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)。
1、初步确定电源、地线的布局
电源贯穿电路始终,合理的电源布局对简化电路起到十分关键的作用。某些洞洞板布置有贯穿整块板子的铜箔,应将其用作电源线和地线;如果无此类铜箔,也需要对电源线、地线的布局有个初步的规划。
2、善于利用元器件的引脚
洞洞板的焊接需要大量的跨接、跳线等,不要急于剪断元器件多余的引脚,有时候直接跨接到周围待连接的元器件引脚上会事半功倍。另外,本着节约材料的目的,可以把剪断的元器件引脚收集起来作为跳线用材料。
3、善于设置跳线
多设置跳线不仅可以简化连线,而且要美观得多(见下图横卧的跳线)。
4、善于利用排针
排针有许多灵活的用法(见上图竖起的排针)。比如两块板子相连,就可以用排针和排座,排针既起到了两块板子间的机械连接作用又起到电气连接的作用。这一点借鉴了电脑的板卡连接方法。
5、在需要的时候隔断铜箔
在使用连孔板的时候,为了充分利用空间,必要时可用小刀割断某处铜箔,这样就可以在有限的空间放置更多的元器件。
6、充分利用双面板
双面板比较昂贵,既然选择它就应该充分利用它。双面板的每一个焊盘都可以当作过孔,灵活实现正反面电气连接。
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。
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
1.1、布局规划
1.2、元件定位
(1)开关
(2)插座
(3)电阻
(4)发光二极管
1.3、锡接走线
1.4、总装调试
二、法拉蓄能引擎控制电路2
2.1、布局规划
2.2、元件定位
(1)开关
(2)插座
(3)电阻
(4)稳压二极管
(5)发光二极管
2.3、锡接走线
2.4、外接器件
(1)法拉电容
(2)肖特基二极管
2.5、总装调试
三、太阳能引擎控制电路
3.1、布局规划
3.2、元件定位
(1)三极管
(2)发光二极管
(3)电阻
3.3、锡接走线
3.4、外接器件
(1)电解电容
(2)太阳能电池
(3)电机
3.5、总装调试
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。
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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。
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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;
2)采用3V太阳能电池的“插接外联方式”(排针/杜邦线)的,包括:PVCBOT 8号;
3)采用5V太阳能电池(两个串联LED)的,包括:PVCBOT 10号、PVCBOT 12号、PVCBOT 13号、PVCBOT 14号、PVCBOT 15号。
这里我们主要目的是为了介绍焊接的技巧,所以选用了最简单的实例(第一种情况)来进行介绍。
“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。
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。
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