Roboti komponentide juhtimiseks kasutatakse elektrit. Elektroonika. Elektroonika jaguneb. Passiivelemendid Pooljuhid Aktiivelemendid

Transcription

1 Elektroonika

2 Roboti komponentide juhtimiseks kasutatakse elektrit. Elektroonika Elektroonika jaguneb Passiivelemendid Pooljuhid Aktiivelemendid 2

3 Takisti (Oom) Voolu ja pinget piirav element Võib olla ka muutuva takistusega Fototakisti, termotakisti Potentsiomeeter Passiivelemendid 3

4 Takisti värvikood 4

5 Kondensaator (Farad) Mahtuvuslik element (nagu pisike aku) Kasutatakse peamiselt toite silumiseks Passiivelemendid 5

6 Pooljuhid juhivad nagu nimi ütleb voolu vaid ühes suunas Diood Lihtne element, juhib voolu vaid ühes suunas Sobib nt tagurpidi pinge kaitseks Valgusdiood Muundab elektrienergia valgusenergiaks Kasutatakse indikaatoritena Pooljuhid 6

7 Lülitatavad pooljuhid Transistor (NPN, PNP): On kolme väljaviiguga pooljuhtseadis elektriahelate lülitamiseks ja elektrisignaalide võimendamiseks. Väljatransistor (N-Fet, P-Fet) Lülitatavad elemendid seadmete juhtimiseks Võimendavad elemendid (madala vooluga võimalik lülitada suure vooluga seadmeid) Aktiivkomponendid 7

8 Kogum aktiiv- ja passiivkomponentidest ühes korpuses mingi kindla ülesande lahendamiseks Kiibid Programmeeritavad kiibid Loogikakiibid Võimenduskiibid Mäluelemendid = 8

9 Oomi seadust kasutatakse elektrijuhile rakendatud pinge ja juhti läbiva voolutugevuse vahelise sõltuvuse iseloomustamiseks. Voolutugevus juhis on võrdeline juhi otstele rakendatud pingega ja pöördvõrdeline juhi takistusega. Oomi seadus I = U / R 9

10 Oomi seadus 10

11 Voolu mõõdame jadamisi tarbijaga, pinget aga paralleelselt. Oomi seadus Takisti väärtus, kui: I=10mA U=5V 11

12 Pingejagur on elektriahel, mille väljundpinge moodustab osa sisendpingest. Väljundpinge suurus sõltub elektriahela moodustavate takistite takistuse suhtest. U 2 = U 1 (R 2 / (R 1 + R 2 )) Valem tuleneb Ohmi seadusest, mille järgi: Pingejagur I = U 1 / (R 1 + R 2 ) ning: U 2 = I R 2 vider.asp 12

13 Valgusdioodi töövoolu on vaja piirata, et kaitsta seda läbi põlemise eest LED takisti arvutamine 13

14 Valgusdioodi töövoolu on vaja piirata, et kaitsta seda läbi põlemise eest LED takisti arvutamine R = U r / I f = (U in - U f ) / I f R on takisti takistus. U r on pingelang takistil. U in on toitepinge. U f on LED-i päripinge. I f on LED-i voolutugevus. 14

15 LED takisti arvutamine R = U r / I f = (U in - U f ) / I f R on takisti takistus. U r on pingelang takistil. U in on toitepinge. U f on LED-i päripinge. I f on LED-i voolutugevus. 15

16 Arvutada takisti takistus, kui LED ühendatakse 12 V pingega, LED-i päripinge on 3 V ja pärivool on 20 ma. I f = 20 ma = 0,02 A R = (12-3) / 0,02 = 450 Ω P r = (12-3) 0,02 = 0,18 W Arvutusnäide Koostage LED skeem. 16

17 Patareid Lihtsad, odavad vooluallikad Akud Taaslaetavad, väga palju erinevaid tehnoloogiaid Kütused Põlemis / keemilise reaktsiooniga saadav energia muundatakse elektrienergiaks Adapterid Vooluvõrgust saadav energia, mis alaldatakse vajalikuks pingeks kasutades trafot või toiteblokki Toiteallikad 17

