больше ток в катушке L2, которая своим магнитным полем наш магнит начинает притягивать.
В момент, когда маятник проходит как раз над катушками, эти значения максимальны, а как только маятник по инерции начнет удаляться, ЭДС сменит знак и транзистор закроется. Таким образом, притягивается маятник только в первой половине периода, во второй он идет по инерции. Прямо как настоящие качели, которые мы раскачиваем, взмахивая ногами в первый полупериод качания. Диод VD1 предотвращает генерацию, которая может возникнуть на резонансной частоте контура L1, L2.
Теперь поговорим о конструкции наших качелей. Катушки L1 и L2 наматываются одновременно проводом диаметром 0.08 — 0.1 мм на каркасе подходящих размеров. Например, на таком:
Наматываем чем больше, тем лучше, до заполнения. Чем больше витков, тем меньшего напряжения для работы потребует маятник. При соединении катушек нужно соблюдать фазировку – начало первой соединить с концом второй. В качестве сердечника подойдет обрезок любого железного болта или даже болт целиком, если он короткий. Перед использованием этот болт нужно обжечь – нагреть докрасна на газу и остудить на воздухе.
Транзистор лучше взять с максимально возможным коэффициентом передачи. Подойдет любой маломощный германиевый (у меня работал даже кремниевый) прямой (p-n-p) проводимости. Если проводимость у транзистора обратная (n-p-n), то тоже не беда – достаточно сменить полярность подключения источника питания и диода VD1.
Маятник или качели выполняйте на свой вкус. Важно только чтобы магнит, расположенный на основании маятника, проходил в нескольких миллиметрах от сердечника катушки. Сам магнит – любой, чем мощнее, тем лучше, но ничего особенного искать не придется. Отлично подойдет кусочек «черного», ферритового магнита от динамической головки или железного – от старого детского моторчика.
В качестве источника питания используется пальчиковый или любой другой гальванический элемент, которого хватит на многие месяцы работы конструкции, причем от выключателя SB1 можно смело отказаться, поскольку в спокойном положении нашего маятника транзистор закрыт и потребление тока схемой минимально. Если магнит совсем уж слабенький или качели для него тяжеловаты, то можно увеличить напряжение питания до 3 В, включив два элемента последовательно.
Всем привет. Учась в университете я собрал маленький электромобильчик, ну или карт. Его фишкой было то, что всё управление электроприводом, включая тормоза было отдано самодельному контроллеру. И именно о том, как я делал этот маленький автомобильчик, и с какими подводными камнями столкнулся при постройке — хотелось бы рассказать в данном материале. Материал не претендует на уникальность, но для меня это был большой и интересный опыт.
Тема рассказа стоит на стыке аппаратного и программного аспектов. И в прошивке для контроллера я имел дело не с какими-то абстрактными понятиями или данными, а со вполне реальными «физическими» устройствами: реле, электродвигателем, транзисторами итп. Так что приведу кратенькую характеристику технической части, тот состав который был на момент всех танцев с бубном.
Основные узлы
Тяговый двигатель — коллекторный универсальный. Может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Рабочее напряжение 220 вольт.
Аккумуляторная батарея — 25 свинцово-кислотных ячеек по 6 вольт фирмы Casil, соединённых последовательно, по итогу получаем батарею 150-160 вольт. Она установлена сзади и перемотана синей изолентой, всё как положено :)
Двигатель приводил колёса в движение через червячный редуктор с передаточным числом i=10. На фото видно, что двигатель сочленен с редуктором с помощью небольшого валика, он был выточен специально.
Системы торможения, то есть тормозного диска с суппортом не было в принципе. Поставить физический тормоз на тот момент не получалось. Поэтому торможение двигателем оставалось единственным реальным вариантом, так что управление торможением машины тоже пришлось брать на себя контроллеру.
Контроллер для блока управления
В принципе простой контроллер для электромобиля можно собрать и на «рассыпухе». Но хотелось бы, чтоб была возможность всё красиво настраивать с помощью программы, 21 век всё-таки. Путём долгих высоконаучных рассуждений за ужином я решил, что за основу контроллера стоит взять чип фирмы Microchip — pic16f877a, вот его краткие характеристики:
На тот момент я не очень шарил в электронике, и изначально хотел делать схему до безобразия тупой — двигатель включён или двигатель отключен, но вместо реле поставить транзисторный ключ, дабы ничего не щёлкало и не горело. Но решил, что риск оправдан, я ничего не терял да и просто хотелось сделать что-то стоящее. Так что остановился на связке микроконтроллер + силовой полевой транзистор в качестве ключа. Ручку газа и кнопку реверса вывел на руль.
Особенности схемы
При выборе транзистора я не скупился и выбрал IRFP4227PBF — N-канальный полевой транзистор (открывается положительным импульсом) на напряжение 200 вольт и максимальный ток 130 ампер. Корпус TO-247AC. Но, забегая вперед скажу — я смог сжечь и его.
PWM — что это такое и с чем её едят
Раз я использовал микроконтроллер в связке с полевым транзистором, то грех было не попробовать использование pwm/шим в схеме. Что такое шим? Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM)) — процесс управления мощностью методом пульсирующего включения и выключения прибора. — спасибо Википедии.
