خط کش الکترونیکی

نام پروژه: خط کش الکترونیکی

زمینه: مکانیک- الکترونیک

درجه سختی: دشوار

هدف پروژه: هدف از انجام این پروژه ساخت یک سیستم ساده اندازه گیری طول اجسام به صورت الکترونیکی است که در آن، سیستم با یک بار اسکن کردن طول اجسام مورد نظر، طول آن را بر روی نمایشگر نشان خواهد داد.

خلاصه پروژه:

در این پروژه پس از آشنا شدن با اصول اندازه گیری اتو ماتیک، با چند IC و مدار شمار نده آشنا خواهید شد و پس از آشنایی با بخش تئوری دستگاه یک خط کش الکترونیکی خواهید ساخت.

وسائل مورد نیاز: به صورت مجزا در داخل پروژه ذکر شده

1- آشنایی با سیستم های اندازه گیری اتو ماتیک:

چرا ما از سیستم های اندازه گیری اتو ماتیک استفاده می کنیم؟ در بسیاری از موارد ممکن است شرایطی رخ دهد که انسان قادر به اندازه گیری طول یک جسم یا کیفیتی مشابه ماشین نباشد. برای درک بهتر این موضوع باید به تفاوت های انسان و ماشین توجه کنیم.

به نظر شما چه تفاوتهای عمده ای بین انسان و ماشین وجود دارد؟

- آیا شما قادر به کار کردن در محیط خیلی گرم، خیلی سرد و یا مملو از گاز های سمی هستید؟

- آیا شما می توانید بطور پیوسته در 24 ساعت شبانه روز قطعات تولیدی یک کار خانه را اندازه گیری نمایید؟

- آیا سرعت اندازه گیری شما به اندازه یک دستگاه خود کار است؟

- آیا شما اجسام با طول های مختلف را می توانید با دقت ثابتی اندازه بگیر ید؟

- آیا به نظر شما ماشین هایی وجود دارند که دقت آن ها از شما بیشتر باشد؟

- آیا اساساً به نظر شما یک انسان که قدرت خلق یک ماشین اندازه گیری را دارد، شایسته است که خودش وقتش را صرف اندازه گیری تکراری مجموعه ای از قطعات کند؟

در کلیه مباحث جاری هر گاه با لغت ماشین بر خورد می کنیم منظور مان یک دستگاه خود کار یا نیمه خود کار است.

پاسخ به سوالات فوق، مزایای استفاده از ماشین به جای انسان را تا حدی روشن می کند که به اختصار به شکل زیر دسته بندی می شوند.

1- دقت بالا تر در اغلب موارد

2- سرعت بالا تر

3- خستگی نا پذیری

4- قابلیت کار در شرایط محیطی سخت

5- انعطاف پذیری و قابلیت برنامه پذیری بال

اکنون سعی کنید بعضی از مثال های اندازه گیری که به نظر شما توسط انسان انجام پذیر نیست را شناسایی کرده و معرفی نمایید و برای هر کدام یک روش فیزیکی مناسب پیشنهاد نمایید.

روش های مختلف اندازه گیری طول بصورت خود کار

در زیر به معرفی دو دسته عمده از روش های اندازه گیری طول بصورت خود کار خواهیم پرداخت.

الف) روش الکتریکی (اندازه گیری طول جسم با مقاومت الکتریکی)

می دانیم که اگر یک جسم دارای سطح مقطع ثابت باشد،مقاومت الکتریکی آن جسم با طول جسم رابطه مستقیم دارد. یعنی به عنوان مثال اگر مقاومت الکتریکی 1 سانتی متر از یک سیم نازک برابر 1,0 اهم باشد، مقاومت الکتریکی 10 سانتی متر از آن سیم برابر یک اهم خواهد بود.

اگر مقاومت دو سر سیمی با همین قطر و جنس را اندازه گرفتید و برابر 6,5 اهم شد به نظر شما طول جسم چقدر بوده است؟ بنا بر این به شرط آنکه بدانیم هر سانتی متر از جسم چه مقاومتی دارد، با اندازه گیری مقاومت الکتریکی دو سر جسم می توان طول یک جسم را بدست آورد.

یک چنین روش ساده ای را می توانید با یک مولتی متر به کار ببند ید.

به نظر شما چه محدودیت هایی در این روش وجود دارد؟

ب) روش الکترو مکانیکی

به شکل زیر دقت کنید. در این شکل خط کشی وجود دارد و یک نشانه لغزنده روی این خط کش می تواند حرکت کند.

انتهای دیگر نشانه لغزنده به یک محور متحرک متصل است و با زدن کلید این محور شروع به حرکت می کند و در هر لحظه از زمان نوک تیز نشانه روی خط کش طول مسیر طی شده را نشان خواهد داد.

اکنون فرض کنید که ما به توانیم بصورت خود کار رسیدن به انتهای قطعه مورد اندازه گیری را به محور متحرک اطلاع داده و حرکت آن را قطع کنیم. بدیهی است که در این صورت نوک تیز نشانه معرف طول جسم خواهد بود. این کار را به روش های مختلفی می توان انجام داد و ما در نهایت در ماشین خود مان یکی از این روشها را انتخاب خواهیم نمود.

تصویر متحرک زیر عملکرد این ماشین را شبیه سازی می کند. روی کلید روشن کلیک کنید.

با زدن کلید باز گشت می توانید تصویر متحرک را به حالت اولیه بر گردانید.

در اینجا لازم است که ابتدای جسمی که می خواهید آن را اندازه بگیرید به دیوار سمت راست چسبیده باشد. چرا؟

بدیهی است که می توان از ترکیب روش اول و دوم روشی را بدست آورد که طول اندازه گیری شده را روی مولتی متر نشان دهد و در عین حال بصورت اتو ماتیک پایان اندازه گیری را مشخص نماید. سعی کنید طرح چنین سیستمی را رسم کنید و نحوه عملکرد آن را شرح دهید.

روش های تعیین انتهای اندازه گیری

همان طور که در قسمت قبل در روش الکترو مکانیکی دیدیم ما نیاز داریم که به روشی پایان اندازه گیری را به ماشین اطلاع دهیم. در این جا نیز به معرفی دو روش خواهیم پرداخت ولی متذکر می شویم که روش های مدرنتر و پیچیده تری نیز وجود دارد و ما در نهایت باید با توجه به محدودیت هایی که در اندازه گیری داریم روش مناسب خود مان را انتخاب و استفاده کنیم.

* استفاده از میکرو سوییچ

در این روش ابتدای قطعه به دیوار سمت راست چسبیده و انتهای آن را نیز به یک صفحه که یک کلید بسیار حساس روی آن نصب شده متصل می کنیم. هر گاه نشانگر ما به انتهای قطعه برسد این کلید حساس را وصل کرده و به ماشین اطلاع می دهد که اندازه گیری پایان یافته است.

در تصویر متحرک فوق روی کلید روشن کلیک راست کنید. با توجه به اتصالی که برای کلید حساس رسم شده به منحنی ولتاژ روی پایه A در طول زمان حرکت محور و نیز در زمان وصل شدن کلید دقت کنید.

