太陽能動力機(jī)器人

1、在完成上一個以簡單電學(xué)電路為基礎(chǔ)的避障機(jī)器人項(xiàng)目后，我們將進(jìn)行第三個PVCBOT機(jī)器人項(xiàng)目制作。這是一個比較特殊的機(jī)器人，首先其控制電路比上一個項(xiàng)目稍微復(fù)雜了一點(diǎn)，是以電子元器件組成的;其次這個機(jī)器人不再以傳統(tǒng)電池作為電源，而是采用了綠色環(huán)保的太陽能作為能源;另外，這個項(xiàng)目的動力驅(qū)動方式比較特別以震動的方式進(jìn)行挪動位移。本項(xiàng)目主要面向?qū)﹄娮与娐酚悬c(diǎn)陌生的初學(xué)者，能夠讓大家初步掌握以電子元器件為基礎(chǔ)的電子制作，了解基礎(chǔ)的電子知識，理解簡單的電路原理，同時掌握基本的電路焊接技巧。如果是對此已經(jīng)非常熟悉的朋友，可以跳過本章節(jié)。 這是一個的以太陽能為能源的特殊移動機(jī)器人，即以太陽能電池為電源

2、，以偏心擺錘馬達(dá)的震動效果作為挪動的動力。以下為效果視頻，前一段是在燈光(白熾燈)下進(jìn)行測試的效果，后面一段為在陽光下的效果。因?yàn)轶w型相象，以及震動時的嗡嗡聲，我給本項(xiàng)目的太陽能動力機(jī)器人再起一個外號曬太陽的蚊子，呵呵。本項(xiàng)目套件的淘寶地址：  一、基本原理1.1、驅(qū)動原理1.2、機(jī)械結(jié)構(gòu)1.3、電路原理1.3.1、電路符號1.3.2、電子元件 (電阻、電容、二極管、三級管、震動馬達(dá)、太陽能電池)1.3.3、原理分析(常規(guī)分析、類比分析)二、準(zhǔn)備工作三、制作過程3.1、電路焊接3.2、電路測試3.3、結(jié)構(gòu)制作3.4、安裝電路板3.5、震動馬達(dá)3.6、太陽能電池3.7、電源開

3、關(guān)3.8、整機(jī)組裝3.9、整機(jī)效果3.10、結(jié)構(gòu)完善四、效果展示五、常見問題六、項(xiàng)目總結(jié)一、基本原理本項(xiàng)目的太陽能機(jī)器人采用太陽能電池作為電源，依靠帶偏心擺錘的震動馬達(dá)發(fā)出的震動波進(jìn)行移動。  1、驅(qū)動原理本項(xiàng)目機(jī)器人的動力來自于震動馬達(dá)，這和我們的0號機(jī)器人的驅(qū)動原理是一樣的，具體可以參見這里：PVC-Robot 0號機(jī)器人驅(qū)動原理 這里所謂震動馬達(dá)，其實(shí)就是我們手機(jī)中實(shí)現(xiàn)震機(jī)的震動器，其原理就是通過旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)帶動一個位于偏心輪上的擺錘，由于擺錘的重心是位于旋轉(zhuǎn)的軸上的一邊，在馬達(dá)轉(zhuǎn)動的過程中，就會由于擺錘的重量不斷循環(huán)的在轉(zhuǎn)軸的周圍產(chǎn)生一個離心的外力(即：交替

4、忽上忽下、忽左忽右的擺動)，從而導(dǎo)致馬達(dá)的震動。 下圖中左邊的兩個震動馬達(dá)是在普通馬達(dá)上接了偏心擺錘，而右邊扁平的其實(shí)把馬達(dá)和擺錘融為一體了，效果其實(shí)相當(dāng)于左邊馬達(dá)豎著放而已，只不過結(jié)構(gòu)更緊湊了。 2、機(jī)械結(jié)構(gòu)本項(xiàng)目機(jī)器人的結(jié)構(gòu)最開始在設(shè)計(jì)的時候是采用“三點(diǎn)支撐”的方式，即：一對前腳，然后尾部(電子元件：電解電容)著地。  后來在實(shí)際測試的時候，發(fā)現(xiàn)由于尾部著地點(diǎn)較遠(yuǎn)，導(dǎo)致重心比較靠中心，從而整體平衡較穩(wěn)定，在震動的時候挪動的幅度不夠。后來的設(shè)計(jì)改為再增加兩只后腿，既可以采用三種支撐方式：1)“四點(diǎn)支撐”：四腳匍匐，較穩(wěn)定，移動幅度小;2)“三點(diǎn)支撐”：

5、后腳站立，較穩(wěn)定，移動幅度較大;3)“一點(diǎn)支撐”：尾部獨(dú)立著地，很不穩(wěn)定，移動幅度最大。在上面的視頻中也演示了這三種不同的情況。也就是加了兩只后腿，看起來就像蚊子了，本機(jī)器人“蚊子”的外號也因此而得名。在重量一定的情況下，越是不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在震動的影響下移動的幅度越大。不過由于震動采用的器件是帶擺錘的馬達(dá)，在震動的過程中會有一個旋轉(zhuǎn)的趨勢，如果采用不穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)時，容易發(fā)生原地轉(zhuǎn)動。要改變這個情況，則可以：調(diào)整震動馬達(dá)的安裝方位如果把震動馬達(dá)從現(xiàn)在平行身體(一字型)的方向改為垂直身體(十字型)的方向安裝，則旋轉(zhuǎn)的趨勢就會變成向前或者向后的動力，震動時機(jī)器人就會由“打轉(zhuǎn)”變?yōu)椤跋蚯啊被颉跋蚝蟆?/p>

