شیر مکانیزه – جلسه ششم
اهداف:
1- آشنایی با مقدمات لازم برای فهمیدن نحوه کار مدار حسگر و توضیح اجزا آن مانند سنسور و ...
2- آموزش با نحوه ساخت مدارهای الکتریکی و نحوه لحیم کاری (به صورت عملی)
3- ساختن مدار حسگر
زمان عملیاتی
یک جلسه ی 2 تا 3 ساعته
وسایل لازم
کیت مدار حسگر
روند کار
1- همان گونه که می دانیم،هدف ما از ساخت این پروژه یک شیر آب با هوش است، به طوری که وقتی دست به زیر آن آمد، آب باز شود و با کنار رفتن دست، بسته گردد. بدین منظور باید به نحوی نزدیک شدن دست به شیر آب را به دستگاه بفهمانیم. حالا از دانش آموزان بخواهید طرح هایی برای این منظور بدهند و طرح های ارایه شده را نقد و بررسی نمایند.
برای دادن وسعت دید به دانش آموزان، چند طرح زیر را به آنها توضیح بدهید و از آنها بخواهید مزایا و معایب هر یک را بگویند.
اولین راه، نصب یک جسم بر روی شیب است. هنگامی که دست با این جسم برخورد کند، وجود دست حس شود و آب باز شود. از بارزترین عیوب این روش، اولا تماس جسم خارجی با دست و انتقال آلودگی، و ثانیا ناراحت بودن کار کردن با آن می باشد، به عبارتی استفاده کننده نمی تواند به راحتی و مانند شیرهای عادی دست خود را زیر آن بشوید.
طرح بعدی استفاده از چشم الکتریکی می باشد.
چشم الکتریکی وسیله ای است که وجود نور را حس می کند و در صورت کمبود نور یا ازدیاد نور، کلیدی را قطع یا وصل می کند.
برای ساخت شیر آب مکانیزه، می توانیم چشم الکتریکی را به دو صورت استفاده نماییم.
1- آن را به صورت عادی زیر شیر وصل نماییم ولی در عمل این روش شدنی نخواهد بود زیرا وقتی سنسور را در زیر شیر نصب می کنیم، آن را با نور محیط تنظیم می کنیم، بگونه ای که اگر دست به شیر نزدیک شد و شدت نور ورودی به سنسور کم تر گردید، رله یا کلید دستگاه وصل گردد، ولی اگر نور محیط تغییر کند، تنظیمات دستگاه به هم می ریزد.
حتی در صورت خاموش نمودن چراغ دستشویی یا محیطی که این شیرها در آن نصب گردیدند، تمامی شیرها باز خواهند شد، زیرا نور ورودی به سنسورها کم می شود، لذا سنسور به اشتباه به مدار چشم الکترونیکی دستور میدهد که شیر آب را باز نماید، در صورتی که دست در زیر آن نیست و لذا آب زیادی به هدر خواهد رفت که با هدف پروژه مغایرت دارد.
ولی این روش نیز مشکلات خود را دارد. در صورتی که لامپ بسوزد، کار شیر مختل خواهد شد.
مناسب ترین راه برای حس کردن دست در زیر شیر، استفاده از مدار فرستنده – گیرنده مادون قرمز می باشد.
این مدار چون با نور کار نمی کند و از اشعه مادون قرمز برای حس کردن دست یا هر جسم دیگر استفاده می کند، نور محیط تاثیری بر عملکرد آن نخواهد داشت.
هم چنین سنسور گیرنده و فرستنده می توانند در کنار هم نصب شوند، به عبارتی لازم نیست دست در مسیر عبور اشعه قرار گیرد، بلکه با نزدیک شدن دست به مجموعه گیرنده –فرستنده مادون قرمز، اشعه ای که از فرستنده مادون قرمز به بیرون می تابد، به دست برخورد می کند و سپس دچار بازتاب می شود و به گیرنده مادون قرمز می رسد.
