为了充分体现一个DIY精神,PVCBOT机器人项目的控制电路,默认推荐的是手工焊接电路板。而作为手工焊接所使用的电路板,这里我们主要采用的是万能电路板。 万能电路板也叫万用板、实验板,这是一种通用设计的电路板,通常其板上布满标准的IC间距(2.54mm)的圆型独立的焊盘,看起来整个板子上都是小孔,所以也俗称为“洞洞板”。相比专业的PCB印刷电路板,洞洞板具有成本低、使用方便、扩展灵活等特点。基于以上这些特点,同时为了提高DIY机器人的效率,我们认为熟练使用洞洞板来焊接电路应该作为PVCBOT机器人DIY活动的一项基本技能。
元件布局 一般在洞洞板上布局元器件,就是基本上对照的电路原理图上元器件的布局规划,从关键器件为中心开始布局,其他元器件围绕着中心以见缝插针的方式布局。对于熟悉电子电路的人,可以遵照这种方式边焊接边规划,无序中体现着有序,效率较高。但一般人不推荐直接焊板,而是建议按照以上的布局原则,先在纸上进行初步的布局做好图纸,然后再按照图纸进行焊接,对于初学者甚至建议可以用笔在洞洞板正面把走线也画上去,以方便对照焊接。
焊接技巧 很多初学者焊的板子很不稳定,容易短路或断路。除了布局不够合理和焊工不良等因素外,缺乏技巧是造成这些问题的重要原因之一。掌握一些技巧可以使电路反映到实物硬件的复杂程度大大降低,减少飞线的数量,让电路更加稳定(以下部分内容摘自互联网)。 2、善于利用元器件的引脚 3、善于设置跳线 4、善于利用排针 5、在需要的时候隔断铜箔 6、充分利用双面板
走线方式 焊接洞洞板有很多种方法,传统用得最多的是“飞线连接法”,而近来比较流行的一种方法叫“锡接走线法”。 “飞线连接法”,这种走线方法没有太大的技巧,一般选用细导线或者漆包线进行电路连接,尽量沿着水平和竖直走线,整洁清晰。不过这种方式对于稍微复杂的电路,假如布局不合理可能会存在较多交叉或者重叠的飞线,有可能会对电气特性有一点影响,而且焊接时要求头脑特别清晰且要有一定的焊接经验才能理清交错的飞线。另外,由于使用这种方法要求常备较多用于飞线的细导线或者漆包线,未必适合条件有限的初学者,所以这里我们也不作为PVCBOT项目推荐的走线方式。
“锡接走线法”,这是直接借助焊锡把各焊盘节点连接起来的一种走线方式,其有着线路清晰、工艺美观、性能稳定等特点。不过假如是直接用焊锡连接相邻焊盘的话,会比较浪费焊锡,而且对焊锡质量以及个人焊接工艺都要求较高。作为PVCBOT项目将要推荐的方法,我们这里建议使用细金属线作为连接的媒介,在金属线走过的焊盘节点再上锡焊接,这样操作比较简单,也比较适合初学者学习,同时也适合扩展到上规模的复杂电路的应用。
下面我们将以常见的几个PVCBOT项目的控制电路为例,进行介绍如何以“锡接走线”的方式手工焊接洞洞板。
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一、法拉蓄能引擎控制电路1
二、法拉蓄能引擎控制电路2
三、太阳能引擎控制电路
法拉蓄能引擎是专门针对PVCBOT 蓄能系列机器人 的,其采用USB接口(标准电压5V)对法拉电容(超级电容)进行短时充电,然后再对驱动机器人的马达进行放电,让机器人能够跑上一阵。 当前的这个法拉蓄能引擎的控制电路,主要是针对采用了耐压为5V的法拉电容作为充电的电能存储器件的机器人,相对简单一些,主要用在:PVCBOT【0号】S1版、PVCBOT【0号】S2版、PVCBOT【0号】S3版、PVCBOT【17号】A版 这里要注意,以上几个机器人的控制电路基本上是一样的,不过0号S1版是使用一个1法拉的超级电容,而其他几个蓄能机器人都是采用4个0.22法拉的超级电容通过并联累加容值的方式连接到控制电路上的。为了简单起见这里统一按照1个法拉电容的情况进行介绍。 “法拉蓄能引擎控制电路”的电路原理图 如下: 当前法拉蓄能引擎控制电路具体的电路原理在 蓄能系列机器人 中有详细介绍,这里不再重复。