6、移動。如果要改變前進(jìn)或者是后退，則只要改變馬達(dá)的電源正負(fù)極，即改變馬達(dá)是順時針還是逆時針旋轉(zhuǎn);如果震動馬達(dá)的擺錘位置不是正好位于機(jī)器人身體的中心軸，則還會有略微的轉(zhuǎn)動，但這樣動起來的效果更好，還帶一點(diǎn)轉(zhuǎn)彎。  另外，這里提一下，如果改用扁平震動器，則不可避免的一定會出現(xiàn)以上所說的打轉(zhuǎn)的狀況，因?yàn)楸馄秸饎悠髌鋵?shí)相當(dāng)于上面那種震動馬達(dá)以轉(zhuǎn)軸垂直地面的豎著放的情況，而扁平震動器由于形狀所限又不能隨意調(diào)整安裝方位(只能扁平的水平貼在物件的表面)，即無法像上面所說情況那樣通過改變方位去化解轉(zhuǎn)動的趨勢。當(dāng)然，如果專門追求轉(zhuǎn)動的效果那又是另外的一種思路。  3、電路原

7、理本項(xiàng)目的電路比起上一個項(xiàng)目的簡單電學(xué)電路來說復(fù)雜了一些，除了特殊的太陽能電池、震動馬達(dá)之外，還有幾個包括電阻、電容、二極管、三級管等在內(nèi)的電子元件。這是一個典型的太陽能脈動充放電控制電路，通過這個電路可以把太陽能電池收集的電能轉(zhuǎn)為馬達(dá)轉(zhuǎn)動的動能?？赡苡信笥褧枺簽槭裁床挥锰柲茈姵刂苯咏拥今R達(dá)上，而卻要搞那么復(fù)雜的電路?確實(shí)，是可以把太陽能電池直接接到馬達(dá)上，但一般太陽能電池的功率都比較小，輸出的電流都比較小，無法直接驅(qū)動稍微大一些的馬達(dá);另外太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率都不高，即便使用功率大的太陽能電池和小馬達(dá)，也只能在太陽直射且太陽光比較強(qiáng)烈的情況下才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而采用當(dāng)前的太陽能脈動充放電控制

8、電路，可以實(shí)現(xiàn)“長時間充電蓄能，瞬間大電流放電”，則可以通過采用小功率太陽能電池，在太陽光不是很足的情況下，也能驅(qū)動較大的馬達(dá)轉(zhuǎn)動。對于熟悉電子電路的朋友，看了這個電路圖一定覺得很簡單。如果沒有接觸過電子電路的朋友也沒有關(guān)系，接下來我會仔細(xì)進(jìn)行講解，有興趣的朋友可以聽我慢慢說來，如果是已經(jīng)了解的朋友請直接跳過下面的一段。當(dāng)然，可能也有一些朋友說“電路原理我就不深究了，反正我會照著電路圖組裝就行”這當(dāng)然也是可以的(以前我自己在初學(xué)無線電的時候就是這樣的_)。下面我將用簡單通俗的比喻進(jìn)行講解，有一些比喻未必非常恰當(dāng)，但有助于理解一些抽象和生澀的內(nèi)容。  1）電路符號我們先要會看

9、電路圖，下圖把各個符號所對應(yīng)的電子元件都做了注明。此外，除了了解每種符號對應(yīng)的代表什么電子元件之外，我們也要懂得基本電路連接的表達(dá)方式。特別是對于交叉線的表示方式：a)下圖左邊的一組交叉線，中間有一個圓點(diǎn)，代表橫、豎兩條線路是互相連接的;b)下圖右邊的兩組交叉線，一組中間是沒有圓點(diǎn)，另一組有一個圓弧(似乎像跨過去一樣)，兩組都是代表一樣的意思即橫、豎條線路是互相不連接的。 2）電子元件我們再來了解本項(xiàng)目電路中所涉及到的幾種電子元件。 （1）電阻電阻的作用可以理解為減小電流。下圖兩個符號都是電阻的電子符號。如果把電流比喻成水流的話，電阻可以看成一個“把大水管的水流轉(zhuǎn)到小水管中

10、流動的裝置(水流減小器)”，比較大的水流經(jīng)過該設(shè)備后變成了比較小的水流。 注：實(shí)際上不能簡單通過大水管接小水管的方式就能把水流變小，那樣只會讓水流更急更快，以上的比喻只是希望通過忽略其他因素簡化表述。 電阻的基本參數(shù)稱為“阻值”，可以理解為能夠把大水流變成多細(xì)的水流的程度，即：阻值越大，能夠轉(zhuǎn)換的水流就越細(xì)。電阻“阻值”的數(shù)值單位：a)基本單位為：歐姆(符號：);b)大一點(diǎn)的單位為：千歐姆(符號：K，簡稱K);c)更大一點(diǎn)的單位為：兆歐姆(符號：M，簡稱M)。其換算關(guān)系為：1M=1,000K=1,000,000本項(xiàng)目中采用的電阻的阻值為：2.2K。  &

11、#160;（2）電容電容的作用可以理解為存儲電流(實(shí)為電荷)。電容有兩個引腳，一般分為兩種，一種是不分極性的普通電容;另一種是兩個引腳區(qū)分正負(fù)極性的稱為電解電容(簡稱：電解)，其正極性的引腳一定要接在電源的正極，負(fù)極性的引腳一定要接在電源的負(fù)極上。下面電子符號中，左邊一個的為普通的電容，右邊的兩個都是電解電容(兩種不同的表示方式，帶加號或者空心的一邊為正極)。對于電解電容的實(shí)物，要區(qū)分其引腳的正負(fù)極性，通常要看其外皮的只是，通常印刷有的“-”減號的引腳對應(yīng)代表負(fù)極(也少部分是印有“+”加號來表明正極)。如果把電流比喻成水流的話，電容可以看成一個“蓄水裝置”，而電解電容則是一個“限定了水流方向的

12、蓄水池”，蓄水池中有一個特殊的倒梯形容器，往蓄水池中注水，當(dāng)水達(dá)到一定程度后，由于重力平衡的問題，倒梯形容器會一次性把水全部倒出，水則從另一個出口溢出來。  電容的基本參數(shù)稱為“容值”，可以理解為能夠存儲多少的水，即：容值越大，能夠存儲越多的水(或者說需要注入越多的水才能注滿，水才能從另外的出口流出)。電容“容值”的數(shù)值單位：a)基本單位為：法拉(符號：F，較少用);b)小一點(diǎn)的單位為：毫法(符號：mF，較少用);c)再小一點(diǎn)的單位為：微法(符號：F，常用);d)更小一點(diǎn)的單位為：納法(符號：nF，較少用);e)最小的單位為：皮法 (符號：pF，常用)。其換算關(guān)系為：1F=

