太阳能动力昆虫机器人DIY-可爱的蚊子
f)马达启动后,会迅速消耗电解电容中存储的电能,整体电路的电压下降,直到无足够电压保持二极管的导通,则二极管截止。
g)由于NPN导通后会通过电阻分一定的电流给到PNP三极管的基极,使得即使二极管截止之后仍然有足够的电压在PNP三极管基极使其保持导通。
h)当马达转动继续消耗电解电容中储存的电能,整体电路电压进一步下降,即便NPN三极管导通后有通过电阻分给PNP三极管基极电压,但也会因为该电压降到低于其导通的电压,则PNP三极管截止,同时NPN三极管也截止。
接着,太阳能电池重新给电解电容充电,电路重新开始一次上面的各个步骤,循环往复。
(2)类比分析 如果是原来没有电子基础的朋友,可能对前面常规方式的电路原理分析还是听得一头雾水,没有关系,下面我们将以通俗易懂的类比方式再进行一次分析。已经了解的朋友可以忽略跳过继续浏览后面的内容。
在之前介绍电子元件是都会类比到某一种容易明白的工具设备,其实那不仅仅是有助于了解电子元件,同时也是为下面用类比方式介绍电路原理做一个铺垫。
主要的流程如下:
1)下雨天气,“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”蓄满水后会溢出,一次性倒出
4)水流顺着管道流向“阀门”和“水闸”
5)“阀门”和“水闸”关闭,水流无法继续向前流
6)水压升高,水流顶开“阀门”并通过“阀门”,水流到达“闸门1”的基极
7)水压升高,“闸门1”被顶开,水流从“闸门1”的发射极流向集电极
8)“闸门1”集电极流出的水流向“闸门2”的基极
9)水压升高,“闸门2”被顶开,水流从“闸门2”的发射极流向集电极
10)“闸门2”集电极流出的水流向“水车”,并且通过“水流减小器”流回“水闸1”的基极
11)“水车”在水流的冲击下转动,并消耗水流;水流经过“水流减小器”流回“水闸1”的基极
12)“水闸2”集电极流出的水经过“水流减小器”回流到“水闸1”的基极,确保“水闸1”继续打开,循环之下“水闸2”也能保持打开
13)“水车”转动继续消耗水流
14)当“水车”转动消耗大多数水流,“水闸1”和“水闸2”无法维持打开状态,全都关闭了
15)“水车”失去水流驱动,停止了转动
16)准备重新收集雨水,开始下一轮循环
以下为原理分析的模拟动画,希望能够有助于理解。
题外话
如果了解过本项目电路的朋友,可能会知道该电路原型建议采用的是闪光LED二极管(也称爆闪LED二极管),即点亮后会自动以一定频率自动闪光的发光二极管(其之所以会闪光,其实是嵌入了一块用于控制闪光的芯片)。之所以使用这种类型的二极管,实际上就是因为只要LED二极管瞬间导通一次就可以令整个电路触发正常运行(之后发光二极管不需要继续导通),而且因为只是瞬间发光,所以LED二极管消耗的电能比较小,让剩余的所有电能都能够用在电路的电机运行上。
本项目这里不使用这种闪光LED二极管,而是采用普通发光的LED二极管,主要是因为:
1)虽然说闪光LED比一般LED省电,但是一般闪光LED的导通电压比较,通常都高于3V,如果要采用这种闪光LED二极管,则我们整体电路的太阳能电池板就不能使用3V的,而是需要更换为3V以上甚至4V的,再加上本身闪光LED二极管也比普通LED二极管价格高,这样的话无形中增加了成本。
2)虽然理论上使用普通LED二极管的效率不如使用闪光LED二极管,但是经过我们实践,以我们目前项目的电路元件的参数,我们的机器人还是可以运行得比较顺畅的,一来是我们所采用的电机都是低能耗的,能够在比较低的电流下正常运行;二来我们采用的太阳能电池板的电流也比较高,能够提供较大的电流。所以即便是我们采用普通LED二极管多消耗了一些电能,但是还是不影响机器人的整体运行的。
二、准备工作
本项目需要的器材主要包括:PVC线槽、震动马达、太阳能电池、电阻、电解电容、二极管、三极管、拨动开关、螺丝/螺帽等。
以下列出本项目主要器材,其中的采购预算,由于有些器材采购时一般是批量的,而本项目中实际使用用不了那么多(剩下的可以留在以后的其他项目上),所以另外加了一项成本折算。
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