ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΜΕΤΡΗΤΗ ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ ΓΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ (ΠΑΡΚΙΝΓΚ) DISTANCE METER MANUFACTOR FOR CAR APPLICATION (PARKING) ΕΚΠΟΝΗΣΗ ΕΠΙΘΕΤΟ: ΜΠΙΡΜΠΙΛΗΣ ΟΝΟΜΑ: ΘΕΟΦΑΝΗΣ Α.Ε.Μ : 4659 Ε.Ε : Ε' Εργαστηριακή Άσκηση 2 η : Επέκταση κλίμακας αμπερομέτρου ή βολτομέτρου Ημερομηνία εκτέλεσης εργασίας: 23-3-2012 Διδάσκοντας Καθηγητής Κων/νίδης Χάρ.
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Περίληψη... 3 Εισαγωγή... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Κεφαλαίο 1 Θεωρητική εισαγωγή... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. 1.1 Αισθητήρες στο αυτοκίνητο γενικότερα 1.2 Πρότυπα PCD 1.3 Λειτουργία ανιχνευτή 1.4 Ιδιότητες υλικων 1.5 transistor Κεφαλαίο 2 Κατασκευή... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. 2.1 Χαρακηριστικά, τεχνικές προδιαγραφές 2.2 συναρμολόγηση της βάσης PCB: P3502B 2.3 Συναρμολόγηση του δέκτη PCB: P3502S 2.4 TEST Κεφαλαίο 3 Εφαρμογή... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Συμπεράσματα... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης. Βιβλιογραφία... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.
ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα πτυχιακή εργασία εκπονήθηκε στο χειμερινό του 2013 στο τμήμα ηλεκτρολογίας του ΤΕΙ Καβάλας και αναφέρεται στην Κατασκευή ανιχνευτή για έλεγχο πάρκινγκ, ο σκοπός της εργασίας είναι να κατασκευάσουμε έναν ανιχνευτή απόστασης ώστε να μας διευκολύνει κατά το παρκάρισμα, επίσης να κάνουμε κάποιες μετρήσεις και να μελετήσουμε την λειτουργία του. Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον Επίκουρο Καθηγητή κ. Λ. Μαγκαφά, επιβλέποντα της πτυχιακής εργασίας, για τις ουσιαστικές υποδείξεις του, την υποστήριξη και την άψογη συνεργασία όλο αυτό το χρονικό διάστημα. Ξεχωριστή αναφορά επιθυμώ να κάνω στην οικογένεια μου για την αμείωτη συμπαράστασή της σε ευχάριστες και δυσάρεστες στιγμές κατά τη διάρκεια της φοίτησης μου στο ΤΕΙ Καβάλας γιατί χωρίς αυτήν στο πλευρό μου όλα θα ήταν διαφορετικά.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ Πλέον η καθημερινή χρήση του αυτοκινήτου έχει γίνει τρόπος ζωής. Οι διευκολύνσεις που έχει επιφέρει είναι αναμφισβήτητες, αλλά κανείς δεν μπορεί να αγνοήσει τα προβλήματα που συνεπάγεται η μαζική και υπέρμετρη χρήση του. Ένα καθημερινό πρόβλημα κυρίως στις μεγάλες πόλεις είναι το παρκάρισμα, άλλοι οδηγοί έχουν με την εμπειρία την αίσθηση του χώρου στο αυτοκίνητο και άλλοι όχι, με αποτέλεσμα να έχουμε συχνό φαινόμενο γρατζουνιές και χτυπήματα στα αυτοκίνητα. Σήμερα με την βοήθεια της τεχνολογίας έχουμε την δυνατότητα να παρκάρουμε με περισσότερη άνεση και σιγουριά. Εικόνα 1: Παρκάρισμα το 1994
Εικόνα 1.1: παρκάρισμα το 2014 Θεωριτηκή Εισαγωγή 1.1 Αισθητήρες στο αυτοκίνητο γενικότερα Πριν από κάποια χρόνια κανείς δεν μπορούσε να αντιληφθεί ότι στο χώρο του αυτοκινήτου σημαντική θέση θα καταλάμβαναν τα ολοκληρωμένα κυκλώματα, οι ηλεκτρονικοί αισθητήρες και γενικά όλες οι εφαρμογές της μικρο-μηχανικής και της νανο-τεχνολογίας. Είναι σίγουρα λογικό το γεγονός πως πριν από μια με δυο δεκαετίες αν κάποιος ανέφερε τα ολοκληρωμένα κυκλώματα και το πλήθος αισθητήρων που χρησιμοποιούνται σε ένα αυτοκίνητο ελέγχοντας πολλές παραμέτρους τόσο του κινητήρα, όσο και του οχήματος γενικότερα, δεν θα ήταν πιστευτό. Αυτή την εποχή πολλές γνωστές εταιρείες κατασκευάζουν τέτοια κυκλώματα που συνήθως τοποθετούνται στους αισθητήρες που υπάρχουν στα καινούργια αυτοκίνητα, με σκοπό τη βελτίωση κάποιων από τους παράγοντες που σχετίζονται με την ασφάλεια, την άνεση της οδήγησης, την αξιοπιστία και την διαχείριση του κινητήρα. Η αλήθεια είναι πως από την στιγμή που εμφανίσθηκαν οι πρώτοι αισθητήρες και τα πρώτα ηλεκτρονικά συστήματα και βοηθήματα, θα ήταν αδύνατο να μην παίξουν καθοριστικό ρόλο όλα αυτά τα ολοκληρωμένα κυκλώματα τα οποία χαρακτηρίζονται από την τελευταία λέξη της τεχνολογίας. Αυτά τα ολοκληρωμένα κυκλώματα όπως είναι γνωστό υπάγονται στον χώρο της μικρομηχανικής τεχνολογίας και μάλιστα τα τελευταία χρόνια καθοριστικής σημασίας είναι και ο χώρος της νανο-τεχνολογίας ο οποίος ασχολείται και αυτός με προηγμένα ηλεκτρονικά κυκλώματα, απλά η μόνη διαφορά είναι στο μέγεθός τους που μπορεί να κυμαίνεται σε κάποια χιλιοστά έως και εκατομμύρια χιλιοστού.