13、1,000mF=1,000,000F=1,000,000,000nF=1,000,000,000,000pF1F=1,000pF本項(xiàng)目中采用的電解電容的容值為：4700F。  （3）二極管二極管有兩個引腳(因此得名)，基本作用可以理解為僅允許某一個極性的電流通過。而在本項(xiàng)目中采用的LED發(fā)光二極管，除此功能之外還可以發(fā)光。二極管的兩個引腳是區(qū)分正負(fù)極性的，只有正極性的電流才能從二極管的正極引腳單向通過，或者說只有負(fù)極性的電流才能從二極管的負(fù)極引腳單向通過。二極管的電子符號，喇叭口的一端為為正極。下圖中左邊一個的為普通的二極管，右邊的兩個都是發(fā)光二極管(兩種不同的表示方法，都

14、帶表示發(fā)光效果的箭頭)。如果把電流比喻成水流的話，二極管可以看成一個“限定了水流方向的可以根據(jù)水壓自動控制的閥門”，當(dāng)水流的壓力達(dá)到一定程度后，水流會頂開閥門允許水流通過，但是同時水流不會往入水口倒灌(入水口位置高于出水口，實(shí)現(xiàn)單向流動;用專業(yè)的比喻就是一種稱為“逆止閥”能夠控制水不會倒流的閥門)。  本項(xiàng)目中二極管的作用就是一個閥門的功能，閥門要打開需要一定的條件，這可以理解為水量夠多達(dá)到一定的水壓時，閥門打開允許水流通過。二極管“打開閥門”，實(shí)際上就是所謂的“導(dǎo)通”，即二極管兩端的電壓達(dá)到一個下限值時二極管就導(dǎo)通允許電流通過。一般普通的硅材料的二極管的導(dǎo)通電壓為0.7V

15、(伏特)，而本項(xiàng)目我們采用的LED發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓為2V(伏特)左右，也就是說當(dāng)達(dá)到2V(伏特)左右時LED發(fā)光二極管導(dǎo)通，同時發(fā)出亮光。本項(xiàng)目之所以采用LED發(fā)光二極管，是因?yàn)槲覀兿ＭO(shè)置一個導(dǎo)通條件為2V左右的閥門。如果要采用一般的硅材料的非發(fā)光二極管，因?yàn)槠鋵?dǎo)通電壓條件比較低，要整體導(dǎo)通條件達(dá)到2V的話，我們就需要把三個普通的二極管串聯(lián)在一起(每個導(dǎo)通電壓0.7，三個就是2.1V)。即三個普通的硅二極管串聯(lián)可以代替一個LED發(fā)光二極管，當(dāng)然為了簡單且減少元件的數(shù)量，我們建議還是采用LED發(fā)光二級管。這里要提醒一下，本項(xiàng)目建議采用紅色發(fā)紅光的LED發(fā)光二極管，這種二極管相對來說導(dǎo)通電壓

16、比較低，而其他顏色的導(dǎo)通電壓比較高(接近甚至達(dá)到3V，綠色發(fā)綠光、黃色發(fā)黃光的相對都比較高，而白色發(fā)其他顏色光的最高)，否則可能會影響效果即影響閥門的靈敏度，可能導(dǎo)致閥門很難被打開。 （4）三極管三極管有三個引腳(因此得名)，在本項(xiàng)目中的基本作用可以理解當(dāng)“控制引腳”的電壓達(dá)到一定程度后把另外兩個引腳連通從而允許電流通過。三極管的兩個引腳是不同的，其中“控制引腳”稱為“基極”，用字母“B”表示;另外常連接著電源的，相當(dāng)于引入電流的那一引腳稱為“發(fā)射極”，用字母“E”表示;還有一個引腳是作為輸出電流給目標(biāo)的，稱為“集電極”，用字母“C”表示。三極管通常分為NPN和PNP兩種類型(這里不

17、做詳細(xì)介紹，如果不明白的可以百度一下)，簡單的理解就是：a)NPN型的三極管，其“發(fā)射極”固定連接的是電源的負(fù)極，即實(shí)現(xiàn)的功能就是控制負(fù)極的電流從“集電極”輸出;b)PNP型的三極管，其“發(fā)射極”固定連接的是電源的正極，即實(shí)現(xiàn)的功能就是控制正極的電流從“集電極”輸出。注：實(shí)際上電流沒有正負(fù)極之分，電流都是從電源正極流向電源負(fù)極，上面這樣提只是便于簡化表述。下圖三極管的電子符號，左邊的兩個為NPN類型(有兩種表示方法)，右邊的兩個為PNP類型(有兩種表示方法)。 NPN和PNP兩者的符號區(qū)別只是發(fā)射極箭頭的方向，NPN是箭頭向外的，而PNP是箭頭向內(nèi)的，這個箭頭其實(shí)就是電流的方向(電流實(shí)際上從電

18、源正極流向負(fù)極的)，正好也就是NPN型的發(fā)射極是接著電源負(fù)極，而PNP型的發(fā)射極是接著電源的正極的。 如果把電流比喻成水流的話，三極管可以看成一個“由注入的水的水壓控制的水閘”，當(dāng)從控制口注入的水的水壓達(dá)到一定程度后，水閘會打開，水閘上游的水會流向下游。如果NPN型三極管說是“控制水是從東流向西的水閘”，則PNP型三極管就相當(dāng)于“控制水從西流向東的水閘”。(姑且可以這樣理解)  三極管有比較多的參數(shù)指標(biāo)，這里不展開講，有興趣的可以自己百度一下。這里只提一個參數(shù)“最大電流”，也就是說三極管最能夠承受多大的電流通過，用我們水流的例子理解就是這個水閘單位時間里最大能夠允