با زدن کلید باز گشت می توانید تصویر متحرک را به حالت اولیه بر گردانید.

* استفاده از سنسور نور

در الکترونیک قطعاتی وجود دارند که به نور حساس هستند و در صورت تابیده شدن نور به آن ها یکی از مشخصات الکتریکی آن ها تغییر می کند. به عنوان مثال اگر نور به آن ها نتابد مقاومت الکتریکی آن ها خیلی زیاد بوده و اجازه عبور جریان را از خود نمی دهند و اگر نور به آنها بتابد مانند یک سیم هادی عمل نموده و به راحتی جریان الکتریکی را از خود عبور می دهند.

حال اگر در مقابل این سنسور یک منبع نور نقطه ای قرار دهیم و این مجموعه را در طول جسم حرکت دهیم تا زمانی که جسم بین منبع نور و سنسور قرار دارد، نوری به سنسور نمی تابد و مقاومت آن خیلی زیاد بوده و جریانی را از خود عبور نمی دهد ولی به محض آنکه این مجموعه از جسم عبور نماید، نور به سنسور تابیده می شود و مقاومت الکتریکی آن کم شده و اجازه عبور جریان را از خود می دهد و در همین لحظه می تواند فرمان توقف را به محور متحرک صادر نماید.

در تصویر متحرک زیر روی کلید روشن کلیک نمایید و به مجموعه منبع نور و سنسور نور و ولتاژ دو سر مدارسنسور نور دقت نمایید.

با زدن کلید باز گشت می توانید تصویر متحرک را به حالت اولیه بر گردانید.

ج) روش های الکترونیکی اندازه گیری طول

در روش الکترو مکانیکی که با آن آشنا شد یم، ما مجبور بود یم به هر حال ابتدای قطعه را در جای از پیش تعیین شده ای ثابت نماییم که این نقطه متناظر با نقطه صفر خط کش ما بود. در صورتی که ما بخواهیم جسم را آزادانه در هر کجای دستگاه قرار دهیم و اندازه گیری بصورت صحیح انجام شود باید علاوه بر مشخص کردن انتهای اندازه گیری، باید شروع آن را نیز به ماشین اطلاع دهیم.

تعیین ابتدا و انتهای قطعه

استفاده ازسنسور نور به ترتیبی که ذکر شد به ما این امکان را می دهد که جسم مورد اندازه گیری را آزادانه در مکان های مختلف ریل اندازه گیری قرار دهیم.

به تصویر متحرک زیر توجه کنید

در طول زمان حرکت محور، به ولتاژ خروجی سنسور نور دقت کنید.

در طول زمانی که جسم بین منبع نور و سنسور نور قرار دارد ولتاژ سنسور برابر 5 ولت بوده و در بقیه نقاط صفر ولت است. در واقع مدت زمان 5 ولت بودن ولتاژ سنسور به ما نشان می دهد که چند ثانیه جسم بین منبع نور و سنسور نور قرار داشته است و این کلید اصلی اندازه گیری طول در این روش خواهد بود.

در واقع اگرسرعت ثابت باشد، طول جسم، متناسب با مدت زمانی است که جسم بین منبع نور و سنسور قرار می گیرد و یا متناسب با مدت زمانی است که ولتاژ سنسور 5 ولت است.

اگر جسمی در هر ثانیه 10 میلیمتر حرکت کند در 5 ثانیه چه مسیری را طی خواهد نمود؟ بدیهی است که 50 میلیمتر یا 5 سانتی متر. این عدد به سادگی از یک تناسب بدست می آید. در 1 ثانیه 10 میلیمتر در 5 ثانیه چقدر؟

به مقدار مسافتی که جسم در هر ثانیه طی می کند سرعت جسم گفته می شود.

همان طور که مثال فوق نشان می دهد، اگر جسمی با سرعت ثابت حرکت کند میزان مسافت طی شده توسط جسم از حاصل ضرب سرعت جسم در زمان حرکت بدست می آید.

همانطور که می دانید حرکت دادن یک جسم از حالت سکون نیروی بیشتری می خواهد تا زمانی که جسم در حال حرکت است و این ناشی از اینرسی جسم می باشد. بنا بر این به نظر می رسد محور متحرک ما در ابتدای حرکت به خاطر این اینرسی دارای سرعت کمتری باشد. با توجه به این که مبنای اندازه گیری ما بر پایه ثابت بودن سرعت حرکت است.

- چگونه می توان بدون آنکه نتیجه اندازه گیری دچار اشکال شود، اثر چند سانتی متر اول که هنوز موتور به سرعت ثابت خود نرسیده را حذف کرد؟

- به نظر شما بهتر است ما از روش سنسور انتهای اندازه گیری استفاده کنیم و یا ماشینی را بکار بگیریم که ابتدا و انتهای اندازه گیری را تعیین می کند؟ چرا؟ شرح دهید.

همان سیستم تصویر فوق را در نظر بگیرید با این تفاوت که می خواهید طول اندازه گیری شده به جای آنکه بصورت مکانیکی روی خط کش قابل رویت باشد این بار توسط یک صفحه نمایشگر دیجیتال نمایش داده شود.

ج- 1) اندازه گیری طول بوسیله اندازه گیری زمان

اکنون می خواهیم روشی را معرفی کنیم که قصد داریم در این پروژه آن را بسازیم. همانطور که دید ید ما اکنون کلیات ماشینی را می شناسیم که می تواند متناسب با طول جسم یک مدت زمان معین به ما ولتاژ 5 ولت بدهد. فرض کنید که بتوانیم این دستگاه را طوری تنظیم کنیم که محور ماشین مورد نظر ما در هر ثانیه 1 میلیمتر به جلو برود. بنا بر این ما برای نمایش طول این جسم فقط به دو سیستم دیگر نیاز داریم.

- ساعتی که بتواند این مدت زمان را اندازه گیری نماید

- نمایشگری که بتواند این مدت زمان را نمایش دهد

خوشبختانه هر دو سیستم فوق در الکترونیک پیش بینی شده اند.

در روش های بحث شده الکترو مکانیکی فوق یک اشکال اساسی وجود دارد و آن اینکه چون ما به جای طول زمان را اندازه گیری می کنیم و فرض می کنیم که این دو با هم متناسب هستند چند نوع خطا در اندازه گیری ما ممکن است رخ دهد.

سرعت حرکت محور ثابت نباشد و در نتیجه تناسب بین طول و زمان از بین برود.

اندازه گیری زمان دقیق نباشد

ج- 2) روش انکودر

در این روش ما به جای اندازه گیری زمان مستقیماً طول را اندازه گیری می کنیم و بنا بر این خطای ثابت نبودن سرعت را حذف می کنیم و در عوض پیچیدگی مدار افزایش می یابد. در این روش ما در طول مسیر حرکت محور نشانه هایی را قرار می دهیم که توسط سنسور های الکترونیکی قابل شناسایی باشند و سپس در طول حرکت محور این نشانه ها را شمارش می کنیم.