Η μικρο-μηχανική τεχνολογία, στην οποία δίνεται περισσότερη σημασία αυτή την στιγμή, επιτρέπει την οικονομική παραγωγή προηγμένων αισθητήρων που χαρακτηρίζονται από το εξαιρετικά μικρό τους βάρος και το μικρό τους μέγεθος. Το ολοκληρωμένο κύκλωμα που τοποθετείται στο εσωτερικό των αισθητήρων έχει συγκεκριμένη δομή και το μέγεθός τους δεν ξεπερνάει ορισμένα εκατοστά του μικρομέτρου, ενώ περιβάλλεται από έναν σιλικονούχο ημιαγωγό λειτουργώντας σαν προστατευτικό υλικό και το οποίο σε υψηλές θερμοκρασίες αποσυντίθεται. Ενδεικτικά αναφέρεται πως οι αισθητήρες που κατασκευάζονται για την διαχείριση του κινητήρα των σημερινών αυτοκινήτων χρησιμοποιούνται από το 1994, ενώ από το 1997 κατασκευάστηκαν οι πρώτοι αισθητήρες επιτάχυνσης που σχετίζονταν άμεσα με το σύστημα αντι-μπλοκαρίσματος των φρένων ABS. Στην συνέχεια εμφανίσθηκαν και οι αισθητήρες που σχετίζονταν με την παρέκκλιση του αυτοκινήτου από την κανονική του πορεία, που όπως είναι γνωστό χρησιμοποιούνται στο γνωστό μας σύστημα ESP αλλά και στα γνωστά σε όλους μας συστήματα πλοήγησης (navigation). Και βέβαια η εξελικτική πορεία των αισθητήρων και γενικότερα της μικρο-μηχανικής τεχνολογίας τελειώνει εδώ μιας και από το 2001 έχουν κάνει αισθητή την παρουσία τους και οι αισθητήρες που μπορούν να ανιχνεύσουν την πιθανότητα ανατροπής του οχήματος ανάλογα με τις εκάστοτε συνθήκες. Επομένως, είναι φανερό πως το 2014 ο τομές των ηλεκτρονικών και συγκεκριμένα των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των διάφορων αισθητήρων που τοποθετούνται στα αυτοκίνητα, δεν παρουσιάζει μια στάσιμη πορεία, αλλά αντιθέτως σημειώνει μια ανοδική πορεία διαρκούς εξέλιξης και βελτίωσης. Αυτό το φαινόμενο σίγουρα είναι αρεστό σε όλους καθώς προσδίδει ικανοποίηση και βεβαιότητα πως τα επόμενα χρόνια πολλά πράγματα θα έχουν αλλάξει στο χώρο του εξοπλισμού και ειδικά στον τομέα των παρελκομένων του κινητήρα του αυτοκινήτου. Η ύπαρξη αρκετών αισθητήρων πάνω στο αυτοκίνητο σίγουρα δεν αποτελεί αγχωτικό γεγονός για τον οδηγό καθώς δημιουργεί την πεποίθηση ότι όσο περισσότερα τόσο καλύτερα, αφού ο σκοπός της ύπαρξής τους είναι είτε προστατευτικός, είτε βελτιωτικός, αν και εφόσον σχετίζεται άμεσα με την απόδοση και τον τρόπο λειτουργίας του κινητήρα. Ωστόσο πρέπει να αναφερθεί ότι μια μεγάλη αύξηση των αισθητήρων στα σημερινά και μελλοντικά αυτοκίνητα, αυξάνει με όμοιο τρόπο και τον αριθμό των ηλεκτρονικών συστημάτων που θα υπάρχουν σε αυτά, αφού για να είναι αξιοποιήσιμες όλες οι πληροφορίες οι οποίες παρέχονται από τους διάφορους αισθητήρες θα πρέπει να οδηγούνται σε κάποιο ανάλογο σύστημα το οποίο θα τις συλλέγει, θα τις αναλύει και αναλόγως θα εξάγει αποτελέσματα που θα ρυθμίζουν αναλόγως πολλές από τις παραμέτρους του αυτοκινήτου. Δεν θα ήταν επιθυμητό η τεχνολογία να φτάσει σε επίπεδο όπου θα κυριαρχούν, τα ηλεκτρονικά παρελκόμενα του αυτοκινήτου σε βάρος του οδηγού, διαπιστώνοντας σε μια τέτοια περίπτωση πως ο ρόλος του οδηγού θα έχει αλλοιωθεί πλήρως. Όσο όμως η μικρο-μηχανική και η νανο-τεχνολογία θα υπάρχουν και θα διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στην εξελικτική πορεία της τεχνολογίας, οι επιρροές θα είναι πολλές και τα αποτελέσματα ίσως μη ανατρέψιμα.
1.2 Συστήματα ασφάλειας οχημάτων Τα ηλεκτρονικά συστήματα ασφάλειας αποτελούνται από τα εξής 3 μέρη: Αισθητήρες: Είναι οι μικρές συσκευές που τοποθετούνται στο χώρο του αυτοκινήτου. Στην απουσία του οδηγού από το όχημα η συσκευή το ελέγχει, περίπου όπως ο ίδιος. Οι Ανιχνευτές κινήσεως (radars) βλέπουν. Οι Ανιχνευτές θραύσεως ακούνε και Οι παγίδες ανοίγματος, αντιλαμβάνονται αυτό που συμβαίνει στο αυτοκίνητο. Οι αισθητήρες του συστήματος αφού αντιληφθούν αμέσως το ανεπιθύμητο γεγονός μεταδίδουν την πληροφορία στην κεντρική μονάδα. Κεντρική μονάδα: Είναι ο εγκέφαλος του συστήματος, ο οποίος επεξεργάζεται τις πληροφορίες που λαμβάνει από τους αισθητήρες και ενεργοποιεί τις σειρήνες στέλνοντας ταυτόχρονα το ανάλογο σήμα στο Κέντρο λήψεως σήματος. 1.3 Πρότυπα PCD Υπάρχουν πρότυπα βιομηχανίας για σχεδόν κάθε πτυχή του σχεδίου PCB. Αυτά τα πρότυπα ελέγχονται από το ίδρυμα IPC (www.ipc.org), (πρώην institute for Interconnecting and Packaging electronic Circuits). Υπάρχουν ένα IPC πρότυπο για κάθε πτυχή του σχεδίου PCB, που αφορά την κατασκευή, τη δοκιμή, και οτιδήποτε άλλο είναι γενικώς απαραίτητο για την δημιουργία ενός τυπωμένου κυκλώματος. Το σατανικότερο έγγραφο που καλύπτει τον σχεδιασμό τυπωμένων κυκλωμάτων είναι το IPC -2221, "Γενικά πρότυπα επί των τυπωμένων κυκλωμάτων". Αυτά τα πρότυπα εκτόπισαν τα παλαιά πρότυπα IPC -D- 275 (επίσης στρατιωτικά πρότυπα 275) που χρησιμοποιούνταν τα τελευταία 50 χρόνια. Οι χώρες έχουν τα διάφορα τοπικά πρότυπά τους για την κατασκευή PCB, αλλά τα πρότυπα IPC είναι τα αποδεκτά πρότυπα βιομηχανίας σε όλο τον κόσμο. Οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων PCB είναι επίσης γνωστές ως πλακέτες τυπωμένης καλωδίωσης ή πιο απλά ως τυπωµένες πλακέτες. Στη εργασία αυτή θα χρησιμοποιήσουμε τον πιο κοινό όρο PCBs (printed circuit boards).