涉及到本电路焊接的主要元件包括:1法拉超级电容一个,LED发光二极管一个,220Ω、51Ω电阻各一个,PH插座一个,拨动开关一个,震动电机一个。 根据电路规划的实际需要,这里我们从整版大块的洞洞板上裁切包含了3X6个焊孔(横向6孔,纵向3孔)的一小块来进行电路焊接。
我们可以根据电路原理图,接合各元件外形特性,在洞洞板上规划各元件的布局。
在洞洞板上布局元件需要一定经验积累,既要熟悉电路原理,也要了解各种电子元器件,对此我们暂不展开讨论。我们将直接对具体已经规划好的布局方案进行介绍,即讲解如何按照已有的布局方案在洞洞板上进行电路焊接。 特别提醒:以下的元件布局图示是我们这里为了方便大家清晰了解当前电路的焊接布局规划而专门设计绘制的,通常在实际应用当中未必有那么详细图示,一般只是提供类似上面的电路原理图,具体的规划是需要大家自己根据实际情况去设计的。
1)正视图
首先介绍元件布局的正视图,即自顶向下俯视电路板的正面,通过正视图可以了解各元件在洞洞板上的布局状态,即可以弄清楚每个元件放置的朝向是怎么样的,每个元件的各引脚是插到哪些焊孔中的。
以下展示的是在 3X6个焊孔(纵向3孔,横向6孔)的洞洞板上进行的元件布局。
(1)选择开关我们采用普通的单刀双掷的拨动开关,左右拨动开关的小柄,可以控制开关中间的引脚2选择性的与左边的引脚1或者右边的引脚3相连接。
(2)LED发光二极管的引脚是区分极性的(正/负),其外形是圆柱形的,区别引脚的方法包括几种:
方法1:如果是全新的元件没有剪过引脚的,则默认长的那根引脚是正极; 方法2:看圆柱形外壳底边上的圆盘,有缺口的一侧对应的引脚是负极; 方法3:直接透过外壳观察内部结构,连接内部小电极片的引脚是正极,连接内部大的三角形电极片的引脚是负极。 (3)电阻的引脚是不区分极性的;
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法拉蓄能引擎是专门针对PVCBOT 蓄能系列机器人 的,其采用USB接口(标准电压5V)对法拉电容(超级电容)进行短时充电,然后再对驱动机器人的马达进行放电,让机器人能够跑上一阵。 当前的这个法拉蓄能引擎的控制电路,主要是针对采用了耐压为2.5V的法拉电容作为充电的电能存储器件的机器人,因为受最高电压的限制所以相对前面一个蓄能引擎的电路会复杂一些,即:把USB接口提供的5V电压降到2.5V左右给耐压仅为2.5V的法拉电容充电,当前电路主要用在:PVCBOT【17号】B版 “法拉蓄能引擎控制电路”的电路原理图 如下:
具体电路原理在 蓄能系列机器人 中有详细介绍,这里不再重复。
涉及到本电路焊接的主要元件包括:2法拉超级电容一个,LED发光二极管一个,3V稳压二极管一个,1N5819肖特基二极管一个,220Ω、47Ω、20Ω电阻各一个,PH插座一个,拨动开关一个,震动电机一个。 根据电路规划的实际需要,这里我们从整版大块的洞洞板上裁切包含了3X6个焊孔(横向6孔,纵向3孔)的一小块来进行电路焊接。
我们可以根据电路原理图,接合各元件外形特性,在洞洞板上规划各元件的布局。
在洞洞板上布局元件需要一定经验积累,既要熟悉电路原理,也要了解各种电子元器件,对此我们暂不展开讨论。我们将直接对具体已经规划好的布局方案进行介绍,即讲解如何根据已有的布局方案在洞洞板上进行电路焊接。 特别提醒:以下的元件布局图示是我们这里为了方便大家清晰了解当前电路的焊接布局规划而专门设计绘制的,通常在实际应用当中未必有那么详细图示,一般只是提供类似上面的电路原理图,具体的规划是需要大家自己根据实际情况去设计的。
1)正视图
首先介绍元件布局的正视图,即自顶向下俯视电路板的正面,通过正视图可以了解各元件在洞洞板上的布局状态,即可以弄清楚每个元件放置的朝向是怎么样的,每个元件的各引脚是插到哪些焊孔中的。
以下展示的是在 3X6个焊孔(纵向3孔,横向6孔)的洞洞板上进行的元件布局。
(1)选择开关我们采用普通的单刀双掷的拨动开关,左右拨动开关的小柄,可以控制开关中间的引脚2选择性的与左边的引脚1或者右边的引脚3相连接。
(2)LED发光二极管的引脚是区分极性的(正/负),其外形是圆柱形的,区别引脚的方法包括几种:
方法1:如果是全新的元件没有剪过引脚的,则默认长的那根引脚是正极; 方法2:看圆柱形外壳底边上的圆盘,有缺口的一侧对应的引脚是负极; 方法3:直接透过外壳观察内部结构,连接内部小电极片的引脚是正极,连接内部大的三角形电极片的引脚是负极。 (3)电阻的引脚是不区分极性的;
(4)稳压二极可以把供电的电压降低,并且把电压稳定在特定值左右。一般稳压二极管都是用“玻壳包装”,即透明的玻璃外壳包住里面橙色的内胆。外壳上有黑线的一侧对应稳压二极管的负极。
(5)肖特基二极具有压降小的特点。一般肖特基二极管都是用“塑壳包装”,即用黑色的塑料外壳。外壳上有白线的一侧对应肖特基二极管的正极。
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PVCBOT项目中应用得最广泛一个控制电路就是针对太阳能系列机器人的“经典太阳能脉动充放电控制电路”,这个电路具体应用在不同的项目中会有一些区别,比如有带两个串联LED的(使用5V太阳能电池),有带并联负载放电电阻的(使用微型减速电机),有带排针/杜邦线的(模块化机器人)等等。 1)采用3V太阳能电池的“焊接外联方式”的,包括:PVCBOT 2号、PVCBOT 3号、PVCBOT 4号、PVCBOT 5号、PVCBOT 6号;
“经典太阳能脉动充放电控制电路”的电路原理图 如下:
该电路的具体原来分析可以参见:PVCBOT 2号——电路原理,这里不再重复介绍。
涉及到本电路焊接的主要元件包括:三极管9015、9014各一个,LED发光二极管一个,2.2K电阻一个,4700uF电解电容一个。 根据电路规划的实际需要,这里我们从整版大块的洞洞板上裁切包含了3X6个焊孔(横向6孔,纵向3孔)的一小块来进行电路焊接。
我们可以根据电路原理图,接合各元件外形特性,在洞洞板上规划各元件的布局。
在洞洞板上布局元件需要一定经验积累,既要熟悉电路原理,也要了解各种电子元器件,对此我们暂不展开讨论。我们将直接对具体已经规划好的布局方案进行介绍,即讲解如何在洞洞板上进行电路焊接。 特别提醒:以下的元件布局图示是我们这里为了方便大家清晰了解当前电路的焊接布局规划而专门设计绘制的,通常在实际应用当中未必有那么详细图示,一般只是提供类似上面的电路原理图,具体的规划是需要大家自己根据实际情况去设计的。
1)正视图
首先介绍元件布局的正视图,即自顶向下俯视电路板的正面,通过正视图可以了解各元件在洞洞板上的布局状态,即可以弄清楚每个元件放置的朝向是怎么样的,每个元件的各引脚是插到哪些焊孔中的。
以下展示的是在 3X6个焊孔(横向6孔,纵向3孔)的洞洞板上进行的元件布局。
(1)三极管的引脚是区分极性的(基极B、发射极E、集电极C)。这里我们选用的三极管的外形是半圆柱形的,可以直接按照图示中半圆柱的方向布局放置;
(2)LED发光二极管的引脚是区分极性的(正/负),其外形是圆柱形的,区别引脚的方法包括几种:
方法1:如果是全新的元件没有剪过引脚的,则默认长的那根引脚是正极; 方法2:看圆柱形外壳底边上的圆盘,有缺口的一侧对应的引脚是负极; 方法3:直接透过外壳观察内部结构,连接内部小电极片的引脚是正极,连接内部大的三角形电极片的引脚是负极。 (3)电阻的引脚是不区分极性的;
(4)电解电容的引脚是区分正负极性的,通常其外皮上会印刷有“-”减号,对应代表负极的那只引脚(也有少部分是印有“ +”加号来表示正极)。
以下为对应当前“正视图”的“焊点走线图”(从无焊点的一面透视,黑芯蓝点为焊点,蓝色带代表焊点相连):
2)底视图 然后介绍元件布局的底视图,即面对电路板的底面的视图(蓝色带代表走线相连),通过底视图可以了解各元件在洞洞板上的走线情况,即可以弄清楚每个元件的各引脚是如何互相连接的。
以下为对应当前“底视图”的“焊点走线图”(有焊点的一面,黑芯蓝点为焊点,蓝色带代表焊点相连):
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