19、許多大的水流通過(立方/秒)。我們這個電路由于采用的是太陽能電池供電，實(shí)際電路的電流并不大，所以我們選擇三極管的時候就按照比設(shè)計(jì)電流稍微大一點(diǎn)的指標(biāo)進(jìn)行選型。本項(xiàng)目采用兩個三極管，一個是NPN的，型號為9014;一個是PNP的，型號為9015。如果看過這個電路圖原始版本的朋友可能會知道，他原來采用的兩個三極管的型號為2N3904和2N3906，那兩種三極管的最大電流是0.2A。其實(shí)這個影響不大，之所以我這里改為9014和9015是因?yàn)樵谖覀儑鴥?nèi)，后面這兩種型號的三極管相對容易找一些，而這兩種型號的三極管最大電流雖然只是0.1A，但是對于我們這個電路來說還是足夠了的。  （5

20、）震動馬達(dá)本項(xiàng)目的動力來自震動馬達(dá)產(chǎn)生的震動波。關(guān)于震振動馬達(dá)在前面的驅(qū)動原理的章節(jié)中已經(jīng)有了詳細(xì)的介紹，這不再重復(fù)。馬達(dá)的電子符號如下圖(兩種表示方法)，圓圈里面的字母“M”其實(shí)就是英文單詞“Motor”(譯為：發(fā)動機(jī)、馬達(dá))的首字母。 還是對于水流的例子，本項(xiàng)目的震動馬達(dá)相當(dāng)于一個“以水流驅(qū)動的水輪機(jī)(水車)”，水流從高處留下來，沖擊扇葉，扇葉帶動一根轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，結(jié)果就是把水流落差的勢能轉(zhuǎn)為機(jī)械旋轉(zhuǎn)的動能。   （6）太陽能電池太陽能電池是本項(xiàng)目機(jī)器人的能量來源。電池的電子符號如下圖： a)第一個和第二個為普通電池的符號。 一根長線和一根短線

21、為一組，長線的一段為正極，短線的一段為負(fù)極; 很多時候，一組長短線就代表一節(jié)電池，兩組就代表兩節(jié)電池; 也有些時候，多少組長短線并不代表具體多少節(jié)電池，尤其是在電壓比較高時(如果真要換成多少節(jié)電池來表示可能需要非常多組的長短線，那樣的話太復(fù)雜)，而只是代表是電源，具體多少電壓一般會在旁邊直接注明，比如：3V、1.5V*2(意為兩節(jié)1.5V的電池)。b)第三個符號是電池旁邊帶了英文“Solar Cell”， 含義就是“太陽能電池” 。 c)第四個符號是電池旁邊帶了一組射入的箭頭，代表光線，其實(shí)也指的是“太陽能電池” 。 太陽能電池是一種把光能轉(zhuǎn)換為電能的器件。單片太陽能電池板

22、的功率都不大，電壓電流都不高，如果用多塊太陽能電池板串聯(lián)來可以提高電壓，如果用多塊太陽能電池板并聯(lián)來可以提高電流，也可以是即串聯(lián)又并聯(lián)既提高電壓也提高電流。即便如此，由于太陽能電池的效率并不高，所以一般不會直接用太陽能電池作為動力驅(qū)動，動力驅(qū)動用專門的大電流電池組，而太陽能電池只是用于給這些電池組進(jìn)行充電(充電電流要求不高)。本項(xiàng)目的機(jī)器人的移動方式?jīng)Q定了其不需要持續(xù)的電源供電，所以我們用可以用太陽能電池進(jìn)行直接的動力驅(qū)動，中間通過一個巧妙的電能積蓄電路進(jìn)行電能收集，達(dá)到一定的量之后進(jìn)行瞬間短暫的放電以獲取足夠的電流。具體原理在后面的電路分析中會有詳細(xì)的說明。同樣對于水流的例子，我們把太陽能電

23、池看成是“可以收集雨水的裝置(雨水收集器)”，即把曬太陽看成是淋雨(正好相反，哈哈)，把“收集太陽能轉(zhuǎn)為電能形成電流”看成是“收集雨水形成水流”。  本項(xiàng)目采用兩片1.5V/50mA的太陽能電池板串聯(lián)在一起使用。  3）原理分析接下來我們對本項(xiàng)目的電路進(jìn)行原理分析，有興趣深入了解的朋友可以繼續(xù)跟著來，如果已經(jīng)很熟悉的可以跳過本節(jié)。 本項(xiàng)目機(jī)器人的電路實(shí)際上是一個比較巧妙的電路脈動充放電控制電路，其可以把功率較低且有可能斷斷續(xù)續(xù)的太陽能電能收集起來集中存儲，當(dāng)存儲的電能達(dá)到一定量的時候，通過瞬間短暫的放電以獲取足夠的電流去驅(qū)動馬達(dá)。雖然瞬間放電的

24、電流足夠大能夠驅(qū)動馬達(dá)，但是持續(xù)時間很短，在積蓄的電能很快耗盡后，則馬達(dá)停止電路重新開始收集太陽能進(jìn)入下一次循環(huán)。即是這樣一個過程：太陽能充電>積累電能>瞬間放電>驅(qū)動馬達(dá)>耗盡電能>太陽能充電 由以上看出，本項(xiàng)目的機(jī)器人運(yùn)動的頻率是有一個間斷性的，即周期性一陣陣的挪動，陽光亮度越大，每個周期中間的間隔時間就越小，相當(dāng)于挪動得更快。 （1）常規(guī)分析下面我們將以常規(guī)的方式，即從電子專業(yè)的角度，對電路圖的原理進(jìn)行分析。 特別說明：以下的箭頭并不一定代表電流方向，只是為了說明電路執(zhí)行的流程，實(shí)際電流方向總是從正極流向負(fù)極。 