1.4 Λειτουργία ανιχνευτή Εικόνα 4: PCB s Ο ανιχνευτής κίνησης είναι μία συσκευή η οποία περιέχει ένα αισθητήριο υπέρυθρης ακτινοβολίας και κάθε φορά που μεταβάλλεται η προσπίπτουσα σε αυτό υπέρυθρη ακτινοβολία μπορεί να λειτουργήσει ως διακόπτης και να ενεργοποιήσει ένα κύκλωμα τροφοδοτώντας μια συσκευή, η οποία συνήθως είναι φωτιστικό σημείο. Όταν λοιπόν ένα αντικείμενο υπάρχει στο χώρο που ελέγχεται από τον ανιχνευτή, η ακτινοβολία μεταβάλλεται και ο ανιχνευτής ενεργοποιεί το κύκλωμα που ελέγχει. Ο χρόνος που θα μείνει ενεργοποιημένο το κύκλωμα εξαρτάται από τον πόση ώρα ο ανιχνευτής θα είναι σε λειτουργία και θα στην ονομαστική απόσταση με ένα άλλο αυτοκίνητο (0,7μ). Εικόνα 2: ανιχνευτές απόστασης
Ιδιότητες Υλικών Οι ιδιότητες των υλικών μελετώνται από την Επιστήμη των Υλικών (Material Science), όταν μιλάμε για την Επιστήμη των υλικών μαζί με το θυγατρικό εννοιολογικό της τμήμα την Φυσική Στερεάς Κατάστασης, εκείνο που εννοούμε είναι η Φυσική όπως εφαρμόζεται στην ύλη που βρίσκεται σε μια από τις τρεις γνωστές καταστάσεις. Η αξιοποίηση των δεδομένων της Επιστήμης των υλικών, για τεχνολογικούς σκοπούς υλοποιείται από το γνωστικό αντικείμενο που ονομάζουμε Τεχνολογία Υλικών. Η τεχνολογία υλικών ως εφαρμοσμένη έρευνα και εξέλιξη της βασικής έρευνας της Φυσικής Στερεάς Κατάστασης και της Επιστήμης των υλικών αποτελεί τη βάση της τεχνολογικής ανάπτυξης αφού η ανάπτυξη αυτή στηρίζεται στη χρησιμοποίηση των ιδιοτήτων των στερεών αλλά και στη βελτίωση τους και αυτό μόνο από την βαθιά γνώση των ιδιοτήτων τους μπορεί να γίνει. Έτσι μακροσκοπικά χαρακτηρίζουμε τα υλικά με βάση α) Τις φυσικές τους ιδιότητες σε στερεά-υγρά-αέρια. β) Τις μηχανικές τους ιδιότητες σε μαλακά-σκληρά. γ) Τις θερμικές τους ιδιότητες σε θερμικούς μονωτές-θερμικούς αγωγούς. δ) Τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες σε αγωγούς-μονωτές-ημιαγωγούς-υπεραγωγούς. ε) Τις μαγνητικές τους ιδιότητες σε σιδηρομαγνητικά-παραμαγνητικά-διαμαγνητικά υλικά. ζ) Τις οπτικές τους ιδιότητες σε διαφανή-αδιαφανή-ημιδιαφανή. Τransistors Είναι επαφές n-p-n ή p-n-p. Το transistor επαφής κατασκευάζεται από μονοκρύσταλλο στον οποίο δημιουργούνται δύο p-n επαφές. Η μία από τις ακραίες περιοχές συνήθως η αριστερή ονομάζεται Εκπομπός (Ε) η μεσαία περιοχή είναι η Βάση (Β) και η άλλη η δεξιά καλείται Συλλέκτης (C). Κατά σύμβαση ο εκπομπός συμβολίζεται με ένα βέλος που έχει τη φορά των οπών Όταν ο εκπομπός παρέχει οπές στη βάση τότε το βέλος δείχνει προς αυτή ενώ όταν παρέχει ηλεκτρόνια στη βάση το βέλος θα έχει φορά από τη βάση στον εκπομπό. Το transistor θεωρείται μία από τις μεγαλύτερες εφευρέσεις του 20ου αιώνα. Είναι το κυριότερο συστατικό όλων σχεδόν των σύγχρονων ηλεκτρονικών κατασκευών. Η πλατιά χρήση του οφείλεται κυρίως στη δυνατότητα παραγωγής του σε τεράστιες ποσότητες που μειώνουν το κόστος ανά μονάδα. Παρόλο που αρκετοί παραγωγοί παράγουν, ακόμα και σήμερα, μεμονωμένες συσκευασίες τρανζίστορ, η μεγαλύτερη ποσότητα παράγεται μέσα σε ολοκληρωμένα κυκλώματα (που συχνά αναφέρονται ως τσιπς) μαζί με τις διόδους, αντιστάσεις, πυκνωτές και άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. ΗΔΗ: Διπολικό Τρανζίστορ Επαφής - BJT Τα διπολικά τρανζίστορ επαφής (Bipolar Junction Transistor) ήταν τα πλέον διαδεδομένα τρανζίστορ στις δεκαετίες του 1960 και 1970. Ακόμα και μετά την αύξηση της χρήσης των MOSFET παρέμειναν στη κυκλοφορία κυρίως σε αναλογικά
κυκλώματα όπως οι απλοί ενισχυτές λόγω της απλότητας κατασκευής τους και της γραμμικότητας που παρουσιάζει το σήμα τους. Τρανζίστορ Επίδρασης Πεδίου - FET Τα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου (αγγλικά: Field Effect Transistor) ή FET από τα αρχικά των αγγλικών λέξεων είναι μια ηλεκτρονική διάταξη με τρεις ακροδέκτες η οποία περιλαμβάνει μια επαφή p-n. Η λειτουργία του βασίζεται στον έλεγχο ενός εσωτερικού ηλεκτρικού πεδίου με την εφαρμογή εξωτερικού δυναμικού στον έναν από τους τρεις ακροδέκτες που ονομάζεται πύλη (gate). Το πεδίο αυτό ελέγχει την αγωγιμότητα μεταξύ των άλλων δυο ακροδεκτών, που ονομάζονται απαγωγός ή εκροή ή υποδοχή (drain) και πηγή (source). Το ρεύμα που διέρχεται από αυτούς τους δύο ακροδέκτες ελέγχεται από το πεδίο αυτό και έτσι, ενώ στα διπολικά τρανζίστορ ο έλεγχος του ρεύματος στην έξοδο γίνεται με το ρεύμα βάσης, στα FETs ο έλεγχος γίνεται με το δυναμικό της πύλης. Επίσης, η αγωγιμότητα γίνεται με ένα τύπο φορέων (οπές ή ηλεκτρόνια) ανάλογα με την πολικότητά τους, οπότε τα τρανζίστορ αυτά χαρακτηρίζονται ως μονοπολικά (unipolar). PNP P-channel NPN N-channel BJT JFET Εικόνα : Σύμβολα για τρανζίστορ BJT και JFET Υπάρχουν δυο τύποι FET που ονομάζονται FET επαφής, JFET (Junction FET) και FET μονωμένης πύλης ή Μετάλλου-Οξειδίου-Ημιαγωγού, (MOSFET, Metal- Oxide- Semiconductor FET). Κάθε τύπος μπορεί να κατασκευαστεί με κανάλι αγωγιμότητας ημιαγωγού τύπου n ή τύπου p, οπότε χαρακτηρίζεται αντίστοιχα ως n- καναλιού (n-channel) ή p-καναλιού (p-channel). Επιπλέον, υπάρχουν δύο κατηγορίες των παραπάνω, τα FET αραίωσης (depletion mode) και τα FET πύκνωσης (enhancement mode). Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του FET είναι ότι συχνά είναι απλούστερο να κατασκευαστεί και ότι καταλαμβάνει μικρότερο χώρο πάνω σε ένα μικροκύκλωμα (τσιπ) σε σύγκριση με ένα BJT. Έτσι, η πυκνότητα εξαρτημάτων πάνω σε ένα μόνο μικροκύκλωμα μπορεί να είναι εξαιρετικά μεγάλη και συχνά ξεπερνά τα 100.000 MOSFET ανά τσιπ. Μια δεύτερη πολύ σημαντική ιδιότητα είναι ότι οι διατάξεις MOS μπορούν να συνδεθούν σαν αντιστάσεις και σαν πυκνωτές ανάλογα με την χρήση που απαιτείται. Αυτό επιτρέπει την σχεδίαση συστημάτων που αποτελούνται αποκλειστικά από MOSFET και όχι από άλλα εξαρτήματα. Η εκμετάλλευση των ιδιοτήτων αυτών κάνει το MOSFET την κυρίαρχη συσκευή σε συστήματα πολύ μεγάλης κλίμακας
ολοκλήρωσης (VLSI: Very Large Scale Integration). Αντίθετα με το BJT, το FET είναι μια συσκευή φορέων πλειονότητας. Η λειτουργία του εξαρτάται από την χρήση ενός ηλεκτρικού πεδίου που εφαρμόζεται για να ελέγχει ένα ρεύμα. Έτσι το FET είναι μια πηγή ρεύματος που ελέγχεται από τάση, που όπως είναι γνωστό μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σαν διακόπτης και σαν ενισχυτής. Το FET Επαφής (JFET) Στο σχήμα φαίνεται η βασική δομή ενός JFET καναλιού τύπου n. Οι ακροδέκτες απαγωγού και πηγής κατασκευάζονται από τις ωμικές επαφές στα άκρα ενός κομματιού ημιαγωγού τύπου n.ηλεκτρόνια, που είναι φορείς πλειονότητας, αναγκάζονται να κινηθούν κατά μήκος του κομματιού με μια τάση που εφαρμόζεται μεταξύ απαγωγού και πηγής. Ο τρίτος ακροδέκτης, που ονομάζεται πύλη, σχηματίζεται συνδέοντας ηλεκτρικά τις δυο ρηχές περιοχές τύπου p+. Η περιοχή τύπου n μεταξύ των δυο πυλών p+ ονομάζεται κανάλι, μέσα από το οποίο οι φορείς πλειονότητας μετακινούνται μεταξύ της πηγής και του απαγωγού. Μπορεί κανείς να παρατηρήσει ότι οι περιοχές πύλης και το κανάλι αποτελούν μια επαφή p-n που, στην λειτουργία του JFET, διατηρούνται σε κατάσταση ανάστροφης πόλωσης. Αν εφαρμοστεί μια αρνητική τάση πύλης πηγής η επαφή πολώνεται κατά την ανάστροφη φορά. Το ίδιο συμβαίνει αν εφαρμοστεί μια θετική τάση απαγωγού πηγής. Στις δυο πλευρές της επαφής p-n με ανάστροφη πόλωση υπάρχουν περιοχές φορτίων χώρου. Οι φορείς ρεύματος έχουν διαχυθεί κατά μήκος της επαφής αφήνοντας μόνο ακάλυπτα θετικά ιόντα στην πλευρά n και αρνητικά ιόντα στην πλευρά p. Καθώς αυξάνει η ανάστροφη πόλωση κατά μήκος της επαφής, αυξάνει και το πάχος της περιοχής των ακίνητων ακάλυπτων φορτίων. Έτσι το αποτέλεσμα είναι ένα στρώμα φορτίων χώρου που βρίσκεται σχεδόν εξ ολοκλήρου στο κανάλι n. Η αγωγιμότητα της περιοχής αυτής είναι μηδέν, επειδή δεν υπάρχουν διαθέσιμοι φορείς ρεύματος. Έτσι, φαίνεται ότι, όταν η ανάστροφη τάση αυξάνει, το ενεργό πλάτος του καναλιού στο σχήμα ελαττώνεται. Σε τάση πύλης πηγής VGS = Vp, η οποία ονομάζεται «τάση διάτρησης», το πλάτος του καναλιού γίνεται μηδέν, επειδή όλο το ελεύθερο φορτίο έχει απομακρυνθεί από το κανάλι. Έτσι, για σταθερή τάση απαγωγού πηγής, το ρεύμα απαγωγού θα είναι συνάρτηση της τάσης ανάστροφης πόλωσης κατά μήκος
