SPALOVÁK 2 - 1/5

22. února 2009 v 14:16 | Hawelson |  BEAMBOTI
Článek je rozdělen do pěti části kvůli maximálního počtu html znaků na stránku 20000 u blogu.

Části:
Komentáře můžete psát do poslední části SPALOVÁK 2 - 5/5.
Taky budu rád za hlasy v anketě o budoucnosti využívaní Peltierových termoelektrických článků na straně SPALOVÁK 2 - 5/5.

***********************

Obsah:

1) úvod, popis funkce
2) myšlenky k vytvoření vozítka a stavba
3) technické údaje
4) měření termočlánku TEG1-12610-5.1
5) popis konstrukce vozítka
6) popisy jednotlivých částí zapojení - DPS, schémata, seznamy součástek
7) rozmístění a propojení DPS
8) programování a program
9) oživování
10) upozornění
11) závěr
12) poděkování


Fota na úvod 0.1:


1) Úvod:

Spalovák 2 je další z mých vozítek (beambotů), i když za beambota ho lze označit už jen těžko. Sice využívá alternativní zdroj energie, ale beambot by měl být složen s co nejméně a převážně recyklovaných součástek. Tomu už toto vozítko neodpovídá.
Toto vozítko je již inteligentní, řídí ho naprogramovaný PIC mikrokontrolér, do něhož lze nahrát libovolný program, podle kterého se následně bude vozítko řídit. Pokud tedy budete vozítko stavět, můžete se pokusit o různé mutace programu a vozítko se vám bude chovat přesně podle vaši vůle.
Co se týče pohybu, toto vozítko umí jet dopředu, dozadu a natáčet přední kola, tedy je to zcela plnohodnotné vozidlo, tak jako velké automobily.
Toto ovšem na tomto vozítku není ještě to nejzajímavější. Jak jste už zvyklí u mých vozítek na neobvyklé zdroje energie, i toto vozítko má zajímavý zdroj energie - Peltierův termoelektrický článek TEG, tedy vozítko je napájeno hořící svíčkou nebo kahanem s lihem, stejně jako má mé předchozí jednodušší vozítko se jménem SPALOVÁK.
Při řízení vozítka procesorem a logickou elektronikou je třeba při pohybu vozítka udržovat stále napětí 5V, k čemuž jsem navrhl speciální násobič se stabilizací, který pracuje již od asi 0,8V. K určování polohy předních kol slouží komparátory v IO LM339, které se řídí napětím z potenciometru umístěného uvnitř serva ovládající přední kola, čili zde nejsou žádné spínače, ani jiné pohyblivé součástky, tím je životnost celého systému téměř neomezena a poruchovost minimální. K pohybu v okolí slouží vozítku dvě "oči" - infračervené snímače, které opět vozítko zcela bezdotykově informuje o momentálních okolních podmínkách a podle toho se může rozhodovat, kde bude směřovat jeho následující pohyb.
Ve vozítku jsou všude v pohyblivých částích použity ložiska z HDD nebo CD-ROM z PC, tím se opět prodlouží životnost vozítka téměř k neomezenu s takovým minimálním zatížením ložisek.
Vozítko je navíc vybaveno výstupem pro externí spotřebič, tak jako jeho předchůdce, ovšem toto vozítko nevyužívá k výrobě elektrické energie klasický chladící termočlánek TEC, ale termočlánek TEG, jež je určen přímo pro výrobu elektrické energie z rozdílu teplot a podle mých měření má asi 10x větší účinnost než TEC (při stejném rozdílu teplot vyrobí 10x více elektrické energie). Tedy vozítkem můžete například nabíjet mobilní telefon, zapnout si na něj malé rádio, připojit na něj jakýkoli malý elektrický spotřebič se spotřebou do maximálně 5W.
K pohonu vozítka slouží obyčejný malý elektromotor, který v tomto vozítku pracuje s napětím kolem 3V. K otáčení předních kol zde slouží již zmíněný malý servomotor, ze kterého je vyňata jeho původní elektronika, proto aby dokázal pracovat s proměnným napětím z termočlánku.