25、60;a)太陽能電池把太陽能轉(zhuǎn)換為電能，并給電解電容充電。 b)電解電容積蓄電能，過程中整體電路的電壓逐步上升，當(dāng)達(dá)到LED二極管的導(dǎo)通電壓時(2V)，LED二極管導(dǎo)通。 c)LED二極管導(dǎo)通后，可以給PNP三極管的基級提供足夠的電壓，促使PNP三極管導(dǎo)通。 d)PNP三極管導(dǎo)通后，反過來又給NPN三極管的基極提供足夠電壓，促使NPN三極管導(dǎo)通。 e)NPN三極管導(dǎo)通，一方面通過電阻給PNP三極管基極保持足夠的導(dǎo)通電壓，另一方面驅(qū)動馬達(dá)轉(zhuǎn)動。其中用電阻可以降低電流，以保護(hù)LED二極管以及PNP三極管不容易燒壞，而且也降低LED二極管的功耗(畢竟這里L(fēng)ED

26、二極管的主要作用不是用來發(fā)光的)，讓更多的電能都用在驅(qū)動馬達(dá)上。 f)馬達(dá)啟動后，會迅速消耗電解電容中存儲的電能，整體電路的電壓下降，直到無足夠電壓保持二極管的導(dǎo)通，則二極管截止。 g)由于NPN導(dǎo)通后會通過電阻分一定的電流給到PNP三極管的基極，使得即使二極管截止之后仍然有足夠的電壓在PNP三極管基極使其保持導(dǎo)通。h)當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動繼續(xù)消耗電解電容中儲存的電能，整體電路電壓進(jìn)一步下降，即便NPN三極管導(dǎo)通后有通過電阻分給PNP三極管基極電壓，但也會因?yàn)樵撾妷航档降陀谄鋵?dǎo)通的電壓，則PNP三極管截止，同時NPN三極管也截止。接著，太陽能電池重新給電解電容充電，電路重新開始一次上

27、面的各個步驟，循環(huán)往復(fù)。 （2）類比分析如果是原來沒有電子基礎(chǔ)的朋友，可能對前面常規(guī)方式的電路原理分析還是聽得一頭霧水，沒有關(guān)系，下面我們將以通俗易懂的類比方式再進(jìn)行一次分析。已經(jīng)了解的朋友可以忽略跳過繼續(xù)瀏覽后面的內(nèi)容。在之前介紹電子元件是都會類比到某一種容易明白的工具設(shè)備，其實(shí)那不僅僅是有助于了解電子元件，同時也是為下面用類比方式介紹電路原理做一個鋪墊。主要的流程如下：1)下雨天氣，“雨水收集器”收集雨水2)收集到的雨水注入“蓄水池”3)“蓄水池”蓄滿水后會溢出，一次性倒出4)水流順著管道流向“閥門”和“水閘”5)“閥門”和“水閘”關(guān)閉，水流無法繼續(xù)向前流6)水壓升高，水流頂開“

28、閥門”并通過“閥門”，水流到達(dá)“閘門1”的基極7)水壓升高，“閘門1”被頂開，水流從“閘門1”的發(fā)射極流向集電極8)“閘門1”集電極流出的水流向“閘門2”的基極9)水壓升高，“閘門2”被頂開，水流從“閘門2”的發(fā)射極流向集電極10)“閘門2”集電極流出的水流向“水車”，并且通過“水流減小器”流回“水閘1”的基極11)“水車”在水流的沖擊下轉(zhuǎn)動，并消耗水流;水流經(jīng)過“水流減小器”流回“水閘1”的基極12)“水閘2”集電極流出的水經(jīng)過“水流減小器”回流到“水閘1”的基極，確保“水閘1”繼續(xù)打開，循環(huán)之下“水閘2”也能保持打開13)“水車”轉(zhuǎn)動繼續(xù)消耗水流14)當(dāng)“水車”轉(zhuǎn)動消耗大多數(shù)水流，“水閘1

29、”和“水閘2”無法維持打開狀態(tài)，全都關(guān)閉了15)“水車”失去水流驅(qū)動，停止了轉(zhuǎn)動16)準(zhǔn)備重新收集雨水，開始下一輪循環(huán) 以下為原理分析的模擬動畫，希望能夠有助于理解。  題外話如果了解過本項(xiàng)目電路的朋友，可能會知道該電路原型建議采用的是閃光LED二極管(也稱爆閃LED二極管)，即點(diǎn)亮后會自動以一定頻率自動閃光的發(fā)光二極管(其之所以會閃光，其實(shí)是嵌入了一塊用于控制閃光的芯片)。之所以使用這種類型的二極管，實(shí)際上就是因?yàn)橹灰狶ED二極管瞬間導(dǎo)通一次就可以令整個電路觸發(fā)正常運(yùn)行(之后發(fā)光二極管不需要繼續(xù)導(dǎo)通)，而且因?yàn)橹皇撬查g發(fā)光，所以LED二極管消耗的電能比較小，讓剩

30、余的所有電能都能夠用在電路的電機(jī)運(yùn)行上。本項(xiàng)目這里不使用這種閃光LED二極管，而是采用普通發(fā)光的LED二極管，主要是因?yàn)椋?)雖然說閃光LED比一般LED省電，但是一般閃光LED的導(dǎo)通電壓比較，通常都高于3V，如果要采用這種閃光LED二極管，則我們整體電路的太陽能電池板就不能使用3V的，而是需要更換為3V以上甚至4V的，再加上本身閃光LED二極管也比普通LED二極管價格高，這樣的話無形中增加了成本。2)雖然理論上使用普通LED二極管的效率不如使用閃光LED二極管，但是經(jīng)過我們實(shí)踐，以我們目前項(xiàng)目的電路元件的參數(shù)，我們的機(jī)器人還是可以運(yùn)行得比較順暢的，一來是我們所采用的電機(jī)都是低能耗的，能夠在比

31、較低的電流下正常運(yùn)行;二來我們采用的太陽能電池板的電流也比較高，能夠提供較大的電流。所以即便是我們采用普通LED二極管多消耗了一些電能，但是還是不影響機(jī)器人的整體運(yùn)行的。 二、準(zhǔn)備工作本項(xiàng)目需要的器材主要包括：PVC線槽、震動馬達(dá)、太陽能電池、電阻、電解電容、二極管、三極管、撥動開關(guān)、螺絲/螺帽等。 本項(xiàng)目建議采用寬度為2.5CM的PVC線槽。選項(xiàng)名稱 規(guī)格數(shù)量 備注 選項(xiàng)名稱 規(guī)格數(shù)量 備注 1必選PVC線槽寬度2.5CM長度10CM1個單位 2可選PCB印刷電路板太陽能引擎專用1片 