της επαφής πύλης. Επειδή ο μηχανισμός ελέγχου του ρεύματος είναι αποτέλεσμα της ύπαρξης του πεδίου που σχετίζεται με την περιοχή εκκένωσης, για την ονομασία της διάταξης χρησιμοποιείται ο όρος «φαινόμενο πεδίου». Οι χαρακτηριστικές του JFET Οι χαρακτηριστικές εξόδου ενός συνηθισμένου διακριτού JFET καναλιού τύπου n δίνουν το ID ως συνάρτηση της VDS με παράμετρο την VGS. Για να εξεταστούν, ποιοτικά, οι λόγοι για τους οποίους οι χαρακτηριστικές έχουν αυτήν την μορφή, έστω πρώτα η περίπτωση όπου V GS = 0. Για ID = 0 το κανάλι μεταξύ των επαφών πύλης είναι εντελώς ανοικτό. Αν εφαρμοστεί μια μικρή τάση V DS, το τμήμα τύπου n αντιδρά σαν μια απλή αντίσταση από ημιαγωγό και το ρεύμα ID αυξάνεται γραμμικά σε σχέση με την V DS. Όταν αυξάνει το ρεύμα, η (ωμική) πτώση τάσης κατά μήκος της περιοχής του καναλιού τύπου n πολώνει την επαφή πύλης κατά την ανάστροφη φορά και το τμήμα του καναλιού που άγει αρχίζει να κλείνει με μορφή λαβίδας λόγω της κατανομής της πτώσης τάσης κατά μήκος του καναλιού (σύσφιγξη του καναλιού). Εξαιτίας της ωμικής πτώσης τάσης κατά μήκος του καναλιού, η σύσφιγξη δεν είναι ομοιόμορφη, αλλά είναι εντονότερη σε αποστάσεις που απέχουν περισσότερο από την πηγή, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5-4. Στο τέλος, φτάνουμε σε μια τάση VD στην οποία παρουσιάζεται η διάτρηση του καναλιού. Αυτή είναι η τάση όπου η καμπύλη του ρεύματος ID αρχίζει να γίνεται οριζόντια και να πλησιάζει σε μια σταθερή τιμή. Βέβαια, θεωρητικά δεν είναι δυνατό να κλείσει τελείως το κανάλι και το ρεύμα ID να γίνει μηδέν. Στην πραγματικότητα αν συνέβαινε αυτό, δεν θα ήταν απαραίτητη η ωμική πτώση τάσης που χρειάζεται για την ανάστροφη πόλωση. Παρατηρούμε στις χαρακτηριστικές ότι: Κάθε χαρακτηριστική έχει μια ωμική περιοχή ή περιοχή μη κορεσμού για μικρές τιμές της VD, όπου το ID είναι ανάλογο με την VDS Κάθε καμπύλη έχει ακόμη και μια περιοχή σταθερού ρεύματος ή περιοχή κορεσμού ρεύματος για μεγάλες τιμές της VDS, όπου το ID αντιδρά πολύ λίγο στην VDS. Σχήμα 5-4 Δομή πολωμένου JFET καναλιού τύπου n όπου φαίνεται η περιοχή εκκένωσης που συσφίγγει το κανάλι. Αν, τώρα, η τάση V GS γίνει μηδέν, τότε η τάση που χρειάζεται η επαφή για να πολωθεί ανάστροφα παρέχεται από την V DS. Αν εφαρμοστεί αρνητική VGS, η περιοχή εκκένωσης που δημιουργείται ελαττώνει το πλάτος του καναλιού ακόμη και με V DS = 0. Έτσι, η διάτρηση εμφανίζεται σε μικρότερη τιμή της VDS και η μέγιστη τιμή της ID ελαττώνεται, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5-5. Σε V GS = V p, την τάση διάτρησης, είναι ID = 0 γιατί το κανάλι έχει συσφιχθεί εντελώς για όλες τις τιμές της V DS 0. Το JFET εν λειτουργία Ας δούμε την σχηματική παράσταση μιας συσκευής καναλιού τύπου-n του παραπάνω σχήματος που παριστάνει την συνδεσμολογία κοινής πηγής.
Αν και η εξέτασή μας επικεντρώνεται σε συσκευή τύπου-n, ισχύει εξίσου και στο JFET καναλιού-p αν αναγνωρίσουμε ότι οι πολικότητες τάσης και οι κατευθύνσεις ρευμάτων στις συσκευές τύπου p είναι αντίθετες από τις αντίστοιχες πολικότητες και κατευθύνσεις των JFET καναλιού τύπου n. Παρατηρούμε ότι οι περιοχές πύλης και το κανάλι αποτελούν μια επαφή pn που, στην λειτουργία του JFET, διατηρούνται σε κατάσταση ανάστροφης πόλωσης. Αν εφαρμοστεί μια αρνητική τάση πύλης πηγής η επαφή πολώνεται κατά την ανάστροφη φορά. Το ίδιο συμβαίνει αν εφαρμοστεί μια θετική τάση απαγωγού πηγής. Στις δυο πλευρές της επαφής pn με ανάστροφη πόλωση υπάρχουν περιοχές φορτίων χώρου. Οι φορείς ρεύματος έχουν διαχυθεί κατά μήκος της επαφής, αφήνοντας μόνο ακάλυπτα θετικά ιόντα στην πλευρά n και αρνητικά ιόντα στην πλευρά p. Καθώς αυξάνει η ανάστροφη πόλωση κατά μήκος της επαφής, αυξάνει και το πάχος της περιοχής των ακίνητων ακάλυπτων φορτίων. Έτσι το αποτέλεσμα είναι ένα στρώμα φορτίων χώρου που βρίσκεται σχεδόν εξ ολοκλήρου στο κανάλι n. Η αγωγιμότητα της περιοχής αυτής είναι μηδέν επειδή δεν υπάρχουν διαθέσιμοι φορείς ρεύματος. Έτσι, βλέπουμε ότι όταν η ανάστροφη τάση αυξάνει το ενεργό πλάτος του καναλιού στο παρακάτω σχήμα ελαττώνεται. Σε τάση πύλης πηγής VGS = Vp, που ονομάζεται τάση «διάτρησης», το πλάτος του καναλιού γίνεται μηδέν επειδή όλο το ελεύθερο φορτίο έχει απομακρυνθεί από το κανάλι. Έτσι, για σταθερή τάση απαγωγού πηγής, το ρεύμα απαγωγού θα είναι συνάρτηση της τάσης ανάστροφης πόλωσης κατά μήκος της επαφής πύλης. Επειδή ο μηχανισμός ελέγχου του ρεύματος είναι αποτέλεσμα της ύπαρξης του πεδίου που σχετίζεται με την περιοχή εκκένωσης, στην ονομασία της διάταξης χρησιμοποιείται ο όρος «φαινόμενο πεδίου». Οι Χαρακτηριστικές του JFET Οι χαρακτηριστικές εξόδου ενός συνηθισμένου διακριτού JFET καναλιού τύπου n δίνουν το ID ως συνάρτηση της V DS με παράμετρο την V GS. Για να δούμε ποιοτικά τον λόγο για τον οποίο οι χαρακτηριστικές έχουν αυτήν την μορφή, έστω πρώτα η περίπτωση όπου V GS = 0. Για ID = 0 το κανάλι μεταξύ των επαφών πύλης είναι εντελώς ανοικτό. Αν εφαρμοστεί μια μικρή τάση V DS, το κομμάτι τύπου n αντιδρά σαν μια απλή αντίσταση από ημιαγωγό και το ρεύμα ID αυξάνεται γραμμικά με την V DS. Όταν αυξάνει το ρεύμα, η ωμική πτώση τάσης κατά μήκος της περιοχής του καναλιού τύπου n πολώνει την επαφή πύλης κατά την ανάστροφη φορά και το τμήμα του καναλιού που άγει αρχίζει να κλείνει με μορφή λαβίδας λόγω της κατανομής της πτώσης τάσης κατά μήκος του καναλιού (σύσφιγξη του καναλιού). Εξαιτίας της ωμικής πτώσης τάσης κατά μήκος του καναλιού, η σύσφιγξη δεν είναι ομοιόμορφη, αλλά είναι εντονότερη σε αποστάσεις που απέχουν περισσότερο από την πηγή, όπως φαίνεται στο παραπάνω Σχήμα. Στο τέλος, φτάνουμε σε μια τάση V D στην οποία παρουσιάζεται η διάτρηση του καναλιού. Αυτή είναι η τάση όπου η καμπύλη του ρεύματος ID αρχίζει να γίνεται οριζόντια και να πλησιάζει σε μια σταθερή τιμή. Βέβαια, θεωρητικά δεν είναι δυνατό να κλείσει τελείως το κανάλι και το ρεύμα ID να γίνει μηδέν. Στην πραγματικότητα αν συνέβαινε αυτό, δεν θα ήταν απαραίτητη η ωμική πτώση τάσης που χρειάζεται για την ανάστροφη πόλωση. Παρατηρούμε στις χαρακτηριστικές ότι:
Κάθε χαρακτηριστική έχει μια ωμική περιοχή ή περιοχή μη κορεσμού για μικρές τιμές της VD, όπου το ID είναι ανάλογο με την VDS. Κάθε καμπύλη έχει ακόμη και μια περιοχή σταθερού ρεύματος ή περιοχή κορεσμού ρεύματος για μεγάλες τιμές της V DS, όπου το ID αντιδρά πολύ λίγο στην VDS. Δομή πολωμένου JFET καναλιού τύπου n όπου φαίνεται η περιοχή εκκένωσης που συσφίγγει το κανάλι. Αν τώρα η τάση V GS γίνει μηδέν, τότε η τάση που χρειάζεται η επαφή για να πολωθεί ανάστροφα παρέχεται από την VDS. Αν εφαρμοστεί αρνητική V GS, η περιοχή εκκένωσης που δημιουργείται ελαττώνει το πλάτος του καναλιού ακόμη και με V DS = 0. Έτσι, η διάτρηση εμφανίζεται σε μικρότερη τιμή της VDS και η μέγιστη τιμή της ID ελαττώνεται, όπως φαίνεται στο παρακάτω Σχήμα. Στην περίπτωση όπου V GS = V p, τάση διάτρησης, είναι ID = 0 γιατί το κανάλι έχει συσφιχθεί εντελώς για όλες τις τιμές της V DS 0. Χρωματικός κώδικας αντίστασης Μελετώντας τον χρωματικό κώδικα αντίστασης παρατηρούμε ότι: Οι αντιστάσεις μοιάζουν με μικρές φιάλες με χρωματιστές γραμμές ζωγραφισμένες πάνω τους. Οι έγχρωμες γραμμές λένε την αντίσταση και το εύρος σφάλματος (ανοχής) για έναν αντιστάτη σύμφωνα με τους ακόλουθους κανόνες και τον πίνακα των αριθμών. Για να χρησιμοποιήσουμε αυτόν τον πίνακα θα πρέπει να θυμόμαστε τους παρακάτω κανόνες: 1. Η πρώτη γραμμή είναι το πρώτο ψηφίο 2. Η δεύτερη γραμμή είναι το δεύτερο ψηφίο 3. Η τρίτη γραμμή είναι ο πολλαπλασιαστής 4. Η τελευταία γραμμή (εάν υπάρχει) είναι η ανοχή Ορισμένες αντιστάσεις μπορεί να έχουν επιπλέον έγχρωμες ταινίες.
Εικόνα: χρωματικός κώδικας αντίστασης Κατασκευή Πλακέτας Ίσως το σημαντικότερο μέρος της πτυχιακής είναι η κατασκευή της πλακέτας. Η κατασκευή χωρίζεται σε δύο κυρίως κομμάτια: Α) στην τοποθέτηση των αντιστάσεων στην πλακέτα Β) στης συγκόλληση της πλακέτας
Εικόνα 4: τα σημαντικότερα εργαλεία που χρειάστηκαν για την κατασκευή της πλακέτας Εικόνα 3: Τα εξαρτήματα που χρησιμοποιηθήκαν για την κατασκευή της πλακέτας
ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Ο ανιχνευτής που συναρμολόγησα είναι της εταιρίας Velleman το μοντέλο Κ3502 το οποίο είναι αρκετά φιλικό προς τον χρήστη διότι έχει παροχή ηχητικής ειδοποίησης, έχει λεπτή σχεδίαση και ταιριάζει στον εσωτερικό χώρο όλων τον αυτοκινήτων, είναι εύκολο στην εγκατάσταση διότι είναι εξαιρετικά λεπτά τα καλώδια της συνδεσμολογίας. Επίσης κύριο χαρακτηριστικό του είναι ότι έχει 2 αισθητήρες απόστασης για ακριβέστατη μέτρηση κενού χώρου. Εικόνα 4: Velleman-kit K3502 Τεχνικές Προδιαγραφές Τροφοδοτικό: 10~15V DC/16mA max. Εύρος ανίχνευσης: 5cm- 1,5 m (ρυθμιζόμενο) Συχνότητα transmitter: 40KHz Συχνότητα δειγματολειψίας: 26hz. Μέγιστη κατανάλωση: 3,6W. Θερμοκρασίες λειτουργίας: -40οC ~ +60oC. Απόσταση προειδοποίησης: 2,0Μ ~ 0,3Μ.
Ένταση ηχητικής ειδοποίησης: 80dB. Διαστάσεις: α) αισθητήρα PCB: 28x95mm/ 1,1x3,8 β) βάση PCB : 48x125mm/ 1,9x5 Αφού πήραμε την πλακέτα το πρώτο πράγμα που κάνουμε είναι να δούμε αν έχουμε όλα τα υλικά που μας χρειάζονται για την κατασκευή και την συγκόλληση της. Αφού είδαμε ότι έχουμε ότι χρειαζόμαστε επόμενο βήμα είναι να μελετήσουμε το καθένα ξεχωριστά και να δούμε τις ιδιότητές τους. Βλέπουμε τα υλικά της βάσης PCB: P3502B και τα συνδέουμε jumper o J Εικόνα 5: τοποθέτηση Jumper διόδους (είμαστε προσεκτικοί με τους πόλους) o D1: 1N4148 o D2: 1N4148 o D3: 1N4148 o D4: 1N4148 o D5: 1N007 αντιστάσεις o R1: 10M (1-0-6-B) o R2: 22K (2-2-3-B) o R3: 27K (2-7-3-B) o R4: 27K (2-7-3-B) o R5: 47K (4-7-0-B) o R6: 10K (1-0-3-B) Εικόνα 6: τοποθέτηση Διόδων
Εικόνα 7: τοποθέτηση αντιστάσεων κρύσταλλος χαλαζία o X1: 5MHz Εικόνα 8: τοποθέτηση κρύσταλλου χαλαζία IC πρίζες (προσέχουμε τη θέση της εγκοπής) o IC1: 16p o IC2: 16p o IC3: 14p o IC4: 14p o IC5: 16p Εικόνα 9: τοποθέτηση IC πριζών) πυκνωτές o C1: 12pF o C2: 12pF o C3: 22nF o C4: 10nF o C5: 100nF Εικόνα 10: τοποθέτηση πυκνωτών ηλεκτρολυτικό πυκνωτή (προσέχουμε τους πόλους) o C6: 470μF
Εικόνα 11: τοποθέτηση ηλεκτρολυτικού πυκνωτή ποτενσιόμετρο o RV1: 470K Εικόνα 12: τοποθέτηση ποτενσιόμετρου υποδοχές βίδας o J1: 2p+2p o J2: 2p+2p Εικόνα 13: τοποθέτηση βιδών buzzer (βάζουμε την μεγαλύτερη σύνδεση στην στο + του buzzer μας) o BUZ1 Εικόνα 14: τοποθέτηση του buzzer IC (κατά την τοποθέτησή τους προσέχουμε την θέση της εγκοπής) o IC1: CD4060 ή eq o IC2: CD4020 ή eq o IC3: CD4068 ή eq o IC4: CD4093 ή eq o IC5: CD4049 ή eq
Εικόνα 15: τοποθέτηση IC Βλέπουμε τα υλικά του δέκτη PCB: P3502S και τα συνδέουμε αντιστάσεις o R7: 15K (1-5-3) o R8: 15K (1-5-3) o R9: 15K (1-5-3) o R10: 15K (1-5-3) o R11: 1K (1-0-2) o R12: 1K (1-0-2) o R13: 10K (1-0-3) o R14: 270K (2-7-4) Εικόνα 16: τοποθέτηση αντιστάσεων IC πρίζα o IC6: 14p Εικόνα 17: τοποθέτηση IC πρίζων Transistor o T1: BC547B Εικόνα 18: τοποθέτηση transistor
πυκνωτές o C7: 10nF o C8: 10nF o C9: 100nF Εικόνα 19: τοποθέτηση πυκνωτών ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές (προσέχουμε τους πόλους) o C10: 10μF o C11: 100μF Εικόνα 20: τοποθέτηση ηλεκτρολυτικών πυκνωτών υποδοχή βίδας o J1: 3x2p Εικόνα 21: τοποθέτηση βίδων αισθητήρες o SENS1: MA40A5S ή eq (σημειώνεται με Τ) o SENS2: MA40A5R ή eq (σημειώνεται με CTD) Εικόνα 22: τοποθέτηση αισθητήρων IC (κατά την τοποθέτησή του προσέχουμε την θέση της εγκοπής) o IC6: TL07
Εικόνα 23: τοποθέτηση IC. Αφού συναρμολογήσαμε την πλακέτα το επόμενο βήμα είναι να την τεστάρουμε πριν την εγκατάσταση στο αυτοκίνητο για να δούμε ότι η πλακέτα μας λειτουργεί κανονικά. Αρχικά συνδέουμε τα σημεία GND, +V, RW, DIS, S1 και S2 από το κυρίως PCB στα αντίστοιχα σημεία του Δέκτη PCB. Η απόσταση ανάμεσα στον δέκτη και την βάση είναι περίπου 50cm. Στη συνέχεια προσαρμόζουμε το trimmer RV1 στη μεσαία θέση RV1. Και τέλος συνδέουμε τα σημεία GND (-) και (+) με μια παροχή 12VDC, στην συγκεκριμένη εργασία τη συνδέσαμε με μια μπαταρία. Εικόνα 23: συνδεσμολογία των πλακετών
Εικόνα 24: μέθοδος συνδεσμολογίας τις πλακέτας Αφού ολοκληρώσαμε όλες διαδικασίες που χρειαζόντουσαν για να είναι έτοιμη για χρήση η πλακέτα μας το μόνο που έμεινε ήταν η δοκιμή. Δοκιμάσαμε να κρατάμε το χέρι μας και αργότερα ένα κομμάτι χαρτί μπροστά στους αισθητήρες και ακούσαμε με επιτυχία τον ήχο του buzzer, η απόσταση του αντικειμένου μας με τους αισθητήρες ήταν περίπου μέχρι 80cm για να ακουγόταν ο ήχος από το buzzer. ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ Το πιο σημαντικό μέρος αυτής της πτυχιακής εργασίας είναι η κατασκευή της πλακέτας και φυσικά η εγκατάσταση του ανιχνευτή στο αυτοκίνητο. Για την εγκατάσταση του ανιχνευτή μας στο αυτοκίνητο χρειαστήκαμε τους δύο αισθητήρες απόστασης, 1 buzzer την πλακέτα που κατασκευάσαμε και καλώδιo συναγερμού 8x0,22. Τοποθετούμε την εκτύπωση του δέκτη σε ένα συνθετικό περίβλημα με τους αισθητήρες σε οριζόντια θέση. Εγκαθιστούμε την εκτύπωση πίσω από τις οπές χρησιμοποιώντας μανίκια απόστασης, έτσι οι αισθητήρες είναι στις οπές σωστά χωρίς να ακουμπάνε το περίβλημα. Εικόνα 25: αισθητήρες απόστασης στην πλακέτα
