1、科技小論文 葵花向太陽(yáng)的設(shè)計(jì) 通信學(xué)院電科0801班陳新府0807060112一設(shè)計(jì)背景人們常說(shuō)“葵花朵朵向太陽(yáng)”。在自然界中，也許沒(méi)有哪一種植物能像向日葵的花盤那樣有明顯的趨光性，它的花盤始終面對(duì)太陽(yáng)，并隨著太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。基于這一靈感的啟示，于是，可以設(shè)計(jì)制作一個(gè)有著與向日葵追日行為類似的葵花向陽(yáng)機(jī)器人，也許，更恰當(dāng)?shù)膽?yīng)將其稱為機(jī)器植物。二電路原理本設(shè)計(jì)要制作的這個(gè)葵花向陽(yáng)機(jī)器人的電路實(shí)際上是一種光線跟蹤電路，它由光電元器件、集成電路、“H-橋”電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電動(dòng)機(jī)共同構(gòu)成。其電路圖如圖一所示。集成電路IC（型號(hào)為74HC14）是六施密特觸發(fā)反相器，在一塊集成電路封裝內(nèi)部有六個(gè)相同的施密特觸發(fā)

2、反相器，分別為IC-1至IC-6。其中一個(gè)（IC-1）與個(gè)個(gè)光電三極光PT1、PT2以及二級(jí)管VD共同構(gòu)成窗口比較器。兩個(gè)光電管的另一端分別連接到電源的正、負(fù)極。當(dāng)太陽(yáng)正對(duì)兩個(gè)光電三極管時(shí)，他們受到相同亮度的光照射，由于兩個(gè)光電三極管特性比較一致，那么它們之間節(jié)點(diǎn)的電壓大約是電源電壓的一半，當(dāng)電源電壓為3v 時(shí)，這個(gè)電壓約為1.5v。由于安裝兩個(gè)光電三極管時(shí)間有個(gè)夾角，并分別在光電三極管加有遮光筒，因此，當(dāng)太陽(yáng)的位置發(fā)生變化，照射在三極管的光強(qiáng)就不再一樣，會(huì)出現(xiàn)一強(qiáng)一弱的狀態(tài)。分壓器的輸出信號(hào)連接到輸入信號(hào)的輸入端，信號(hào)處理電路由反相器擔(dān)任，反相器根據(jù)分壓器的輸出信號(hào)的高低來(lái)決定輸出低電平還是

3、高電平，然后去控制“H-橋”電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。在本設(shè)計(jì)中，為了防止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)線的纏繞，將采用將向日葵花莖與電機(jī)連接在一起，整體與底座相連，進(jìn)行整體轉(zhuǎn)動(dòng)，有效地避免了導(dǎo)線的纏繞，所以，選材盡量輕和小巧。三工作工程分析參考圖一（PT1與二極管銜接處為A點(diǎn)，PT2與二極管銜接處為B點(diǎn)）假定光源向左邊移動(dòng)，位于左邊的光電管PT1光照和強(qiáng)度增加，A點(diǎn)電壓上升，而位于右邊的光電管受光照射的強(qiáng)度減弱，B點(diǎn)電壓也上升。 當(dāng)A點(diǎn)電壓上升到VT+時(shí)，施特反相器IC-1翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，因此IC-2IC-3的輸出為商電平；而B點(diǎn)電壓還未到達(dá)VT+（差0。7），施特反相器IC-4IC-6的狀態(tài)不變，仍輸出高電平，

4、所以這時(shí)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的“H-橋”的2個(gè)輸出端都是高電平，因此電動(dòng)機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)光源繼續(xù)向左邊移動(dòng)，A，B兩點(diǎn)的電壓繼續(xù)上升，直到B點(diǎn)也上升到VT+時(shí)，施物反相器IC-4IC-6才翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，“H-橋”電路輸入端的電平一個(gè)為高，另一個(gè)為低，所以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)一對(duì)光電管向左轉(zhuǎn)動(dòng)，朝向光源。由于2個(gè)光電管跟蹤光源向左邊轉(zhuǎn)動(dòng)，左邊的光電管PT1受光將減少，而右邊的光電管PT2受光照增加，A點(diǎn)和B點(diǎn)的電壓都逐漸下降。顯然，當(dāng)B點(diǎn)到達(dá)VT-時(shí)，由于二極管VD的作用，A點(diǎn)尚未到達(dá)VT-，所以施特反相器IC-4IC-6先翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，而施特反相器IC-2IC-3尚未改變狀態(tài)，IC-2和IC-3

5、輸出仍是高電平，所以這時(shí)“H-橋”驅(qū)動(dòng)電路的2個(gè)輸入端均為高電平，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)?！版i定光源”。如果光源繼續(xù)向左這移動(dòng)，A，B兩點(diǎn)的電壓又上升，A點(diǎn)先到達(dá)VT+。施特反相器IC-1輸出低電平，IC-2IC-3輸出高電平，“H-橋”驅(qū)動(dòng)器的2個(gè)輸入端的狀態(tài)不改變，仍為高電平，電動(dòng)機(jī)仍不轉(zhuǎn)動(dòng)，仍處在“鎖定”狀態(tài)。只有當(dāng)電B點(diǎn)的電壓也上升到VT+時(shí)施特反相器IC-4IC-6才翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，這時(shí)“H-橋”驅(qū)動(dòng)器的2個(gè)輸入端一高一低，電動(dòng)機(jī)又轉(zhuǎn)動(dòng)。使2個(gè)光電管向左這轉(zhuǎn)動(dòng)，朝向光源。光源向右移動(dòng)情況類似，這里就不再贅述。因此，這個(gè)電路裝置可以忠實(shí)地跟隨太陽(yáng)光線的移動(dòng)而自動(dòng)調(diào)節(jié)角度，始終正對(duì)太陽(yáng)。4 元

6、器件和零配件名 稱型 號(hào)/規(guī) 格數(shù) 量光電管PT52082電阻器510歐（綠棕黑黑棕）4電容器0.1微法（104）2晶體三極管8050（NPN）、8550（PNP）各2個(gè)晶體二極管1N41481開關(guān)單刀單擲1電池盒5號(hào)2只1電動(dòng)機(jī)小型1萬(wàn)能電路板1導(dǎo)線少量熱收縮管直徑約5mm少量塑料飲料吸管直徑約5mm1絹制葵花1絹制綠葉4塑料花盆小型1回形針3其他粘結(jié)劑少量五調(diào)整與測(cè)試首先調(diào)整2個(gè)光電管分開的角度。由于選用的2個(gè)光電管特性比較一致，所以?shī)A角的角平分線應(yīng)該與向日葵花盤的朝向相同。接通電源后，將向日葵朝向一個(gè)均勻的漫射光源，在這種情況下，兩個(gè)光敏管受到的光照強(qiáng)度相等，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。用一只手電筒對(duì)著向日葵照射，它應(yīng)向光源轉(zhuǎn)動(dòng)，直到對(duì)準(zhǔn)后停止轉(zhuǎn)動(dòng)。再次根據(jù)向日葵機(jī)器人的實(shí)際表現(xiàn)來(lái)調(diào)整光電管的角度。六設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過(guò)對(duì)向日葵機(jī)器人的制作過(guò)程，我們學(xué)到了以下新知