PRILOG ČASOPISA “ABC tehnike” BR. 3 (609), ŠK. GOD. 2017./2018.
Robokup 2018 – 11. kup Hrvatske zajednice tehničke kulture u robotici Ekipe od najviše tri člana istovremeno rješavanju dva zadatka: 1. Izrada i spajanje strujnih krugova pomoću zadane sheme − Upravljanje alarmnim sustavom jednopolnim sklopkama Strujni krug je sustav povezanih električnih ili elektroničkih elemenata unutar tehničke tvorevine. Struja prolazi od izvora napajanja preko vodiča koji služe kao prijenosnici energije do trošila (žaruljica, fotootpornika, elektromotora). Redoslijed spajanja elemenata strujnog kruga: a) vodiče spajamo s izvorom električnog napona, tako da prvo spajamo sve serijski vezane električne elemente završno s vodičem koji spajamo s izvorom električnog napona, b) zatim spajamo paralelno vezane električne elemente c) i tek tada priključujemo strujni krug na izvor električnog napona (bateriju). Napomena: Završetkom rada najprije isključujemo strujni krug s izvora napajanja (baterije) i tada rastavljamo ostale spojene elemente. Izmjenični prekidač (tipkalo)
Spajanjem kontakata 1 i 3 strujni krug bit će otvoren − tipkalo nije pritisnuto. Kada u strujni krug uz tipkalo A i izvor napajanja stavimo i žaruljicu L (trošilo) ona neće svijetliti. Pritiskom na tipkalo žaruljica će svijetliti. Jednopolno tipkalo je prekidač s dva izvoda, a izmjenični s tri.
“STEM” U NASTAVI
Tablica stanja pokazuje izlazne vrijednosti koje ovise o ulaznim vrijednostima promatranog strujnog kruga. Oznaka 0 označava stanje kada tipkalo nije pritisnuto, a oznaka 1 označava stanje kada je tipkalo pritisnuto. Žaruljica svijetli jedino onda kada su oba tipkala u stanju 1, tj. pritisnuta. U svim ostalim slučajevima žaruljica je ugašena. Usporedni spoj tipkala - logički sklop ILI (OR) Logički sklop ILI omogućava da struja ne prolazi samo ukoliko su oba ulazna stanja 0. To znači da tipkala nismo pritisnuli čime zadržavaju stanje 0, te je strujni krug otvoren i struja ne teče.
Slika 19. Hodač 4 Fischertechnik
Slika 13. Hodač tlocrt Fischertechnik
Slika 20. Hodač 5 Fischertechnik
Slika 9. Strujni krug Semafor shema
Tablica stanja semafora s dva tipkala PREKIDAČI A 0 0 1 1
Slika 4. Strujni krug NOT Fischertechnik
Rad elektroničkih dijelova svih uređaja odvija se u dva stanja: ima impulsa (napona) – logička 1, nema impulsa (napona) – logička 0. Tablica stanja za logički sklop NE A 0 1
L 1 0
B 0 1 0 1
LAMPICE C 1 1 0 0
Ž 0 1 0 1
Z 0 0 1 1
Slika 14. Hodač bokocrt Fischertechnik
Slika 21. Hodač 6 Fischertechnik
Spajanje semafora u funkcionalni strujni krug prema nacrtanoj shemi pomoću FT-elemenata.
Serijski spoj tipkala − logički sklop I (AND) Tipkala A i B povežemo u seriju unakrsno (priključnicu 1 prvog tipkala na priključnicu 3 drugog tipkala te priključnicu 3 prvog tipkala na priključnicu 1 drugog tipkala). Ako imamo obična tipkala koja imaju 2 pola, spojimo međusobno suprotne polove kao na slici. Slika 1. Izmjenično tipkalo priključnice
Slika 7. Strujni krug OR shema
Dva izmjenična tipkala A i B spojena su usporedno kontakte 1 i 2. U tom stanju strujni je krug otvoren i tipkala ne dozvoljavaju protok struje, strujni krug je otvoren. Pritiskom na tipkalo A spoje se kontakti 1 i 3 te se strujni krug zatvara i žaruljica svijetli. Pritiskom na tipkalo B dolazi do protoka struje i žaruljica zasvjetli. Žaruljica ne svijetli jedino u slučaju da nijedno tipkalo nije pritisnuto jer strujni krug nije zatvoren preko nijednog tipkala.
