Принципиальная электрическая схема показана на рис.1. Конструкция робота имеет в своём составе следующие основные блоки: четыре независимых генератора, два из которых управляемые по шим-методу, схемы сравнения DD1.3,DD1.4, синхронного детектора DD2.3, два драйвера моторов на транзисторах VT1-VT8, приёмного ик-модуля DA1, детектора падения напряжения DA2.

Рассмотрим работу схемы в режиме управления от ПДУ. В этом режиме обе секции микровыключателя SB1 должны находиться в положении включено (ON). А фиксируемая кнопка SB2 в положении "отжато”. Нажатие на кнопку ПДУ приводит к появлению отрицательных импульсов на выводе 3 ик-модуля DA1. Сам модуль питается через развязку VD1C1. Её задача стабилизация и защита от импульсного сигнала помехи. Без данной цепочки ик-модуль работать не будет, так как индуктивная нагрузка подключенных двигателей будет вызывать значительные всплески напряжения по цепи питания. Конденсатор C7 в исходном состоянии разряжен. На входе элемента DD2.4 высокий логический уровень, а на его выходе 3 низкий логический уровень. Поэтому сигнальный светодиод HL5 не светится. Вообще назначение светодиода HL5 сигнализировать о получении ик-импульсов при нажатии кнопки на ПДУ. Это облегчает управление роботом или настройку схемы. Беспрепятственно проходя через диод VD4, отрицательные импульсы быстро заряжают конденсатор C7 до нулевого потенциала. Элемент DD2.4 переключается и на его выходе 3 устанавливается высокий логический уровень. Светодиод HL5 зажигается, и высокий уровень поступает на выводы 5 и 12 элементов DD1.3,DD1.4. Элементы DD1.3, DD1.4 проверяют появление сигналов высокого уровня на своих входах и если таковые присутствуют, то на их выходах устанавливается низкий логический уровень. Но низкий уровень на выходах элементов DD1.3,DD1.4 не может появиться одновременно, так как их включение производится попеременно симметричными импульсами с выходов низкочастотного генератора DD1.1,DD1.2.

рис.1.нажимайте для просмотра в полном размере.

На элементах микросхемы DD1.1, DD1.2 выполнен низкочастотный генератор симметричных импульсов. Этот генератор разрешает кратковременный доступ к управлению роботом через ПДУ. Разрешённые интервалы доступа подсвечиваются светодиодами HL1 и HL2. Если при зажженном светодиоде HL1 нажать кнопку ПДУ, то робот повернёт влево, а при зажженном светодиоде HL2, робот повернёт вправо. Чтобы модель робота правильно среагировала на команду нажатие должно быть кратковременным. При работе генератора на его выходах 3 и 8 попеременно появляются единичные уровни, вспыхивает подключенный в данный момент светодиод. Высокие логические уровни, поступают на входы элементов сравнения DD1.3,DD1.4. Если в этот момент на одном из входов любого из элементов присутствует два высоких уровня, то элемент переключиться и на его выходе установится низкий логический уровень. Этот уровень, проходя, допустим через диод VD5, поступит на вход управляемого шим-генератора DD.31,DD3.2.  шим-генератор будет немедленно заторможен и на его выходе также установится низкий логический уровень.    Два шим-генератора имеют идентичную структуру, первый генератор выполнен на элементах DD3.1,DD3.2, а второй на элементах DD3.3,DD3.4. Для пояснения работы схемы будем рассматривать только один из них, допустим это генератор на элементах DD3.1,DD3.2. Ширина импульсов на выходе такого генератора изменяется под действием внешних условий. Это свойство очень удобно для управления скоростью вращения электродвигателя. Генератор управляется по входу 1, секцией выключателя SB1.1 или фототранзистором BL1.