به عنوان مثال فرض کنید همان سنسور و منبع نور را داشته باشیم و در طول مسیر سوراخ های ریزی در فواصل یک سانتیمتری روی یک محور کمکی نصب کرده باشیم

البته روش های خیلی پیچیده تر و دقیقتر نیز وجود دارند ولی هدف از این پروژه بیشتر آشنایی و ساخت یک وسیله خود کار برای اندازه گیری طول است که با معلومات و امکانات نسبتاً ساده قابل ساخت باشد.

به نظر شما اشکالات و محدودیت های این روش چیست؟

تصویر متحرک زیر عملکرد این ماشین را نمایش می دهد.

2- آشنایی با سیگنال پالس ساعت و مدار های مجتمع شمار نده دیجیتال و نحوه ساخت آن ها:

سیگنال پالس ساعت (CLOCK)

در مدار های مجتمع (IC ها) از جمله شمار نده ها، همیشه به یک مبدأ زمانی نیاز است. برای توضیح مفهوم این مبدأ زمانی، لازم است مثالی مطرح و توضیح، داده شود. به طور مثال عملکرد یک ساعت عقربه ای را در نظر بگیرید، عقربه ثانیه شمار در فاصله یک ثانیه یک ثانیه، وسط موتور داخلی ساعت حرکت داده می شود. در مدار های دیجیتال نیز لازم است تا به گونه ای به IC همین مدت زمان یک ثانیه به عنوان یک ورودی داده شود، تا مدار دیجیتال (در این شمار نده) بتواند شمارش را مطابق زمان واقعی انجام دهد. در واقع ما با ایجاد یک پالس ساعت مشخص می نماییم که IC باید هر ثانیه یک بار (در این شمار نده) عمل کند.

زمان تحریک پالس می تواند مقادیر متفاوتی داشته باشد. (در اینجا یک ثانیه). پالس ساعت سیگنالی است که مثل تمامی سیگنال ها در مدارات دیجیتال دارای دو سطح ولتاژ است، در این مثال در طول نیم ثانیه دارای سطح ولتاژ 5 ولت و در نیم ثانیه بعدی 0 ولت دارد. همانطور که قبلاً گفته شد این زمان ها بسته به کار برد ما می توانند متفاوت باشند.

مدار های مجتمع شمار نده دیجیتال (COUNTER): IC های شمار نده همانگونه که از نامشان پیداست عمل شمارش را به عهده دارند.

شمارش در مدارات دیجیتالی معمولاً جهت دو امر مهم لازم است:

اول شمارش تعداد دفعات اتفاقی که ممکن است نیاز به اندازه گیری داشته باشد، مانند کیلو متر شمار اتومبیل ها که با شمارش تعداد دور های چرخ ها، مسافت طی شده را اندازه می گیریم. دوم اندازه گیری مدت زمان بروز یک اتفاق، مانند کورنو متر ها. در هر صورت باید گفت که شمار نده ها مفهوم یکسانی را دنبال می کنند.

هر IC شمار نده ای معمولاً یک یا چند ورودی دارد. اولین ورودی که هر IC شمارنده های خواهد داشت سیگنال پالس ساعت می باشد که مشخص می کند شمارش در چه مواقعی باید انجام گیرد. در این میان به این نکته باید توجه کرد، هنگامی که شمارش تعداد دفعات یک اتفاق مهم است، پالس ساعت زمانی به IC داده می شود که اتفاق رخ داده باشد و هنگامی که اندازه گیری زمان به وقوع پیوستن یک اتفاق مهم است، پالس ساعت به طور مداوم و از ابتدای رخ دادن اتفاق تا پایان آن به IC اعمال می شود. پالس ساعت اینگونه IC ها می توانند توسط IC های تولید پالس ساعت و یا پالس هایی که توسط قسمت های دیگر مدار تولید می شوند، تأمین گردد. در طرح ما پالس ساعت بوسیله یک IC دیگر تولید می گردد.

IC های شمار نده در مواقع خاص ورودی های دیگری نیز دارند، از جمله آنکه مقدار ابتدائی شمارش مهم باشد و مثلاً بخواهیم شمارش از یک عدد آغاز گردد، که این عدد را به صورت یک ورودی به IC اعمال می کنیم.

از دیگر ورودی های کار بردی در یک شمار نده، به ورودی تعین کننده جهت شمارش باید اشاره کرد، که جهت شمارش را رو به بالا یا رو به پائین (UP/ DOWN) معین می سازد.

IC های شمار نده معمولاً به صورت دو دو ئی می شمار ند و خروجی آن ها در مبنای دو خواهد بود. برای تبدیل خروجی در مبنای دو این IC ها به مبنای قابل نمایش BCD باید از IC های مبدل استفاده نمود. در طرح ما خروجی مبدل توسط LED های 7 قسمتی (seven segment) نمایش داده می شود.

در پروژه ما IC شمار نده جهت شمارش تعداد پالس هائی که از چرخیدن موتور حاصل می شود، به کار می رود. بدین صورت که موتور با هر چرخش خود، تعدادی پالس تولید می نماید و این تعداد پالس را به پایه پالس ساعت IC شمار نده تحویل می دهد و هر IC شمار نده تعداد پالس ها را می شمارد و بدین صورت می توان تعداد تمامی پالس هایی را که موتور تحویل داده است، یا به عبارتی دیگر تعداد دور های موتور را شمارش کرد.

در زیر نما هایی از شمار نده را می بینید:

3- آشنایی با موتور ها و نحوه کنترل سرعت آنه

در پروژه پیش رو، از موتور های DC استفاده می شود. موتور های DC موتور هایی هستند که با ولناژ DC راه اندازی و کنترل می شوند. سرعت محور موتور (ROTOR) که در زمان راه اندازی می چرخد، به صورت مستقیم با ولتاژ اعمال شده به موتور، مرتبط است، یعنی؛ هر چقدر ولتاژ افزایش یابد، سرعت محور موتور نیز افزایش می یابد. در حالت ایده آل اگر ولتاژ اعمال شده به موتور ثابت باشد، همواره سرعت چرخش محور نیز ثابت است، ولی در عمل، به علت تغییرات ولتاژ ورودی (حتی به مقدار کم) و همچنین ایده آل نبودن ساختار داخلی موتور؛ سرعت موتور ممکن است متغیر باشد.

در پروژه حاضر، با توجه به شرایطی که توضیح داده شده است؛ باید سرعت محور موتور ثابت باشد، تا بتوان با اندازه گیری زمان، طول جسم را مشخص کرد. پس باید مداری طراحی نمائیم، تا توسط آن بتوانیم سرعت موتور را کنترل کنیم. قبل از اینکه چگونگی این کار را توضیح دهیم؛ مثالی را بیان می کنیم.