Достоинство такого способа управления транзистором: он во время работы находится в двух состояниях — либо полностью закрыт, тока нет и ничего не греется, либо он полностью открыт и сопротивление его составляет несколько милиом, соответственно в тепло на самом транзисторе рассеиваются какие-то доли ватта тепла, ну или единицы ватт, схема едва тёплая при таком режиме работы. И такой процесс — отрыть/закрыть происходит тысячи раз в секунду. Это называется частотой шим. Так же есть такая вещь, которая называется «скважность». Переводя на человеческий язык — эта цифра показывает какую долю времени открыт транзистор. Если чуть углубиться — допустим у нас частота ШИМ-синала 1000 герц. Значит транзистор открывается и закрывается 1000 раз за секунду, и процесс переключения между включено и выключено 1/1000 доля секунды. Величина 1/1000 — это период частоты. А с помощью скважности мы показываем какую часть времени от периода транзистор открыт и через него течет ток. Для примера: в программе скважность 255 — это максимальная мощность, 127 — 50%, 0 — транзистор закрыт.
Для генерации такой частоты применялся встроенный в чип «физический» контроллер, хотя есть возможность программной реализации, но в этом случае контроллер только и будет делать, что генерировать на выводе частоту с заданным периодом и скважностью. А с использованием контрллера из переферии МК можно было и генерировать сигнал, и чтоб программа делала что-то ещё.
Чем дальше в лес, тем злее волки — от частоты ШИМ зависит и то, насколько будет эффективно работать электропривод. Я пробовал разные частоты, от 2 до 15 килогерц, каждый раз это менялось программно. Честно говоря особой разницы не успел заметить, но уверен что она есть. К сожалению данных по этому вопросу не удалось получить в достаточном количестве. Единственное, что заметил — с разной частотой пищала машина во время работы. Кстати, если кто-то замечал в метро, электробусах и поездах, что во время старта слышно гул, писк, завывание — это как-раз таки пищат обмотки двигателя из-за работы на частотах контроллера. Очень это заметно на поезде «Ласточка», который по МЦК ходит, во время старта.
Подводные камни в алгоритме работы
Следующая проблема была с реверсом двигателя. Двигатель коллекторный, у него две обмотки — неподвижная — статор, на корпусе, и вращающаяся — ротор. Для изменения направления вращения необходимо развернуть направление тока в одной из обмоток, не меня направления в другой. Для этого использовались два реле, срабатывали они одновременно, «перекидывая» схему на реверс при подаче на них питания. Но в первом варианте прошивки была ошибка — реле переключились под нагрузкой. Как итог теста под нагрузкой — два сгоревших реле, так как двигатель — индуктивная нагрузка и на контактах реле была нехилая такая дуга, контакты просто расплавились и сгорели во время переключения.
Выход из ситуации — вводим в программу условие, что перед переключением снимаем нагрузку выкручивая скважность PWM-сигнала на 0, перекидываем реле, и опять включаем мощность на заданный уровень. Именно так и работали тормоза на машине — реверсом. Только хардкор — никаких датчиков и энкодеров, ничего. А вот и фото релюшки, это вроде как реле стартера от жигулей. Если переключать их не под нагрузкой, то вполне работают и с высокими напряжениями, 160 вольт при 15 амперах держали, но допускаю, что контакты грелись ввиду малого сечения.
После я допилил прошивку и мощность поднималась плавно до заданного уровня. А это уже исключает удары в трансмиссии и нагрузку на узлы. Вот так одна строчка в программе может увеличить срок службы агрегата.
Соединяем контроллер с транзистором правильно
Оставалось только правильно сочленить транзистор с контроллером. Сделал я это несколько не правильно, через оптическую пару, напрямую. Но эта схема прокатывает при работе с низкими напряжениями, при высоких рабочих напряжениях постоянно сгорал затвор транзистора, да и для управления нужен двухтактный драйвер. Нормальная схема приведена ниже. Но тем не менее на один раз схемы с оптической парой хватило, каким-то чудом на тест драйве она работала, а выгорать начала сразу после него. Вот схема «правильного» драйвера, только в моём варианте ещё была развязка оптикой от контроллера. Картинка взята с Drive2:
Несколько интересных моментов
- При старте электродвигатель потребляет в разы больше электричества даже без нагрузки. А при заторможенном во время старта роторе графитовые щётки начинали дымиться.
- В тот момент, когда на машине сгорает транзистор — она начинает ехать сама, ибо батарею от двигателя отделяет только транзистор. Так что введение схем защиты оправдано, если не хочешь бежать за машиной и молиться, чтоб она никого не сбила.
- Двигатель, который я использовал, взят из стиральной машинки. Обороты без нагрузки у него заявлены 14000 — верится слабо, но на шильдике была именно эта цифра. Хотя он прекрасно тянет «с низов».
- Напряжение на батарее проседает, без нагрузки у меня оно было около 150 вольт, под нагрузкой спокойно может быть 140. А если батарея подсевшая то и 130, из-за этого на свежих батареях первые несколько минут машина могла ехать очень хорошо, потом когда батареи тратили где-то 20-30% энергии, то начинался более менее рабочий режим, машина ехала медленнее, медленнее разгонялась, но это было не так заметно. Когда батареи съедали примерно 70% заряда, то езда превращалась в черепаший ход.
- У меня получилось сжечь даже довольно мощный транзистор из-за перенапряжения на его затворе. Для защиты от этого нужно зашунтировать затвор транзистора диодом на + источника питания драйвера транзистора.
- Реле подключались к МК с помощью маломощных транзисторных ключей на небольших полевичках.
В конце концов получилось то, что на видео
Вообще мои опыты с электроприводом начались ещё в школе и я испробовал много разных конструкций, но это самая удачная схема на тот момент. Если материал понравится, то напишу отдельный пост про всю эпопею.
Читайте также: