Микросистемна технология

Студентите на нашите магистри не са само завършили бакалавърска степен по микросистемни технологии тук, HTW Берлин. Вие също идвате от други дисциплини или сте работили в индустрията известно време след завършване на бакалавърската си степен и се стремите към академична квалификация с магистърска степен. Първият от четирите така наречени MST проекти е малка оценка на ситуацията по пътя към успешно завършване на магистърска степен по микросистемни технологии.

Един от микросистемните технологични проекти (MST проект) в магистърската степен започна с очевидно проста задача: всеки студент трябва да изгради така наречения последовател на линията и по този начин да се състезава в състезание в края на семестъра. Трябваше да се изготви план на проекта и да се направи селекция от материали. Датите за колективния ред на компонентите и състезанието бяха фиксирани. Следните правила на играта се прилагат за състезанието: Автомобилът може да тежи максимум 100 грама и да струва 25 евро. Следва бяла линия, която е залепена върху сив линолеум. На пистата трябва да бъде завършена обиколка от 40 метра.

Линолеумът е гладко подово покритие. Максималното тегло на превозното средство от 100 грама налага колелата да имат достатъчно триене, ако въртящият момент трябва да се предава директно от двигателя на земята. Ето защо възможно най-голямата част от масата на превозното средство трябва да се постави върху колелата. Тъй като са осигурени два задвижващи двигателя, превозното средство може да се управлява, като се използват различни обороти на двигателя. Достатъчно голяма ширина на коловоза осигурява чувствително управление при високи скорости. Управлението на превозното средство може да се реализира в аналогова схема, но трябва да се реализира на базата на микроконтролер.

Две инфрачервени рефлекторни съединители са монтирани симетрично на главната ос. Разстоянието между сензорите е малко по-голямо от бялата ивица, която автомобилът трябва да следва. Ако фототранзисторите на рефлекторните съединители са над сивия фон, и двата двигателя работят със същата скорост. Ако фототранзисторът „види“ бялата линия, съответният двигател превключва на по-ниска скорост. Превозното средство коригира посоката на движение въз основа на разликата в скоростта. Едва когато другият фототранзистор види бялата линия, разликата в скоростта променя страни. При по-нататъшното пътуване превозното средство ще повтаря това движение на махалото отново и отново. Според състезателната писта, особено за адаптиране към завоите, е предвидено, че двете скорости могат да бъдат настроени с помощта на потенциометър.

Представеното решение следва съображението, че вече работещ двигател консумира малко енергия. В представения вариант също би било възможно съответният двигател да се изключи изцяло, вместо с намалена скорост. Ако обаче отново е необходим изключен двигател, стартирането консумира много електричество. Използват се два така наречени слънчеви двигателя (двигатели с ниско триене), които могат да генерират достатъчно голям въртящ момент за движението на 100-грамовото превозно средство с ниско напрежение и слаб ток.

За захранване с енергия се използва литиево-полимерна батерия с 3,7 волта. На тази основа, преобразувател на напрежение от 3 волта осигурява захранващото напрежение за Arduino ProMini, двигателния драйвер, двата слънчеви двигателя и оптоелектронния рефлексен съединител.

последователя линията

Първият опит показа, че последователят на линията започва да се люлее бързо. Поради ниското триене на задната опорна точка амортизацията в системата за управление беше твърде ниска. В памет на хвърчилото от детството е модернизиран механичен амортисьор. В този случай това е въже с тежести, прикрепени към последователя на линията.

За да се увеличи максимално триенето на колелата, трябва да се постигне голям коефициент на триене. Нормалната сила е равна на теглото на последователя на линията. На 100 грама може да се разглежда като постоянна и неизменна. И така, как да увеличите максимално коефициента на триене? Решено е колелата да се покрият с тесни ленти от шкурка.

В крайна сметка теглото на последователя на линията беше доста под 100 грама. Това остави достатъчно свобода да се оборудва превозното средство с малка камера. Въз основа на доставката и за целите на теста, червен (порт) и зелен (десен борд) светодиод показват промяната в посоката. Бял светодиод е насочен назад.

Размишление за залагането - първият микросистемен технологичен проект от магистърската степен

  • Дейност: Проектиране и изграждане на линия, следваща превозно средство
  • Цел: Кой може да управлява състезателна обиколка и да има най-бързото превозно средство?
  • Правила на играта:
    • Макс. 100 грама тегло
    • Макс. 25 евро разходи
    • Карайте 40 м по права линия
    • Устойчивост: Инсталираните компоненти трябва да се използват многократно
  • Изпълнение:
    • Следвайте бяла линия с инфрачервен рефлексен съединител
    • Управление чрез различни обороти на двигателя
    • Задвижвайте с гладко работещи/слънчеви двигатели
    • Механично затихване с помощта на въже и тежести
    • Максимизиране на коефициента на триене на задвижващите колела
    • Бонус чрез намаляване на теглото: допълнително оборудване с камера

Постоянното използване на леки материали от въглеродни влакна и оптимизирани 3D отпечатани части като задвижващите колела в крайна сметка позволяват на мобилна радиокамера да записва състезанието на последователя на линията.