فرض کنید که می خواهیم سرعت حرکت یک اتومبیل را کنترل کنیم. برای این کار یک سرعت پایه در نظر می گیریم؛ هنگامی که سرعت اتومبیل افزایش یابد، با استفاده از ترمز سرعت را کاهش می دهیم و هنگامی که سرعت اتومبیل کاهش یافت، سرعت را با استفاده از پدال گاز افزایش می دهیم. این مثال نمونه ای از کنترل دستی (MANUAL) است.

در الکترونیک مناسب تر و بهینه تر است که سرعت را به صورت خود کار کنترل نمائیم. یعنی؛ مداری را طراحی کنیم تا به صورت خود کار این کار را انجام دهد. یعنی؛ خروجی خود را در نظر بگیرد و هنگامی که خروجی افزایش یافت (سرعت زیاد شد)، ورودی را بگونه ای تغییر دهد که سرعت کاهش یابد. در موتور DC مورد استفاده در این پروژه، چون ترمزی وجود ندارد؛ اگر موتور در جهت مخالف بچرخد، سرعت متناسباً کاهش می یابد و بالعکس.

در الکترونیک به این کار فید بک گویند. در این روش خروجی با ورودی به صورت مناسب مقایسه و اندازه گیری می شود و سیستم تحت کنترل قرار می گیرد.

به جهت مقایسه خروجی (پارامتر های سرعت) با ورودی (ولتاژ) لازم است تا خروجی را به ولتاژ تبدیل نمائیم. این کار در مدارات آنالوگ توسط دستگاهی به نام تاکو متر انجام می گیرد. این دستگاه سرعت ایجاد شده در خروجی را به ولتاژ تبدیل می کند. رابطه تبدیل به صورت WNK=K، است که در آن V ولتاژ خروجی و W سرعت موتور و K N ضریب تبدیل است. نمونه ای از مدار کنترل سرعت به طور خلاصه شده، در زیر آمده است:

در مدار بالا ورودی با خروجی ارسال شده توسط تا کو متر، در Amplifier به صورت مناسبی مقایسه شده و به pre.Amplifier تحویل داده می شود.

Pre.Amplifier نیز بر حسب مثبت یا منفی بودن ورودی اش، جهت چرخش موتور را تعیین می کند (جهت کاهش یا افزایش سرعت).

مدار بالا و تمامی توضیحات داده شده، مربوط به مدارات کنترل کننده آنالوگ است؛ با این حال، در مدارات دیجیتال (منطبق 0 و 1) نیز تمامی این اصول رعایت می شود. در مدار های دیجیتالی طرح ما، هر آنچه گفته شد، توسط یک IC پیاده سازی می شود. به اینگونه IC ها راه انداز یا اصطلاحاً DRIVER گویند، که IC کنترل کننده آنها نیز اکثراً به طور مجزا به این IC متصل می گردد. ساختار داخلی این IC ها در واقع از همان مفاهیم گفته شده برای مدارات آنالوگ پیروی می کند. طرح و چگونگی اتصال این IC ها را در ادامه خواهیم آورد.

4- آشنایی با استفاده از لیزر و حسگر نوری و انواع آن:

در الکترونیک قطعاتی وجود دارند که به نور حساسند و در صورت تابیده شدن نور به این قطعات، یکی از مشخصات الکتریکی آن ها تغییر می کند.

در طرح ما، ترجیح داده شده است که به علت سهولت در طراحی و همچنین اقتصادی تر شدن طرح؛ از سنسور های مادون قرمز استفاده گردد.

سنسور های مادون قرمز از دو قسمت فرستنده و گیرنده تشکیل شده اند.

فرستنده؛ شامل یک لامپ مادون قرمز است که دائماً نور مادون قرمز از خود ساطع می نماید. گیرنده؛ مادامی که نور مادون قرمز فرستنده را دریافت می کند، قطع است و عملی را انجام نمی دهد. به محض آن که یک جسم بین فرستنده و گیرنده قرار گیرد، و به هر دلیلی نور توسط گیرنده دریافت نگردد؛ گیرنده فعال گشته و مداری را که به آن وصل است تحریک می نماید.

در پروژه ما، استفاده از این سنسور بدین صورت است که، گیرنده مدام در مسیر تابش نور از فرستنده قرار دارد و قطع است؛ به محض دیدن جسم (قطع دریافت نور) گیرنده فعال شده و IC شمار نده را تحریک می کند. IC شمار نده فعال باقی می ماند تا بار دیگر گیرنده قطع گردد (عبور کامل از کنار جسم).

5- روش های تبدیل حرکت دورانی به خطی و استفاده از گام پیچ در محاسبه رابطه بین زاویه دوران و مقدار حرکت جسم:

برای تبدیل حرکت دورانی به خطی راه های مختلفی وجود دارد؛ مانند استفاده ازرک و پینیون و یا استفاده از پیچ که معمولاً از پیچ قدرت یا پیچ مربعی استفاده می شود. ما نیز در این طرح از سیستم میل مار پیچ برای تبدیل حرکت دورانی به خطی بهره خواهیم برد.

برای ساخت یک مبدل حرکت دورانی به خطی، به یک ریل نیاز داریم تا قطعه ای که باید حرکت خطی داشته باشد، قطعه نعلی شکل در طرح به همراه فرستنده و گیرنده؛ بتواند به آسانی روی آن بلغزد. در قسمت زانویی قطعه، شکافی مانند یک مهره باید تعبیه شود تا در اثر چرخش میل پیچ، قطعه بتواند براحتی روی ریل حرکت کند؛ البته باید توجه داشت که چرخش موتور DC توسط تسمه به میل مار پیچ داده می شود؛ تا سرعت دورانی پیچ و بالطبع سرعت خطی قطعه نعلی شکل، نسبتت به چرخش موتور DC کمتر شود و دقت اندازه گیری ما بیشتر گردد.

- ارتباط بین حرکت دورانی پیچ و حرکت خطی جسم:

اگر یک پیچ را از کنار نگاه کنیم و یک نقطه روی آن را در نظر بگیریم؛ در اثر یک دور چرخش پیچ این نقطه به اندازه یک LEAD یا یک پیشروی جلو می رود. شکل زیر مفهوم گام و پیشروی را ساده تر بیان می دارد:

گام=P

پیشروی= L

L = Np

تعداد راه های پیچ = n

-حرکت جسم روی پیچ مانند حرکت آن نقطه روی تصویر پیچ است؛ که رابطه آن به صورت زیر می باشد:

شعاع پیچ = r

L = Qr tan a

- حال اگر دو طرف رابطه فوق را بر زمان، تقسیم کنیم؛ آنگاه رابطه سرعت خطی و سرعت دورانی بدست می آید:

V = wr tan a 

6- ساخت دستگاه

ساخت پروژه را به سه قسمت تفکیک می کنیم:

الف) بخش الکترونیک

1- منبع تغذیه

2- مولد پالس ساعت clock

3- شمار نده MC14553

4- مدار محرک و کنترل جهت چرخش موتور

5- سنسور ها

ب) بخش مکانیک

1- ریل های راهنما

2- میل مار پیچ

3- بدنه و دیواره ها

4- قطعه نعلی شکل

5- بوش و بلبرینگ های مورد نیاز

پ) ملاحظات مونتاژ و ارتباط الکترونیک و مکانیک

1-میکرو سوئیچ ها

2- موتور

3- کلید های تغییر جهت

4- سیم کشی کار آمد

5- تنظیمات

الف) بخش الکترونیک

1- منبع تغذیه

هر مدار الکتریکی و الکترونیکی برای کار کردن نیاز به یک منبع انرژی الکتریکی دارد. در بعضی وسایل این انرژی می تواند مستقیماً از برق شهر که یک ولتاژ متناوب است (AC) تامین شود مثل چرخ گوشت، جارو برقی و غیره. ولی اغلب مدار های ظریف الکترونیکی به نوع دیگری از انرژی الکتریکی که اصطلاحاً به آن برق مستقیم یا ثابت (DC) می گوییم نیاز دارند.