Slika 22. Hodač 7 Fischertechnik Slika 15. Hodač dno Fischertechnik Slika 10. Strujni krug Semafor Fischertechnik
Upute za izradu robota koji hoda pomoću šest nogu:
Slika 23. Hodač 8 Fischertechnik
Slika 2. Izmjenično tipkalo shema spoja
Na shemi tipkala Fischertechnik možemo vidjeti da su u početnom položaju (u kojem tipkalo nije pritisnuto), unutar tipkala spojeni kontakti 1 i 2. Pritisnemo li tipkalo, sklopka koja je spojena na kontakt 1 prebaci se iz položaja 2 u položaj 3. Tipkalo ima dva stanja preko kojih se u određenom trenutku zatvara strujni krug. Logički sklopovi Električne sheme strujnih krugova olakšavaju razumijevanje principa rada osnove logičkih sklopova I, ILI i NE. Strujni krug s izmjeničnim prekidačem prikazan je logičkim sklopom NE (NOT), strujni krug sa serijski spojenim prekidačima prikazan je logičkim sklopom I (AND), a strujni krug s paralelno spojenim prekidačima prikazan je logičkim sklopom ILI (OR).
Slika 5. Serijski strujni krug AND shema
Logički sklop I podrazumijeva da impulse dobivamo ukoliko su oba stanja u jedinici. U ovom slučaju ako oba tipkala pritisnemo, ona su u stanju jedinica te je strujni krug zatvoren. U serijskom spoju električne komponente spajaju se redom, jedna za drugom tako da svim komponentama teče ista struja. Kod serijskog spoja tipkala strujni krug je zatvoren i žaruljica svijetli ukoliko su oba tipkala u stanju 1, tj. ukoliko su pritisnuta. Ako bilo koje tipkalo nije pritisnuto, žaruljica neće svijetliti.
Slika 16. Hodač 1 Fischertechnik
Slika 8. Usporedni strujni krug OR Fischertechnik
Tipkala A i B spajamo usporedno tako da vodičima s priključnicama međusobno povežemo dvije iste priključnice tipkala. Priključnicu 1 A tipkala na priključnicu 1 B tipkala te priključnicu 3 A tipkala na priključnicu 3 B tipkala. Kod paralelnog spoja tipkala bez obzira koliko je tipkala pritisnuto (A ILI B ILI AB), strujni se krug zatvara i žaruljica svijetli. Tablica stanja za logički sklop ILI A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
L 0 1 1 1
Slika 11. Semafor elementi Fischertechnik
2. Izrada konstrukcije, povezivanje vodičima i pokretanje modela robota pauka: a) daljinski pomoću upravljačkog sklopa: vodičima ili bez vodiča, b) autonomno pomoću međusklopa (programiranjem fotootpornika, elektromotora i lampica) Izrada konstrukcije modela robota pauka – hodač
Tablica stanja za logički sklop „I“
Slika 3. Strujni krug NOT shema
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
L 0 0 0 1
Mehanički semafor Spojite strujni krug semafora kojim upravljamo s dva tipkala. Kada tipkala A i B nisu pritisnuta svijetli crvena žaruljica. Pritiskom na tipkalo B svijetli crvena i žuta žaruljica. Pritiskom na tipkalo A svijetli zelena žaruljica, a kad su pritisnuta oba tipkala A i B svijetli zelena i žuta žaruljica.
Slika 17. Hodač 2 Fischertechnik Slika 24. Pauk hodač 1 Fischertechnik
Na izlazu žaruljica ne svijetli jedino onda kada su oba tipkala u stanju 0. U svim ostalim slučajevima žaruljica svijetli. Slika 6. Serijski strujni krug AND Fischertechnik
Napomena: Prije pokretanja robota obavezno provjeriti i pričvrstiti sve spojeve konstrukcije robota pauka. Drugi način izrade konstrukcije modela robota pauka:
Slika 18. Hodač 3 Fischertechnik
Slika 12. Hodač Fischertechnik
Slika 25. Pauk hodač 2 Fischertechnik
PRILOG ČASOPISA “ABC tehnike” BR. 3 (609), ŠK. GOD. 2017./2018.
“STEM” U NASTAVI
Robokup 2018 – 11. kup Hrvatske zajednice tehničke kulture u robotici a) Izrada i povezivanje s upravljačkim sklopom − pokretanje robota pauka: Ručnim upravljanjem želimo kontrolirati robota pauka kojeg pokreću dva elektromotora uz pomoć četiri izmjenična tipkala.
Slika 28. Upravljački sklop 2 Fischertechnik
Konstukciji dodamo četiri izmjenična tipkala, spojnicu za vodiče i izvor napajanja (bateriju).
Slika 26. Strujni krug shema
Postupak spajanja i način rada strujnih krugova upoznali smo u prošlim vježbama i problemskim zadacima. Vodiči se spajaju po bojama, zelena spojnica je minus(−) pol napajanja, a crvena plus(+) pol napajanja. Prednja strana svih izvoda (3) izmjeničnih tipkala spaja se na plus pol napajanja (baterije), a stražnja (2) na minus.