32、0;       以下列出本項(xiàng)目的其他主要器件： 名稱 規(guī)格數(shù)量用途1震動馬達(dá) 手機(jī)用震動馬達(dá)1個 動力2太陽能電池 1.5V2片 電源3電阻 2.2K1個 電子元件4電解電容 4700uf1個 電子元件5二極管 LED發(fā)光二極管1個 電子元件6三極管 9014、9015各1個2個 電子元件 7電路板 電路實(shí)驗(yàn)板/萬用板/洞洞板1塊 8電路導(dǎo)線 紅

33、/黑/藍(lán)若干 電路連接9M1.2*5螺絲/螺母 直徑1.2mm，長5mm4對 固定PVC材料10M2*10螺絲/螺母 直徑2mm，長10mm1對 固定PVC材料11M2墊片 孔徑2mm3個       本項(xiàng)目套件的淘寶地址： 三、制作過程以下將按照制作的順序，全程介紹本項(xiàng)目機(jī)器人的制作過程。 3.1、電路焊接控制電路是本機(jī)器人的核心，這里將會比較詳細(xì)的介紹如何進(jìn)行電路焊接。電路焊接可以算是一門技術(shù)活，對于熟練的朋友來說這是小菜一碟，而且肯定很多人

34、比我焊接得好得多，這里我算是班門弄斧了，目的也是給入門的朋友一點(diǎn)指引吧。這里我們選用一塊樹脂實(shí)驗(yàn)板(也稱萬用板/洞洞板)作為焊接電路的載體，也許有人會說“那么簡單的電路也要電路板”確實(shí)是對于一些熟練的朋友來說，這樣簡單的電路還不如用電子元件的引腳直接搭起來焊接。這里之所以還選擇用電路板，一來作為入門教程來說為了找一個簡單實(shí)例，為以后焊接更復(fù)雜的電路打基礎(chǔ);二來我本人的習(xí)慣還是堅(jiān)持用電路板不容易出錯。 使用電路板焊接電路，尤其是萬用板/實(shí)驗(yàn)板，可能大家會說，這個板上的孔全是一樣的，該如何排列元件呢?這里有一個技巧通常情況下，在電路板上排列元件，一般最好是按照各元件在電路圖中所在的位置對

35、應(yīng)到電路板上布局，什么意思呢?即，比如元件A在電路圖中位于最左邊，則實(shí)際在電路板上也排在最左邊;如果元件B在電路圖中正好位于元件A的右邊，則在電路板上也把元件B布局在元件A的右邊。這樣一來容易對照電路圖進(jìn)行焊接，不容易出錯;二來多數(shù)電路圖排列是正好符合其電流或者信號的流向，按照電路圖的布局排列實(shí)際的元件不容易產(chǎn)生干擾或者(信號)異常。當(dāng)然，這里所說的一般只是針對手工焊接的電路板，如果是設(shè)計(jì)印刷電路板(PCB)來焊接電路，那涉及到更多的內(nèi)容，這里不展開討論。 特別提示：假如是對于電路焊接不熟悉的初學(xué)者，強(qiáng)烈建議先閱讀PVCBOT教程的技巧文章：萬能洞洞板的手工焊接說明PCB印刷電路板的

36、焊接說明  對于本項(xiàng)目的電路圖(如上)，下面我們對應(yīng)各元件在圖上所在的位置進(jìn)行實(shí)際電路板的布局(外接的電源、馬達(dá)、電解電容除外，以方便焊接考慮)。 這是“電路板正面布局圖”(無焊點(diǎn)的一面，黑芯藍(lán)點(diǎn)為焊點(diǎn)，藍(lán)色帶代表焊點(diǎn)相連)：  這是“電路板底面布局圖”(有焊點(diǎn)的一面，黑芯藍(lán)點(diǎn)為焊點(diǎn)，藍(lán)色帶代表焊點(diǎn)相連)：   1）三極管我們先來焊接三極管。根據(jù)“電路板正面布局圖”在電路板上插入兩個三極管(引腳不要留得過短，不要讓元件太過貼著電路板)。   到這里可能大家會問：“三極管有三只引腳，應(yīng)該

37、怎樣判別各引腳呢?”這里我給大家介紹一些方法。 三極管的符號：判斷三極管的引腳，最簡單的方法就是通過三極管的外形直觀判斷出其引腳。本項(xiàng)目采用的三級管是9014、9015兩個型號，一般這兩個型號的外形封裝是TO-92(一種封裝類型，特征就是如下圖的外形)，且引腳的排列也是相對固定的。以上的圖示只是TO-92封裝類型的三極管默認(rèn)的引腳排列，從本博客的淘寶網(wǎng)店購買的套件也是按照這個布局排列。 如果本項(xiàng)目的三極管大家是自己獲取的而不是直接從本博客的淘寶網(wǎng)店購買的套件，或者是說在本項(xiàng)目之外采用其他的三極管，則可能由于三極管的外形(封裝)不同，或者由于廠家眾多執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)也不一樣，所以單

38、純從外形判斷三極管的引腳并不是百分之百準(zhǔn)確的，這個時候我們就需要通過其他更準(zhǔn)確的方法去測量。  附：如何準(zhǔn)確的判別三極管的引腳? 要準(zhǔn)確判斷三極管引腳的方法有很多(可在百度上搜索)，這里僅提一個我常用的比較簡單的方法直接用萬用表的三級管測量功能(三極管直流放大系數(shù)hFE測量)。我這里以數(shù)字萬用表為例進(jìn)行介紹。(關(guān)于該款數(shù)字萬用表，具體見之前的工具準(zhǔn)備)把數(shù)字萬用表的檔位調(diào)到“hFE”，即測量三極管的直流放大系數(shù)。          如果測量的是NPN三極管，則把三極