به همین دلیل اغلب وسایل الکترونیکی ظریف یا با باطری کار می کنند و یا در آن ها یک مدار الکترونیکی وجود دارد که ولتاژ متناوب برق شهر را به یک ولتاژ ثابت DC تبدیل می کند. این مدار الکترونیکی را منبع تغذیه می نامیم.

در سیستم مورد بحث ما چون مدار های دیجیتال TTL و CMOS هر دو می توانند با ولتاژ 5 ولت ثابت کار کنند ما نیاز به یک منبع تغذیه داریم که انرژی مورد نیاز این مدار های کنترلی ما را تامین کنند.

از طرف دیگر ما یک موتور DC هم داریم که باید با ولتاژ ثابت کار کند و ما باید ولتاژ مورد نیاز آن را نیز بسازیم. در اینجا نکته ظریف و در عین حال مهمی وجود دارد که ممکن است بعد ها مورد سۆال واقع شود.

آیا می توان انرژی مورد نیاز موتور و مدار های کنترل را از یک منبع تامین نمود؟

جواب این سوال اگر چه مثبت است ولی به دلیلی که ذکر خواهیم نمود ما در این پروژه و اغلب پروژه های مشابه از چنین روشی استفاده نمی کنیم.

در اغلب سیستم های الکترو مکانیکی مدار های الکتریکی به دو بخش قدرت و کنترل تقسیم می شوند.

بخش کنترل بخشی است که انرژی کمی مصرف می کند و وظیفه آن تنها گرفتن اطلاعات، تصمیم گیری و فرمان دادن است. این در حالی است که بخش قدرت وظیفه اجرای فرمان را دارد و اغلب انرژی زیادی مصرف می کند. در بعضی سیستم ها ممکن است بخش قدرت و کنترل اساساً نیاز به ولتاژ های متفاوتی داشته باشند ولی حتی اگر این ولتاژ ها یکسان هم باشند ما از دو منبع تغذیه مجزا برای بخش کنترل و قدرت استفاده می کنیم. ولی چرا؟

بخش قدرت دارای مصرف انرژی بالایی است و بنا بر این جریان زیادی از منبع انرژی ما می کشد. وقتی از منبع تغذیه جریان زیادی کشیده می شود بدلیل طبیعت منابع تغذیه DC که از یک خازن در خروجی استفاده می کنند ولتاژ منبع تغذیه دارای نوسان می شود که به آن ریپل می گویند. هر چه جریان مصرفی بالا تر باشد دامنه این ریپل ها نیز بیشتر است. این ریپل ها برای بخش قدرت اغلب زیانی ندارند ولی می توانند باعث آسیب دیدن بخش کنترل و یا مختل کردن عملکرد آن شوند. در صورتیکه منابع تغذیه این دو بخش از هم جدا باشند بخش قدرت که با وجود ریپل به کار خود ادامه می دهد و بخش کنترل نیز که دارای منبع تغذیه مستقل است چون مصرف جریان زیادی ندارد با ریپلی هم مواجه نمی شود و در نتیجه صحیح عمل خواهد نمود. بنا بر این ما به دو منبع تغذیه نیاز داریم که دارای مشخصات زیر هستند.

منبع تغذیه بخش قدرت	منبع تغذیه بخش کنترل
بسته به نوع موتور بین 5 تا 12 ولت	5 ولت
قابلیت جریان دهی بسته به نوع موتور بین 1 تا 3 آمپر	قابلیت جریان دهی حد اکثر 1 آمپر
بدون نیاز به رگولاسیون خیلی دقیق	رگوله شدن بدون ریپل

مدار های ps2 , ps1 دو پیشنهاد برای منابع تغذیه بخش کنترل و قدرت مورد استفاده در این سیستم هستند. در مدار ps2 از مدار مجتمع 7805 که یک رگولاتور 5 ولت است استفاده شده است. که می توانید در اغلب کتابهای الکترونیک با این قطعات و نحوه عملکرد آنها آشنا شوید. مدار ps1 نیز یک منبع تغذیه فوق العاده ساده است که رگولاتور خاصی در آن پیش بینی نشده و تنها از یک فیلتر خازنی برای کاهش ریپل خروجی استفاده شده است.

2- مولد پالس ساعت (CLOCK)

در بسیاری از مدار های دیجیتال سیگنالی وجود دارد به نام پالس ساعت. این سیگنال به صورت متناوب بین 0 و 1 منطقی نوسان می کند و بنا بر این شکل موج آن شبیه به یک قطار پالس مستطیلی است.

این سیگنال دو امکان را در سیستم فراهم می کند:

- امکان انجام یک سری عملیات با توالی خاص، به عنوان مثال در یک سیستم فرض کنید که می خواهیم موتور A روشن شود. سپس چراغ B روشن شود و در نهایت موتور A و چراغ B خاموش شوند و این عمل مدام تکرار شود.

سیگنال پالس ساعت این امکان را می تواند فراهم کند و هر پالس معرف شروع یکی از فعالیت هاست. پالس اول موتور A را روشن می کند. پالس دوم چراغ B را روشن می کند و پالس سوم موتور A و چراغ B را خاموش می کند.

- امکان ایجاد درکی از زمان برای مدار

فرض کنید شما در مدار شمار نده ای دارید که این پالس ها را می شمارد. اگر در هر ثانیه یک پالس تولید شود، آن گاه شمار نده شما در هر لحظه ثانیه های سپری شده را نشان می دهد. و اگر تعداد پالس ها بیش از 1 عدد در ثانیه باشد، شمار نده همواره کسری از زمان سپری شده را نشان خواهد داد.

به عنوان مثال فرض کنید فرکانس پالس ساعت 10 هرتز باشد (یعنی 10 پالس در هر ثانیه)، در این شرایط عدد نشان داده شده در شمار نده اگر 525 باشد یعنی از زمان شمارش تا کنون 5/52 ثانیه گذشته است.

این دو امکان ساده در مدار های دیجیتال آن قدر مهم هستند که ما دیگر نیازی به تشریح دیگر مزایای استفاده از سیگنال پالس ساعت نداریم.