 Секцией выключателя SB1.1 переключают режим работы управление от ПДУ или от фототранзистора. При замкнутом положении SB1.1 можно управлять шим-генератором от ПДУ по входу 1. Нажатие кнопки ПДУ будет вызывать, при совпадении сигналов с генератора DD1.1,DD1.2 низкого уровня, который остановит шим-генератор на элементах DD3.1,DD3.2. Подстроечный резистор R15 позволяет в ручную регулировать ширину импульса на выходе генератора, и, следовательно, скорость вращения вала электродвигателя M1. При разомкнутом положении SB1.1 ширина положительных импульсов на выходе генератора DD3.1,DD3.2 будет изменяться, от минимальной до максимальной, в зависимости от освещенности корпуса фототранзистора BL1. При минимальной освещенности ширина импульсов будет незначительна, и вал двигателя вращаться не будет. С ростом уровня освещённости в помещении сопротивление фототранзистора будет уменьшаться, а ширина импульсов на выходе генератора DD3.1,DD3.2 будет пропорционально увеличиваться. Это приведёт к увеличению частоты вращения вала электродвигателя. Аналогично работает шим-генератор на элементах DD3.3,DD3.4, но управляет он уже двигателем M2.

Логические элементы DD4.1,DD4.2,DD4.5 и транзисторы VT1,VT2,VT5,VT6 образуют драйвер управления двигателем M1. С помощью логических сигналов можно переключать направление вращения вала двигателя или управлять его скоростью. В исходном состоянии положительные импульсы с выходов 6 и 11 генераторов DD3.1,DD3.2 и DD3.3,DD3.4 открывают транзисторы VT1,VT6 двигатель M1 вращается в одном направлении и модель робота движется вперёд.

Когда генератор на элементах DD3.1,DD3.2 заторможен, низкий логический уровень с его выхода поступает на базу транзистора VT6 и закрывает последний. Одновременно низкий логический уровень поступает на вход элемента DD4.1 вызывая переключение элемента в противоположное состояние. На выходе элемента DD4.1 появляется высокий логический уровень, который поступает на базу транзистора VT1 и так же закрывает его. Произойдёт остановка вала двигателя M1. А поступающий через диод VD5 такой же низкий логический уровень вызовет переключение элемента DD4.2. С его выхода высокий логический уровень откроет составной транзистор VT2 и инвертированный элементом DD4.5 откроет транзистор VT5. Вал двигателя M1 начнёт вращаться в противоположном направлении и робот повернёт.

Элементы микросхемы DD2.1,DD2.2 генерируют высокочастотный сигнал с фиксированной частотой около 36кГц. Диод VD2 введён в схему для получения короткого импульса. Генератор позволяет роботу обнаруживать перед собой предметы на расстоянии. Для того чтобы излучаемый ИК-сигнал был не слишком мощным излучающий светодиод HL3 подключен непосредственно к выходу элемента DD2.2. Последовательно светодиоду HL3 подключен подстроечный резистор R8 с его помощью, можно установить ток через светодиод, следовательно, и дистанцию до объекта на которую будет реагировать модель робота. Приёмником отражённого излучения является резонансный модуль DA1. Он выполняет две функции принимает ик-излучение от ПДУ или отражённое излучаемое от встроенного генератора. Эти режимы устанавливают секцией микровыключателя SB2.1 и микровыключателем SB1.  Когда резонансный модуль DA1 получит отражённый сигнал элемент DD2.4 сформирует из него высокий логический уровень, который поступит на вход 12 элемента DD2.3. На вход 13 в этот момент поступит высокий логический уровень с выхода генератора DD2.1,DD2.2. Элемент DD2.3 работая в режиме синхронного детектора, переключится и на его выходе 11 установится низкий логический уровень. Пройдя через диоды VD7,VD8 низкий логический уровень зарядит конденсатора C10,C11. Одновременно он заблокирует генераторы DD3.1,DD3.2 и DD3.3,DD3.4, и переключит элементы DD4.2,DD4.4  в противоположное состояние. Это в свою очередь приведёт к открытию транзисторов VT2,VT5 и VT4,VT7. И двигатели M1,M2 начнут одновременно вращаться в противоположном направлении. Так как сопротивление резисторов R17,R18 шунтирующих конденсаторы C10,C11 различно, то время разрядки конденсаторов будет также неодинаковым. Следовательно, время действующего напряжения на элементы DD4.2,DD4.4 тоже будет различно. Модель робота поедет назад с разворотом. Когда конденсаторы C10,C11 разрядятся элементы DD4.2,DD4.4 вернутся в исходное состояние.  Робот сначала остановится и затем снова поедет вперёд, но вектор движения уже будет другой.