39、管插到NPN三極管的插座上。通常三極管的中間引腳是基極(B)，可以嘗試各種插接方式，直到顯示屏顯示出一定的數(shù)值為止(通常是幾十到幾百)，這個時候三極管各引腳的電極就對應(yīng)插孔所標(biāo)注的電極。            如果測量的是PNP三極管，則把三極管插到PNP三極管的插座上。通常三極管的中間引腳是基極(B)，可以嘗試各種插接方式，直到顯示屏顯示出一定的數(shù)值為止(通常是幾十到幾百)，這個時候三極管各引腳的電極就對應(yīng)插孔所標(biāo)注的電極。    &

40、#160;        我們把三極管按照正確的引腳插好，然后就按照“電路板底面布局圖”焊接三極管(紫色部分為連接線)。焊點(diǎn)之間的連接線，一般我們可以直接用元件的引腳折起來再焊上。 為了焊接時使焊錫更容易粘住引腳和電路板的銅箔，一般需要給焊接的部位(引腳和銅箔)涂上一點(diǎn)助焊劑后再用烙鐵焊接。常用的助焊劑主要有松香(用松樹樹脂提取的物質(zhì))，也有專門焊錫膏(前一篇關(guān)于器材準(zhǔn)備的文章中有說明)。值得注意的是，比起松香，焊錫膏的助焊效果更好，但是焊錫膏一般都有一定的腐蝕性，對電路板的線路有傷害(時間長會腐蝕電路)

41、，所以用量不宜過多，而且建議焊接好后最好用布或紙擦拭干凈。把元件的引腳按照要連接位置折好并用剪刀剪掉多余的長度，然后用牙簽棒蘸一點(diǎn)焊錫膏涂在要上焊錫的引腳和電路板銅箔上。 用烙鐵粘上焊錫對著要引腳和銅箔的結(jié)合部位進(jìn)行焊接。  2）LED二極管接下來我們要焊接LED二極管。 根據(jù)“電路板正面布局圖”在電路板上插入LED二極管(引腳不要留得過短，不要讓元件太過貼著電路板)。  這里我們又碰到一個問題，“LED二極管的兩只引腳是區(qū)分極性的，應(yīng)該如何判別呢?”這里我再介紹一個小技巧。附：如何判別LED二極管的引腳? 方法1：如果是全

42、新的LED二極管，一般其兩個引腳的長度是有區(qū)別的，通常長的那個引腳為正極，即電子符號的喇叭口一端;方法2：看LED二極管圓柱形外殼底邊上的圓盤，有缺口的一側(cè)對應(yīng)的引腳是負(fù)極;方法3：直接透過外殼觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，連接內(nèi)部小電極片的引腳是正極，連接內(nèi)部大的三角形電極片的引腳是負(fù)極。      我們把二極管按照正確的引腳插好，然后就按照“電路板底面布局圖”焊接二極管(紫色部分為連接線)。3）電阻然后我們焊接電阻。 根據(jù)“電路板正面布局圖”在電路板上插入電阻(引腳不要留得過短，不要讓元件太過貼著電路板)。 如果看得懂電阻的色

43、環(huán)所表示的含義，細(xì)心的朋友可能會發(fā)現(xiàn)，上圖照片中的電阻并不是2.2K的，而是2.4K的。其實(shí)這個相差不大，只是因?yàn)槲乙幌伦诱也坏?.2K的電阻，就用2.4K來代替了。(關(guān)于如何通過色環(huán)判別電阻的阻值，有興趣的朋友可以自己百度一下)。我們把電阻按照正確的引腳插好，然后就按照“電路板底面布局圖”焊接電阻(紫色部分為連接線)。4）電解電容最后我們焊接電解電容。根據(jù)“電路板正面布局圖”在電路板上插入電解電容(引腳不要留得過短，不要讓元件太過貼著電路板)。 注意：電解電容的引腳是區(qū)分正負(fù)極性的，通常其外皮上會印刷有“-”減號，對應(yīng)代表負(fù)極的那只引腳(也有少部分是印有“ +”加號來表示正極)。&

44、#160;我們把電解電容按照正確的引腳插好，然后就按照“電路板底面布局圖”焊接電解電容(紫色部分為連接線)。   最后，就完成了所有電子元件的電路板焊接。  3.2、電路測試焊接好電路板之后，我們需要對電路進(jìn)行測試，看看電路是否能夠正常運(yùn)行。我們先把兩片太陽能電池用電線串聯(lián)起來，如下圖：左邊電池的正極接右邊電池的負(fù)極(短黑線)，則左邊電池的正極就作為串聯(lián)后的正極輸出(長紅線)，右邊電池的負(fù)極就作為串聯(lián)后的負(fù)極輸出(長黑線)。 按照“電路板底面布局圖”接好馬達(dá)和太陽能電池。 特別注意，本項(xiàng)目的太陽能機(jī)器人一般只能在太陽下才能運(yùn)

45、行，而在普通燈光下由于亮度不足將無法正常運(yùn)行。如果要在室內(nèi)測試太陽能機(jī)器人，由于光線不足就需要借助特別的燈光可以選擇100瓦的白熾燈(在實(shí)體五金店中可以很容易買到燈泡和插座)，以代替陽光。(注意：不能用一般日光燈或是節(jié)能燈，因?yàn)槠淞炼葻o法讓太陽能電池有足夠的輸出功率)。 在白熾燈下，進(jìn)行電路測試。正常效果，馬達(dá)會每隔幾秒鐘轉(zhuǎn)動幾下。調(diào)整白熾燈與太陽能電池板的距離，查看馬達(dá)在光線不同時的效果光線越亮，馬達(dá)每兩次轉(zhuǎn)動的間隔就會越短，如果燈泡貼著太陽能電池板甚至馬達(dá)會持續(xù)轉(zhuǎn)動。 確認(rèn)電路都調(diào)試好沒有問題了，我們就可以把電路板按照實(shí)際用到的范圍從整塊電路板上進(jìn)行裁切。當(dāng)然如果是比較