2) Myšlenky k vytvoření vozítka a stavba:

Na vytvoření následovníka za vozítkem Spalovák jsem měl myšlenky už po jeho dokončení. Ovšem myšlenka se začala formovat až 18.6.2008, kdy jsem byl u svého kolegy Lukáše (viz poděkování na konci článku). Předhodil jsem mu nápad vyrobit vozítko na stejném principu jako u vozítka Spalovák avšak mnohem propracovanější.
Vozítko jsem pak chtěl představovat na různých prezentacích a konferencích, kde se budu zmiňovat možnost využívaní odpadního tepla, které nyní zcela bez užitku vypouštíme do ovzduší např. v chladících věžích a podstatě v jakémkoli chladícím systému. Pokud bychom využili alespoň část odpadní tepelné energie v nějaké továrně, mohli bychom touto energii napájet například elektroniku řídící tento systém, tím bychom podstatně snížili odběr elektrické energie ze sítě na provoz daného zařízení, navíc bychom o něco snížili globální oteplování, protože část tohoto tepla by se opět využila jako elektrický proud.
Zprvu jsem chtěl vozítko udělat podobné jeho předchůdci, jen s lepší konstrukci. Lukáš mě ovšem přesvědčil k postavení vozítka opravdu propracovaného a navrhl, že může vyrobit konstrukci pro toto vozítko. Tedy přijal jsem jeho nabídku a pustili jsme se do návrhu vozítka. Prvně jsme zvažovali, jestli na vozítku udělat pohyblivé přední kola, aby vozítko bylo schopno zatáčet. Nakonec po návrzích s tlačítky, zarážkami a různými vymoženostmi jsme dospěli k závěru, že nejlepší bude řídit přední kola servem a z potenciometru, který je obsažen v servu brát informace o poloze předních kol.
První věc, kterou jsme vypracovali byl konkrétní návrh mezichladiče. Původně mělo mít vozítko 3 termoelektrické články. Jeden přímo mezi zdrojem tepelné energie a mezichladičem, sloužící k pohonu vozítka a k řízení a další dva umístěné mezi mezichladičem a postranními chladiči, které ještě budou využívat odpadní teplo z mezichladiče a energie z nich bude sloužit k aktivnímu chlazení chladičů. Po návrzích a rozmísťováních komponentů po celém vozítku nám nakonec nezbylo místo pro aktivní chladič - vrtulku, která měla ochlazovat postranní chladiče. Nakonec je tedy mezichladič přímo připojen na chladiče.


Původní návrh s vrtulkou obrázek 2.1:


Dále jsme s Lukášem navrhovali, jaké bude mít vozítko kola, jak vyřešíme převody na motor, jak bude řešeno přesně natáčení kol a každý jednotlivý díl vozítka. Spolu jsme navrhli přibližné jednotlivé části a následně už Lukáš sám pracoval nad konkrétními součástmi a navrhoval je již do každého detailu.
Následně jsme uvažovali jak a čím bude vozítko řízeno. V té době jsem měl již jisté zkušenosti s programováním mikrokontroléru, proto jsem bez váhání navrhl řízení PIC mikrokontrolérem. Zprvu jsem chtěl k řízení použít starší PIC16F84, se kterým jsem měl zkušenosti, ale nakonec mě přesvědčily výhody PIC16F628, u nějž šlo využít vnitřní RC oscilátor (nebylo třeba připojovat externě krystalový oscilátor) a dokonce u něj i jde odpojit resetovaní vstup, takže u PIC16F628 lze využít úplně všechny výstupní nožky pro logické vstupy/výstupy. Samozřejmě PIC a okolní citlivá řídicí a snímací elektronika potřebovala stabilní napětí, takže pro něj bylo třeba navrhnou speciální zdroj. Následně jsem už řešil konkrétně veškerou elektronickou část. Elektroniku jsem testoval a navrhoval do 4.9.2008, v tu dobu jsem měl již navržené konkrétní schémata. Velice složitý byl návrh zdroje pracujícího s tak proměnným vstupním napětím u kterého bylo třeba vše testovat a zkoušet, výsledek ovšem stál za to. Zdroj pracuje spolehlivě už s velice malými napětími a výstupní napětí drží stále konstantní, navíc jsem umístil do zdroje mnoho ochran, takže šance poruchy je minimální i u tak extrémního využívaní.
S konstrukcí to šlo ovšem pomaleji. Nejvíce nás s Lukášem zdržovalo to, že jsme pracovali na dvou místech a vždy na jednom místě chybělo něco, co jsme právě potřebovali k vytváření vozítka. Proto konstrukční stránka vozítka se protáhla. Poprvé se vozítko rozjelo až dne 20.12.2008, kdy jeho konstrukce ještě nebyla celá.

Fotky z prvních jízd vozítka (na fotkách kolega Lukáš) 2.2:

Fotky ze stavby vozítka 2.3:


Bylo potřeba 3 krabice materiálu ke stavbě Spalováku 2 - fotky 2.4:

Vozítko bylo zcela dokončeno až 25.1.2009 s verzí řídícího programu která je popsána v tomto článku.

Fotky dokončeného vozítka 2.5:








Fotky z testování vysokých rozdílů teplot (výkon termočlánku >5W) 2.6:



Pokračování článku ZDE

 

9 lidí ohodnotilo tento článek.