همان طور که در پرونده پروژه قبلاً دیده اید روش اندازه گیری طول در اینجا اندازه گیری زمان است. در اینجا یک شمار نده BCD پالسهای ساعت را، در مدت زمانی که سنسور ها از مقابل قطعه می گذر ند، می شمارد و با فرض ثابت بودن سرعت موتور عدد نمایش داده شده در شمار نده متناسب با طول قطعه خواهد بود. زمان تحریک پالس می تواند مقادیر متفاوتی داشته باشد مثلاً یک ثانیه.

پالس ساعت سیگنالی است که مثل تمامی سیگنال ها در مدارات دیجیتال دارای دو سطح ولتاژ است، در این شکل در طول نیم ثانیه دارای سطح ولتاژ 5 ولت و در نیم ثانیه بعدی 0 ولت دارد.

مدار CG که به کمک مدار مجتمع 555 ساخته شده می تواند به عنوان یک پیشنهاد برای مولد پالس ساعت بکار رود.

3- شمار نده MC14553

در بحث قبلی دیدیم که چگونه در سیستم های دیجیتال شمارش بصورت کد های BCD انجام می شود. اکنون می خواهیم با شمار نده ای که در مدار ما به کار خواهد رفت آشنا شویم ولی ابتدا بهتر است با برخی مفاهیم و استاندارد ها در مورد IC های دیجیتال آشنا شویم. هر شرکت سازنده IC برای تولیدات خود به طور خاص برگه های مشخصاتی را تهیه می کند که استفاده کنند گان با مطالعه این برگه ها باید بتوانند نحوه کار کردن با قطعه را به خوبی درک کنند.

شرکت های سازنده IC ها برای آن که استفاده کنند گان به راحتی یک مرجع برای شناسایی پایه ها در اختیار داشته باشند همگی این استاندارد را رعایت می کنند:

1- قطعه را در مقابل خود بگونه ای بگیرید که نوشته روی قطعه را درست بخوانید.

2- پایه پایین سمت چپ، پایه شماره 1 می باشد.

3- در خلاف جهت عقربه های ساعت حرکت کنید و پایه ها را به ترتیب تا انتها شماره گذاری کنید.

4- آخرین پایه (پایه بالا سمت چپ) ورودی تغذیه مثبت می باشد.

5- پایه پایین سمت راست مربوط به تغذیه منفی می باشد.

6- بنا بر این در همه IC های 16 پایه، همواره پایه شماره 8 مربوط به تغذیه منفی (یا زمین) می باشد و پایه شماره 16 تغذیه مثبت می باشد.

7- به هر پایه نامی اختصاص داده می شود که اغلب با عملکرد پایه مرتبط است. به عنوان مثال GND مخفف لغت Ground به معنی زمین.

قبل از هر چیز هر وسیله الکترونیکی از جمله IC، برای کار کردن نیاز به منبع انرژی دارد. بنا بر این روی این قطعه دو پایه به عنوان پایه های تغذیه الکتریکی پیش بینی شده است که یکی از آنها به قطب مثبت منبع و دیگری به قطب منفی آن متصل خواهد شد. در قطعه ما این پایه ها به ترتیب 16 و 8 با علائم VDD (تغذیه مثبت) و VSS (تغذیه منفی یا زمین) مشخص شده اند. همانطور که می دانیم شمار نده ما وظیفه دارد که تعداد پالسهای ورودی را که در واقع معرف مدت زمانی است که موتور در حال حرکت است و نورلیزر نیز قطع شده است را بشمارد. بنا بر این این شمار نده نیاز به یک ورودی پالس ساعت دارد که در شکل با نام clock مشخص شده است.

همان طور که در معرفی شمار نده BCD گفتیم هر رقم در این نوع شمارش با 4 بیت (در اینجا 4 پایه) قابل نمایش است. پایه های Q0 تا Q3 در مبنای 2 به ترتیب دارای ارزش مکانی 1، 2، 4 و 8 می باشند. جدول زیر این چهار پایه و نحوه نمایش ارقام را مجدد نمایش می دهد.

دوباره یاد آوری می کنیم که 0 روی هر پایه در IC دیجیتال به معنی ولتاژی کمتر از حدود 8,0ولت و نماد 1 معرف این است که ولتاژ این پایه بیش از 5,2 ولت است.

پایه DIS (مخفف disable به معنی نا توان) در واقع این نقش را دارد که تا زمانیکه این پایه 1 است شمار نده ما پالس های ورودی را نمی شمارد و به محض آن که این پایه 0 شد به شمار نده اجازه داده می شود که پالس های ورودی را بشمارد. در واقع ما خروجی سنسور نوری خود را برای کنترل این پایه به کار خواهیم برد خواهیم برد تا شمارش تنها در زمانی که لیزر از مقابل جسم عبور می کند انجام شود.

پایه OF مخفف کلمه overflow به معنی سر ریز این نقش را بر عهده دارد که هر گاه عدد شمارش شده از محدوده شمارش این IC یعنی عدد 999 فرا تر رفت به ما اطلاع می دهد. بنا بر این هر گاه این پایه 1 شود یعنی عدد نمایش داده شده معتبر نیست و میزان شمارش از 999 فرا تر رفته است.

در نهایت عدد شمارش شده بصورت BCD برای ما قابل درک نیست و باید این عدد بصورت ارقام 0 تا 9 در مبنای 10 نمایش داده شود تا ما بتوانیم آن را بخوانیم. این عمل توسط مدار مجتمع MC14543B انجام می شود. این قطعه 4 بیت کد BCD را دریافت نموده و 7 خروجی a, b, c, d, e, f,g را تحویل می دهد. این خروجی ها پس از اتصال به یک نمایشگر seven segment می توانند ارقام صفر تا 9 را نمایش دهند.

در طول متن گفتیم که حد شمارش این قطعه 999 است، در حالیکه نمایش این عدد به سه دسته 4 بیتی از اطلاعات نیاز دارد چگونه این قطعه یک عدد سه رقمی را تنها با 4 بیت نمایش می دهد.

در این شمار نده از روشی به نام مالتی پلکس کردن زمانی اطلاعات استفاده شده است. یعنی به عنوان مثال روی پایه های Q3Q2Q1Q0 به مدت یک صدم ثانیه رقم یکان وجود دارد و سپس به مدت یک صدم ثانیه رقم دهگان وجود دارد و سپس یک صدم ثانیه نیز رقم صد گان حضور دارد و دوباره رقم یکان نمایش داده می شود.

در چنین سیستمی دو نکته باید مورد توجه قرار گیرد. اول اینکه چگونه این زمانبندی تنظیم می شود و دوم آنکه چگونه باید استفاده کننده متوجه شود که در حال حاضر رقم صد گان روی خروجی است و یا رقم دهگان و یکان.

نکته اول توسط یک مولد پالس ساعت در داخل قطعه مشخص می شود و فرکانس آن توسط خازنی که بین پایه های CIA و CIB قرار می گیرد تعییم می شود. این فرکانس باید آنقدر زیاد باشد که چشم ما متوجه روشن خاموش شدن ارقام نشود. در نقشه پیشنهادی شرکت ساز نده این خازن 1 نا نو فاراد پیشنهاد شده است. رابطه فرکانس با تغذیه مدار و این خازن در یکی از جداول مشخصات قطعه آمده است.