بدین ترتیب وجود دست در زیر شیر حس خواهد شد. این مدارها دارای پیچ تنظیم می باشند و فاصله لازم برای اینکه دست نزدیک سنسور شود تا شیر باز شود را می توان به دلخواه تنظیم نمود.
البته این مدار کاربردهای بسیار زیادی دارد و می توان از آن برای ساخت دزدگیر، فاصله سنج، دست خشک کن خودکار و ... نیز استفاده نمود.
توضیح دادن نحوه طراحی به دلیل دارا بودن مفاهیم پیچیده، برای دانش آموزان عملی نخواهد بود، و تنها باید سعی نمایید اجزا این مدار را به دانش آموزان نشان دهید و طرز کار هر یک را به آنها توضیح دهید.
چند قطعه الکترونیکی متداول که در ساخت مدارهای الکتریکی معمولا کاربرد دارند، در زیر آورده شده اند و در جلوی آنها ، توضیخات مربوط به هر یک نوشته شده است.
مقاومت: مقاومت قطعه ای است که در اکثر مدارهای الکتریکی به کار می رود و وظیفه ی آن ایجاد یک مقاومت بر سر راه عبور جریان می باشد تا جریان دیگر به راحتی قبل (حالتی که مقاومت وجود نداشت) عبور نکند.
برای روشن شدن مطلب آنرا به سرعت گیرهای خیابان تشبیه کنید. سرعت گیرها هم در حقیقت مقاومتی برای عبور خودروها ایجاد می کنند و باعث می شوند سرعت عبور و مرور آنها کم شود.
هر چه ارتفاع این سرعت گیرها بیشتر باشد، سرعت عبور خودروها کمتر می شود، لذا می گوییم مقدار مقاومت بیشتر است.
واحد شمارش مقاومت اهم می باشد. مقدار هرمقاومت روی آن مشخص شده است. این مقدار بوسیله رنگ هایی که روی مقاومت وجود دارد مشخص می شود.
تمام مقاومت ها یک نوار طلایی دارند. اگر مقاومت را طوری قرار دهیم که نوار طلایی آن در سمت راست قرار گیرد، می توانیم مقدار آن را بخوانیم.
هر رنگ نماینده یک عدد است که در جدول زیر موجوداند:
سیاه 0 | زرد 4 | خاکستری 8 |
قهوه ای 1 | سبز 5 | سفید 9 |
قرمز 2 | آبی 6 | طلایی یا نقره ای |
نارنجی 3 | بنفش 7 |
| سیاه | 0 |
| قهوه ای | 1 |
| قرمز | 2 |
| نارنجی | 3 |
| زرد | 4 |
| سبز | 5 |
| آبی | 6 |
| بنفش | 7 |
| خاکستری | 8 |
| سفید | 9 |
| طلایی یا نقره ای | پایان |
برای خواندن مقاومت، عدد مربوط به دو نوار سمت چپ را به ترتیب عینا می نویسیم عدد مربوط به سومین نوار از سمت چپ نماینده تعداد صفرهایی است که باید جلوی دو رقم قبلی بگذاریم.
حال برای تمرین چند مقاومت در اختیار آنها قرار دهید و بخواهید آنها را بخوانند.
خازن: خازن وسیله ای است که انرژی الکتریکی را در خود ذخیره می کند. دو نوع عدسی و الکترولیت دارد.
خازن الکترولیت به صورت استوانه می باشد و دارای قطب مثبت منفی است. قطب منفی معمولا با .............. مشخص می شود (یک نوار سمت یکی از پایه ها) ولی خازن عدسی (که ظاهری شبیه به عدس دارند) قطب های مثبت و منفی ندارد.
خازن ها در ظرفیت های مختلفی موجود می باشند.
رله: رله عبارت است از یک آهنربای الکتریکی و یک کلید.