Ик-генератор на элементах DD2.1,DD2.2 включается-выключается кнопкой SB2. Если кнопка не нажата, то генератор заблокирован минусовым потенциалом, поступающим через резистор R3 на вывод 5 элемента DD2.1. Когда кнопка SB2 нажата на вывод 5 элемента DD2.1 поступит высокий потенциал и включит генератор.

Микропереключатель SB3 играет роль тактильного сенсора, который детектирует столкновение с предметами. Это схемотехническое решение выбрано не случайно. Дело в том, что обнаружение предметов при помощи только ик-детектора затруднительно, так как объект может оказаться тёмного цвета. Тогда фотоприёмник вообще не увидит объект, и робот с ним столкнётся. Кроме того, излучение от внутреннего генератора, который используется для дистанционного обнаружения объектов, может являться помехой при управлении с ПДУ. Поэтому в конструкцию было решено ввести тактильный датчик функцию которого выполняет микропереключатель с металлической полоской. Он установлен в передней части модели робота. При столкновении с предметами срабатывание датчика SB3 подключает конденсаторы C10,C11 к минусу источника питания через диоды VD16,VD17. Конденсаторы C10,C11 заряжаются и далее происходят уже описанные выше процессы, что и при появлении низкого логического уровня на выходе элемента DD2.3. В результате этих процессов модель робота отъедет назад с разворотом.

На транзисторах VT1-VT8 выполнены два идентичных драйвера для управления двигателями M1,M2. Чтобы защитить двигатели от эдс самоиндукции, в схему введены мощные диоды VD18-VD25 включенные в обратном направлении. Элементы микросхемы DD4 инвертируют входной сигнал управления и распределяют потенциалы для правильного включения транзисторов VT1-VT8. Разберём работу драйвера выполненного на элементах DD4.1,DD4.2 и транзисторах VT1-VT6. Когда на вход элемента DD4.1 поступит высокий уровень, транзисторы VT1,VT6 откроются, а транзисторы VT2,VT5 будут заперты. Вал двигателя M1 будет вращаться в одном направлении. А когда на вход элемента DD4.1 поступит низкий логический уровень, транзисторы VT1,VT6 закроются, транзисторы VT2,VT5 откроются. При этом вал двигателя M1 будет вращаться в противоположном направлении. Аналогично работает второй драйвер на элементах DD4.3,DD4.4 и транзисторах VT3-VT8.

Питается конструкция робота от литий-ионного аккумулятора GB11 с номинальным напряжением 3,7 вольта. Конденсатор C12 играет роль стабилизатора цепи питания при значительных токах потребления, например подключении двигателей. Для уменьшения влияний пульсаций в непосредственной близости от микросхем DD1-DD3 по цепи питания установлены блокировочные конденсаторы C13-C15 ёмкостью 0,1мкФ. Напряжение на аккумуляторе непрерывно контролируется с помощью детектора DA2. Когда напряжение на аккумуляторе GB11 упадёт до 2,8-3 вольт микросхема DA2 подключит нижний по схеме вывод светодиода HL4 к минусу источника питания. Светодиод начнёт вспыхивать, это означает, что пора подзарядить аккумулятор. Чтобы не усложнять конструкцию, светодиод HL5 выбран мигающим, его прерывистые вспышки более заметны. Для подзарядки аккумулятора необходимо перевести выключатель питания SA1 в положение  "заряд”. При этом аккумулятор будет отключен от основной схемы. К гнезду XT3 подключить зарядное устройство от старого сотового телефона, тогда напряжение поступит через диод VD15 к аккумулятору. Диод VD15 защищает от неправильного подключения зарядного устройства.

Две присоединяемые солнечные панели генерируют дополнительное напряжение, которое непрерывно подзаряжает аккумулятор. Напряжение, вырабатываемое солнечными панелями, проходит через диод VD3 и подзаряжает конденсатор C12. А с обкладок конденсатора C12 напряжение поступает на аккумулятор. На каждой из панелей размещено по пять солнечных элементов. Каждый из элементов выдаёт по паспорту ЭДС, который составляет около 0,6 вольт при прямом ярком солнечном свете. Солнечные элементы собранные установленные на печатные платы суммарно генерируют от 3 до 6 вольт в зависимости от уровня освещенности помещения и расположения по отношению к источнику света.

Для правильной сборки придерживайтесь инструкций по сборке. Редактировать, масштабировать чертежи в архиве нельзя, все чертежи архива в точных размерах.