مشکل دوم ما نیز توسط سه پایه DS3، DS2، DS1 حل شده است. زمانی که پایه DS1 در سطح صفر قرار دارد یعنی 4 بیت خروجی معرف رقم یکان است. وقتی DS2 در سطح صفر قرار گرفت یعنی 4 بیت خروجی رقم دهگان را نمایش می دهد و در نهایت صفر شدن DS3 در خروجی معرف حضور رقم صد گان روی خروجی است. ما این سه پایه را از طریق ترانزیستور های تقویت کننده جریان به پایه های آند مشترک نمایشگر های segment 7 متصل می کنیم.

برگه های اطلاعاتی این شمار نده در انتهای متن پروژه آورده شده اند.

4- مدار محرک و کنترل جهت چرخش موتور

موتور ما قابلیت را داشته باشد که در دو جهت حرکت کند. تغییر جهت حرکت در موتور های DC از تغییر پلاریته ولتاژ اعمال شده به موتور حاصل می شود. بنا بر این ما باید در طرح خود مکانیزمی را پیش بینی کنیم که بتوانیم با یک کلید جهت چرخش موتور را تغییر دهیم.

ساده ترین انتخاب این است که از دو کلید سه حالته موازی بصورت زیر (شکل MDC) استفاده کنیم.

دو کلید S1 و S2 با یک دکمه و همزمان با هم عمل می کنند. بدین معنی که اگر سر وسط S1 به نقطه 1 وصل شود، سر وسط S2 نیز به نقطه 1 وصل می شود و بر عکس اگر سر وسط کلید S1 به نقطه 2 متصل شود، سر وسط S2 نیز به نقطه 2 متصل می شود. با اتصال ضربدری تغذیه مثبت و زمین قدرت مدار به این کلید ها و قرار دادن موتور در این میان می توانیم با یک کلید جهت حرکت موتور را تحت کنترل قرار دهیم. برای درک بهتر سعی کنید خود تان با تغییر وضعیت کلید مسیر جریان را در مدار دنبال کنید. اگر کلید را در وضعیت 3 قرار دهیم هر دو کلید از مدار خارج شده و مدار خاموش خواهد شد. از این وضعیت برای خاموش کردن کل دستگاه استفاده می کنیم.

فقط یک نکته فنی دیگر در استفاده از موتور در این طرح لازم است که منظور شود. اگر موتور ها گیر مکانیکی داشته باشند و ولتاژ آنها قطع نشود جریان زیادی از منبع می کشند و این هم می تواند موتور را خراب کند و هم به مدار های الکترونیکی ما آسیب برساند.

پس باید راه حلی بیابیم که در صورتیکه موتور به انتهای مسیر رسید و گیر کرد تغذیه مدار از آن جدا شود.

این عمل را توسط دو میکرو سوئیچ تیغه ای ساده می توان به سادگی انجام داد. این دو میکرو سو ئیچ در دو انتهای مسیر قرار می گیر ند و وقتی قطعه U شکل در انتهای مسیر با این سوئیچ ها بر خورد کند، بصورت خود کار موتور از مدار الکتریکی جدا شده و متوقف می شود.

با حرکت قطعه U شکل به سمت چپ میکرو سوئیچ سمت چپ قطع شده و جریان از مدار قطع می شود و موتور می ایستد. برای ارائه حرکت باید کلید سه حالته را تغییر وضعیت دهیم و در نتیجه موتور در خلاف جهت خواهد چرخید، که میکرو سوئیچ آن نیز بسته است.

سنسور ها از اجزاء بسیار مهم مدار های الکترونیکی هستند و تصور سیستمهای خود کار هوشمند بدون سنسور ها تقریباً غیر ممکن به نظر می رسد.

همان طور که در توضیحات اولیه پروژه اشاره شد یک سیستم خود کار به دو روش قابل پیاده سازی است. حلقه باز یا حلقه بسته (دارای فید بک). در روش حلقه باز اغلب به سنسور نیازی نیست. ولی در واقع همه سیستمهای اتو ماتیک حلقه بسته دارای یک نوع سنسور می باشند که این سنسور وظیفه دارد به مدار کنترل اطلاع دهد که فعالیت خود را چگونه ادامه دهد

سیستم خط کش الکترونیکی نیز از یک مدار کنترل حلقه بسته استفاده می کند و دارای یک مسیر فید بک می باشد. این عمل توسط مدار سنسور نوری و لیزر انجام می شود. در واقع وظیفه این مدار است که به شمار نده بگو ید چه موقع شمارش را آغاز کند و چه موقع شمارش را متوقف نماید. این بدین معنی است که مدار سنسور ما به نوعی طول جسم را حس می کند.

مدار SN می تواند به عنوان یک پیشنهاد برای این قسمت طرح بکار رود. در این مدار از یک سنسور نوری (مقاومت وابسته به نور) و یک لامپ لیزر استفاده شده. مقاومت های نوری اغلب بدین صورت عمل می کنند که اگر نوری به آنها نتابد دارای مقاومت خیلی زیادی هستند و اگر نور زیادی به آن ها بتابد،مقاومت آنها به شدت کاهش می یابد.

در مدار زیر ولتاژ Vs از رابطه زیر بدست می آید.

(R/(R+Rs . Vs = VDD))

با توضیحاتی که داده شد تا زمانی که نور لیزر به مقاومت نوری بتابد، مقدار Rs خیلی کوچک و بنا بر این ولتاژ خروجی تقریباً برابر VDD خواهد بود. یعنی Vs سطح 1 منطقی را نشان می دهد و اگر نور لیزر به مقاومت نوری نتابد، مقاومت Rs به شدت بزرگ شده و مقدار Vs حدود صفر ولت خواهد شد که معرف سطح 0 منطقی است.

اکنون با اطلاعاتی که از پایه DIS شمار نده داریم می توان حدس زد که چرا این پایه باید به ولتاژ Vs متصل شود.

ب) بخش مکانیک

1- ریلهای راهنم

ریل ها قطعاتی هستند که همانند ریل راه آهن مانع از منحرف شدن جسم متحرک ما می شوند. وقتی میل مار پیچ درون قطعه نعلی شکل می چرخد می خواهد که این قطعه را نیز همراه خود بچرخاند. ریلهای بکار رفته در این سیستم مانع از این حرکت می شوند و بنا بر این باعث می شوند که قطعه نعلی شکل به جای چرخش به سمت جلو حرکت کند. این ریلها را می توان در اشکال مختلف و از مواد متنوعی ساخت. در این پروژه ما از ریل هایی به شکل لوله های استیل تو خالی جهت قرار گرفتن آن ها درون دو سر قطعه نعلی شکل استفاده می کنیم.