Slika 27. Upravljački sklop 1 Fischertechnik
Srednji izvodi (1) tipkala spajaju se na elektromotore: dva lijeva tipkala (T1, T2) na lijevi elektromotor (EM1), a dva desna tipkala (T3, T4) na desni elektromotor (EM2).
Slika 29. Upravljački sklop 3 Fischertechnik
Izmjenična tipkala spojimo prema shemi sa Slici 26, pri čemu moramo paziti na polaritete spajanja pojedinih izvoda izmjeničnih tipkala. Dodavanjem dviju spojnica upravljački sklop je postaje funkcionalan za upravljanje robotom paukom. Princip rada je jednostavan: a) kada su pritisnuta dva vanjska tipkala, hodač se kreće naprijed, b) pritisnemo li dva unutarnja tipkala, hodač se kreće unatrag, c) želimo li skrenuti u lijevu stranu potrebno je pritisnuti vanjsko desno tipkalo, d) želimo li skrenuti u desnu stranu potrebno je pritisnuti vanjsko lijevo tipkalo. Zadatak: Izmijeni postojeću konstrukciju tako da robot pauk autonomno prati crtu. Upotrijebi sučelje, fotootpornik, žaruljice i izvor napajanja te napravi program za praćenje crte. Petar Dobrić, prof.
EKOLOGIJA
Morska i slatka voda uz pomoć nanotehnologije daju čistu plavu energiju Jedan od najneiskorištenijih izvora plave energije jesu estuariji, mjesta gdje se miješaju slana i slatka voda pri čemu se događaju kemijske reakcije koje se mogu iskorištavati za proizvodnju električne energije. Količina ovako proizvedene energije mogla bi zadovoljiti sve naše potrebe. Može li plava postati novom zelenom energijom? Istraživači na Sveučilištu Stanford izumili su punjivu ‘bateriju’ koja proizvodi električnu energiju pomoću mješavine morske i slatke vode u kombinaciji s nanotehnologijom. Rezultat istraživanja mogle bi biti ‘zelene’ elektrane na ušćima rijeka. Korištenjem i usavršavanjem načina na koji slatkovodno-slanovodne baterije rade, istraživački tim koji predvodi profesor Yi Cui izumio je novu tehnologiju koja bi mogla pružiti oko 2 TW (teravata) električne energije godišnje, što je oko 13 posto svjetskih energetskih potreba. Međutim, da bi se to ostvarilo bilo bi potrebno svako riječno ušće na svijetu pretvoriti u sustav proizvodnje električne energije. Ova tehnologija bi mogla rezultirati korisnim postrojenjima za proizvodnju čiste energije bilogdje gdje možete spojiti slanu i slatku vodu zajedno. Tehnologija radi na vrlo jednostavnom principu. Dvije elektrode urone se u spremnik u kojem se nalazi slatka voda. Vrlo mali tok struje pušta se kroz elektrode kako bi se ‘baterija’ napunila te se onda slatka voda ispušta i zamjenjuje slanom vodom. 60 do 100 puta veća koncentracija iona u slanoj vodi rezultira povećanjem napona struje koja prolazi
kroz dvije elektrode. To znači da se baterija onda može isprazniti kako bi se izvuklo više energije nego što je prvotno bilo iskorišteno kako bi se napunila. Baterije koje koriste ovu tehnologiju već postoje, ali su većinom krhke i obično se baziraju samo na jednoj vrsti migracije iona. Sustav koji su razvili na Stanfordu otporniji je te koristi i natrijeve i klorove ione iz soli koja se nalazi u morskoj vodi kako bi proizveo energiju, što ga čini efikasnijim. Veća efikasnost se postiže i time što je pozitivna elektroda izrađena od nanošipki od manganovog hidroksida, što znatno povećava površinu elektrode (oko 100 puta je veća u usporedbi s tradicionalnim materijalima koji se koriste za elektrode). Ideja izgradnje elektrane temeljene na ovom principu bila bi da se postave ogromne inačice ovakvih baterija gdje morske i slatke vode ima u izobilju. Osjetljiva obalna područja mogla bi se zaštititi tako da se dio električne energije upotrebljava za pumpanje morske vode prema kopnu. Ili, umjesto da se koristi voda iz rijeka, bio bi dovoljan i alternativan izvor slatke vode, kao što su kišnica, otpadne vode ili čak i proči-