46、熟練的朋友，可以在焊接前就按照所需的尺寸先裁切好電路板。以下是機(jī)器人電路板最終的樣子。請注意電解電容不需要完全搭在板上，只是引腳部分連電路板上，即：靠近電解電容這一端的電路板不要預(yù)留過多，這樣電解電容可以上下活動調(diào)整，因?yàn)殡娊怆娙菔亲鳛闄C(jī)器人腹部，有一端是貼住地面的，可以調(diào)整其角度以改變機(jī)器人地面支撐的角度。 3.3、結(jié)構(gòu)制作下面我們開始機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的制作，按照機(jī)器人的不同部位進(jìn)行組裝。 1）主干用剪刀裁一段PVC方條(6.5cm*1.5cm左右)。 #FormatImgID_79# 然后再剪成如下形狀，其中一端用小電鉆(也可用錐子)打兩個小孔(直徑1

47、mm左右，上螺絲用)。#FormatImgID_80# 2）背板剪一塊PVC方塊(2.5cm*2cm)。#FormatImgID_81# 方塊中間用小電鉆(也可用錐子)打兩個小孔(直徑1mm左右，上螺絲用)。#FormatImgID_82# 3）前腳剪一段PVC窄方條(6.5cm*0.5cm)，在兩邊離前端大概1cm處開始剪成斜邊，并在2.5cm和4cm處留好折痕。#FormatImgID_83# 把窄方條用尖嘴鉗折成如下樣式。#FormatImgID_84# 4）腹板用PVC剪一個方條并折成如下形狀，作為腹板，并對照主干前段的兩個小孔在腹板彎

48、折處也打兩個小孔。嘗試把電路板固定在上面，看看位置和尺寸是否合適。注意：腹板靠近電解電容這一端，與電路板對齊，允許電解電容上下調(diào)整位置。 5）待組裝的部件把主干、前腳、背板、腹板都對準(zhǔn)位置，打好固定的小孔，其中：(1)主干前端、腹板彎折處、前腳，三處的一對小孔都是對應(yīng)在一起的;(2)主干中部、背板，兩處的一對小孔都是對應(yīng)在一起的。 背板的兩個小孔上1.2*5mm的螺絲，并且加上墊片。 3.4、安裝電路板下面是把電路板安裝起來。用2*10mm的螺絲穿過腹板底部的小孔，并通過電路板上的孔穿出。即，把原電路板上如下圖位置的小孔用錐子擴(kuò)大到2mm。  

49、把電子元件都稍微往邊上靠一下扭一下，盡可能貼向電路板(上面曾經(jīng)要求電子元件的引腳不要太短，就是為了方便這里)，使電子元件的所占的空間高度不至于太大。  把主干前端和腹板彎折處的小孔對齊并上好1.2*5mm螺絲。這里順帶提一下：從近距離特寫的照片我們可以看到PVC材料的邊界是有類似鋸齒的效果，這是因?yàn)槲矣脕砑鬚VC的剪刀本身刀刃上就是帶一點(diǎn)鋸齒的，剪出來后看起來效果也不錯，所以也沒有再打磨光滑了。 把從腹板底部穿出的螺絲頂住主干，把螺絲對著主干的位置用筆做好標(biāo)記。 在主干上作了標(biāo)記的位置用小電鉆(也可用錐子)打好孔。 找一個簽字筆的筆芯(塑料管)

50、。 用刻刀或者裁紙刀截取大概0.5mm長度的一小段。 把2*10mm的螺絲從主干穿下，然后墊上的筆芯塑料管，再穿過電路板。 這里的筆芯塑料管，也可以用幾片塑料小墊片代替(注意：不要用金屬墊片，以免把電子元件的引腳給短路了)。  3.5、震動馬達(dá)下面是安裝震動馬達(dá)。要把震動馬達(dá)安裝在腹板上。 先把震動馬達(dá)的引腳焊上電線。 用透明膠布把震動馬達(dá)如下圖所示固定在腹板下面。在前面基本原理章節(jié)關(guān)于機(jī)械機(jī)構(gòu)的內(nèi)容也提到震動馬達(dá)不同的布局會有不同的效果，大家也可以自行選擇調(diào)整。 3.6、太陽能電池下面是安裝太陽能電池板。 前面章

51、節(jié)對電路測試時已經(jīng)用電線把兩片太陽能電池接好了(細(xì)心的朋友可能發(fā)現(xiàn)中間的連接線被我從黑線換成了白線，僅是為了便于區(qū)別而已)。 把主干、前腳、背板各連接的螺絲(1.2*5mm)都上好。在背板上兩顆螺絲左右兩邊都貼上雙面膠布 (如下圖所示)。 把太陽能電池板直接通過雙面膠布貼在背板上。注意太陽能電池板正好是背面沒有焊點(diǎn)的兩個區(qū)域(即上一張圖片中太陽能電池板背面印有字母和數(shù)字但是沒有銅箔線路的部分)直接貼雙面膠布。 為了便于給雙面膠布的接合面加壓，可以先把背板從主干上拆下，稍微用力把太陽能電池板壓在背板上。 再把背板通過螺絲固定到主干上。  3.7、電源開關(guān)太陽能動力機(jī)器人由于是用太陽能作為能源的，可以不用加電源開關(guān)(有太陽就會動，沒有太陽就不會動)，當(dāng)然要加開關(guān)也是可以的。開始我自己做太陽能機(jī)器人的時候是用了開關(guān)的，后來所有的太陽能機(jī)器人我都把開關(guān)省略掉了。并且，對于以震動方式移動的機(jī)器人，體重越輕移動效果越好。不用開關(guān)可以減輕總體體重，移動的效果會明顯一些。 假如用了開關(guān)的話，我們可以采用502膠水粘貼電源開關(guān)，為保證粘貼牢固，應(yīng)該把粘貼的接合面打磨粗糙一點(diǎn)，即我們用銼刀把撥動開關(guān)以及主干尾部的表面稍微進(jìn)行了打磨。 在接合面涂上502膠水后，迅速把開關(guān)和主干貼在一起，然后稍微用力加壓。