2- میل مار پیچ

میل مار پیچ در واقع یک پیچ بلند است که محور موتور به آن متصل شده و با هر بار چرخش موتور یک دور می چرخد. نقش میل مار پیچ به همراه قطعه نعلی شکل این است که حرکت دورانی موتور را به حرکت خطی قطعه نعلی شکل تبدیل کند. دقیقاً به همان صورت که اگر یک پیچ را داخل یک مهره بچرخانید در حالیکه مهره را با دست نگه داشته اید، مهره در طول پیچ حرکت خواهد نمود.

3- بدنه و دیواره ها

شکل ظاهری بدنه و دیواره ها در این طرح چندان مهم نیست ولی باید بهر حال ملاحظات سبک بودن طرح و در عین حال استحکام کافی آن منظور شود.

4- قطعه نعلی شکل

قطعه نعلی شکل در اینجا دو نقش را بازی می کند. اول اینکه مانند یک مهره بخشی از سیستم تبدیل حرکت دورانی به خطی را تشکیل می دهد و دوم آنکه این قطعه حامل لیزر و سنسور نوری است که باید طول جسم را حس کند. شکل نعلی آن دقیقاً برای این منظور انتخاب شده است. باید سوراخ مقابل لیزر دقیقاً در مقابل سوراخ سنسور نوری قرار گیرد تا اندازه گیری ما دقت لازم را داشته باشد.

5- بوش و بلبرینگ های مورد نیاز

بوش قطعه نگهدارنده ای است که در انواع مختلف و بسته به کار برد مورد نظر ما مورد استفاده قرار می گیرد. بوش های اتصال استوانه ای (لوله ای) شکل در نقاط اتصال یک محور و بدنه دستگاه نصب می شوند. جنس بوش اغلب از جنسی نرم تر از دو قطعه اصلی انتخاب می شود و بنا بر این بر اثر سایش اغلب بوش خورده می شود و نه محور و بدنه. استفاده از بوش دارای این مزیت است که اولاً حرکت قطعات را ساده تر و روان تر می گرداند و ثانیاً وقتی به مرور زمان خوردگی در محل اتصال رخ می دهد کافیست که فقط همین بوش ها را تعویض کنیم و دو قطعه اصلی آسیبی نمی بینند.

بوش ها همان گونه که گفته شد جنس های متفاوتی دارند که بسته به شرایط اقتصادی و میزان خوردگی قطعات مورد استفاده جهت اتصال؛ تعیین می شوند.

ما نیز در این پروژه از تعدادی بوش استفاده می کنیم که در محل اتصال میل راهنما ها و بدنه قطعه نعلی شکل نصب می شوند. در دو انتهای میل مار پیچ که به بدنه متصل می شوند چون دارای حرکت چرخشی داخل بدنه هستند بهتر است که به جای بوش از بلبرینگ استفاده شود که دارای اصطکاک و استهلاک فوق العاده کمتری است.

پ) ملاحظات مونتاژ و ارتباط الکترونیک و مکانیک

1- میکرو سوئیچه

میکرو سوئیچ اغلب به کلید های خیلی ظریف اطلاق می شود. این کلید ها انواع مختلفی دارند مانند میکرو سوئیچ های تیغه ای. این سوئیچها اغلب برای این منظور بکار می روند که در نقاط خاصی از یک سیستم اتو ماتیک نصب شوند و رسیدن یک قطعه متحرک را به آن نقطه اطلاع دهند. در واقع قطعه با رسیدن به آن نقطه با یک فشار خیلی کوچک کلیدی را وصل می کند و وصل شدن این کلید معرف آن است که قطعه به آن نقطه رسیده است.

این کلید ها به سه صورت می توانند عمل کنند.

در حالت عادی مدار باز است و با فشرده شدن کلید مدار بسته می شود. (open normaly)

در حالت عادی مدار بسته است و با فشرده شدن کلید مدار باز می شود. (normaly close)

هر دو امکان 1 و 2 در کلید تعبیه شده باشد.

و برای کار برد مورد نیاز ما نوع 2 کافیست.

2- موتور

موتورها انواع مختلفی دارند که هر یک با توجه به دقت و قدرت خود در جایگاه مناسب مورد استفاده قرار می گیرند. موتور DC نیز همانطور که از نام آن پیداست با برق مستقیم کار می کند و اغلب در مواردی که قدرت خیلی زیادی مورد نیاز نیست و تغذیه DC در مدار وجود دارد بکار می رود. این نوع موتور دارای مدار کنترل ساده تری در مقایسه با موتور AC می باشد و به همین دلیل کار برد های وسیعی در سیستم های کنترل ارزان قیمت دارد. این نوع موتور در ابعاد و مشخصات متفاوتی یافت می شود. سرعت چرخش محور موتور (Rotor) وا بسته به میزان جریانی است که از موتور می گذرد و بنابراین می توان با افزایش و کاهش جریان ورودی سرعت چرخش محور را تنظیم کرد. در سیستم های خیلی ساده این کاهش و افزایش سرعت (جریان) را می توان با تغییر ولتاژ اعمال نمود.

گاهی برای افزایش قدرت موتور به محور آن یک سیستم چرخ دنده ساده متصل می کنند، که البته باعث کاهش سرعت چرخش محور موتور می شود. این نوع موتور را موتور DC گیر بکس دار می نامند.

موتور مورد نیاز در این پروژه یک موتور DC گیر بکسی با مشخصه حدود 12 ولت 2 آمپر می باشد که جریان توسط دو رشته سیم از منبع تغذیه قدرت مدار به موتور اعمال می گردد.

در این نوع موتور ها برای تغییر جهت حرکت موتور کافیست که پلاریته ولتاژ اعمال شده را عوض کنیم.

3- کلید های تغییر جهت

برای این منظور از کلید های سه حالته استفاده شده است. این کلید ها همانگونه که از نامشان پیداست در سه وضعیت می توانند قرار بگیر ند. در اغلب این کلید ها یک سر وسط وجود دارد که می تواند به سه نقطه مختلف به انتخاب ما متصل شود. باز هم اغلب این کلید ها به گونه ای ساخته می شوند که بطور موازی بتوانند دو کلید (یا حتی بیشتر) را بطور همزمان تغییر وضعیت بدهند. ما از یک کلید سه حالته استفاده می کنیم که از دو حالت آن برای تعیین جهت جریان اعمال شده به موتور استفاده می شود و از حالت دیگر جهت خاموش کردن موتور و قطع ارتباط آن از منبع تغذیه بهره می گیریم.

4-سیم کشی کار آمد

5-تنظیمات

در این مرحله کار ساخت دستگاه به پایان می رسد.

تکلیف: به عنوان تکلیف از دستگاه خود در حال اندازه گیری طول تخته پاک کن فیلم بگیر ید و برای ما ارسال نمایید.

محل بازدید/ اردو/ خرید: کارخانه نیرو محرکه

منابع مطالعه: برای مطالعه ی بیشتر فایلهای ذکر شده را دانلود کنید و ملاحظه نمایید. A19 و A20 و A21 و A22 و A23

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان

تنظیم: اعظم اژدری

مطالب مرتبط:

طراحی و ساخت خط کش الکترونیکی