šćena voda iz kanalizacije. Procesuiranjem samo 50 kubičnih metara slatke vode u sekundi bilo bi moguće proizvesti do 100 MW struje, dovoljno da opskrbljuje 100 000 domova. Najbolje od svega je da su otpadne vode ovakve tehnologije samo mješavina morske i slatke vode koja se lakoćom vraća u more, a čak ni nanotehnologija na elektrodama nije štetna za okoliš. Preuzeto s: Portal croenergo.eu SK
AUDIO TEHNIKA
Slušalice Here Buds - nova generacija kontrole zvuka Bežične slušalice Here Buds rezultat su dugogodišnjih tehnoloških istraživanja računalne tvrtke Doppler Labs i donose nam besprijekornu kvalitetu audio- i videosadržaja, ali i mogućnost podešavanja vanjskih zvukova koji nas okružuju. Mobilna aplikacija Here One povezana s bežičnim slušalicama Here Buds omogućava nam kontrolu načina na koji osluškujemo svijet oko sebe. Za razliku od običnih, ove pametne slušalice mogu selektivno filtrirati zvuk motora, ljudski razgovor, dječji plač, lavež pasa, sirene i još mnogo toga. Kako bi to postigli potrebno je konfigurirati osobni profil i namjestiti zvukove koje želimo čuti. Postavke se namještaju samo jednom i nije ih potrebno svaki put iznova
mijenjati jer Here One pamti svoje filtere i daje prijedloge na temelju ambijenta i prostora u kojem se nalazite. Opcije koje su nam ponuđene su: podešavanje glasnoće zvukova uz pomoć izbornika Real-World Volume, filtriranje buke uz pomoć Smart Noise filtera, kao i dodavanja raznih efekata zvukovima pomoću izbornika Live Mix. Kutija koja dolazi u kompletu sa slušalicama ujedno služi i kao prenosivi punjač za slušalice. Slušalice su težine 12 g obje, dimenzija 18,9 mm x 20,8 mm x 20 mm, a kapacitet baterije je 60 mAh, što omogućava 2 h neprekidnog rada. Za 100% punjenje slušalica potrebno je 1 h, a sama prenosiva kutija – punjač teži 51 g bez sluša-
INOVACIJE
Od drveća do struje: novi uređaji za pohranu energije
Lagani kondezatori malih dimenzija i visoke gustoće snage vrlo su zanimljivi za razvoj hibridnih i električnih vozila.
Najnovijim istraživanjima znanstvenici sa Sveučilišta McMaster razvili su 3D-uređaj za pohranu električne energije uz pomoć nanočestica koje su stavili između stjenki spužvaste strukture načinjenih od nanoceluloze. Stjenke su načinjene od jednog dijela i mogu se koristiti za proizvodnju održivijih kondenzatorskih uređaja koji, u odnosu na punjive baterije, imaju veću gustoću energije i sposobnost bržeg punjenja. Celuloza, organski spoj koji možemo pronaći u biljkama, bakterijama, algama i
drveću, koristi se za izradu učinkovitijih i dugotrajnijih uređaja za pohranu energije ili superkondenzatora, pri čemu se posebna pažnja pridaje tehnologijama koje su učinkovite, održive te ekološki prihvatljive. Vrsta nanoceluloznih čestica koje su korištene u ovom projektu naziva se celuloznim nanokristalima i nalikuju nekuhanoj riži dugoga zrna, ali u nanometarskim dimenzijama. Ti rižoliki kristalići sljepljeni jedan uz drugoga formiraju mrežastu tvorevinu s mnogo otvora što pridonosi izuzetnoj lakoći materijala. Služe za izradu održivijih kondenzatorskih uređa-
ja s većom gustoćom snage i mogućnošću bržeg punjenja u odnosu na punjive baterije. Ovakvi kondenzatorski uređaji posebno su zanimljivi za industriju električnih i hibridnih vozila. Njihovo brzo punjenje omogućuje velike uštede energije, zato što prilikom kočenja akumuliraju energiju, a prilikom ubrzavanja je otpuštaju. Ovakvi uređaji otvaraju nove putove u razvoju laganih i prilagodljivih elektroničkih uređaja visoke snage koji će se moći koristiti u prijenosnim uređajima, kao prenosive baterije ili u hibridnim vozilima. SK
Bežične slušalice Here One™proizvela je tvrtka Doppler Labs
lica, s dimenzijama 98 mm x 36 mm x 29,3 mm i kapacitetom baterije od 560 mAh, što je dovoljno za tri punjenja slušalica. Slušalice su kompatibilne s operativnim sustavima iOS 9.0, iOS 10.0 i noviji za iPhone 5 i novije uređaje te operativnim sustavom Android 7.0 i noviji za Android uređaje.
SK