18 Pliiakud Odavad ja lihtsad akud Kasutatakse peamiselt autodes ja UPSides Madal energiatihedus Nikkelakud Enamlevinud akud koduelektroonikas (NiMH, NiCd) Suhteliselt hea mahtuvusega ning hinnaga Ohutud Iseeneslik tühjenemine Mäluefekt Akud 18

19 Liitiumakud Väga hea energiatihedusega Võimaldab väga suuri voolusid Kardavad ülelaadimist ja liiga tühjaks laadimist, lühist, äärmuslikke temperatuure Akud 19

20 Akude ühendamine 20

21 Stabiilse pinge saamiseks kasutame pingeregulaatoreid Pingeregulaatorid 21

22 Seade, mis muundab mingi füüsikalise suuruse elektrisignaaliks. Ümbritseva keskkonna tajumiseks Mida rohkem andureid, seda täpsemini oskab robot oma käitumist planeerida Jagunevad Analoogandurid Andurid Digitaalandurid 22

23 Lihtsalt kasutatavad andurid, 2 olekut: On või Ei ole Lülitid, Koodrid, diskreetoptika Digitaalandurid 23

24 Selleks, et analoog andureid kasutada on vaja analoogsignaali digitaalseks muundada Väljundiks on muutuv pinge Tüüpilised andurid Kaugusandurid Keskkonna andurid Analoogandurid 24

25 Andurid, millesse on sisse ehitatud mõõteloogika Juhitavad üle andmesiini UART, SPI, TWI, USB, PWM Targad andurid 25

26 Ultraheli kaugusandur - Lai nägemisväli - Odav - Suhteliselt täpne - Ei sõltu materjali värvist HC-SR04 26

27 Infrapuna jooneandur 8 optopaariga ja juhitava LED olekuga Mõõtekaugus 3mm maapinnast 9.5mm anduritevaheline kaugus Analoogväljund (mõõdetav ka digitaalsisendiga) ; 6/8 kanalit Jooneandur QR 27

28 Elektrienergia muundamine mehaaniliseks liikumiseks Olulised parameetrid: Voolu eripära ja tarve, mõõtmed, kinnitus, juhtimise keerukus, pöörlemiskiirus (rpm), pöördemoment Jagunevad: Alalisvoolumootor Vahelduvvoolu mootor Servo mootor Samm-mootor Mootorid 28

29 Töötab alalisvoolul Kiirus lihtsasti reguleeritav pingega Suur pöörlemiskiirus Alalisvoolu mootor Kasutamiseks vaja lisada reduktor Kaotad kiiruses, võidad jõus 29

30 Kiiruse reguleerimine pingega PWM Mootorite juhtimine Pulsilaius-modulatsioon (PWM) on signaali tüüp mille sagedus ja ühtlasi ka perioodi pikkus on konstantne (enamasti) kuid mõlema poolperioodi pikkus on muutuv. PWM signaale kasutatakse elektromehaaniliste, optiliste, jms. seadmete juhtimiseks. Näiteks mudelismist tuntud servomootorite PWM signaal on 50Hz sagedusega ja 1ms kuni 2ms pikkuse kõrge poolperioodiga. 30

31 Suuna muutmine toite ümber lülitamisega H-sild Mootorite juhtimine 31

32 Pisi-Xbee 5 e5 32

33 ATxmega32A4 (3,3V loogika) 8 analoogsisendit 8 digitaalset I/O viiku Maksimaalne lubatud koormus 3.3V ahelas on 500mA Töötab 2S LiPo aku peal (max ~8,4V) H-silla kiip DRV8848 Kiirendus - güro LSM330DLC XRF raadiomoodul Pisi-Xbee 5 33

34 Takistid 34

35 Kondensaator id 35

36 Induktiivpool 36

37 Connector, Pin header 37

38 Transistorid 38

39 Dioodid 39

40 Integraalskeem 40

41 Toide, maa 41

42 Valige sobivad andurid enda robotile. Ülesanne 42

43 Argo Kasemaa. Elektroonika komponendid, graalskeemide_korpused.html Soovituslik kirjandus 43

44 Marianne Nugis tel