Простые роботы своими руками, или Несерьёзная электроника - [13]
Принцип действия прост — зарядка аккумулятора днём от солнечной батареи, с последующей её разрядкой через светодиод ночью. Просто, автономно, надёжно… но!
Расставив их солнечным утром «согласно собственной гармонии» на участке, стал ждать сумерек — вечером участок засиял. Было необычно и красиво, однако, после 4–5 часов свечения светодиоды стали «в индивидуальном порядке тускнеть и гаснуть по одной им известной причине», и к утру гармония рухнула. Стало ясно, что осенью работа светильников обернется «забастовкой». Критический анализ ситуации и изучение «внутренностей» светильника привёл к выводу: нужно в разы снижать ток, потребляемый устройством ночью.
Штатная схема светильника представлена на рисунке 18.
На специализированной микросхеме ANA618 и дросселе L1 реализован импульсный преобразователь напряжения, повышающий напряжение питания светодиода до необходимого. Вход СЕ (вывод 2) управляющий, при наличии на нём низкого уровня (солнечная батарея освещена) преобразователь не работает — идёт зарядка аккумулятора, ёмкостью 100 ма·час. В сумерках светодиод загорается, и схема начинает потреблять ток 18–20 ма. Ток, потребляемый светодиодом, составляет 3 ма. Коэффициент полезного действия схемы (если его находить как отношение выделяемой на светодиоде мощности к потребляемой схемой) составляет 34 %.
В данных на микросхемы есть таблица (рис. 19) зависимости потребляемого схемой тока от индуктивности дросселя.
С её увеличением ток уменьшается, с уменьшением — увеличивается. Поэкспериментировав с различными дросселями получил данные, из которых следует вывод: замена дросселей не увеличивает КПД схемы, а следовательно не увеличивает продолжительность работы светильника при неизменной яркости светодиода.
Возможные схемные варианты модернизации изображены на рисунках 20–22.
В первом варианте минимум вмешательства в конструкцию, параллельно аккумулятору припаян конденсатор С1. Время свечения светильника по отношению к исходной схеме увеличивается в 1,5 раза.
Если светодиод включить параллельно дросселю время свечения увеличиться вдвое, правда, яркость свечения немного уменьшиться, а светодиод придется перепаивать.
Следующим «глубоким» вмешательством в конструкцию является замена дросселя на кольцевой трансформатор согласно четвёртой схеме. Это ещё больше уменьшит потребляемый ток и вернёт исходную яркость светодиода.
«Радикальный» вариант, снижающий потребление тока схемой до 5–6 мА, но требующий изготовление новой платы и отказ от микросхемы изображен на пятом рисунке. На транзисторе VT2 и трансформаторе Т1 собран повышающий преобразователь напряжения. Транзистор VT1 управляет его работой. При освещении батареи G1 транзистор открывается и закрывает транзистор VT2 — светодиод гаснет, а аккумулятор через диод начинает заряжаться.
Трансформатор для этой конструкции намотан вдвое сложенным проводом ПЭЛ 0,2 (20 витков) на кольцевом магнитопроводе из феррита проницаемостью 1000…2000 с внешним диаметром 7, внутренним 5,5 и толщиной 2 мм. С наступлением сумерек транзистор закрывается, разрешая работу преобразователя.
При желании число светодиодов можно увеличить (включая последовательно) два, три. Это позволит, изменив конструкцию светильника, менять интенсивность свечения по разным направлениям. Потребляемый ток при этом также увеличится. Ещё один вариант модернизации изделия это включение в цепочку светодиодов одного «мигающего» (светодиод со встроенным генератором).
Ещё один концепт, не реализованный автором на практике, происходит из следующих противоречий: светильник (в идеале) горит всю ночь, но тускло; иногда нужно кратковременно осветить территорию ярким светодиодом, например, проводить гостей. Концепт: можно разработать и сделать светильник-факел с двумя режимами свечения светодиода (светодиодовов) — слабый и яркий.
Данные по значениям силы тока и КПД различных вариантов схем сведены в таблицу.
В заключение — забавное наблюдение по светильнику пятой схемы. Частично зарядил аккумулятор дома на подоконнике (до сумерек, в течении 3 часов) и, дождавшись свечения, лёг спать. Ночью под рассвет проснулся от раскатов грома. Светодиод не горел. В паузах между вспышками, после 4–5 разрядов молнии, он вновь стал светиться. Вывод: светильники можно заряжать и ночью, правда, нужна гроза.
Глава 4
МЕХАНИКА САМОДЕЛЬНЫХ ИГРУШЕК
При изготовлении подвижных игрушек не обойтись без механики. От её реализации зависят не только внешний вид изделия и функциональность, но и его выразительность, «забавность» — если хотите. Иные «игрушечные проекты» полностью строятся не столько на особенностях управляющей схемы, сколько на оригинальности механики изделия.
Вначале немного теории. Все возможные виды механического движения можно свести к поступательному, вращательному движению или их комбинации. Движение элементов механизмов в основном вращательное.
Большинство изделий «игрушечной направленности» в своей механике содержат, кроме двигателя, исполнительного механизма, ещё один важный элемент — редуктор. Это механизм, передающий и преобразующий крутящий момент от двигателя игрушки к исполнительному устройству. К основным характеристикам редуктора в рамках заявленной темы можно отнести коэффициент полезного действия, передаточное отношение, передаваемую мощность, максимальные угловые скорости валов, количество пар, осуществляющих передачу вращения.