Καλύπτουμε τις οπές στο εσωτερικό του περιβλήματος με ένα κομμάτι σύρμα με πολύ λεπτή γάζα, σημαντική παρατήρηση είναι ότι διπλασιάσαμε την γάζα πριν από τον καθορισμό της στις οπές γιατί τα μάτια του συρμάτινου πλέγματος ήταν τόσο μεγάλη για να αποτρέψουν τη διείσδυση του νερού. Οι αισθητήρες θα πρέπει να τοποθετηθούν σωστά κατά την συρμάτινο πλέγμα που έχει τοποθετηθεί πίσω από τις οπές. κάνουμε μια μικρή οπή στον πυθμένα του περιβλήματος, ώστε να καταστεί δυνατή η εκκένωση του νερού που τελικά έχει διεισδύσει. Εικόνα 26: Συνδεσμολογία αισθητήρα στο αυτοκίνητο Κλείνουμε το περίβλημα όσο πιο υδατοστεγής γίνεται χρησιμοποιώντας σιλικόνη. Ψάξαμε κα βρήκαμε ένα κατάλληλο μέρος στο πορτ-μπαγκάζ του αυτοκινήτου για να ενσωματόσουμε τη βάση της πλακέτας όσο την δυνατόν πλησιέστερα στους αισθητήρες. Βρίσκουμε ένα κατάλληλο μέρος περίπου στη μέση του πίσω μέρος του αυτοκινήτου, για την εγκατάσταση των αισθητήρων κάτω ή πάνω από τον προφυλακτήρα αυτοκινήτων. Οι αισθητήρες μπορούν να τοποθετηθούν ακριβώς πίσω από τον προφυλακτήρα, καθώς, αλλά τότε θα πρέπει να τρυπήσουν τον προφυλακτήρα με τις τρύπες της αντίστοιχης διαμέτρου (ή ευρύτερο) εκεί όπου βρίσκονται οι αισθητήρες. Εικόνα 26: σχηματικό διάγραμμα (τμήμα ελέγχου)
Συμβουλές για την εγκατάσταση των αισθητήρων: Οι αισθητήρες A,B πρέπει να είναι στην ίδια οριζόντια θέση. Οι αισθητήρες A,B πρέπει να απέχουν 45cm έως 55cm από το έδαφος. Οι αισθητήρες A,B πρέπει να τοποθετηθούν εντελώς κάθετα. Για καλύτερη λειτουργία οι ανιχνευτές A και B εγκαταστάθηκαν 8-13cm από τη γωνία του προφυλακτήρα. Αφού υπολογίσαμε υπολογίσαμε που ακριβώς θα τοποθετήσουμε τους ανιχνευτές πήραμε ένα τρυπάνι προσαρμόσαμε το ειδικό παρεχόμενο εξάρτημα και δημιουργήσαμε τις οπές με ακρίβεια. Εικόνα 26: εφαρμογή στο αυτοκίνητο Βάζουμε το Buzzer μπροστά στο αυτοκίνητο, για να ακούμε καθαρά τον ήχο όταν πλησιάσουμε κάτι από πίσω σε απόσταση <1m, και το συνδέουμε μέσω καλώδιο συναγερμού 8x0,22 με τους ανιχνευτές απόστασης που τοποθετούνται στο πίσω μέρος του αυτοκινήτου. Πειράματα Κάναμε αρκετά πειράματα για να δούμε την λειτουργία του ανιχνευτή μας και να δούμε πόσο αξιόπιστο είναι. Αρχικά πλησιάσαμε ένα άλλο αυτοκίνητο που ήταν πίσω μας, το buzzer
άρχισε να χτυπάει σε απόσταση περίπου 80cm, ακριβώς τα ίδια αποτελέσματα είχαμε σε παρόμοια πειράματα σε θάμνους, τοίχους, ανθρώπους, διαφανείς βιτρίνες από μαγαζιά. Σε όλες τις περιπτώσεις ο ανιχνευτής μας δούλεψε πολύ καλά σε συνθήκες μέρας και νύχτας και σε άσχημες καιρικές συνθήκες όπως σε βροχόπτωση. Ο ήχος που ακουγόταν από το buzzer είχε κάποιες διακοπές όταν η απόσταση μας ήταν κοντά στο 1 μέτρο, και όσο πλησιάζαμε τόσο πιο καθαρός ακουγόταν ο ήχος από το buzzer, χωρίς όμως να μεταβάλλεται πολύ ορατά η ένταση του ήχου. Για πιο ακριβείς μετρήσεις πήγαμε σε ένα βενζινάδικο και με την βοήθεια ενός μετρητή ήχου και ενός μέτρου επιχειρήσαμε να παρκάρουμε μπροστά από ένα άλλο σταθμευμένο αυτοκίνητο για να μετρήσουμε σε κάθε απόσταση των 2 αυτοκινήτων την λειτουργία του ανιχνευτή και του buzzer. Σε αυτό το πείραμα ξεκινήσαμε να έχουμε το αυτοκίνητό μας σε απόσταση ενός μέτρου από το άλλο και κάθε σε 5 εκατοστά που πλησιάζαμε το σταθμευμένο αυτοκίνητο σταματούσαμε και υπολογίζαμε με τον μετρητή ήχου που τοποθετήσαμε ακριβώς δίπλα στο buzzer μας τα db. Απόσταση μεταξύ των 2 αυτοκινήτων (cm) Decibel (db) 100 0 95 0 90 0 85 68 80 74 75 79 70 79,4 65 79,7 60 79,9, 55 79,9 50 79,9 45 79,9 Πίνακας 1: αναλογία απόστασης με db
Διάγραμμα απόστασης με db Με αυτό το πείραμα παρατηρούμε ότι σημείο αναφοράς είναι τα 85cm και ο χαρακτηριστικός ήχος φτάνει μέχρι τα 80dB. Ο ήχος είναι σχεδόν σταθερός που σημαίνει ότι ο ανιχνευτής μας δίνει την άνεση να κινούμαστε ελεύθερα μέχρι τα 75cm μετά θα πρέπει να είμαστε πιο προσεκτικοί αφού ο ανιχνευτής δεν θα μας δώσει καμιά επιπλέον πληροφορία.
Συμπέρασμα Από τη κατασκευή της πλακέτας και την εφαρμογή της στο αυτοκίνητο που κάναμε, συμπεραίνουμε ότι ο ανιχνευτής μας λειτουργεί κανονικά, αξίζει να αναφέρουμε ότι εκεί που θα τοποθετηθεί ο ανιχνευτής δεν πρέπει να εκτεθειμένο σε περίπτωση βροχόπτωσης γιατί είναι πολύ πιθανόν να χαλάσει, και όταν θέλουμε να πλύνουμε το αυτοκίνητο απαραίτητο είναι να το προστατέψουμε με την βοήθεια μια κολλητικής ταινίας. Από την εφαρμογή στο αυτοκίνητο που κάναμε παρατηρήσαμε ότι το buzzer άρχισε να χτυπάει στα 80cm με σταθερή ένταση και όσο πλησιάζαμε ένα άλλο αυτοκίνητο ο ήχος ακουγόταν πιο καθαρός, χωρίς διακοπές αλλά η ένταση του ήχου αυξανόταν ελάχιστα, έμενε δηλαδή στα ίδια επίπεδα (80dB). Όταν το αυτοκίνητό μας έχει την σβησμένη τη μηχανή και είναι σε απόσταση <80cm δεν ακούγεται ο χαρακτηριστικός ήχος γιατί η πλακέτα μας δεν τροφοδοτείται από πουθενά αλλού εκτός από την 12V μπαταρία του αυτοκινήτου. Με διάφορα πειράματα που δοκιμάσαμε παρατηρήσαμε ότι ο ανιχνευτής λειτουργεί το ίδιο καλά την νύχτα όσο και την μέρα παρά την έλλειψη του φως.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ http://en.wikipedia.org/wiki/transistor http://schoolworkhelper.net/ http://www.velleman.eu/locale/ http://www.allaboutcircuits.com/ https://www.cedengineering.com/upload/transistors.pdf