هنگامی که در آهنربای الکتریکی جریان برقرار شود، تیغه بالای خود را به سمت خود می کشد و باعث می شود B و A به هم وصل شوند و کلید وصل گردد.
با استفاده از رله می توان توسط یک جریان ضعیف ( در حد راه اندازی آهنربای الکتریکی) که کلید بزرگ را قطع و وصل نمود (این کلید می تواند جریانهای بسیار بزرگی را قطع و وصل کند.
فرستنده مادون قرمز: دیودهای تولید کننده اشعه مادون قرمز قطعاتی هستند که از ماده گالیوم – آرسنید ساخته شده اند.
این قطعات بهنگام تغذیه مستقیم از خود شعاع های نورانی تولید می کنند. اساس ساختمان آنها بگونه ای است که بهنگام تغذیه مستقیم مقداری انرژی به صورت فتون آزاد می شود.
2- پس از آشنایی مختصر با این قطعات پر کاربرد، بهتر است نکاتی در مورد ساخت مدار و نحوه لحیم کاری به دانش آموزان آموزش دهید.
برای مونتاژ کیت ها از هویه قلمی 40 وات و قلع مرغوب %63استفاده نمایید و ضمنا از روغن لحیم نیز استفاده نکنید.
برای مونتاژ قطعات بهتر است ابتدا مقاومت ها را در جای خود قرار دهید و لحیم نمایید، در مرحله بعد نوبت به دیودها می رسد. دیودها را باید در جهت مناسب قرار دهید. در سمت کاتد دیود، یک حلقه رنگی وجود دارد.
مرحله بعد باید دیودهای نورانی یا LED ها را نصب نمایید و پایه کوتاه تر LED قطب کاتد و پایه بلندتر آند می باشد.
و در مرحله آخر نیز باید ترانزیستورها و آیسی ها را لحیم نمود، زیرا این قطعات بسیار حساس اند و در صورت گرم شدن زیاد و نگه داشتن زیاد هویه، به سرعت می سوزند. قبل از شروع نمودن لحیم کاری، بهتر است یک فیبر سوراخدار به همراه چند مقاومت به درد نخور در اختیار دانش آموزان قرار دهید و از آنها بخواهید لحیم کاری را روی آنها تمرین نمایند.
از قطعات تمرین شده عکس بگیرید و آنها را به عنوان ارزیابی به صندوق پستی درس بفرستید.
3- پس از تمرینات انجام شده از دانش آموزان بخواهید شروع به ساخت مدارات اصلی نمایند.
مراقب باشید که ساختن این مدارات روی اصول و به ترتیبی که در بالا گفته شد انجام گیرد.
نکته آخر اینست که از دانش آموزان بخواهید دیودهای فرستنده و گیرنده مادون قرمز را روی مدار نصب نکنند، بلکه آنها را روی یک تکه فیبر سوراخدار نصب نموده و سپس این فیبر را با سیم 20 سانتی به محل اصلی خود وصل کنند.
در پایان، باید با نزدیک کردن و دور کردن دست به سنسورها، رله دستگاه قطع و وصل گردد و LED های موجود در روی مدار روشن – خاموش شوند.
در صورت بروز مشکل به راهنمای عیب یابی مداوم مراجعه نمایید.
ارزیابی
فیلم کوتاهی از مدار ساخته شده در هنگام دور – نزدیک کردن دست به آنها تهیه کنید و به عنوان تکلیف ارسال کنید. روش – خاموش شدن دیودها باید در فیلم مشخص باشد.
منابع بیشتر
بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان
تنظیم: یگانه داودی
شیر مکانیزه – جلسه اول
شیر مکانیزه – جلسه دوم
شیر مکانیزه – جلسه سوم
شیر مکانیزه – جلسه چهارم
شیر مکانیزه – جلسه پنجم
شیر مکانیزه – جلسه ششم
شیر مکانیزه – جلسه هفتم
شیر مکانیزه – جلسه هشتم
