Проекты

Прототип энергоэффективного индикатора на микроконтроллере ESP32 и полевых транзисторах

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 7−9 классов

Направление работы: Электротехника
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1502
Предметы: Физика
Классы: 9 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

В современном мире трудно переоценить значение информации и средств её отображения. Нас окружает большое количество предназначенных для этого приборов − от простых индикаторов до графических экранов большого размера. В работе дается краткая классификация таких систем.

В качестве одного из примеров энергоэффективных приложений рассматриваются электронные ценники. С целью изучения возможностей семисегментных электромагнитных индикаторов для данного применения самостоятельно разработана схема и собрано несколько прототипов, в том числе с использованием больших индикаторов.

Цель

Разработка схемы энергоэффективного индикатора под управлением микроконтроллера ESP-32 и полевых транзисторов.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Компьютер

  • Паяльная установка

  • Набор датчиков и радиодеталей

Описание

В работе подробно описана схемотехника прототипа, а именно: использование H-мостовой схемы, сборки из четырёх полевых транзисторов (2 P-канальные и 2 N-канальные) для H-моста, сборки из семи NPN транзисторов. Для увеличения количества портов применён сдвиговый регистр 74HC164.

Ввиду того что схема H-моста требует очень аккуратной работы и при любых ошибках сгорает, что, в свою очередь, легко выводит из строя микроконтроллер, было принято решение ввиду достаточно большого количества деталей изготовить для макета печатную плату. Кроме того, было интересно получить опыт изготовления платы в домашних условиях. Для этого пробовали пользоваться фоторезистом, но в итоге остановились на технологии ЛУТ. Плата была разведена, а затем распечатана на лазерном принтере на специальной бумаге. С помощью утюга осуществлён перенос на односторонний стеклотекстолит. Травление осуществлялось смесью перекиси водорода с лимонной кислотой. В итоге плата получилась довольно качественной. Распайка большинства компонентов не вызвала больших сложностей, однако SMD транзисторы потребовали кропотливой работы. Прототип свою задачу выполняет успешно.

Результаты работы/выводы

Как нам представляется, для ряда применений целесообразно использование недорогих энергосберегающих микроконтроллеров для управления отображением информации. Энергоэффективность важна в автономных системах, в таких, например, как дорожная информация за пределами населённых пунктов или электронные ценниках в магазинах, и в системах с ограниченными энергетическими ресурсами, в таких как информация о маршруте в электробусах.

Перспективы использования результатов работы

По нашему мнению, перспективными устройствами для подобных применений являются блинкерные табло, семисегментные электромеханические индикаторы, а также устройства, созданные на основе технологии электронных чернил. Перспективными в этом смысле могут оказаться и перекидные табло.

Награды/достижения

1. Потенциал (2 место)

Мнение автора

«Конференция «Инженеры будущего» – это бесценный опыт, который, несомненно, пригодится в дальнейшем. Работа над проектом позволила получить много новых знаний и изучить ряд тем по электротехнике. В будущем планирую продолжить работу над проектом».