Кибернетический вездеход

В 1875 г. в Лагерлунде (Швеция) произошло крушение поезда, которое повлекло за собой много человеческих жертв. Причина катастрофы казалась необъяснимой. Действительно, как мог машинист при хорошей погоде повести состав прямо на красный сигнал семафора?

Расследование, проводимое железнодорожным ведомством, зашло в тупик. Первоначальные предположения о неисправности семафора, об облачке тумана, якобы неожиданно закрывшем семафор, о психической неуравновешенности машиниста и т. п. быстро отпали. Чудом оставшийся в живых машинист также ничего проясняющего в ходе следствия сказать не мог.

Таинственность происшедшей катастрофы, на все лады обсуждавшейся шведской печатью, вселяла в людей недоверие к железной дороге.

Причину крушения поезда обнаружил известный шведский ученый Гольмгрен. Показывая машинисту различные по тону и насыщенности мотки пряжи (так называемый набор Гольмгрена, состоявший из 133 цветных мотков), ученый установил, что тот страдал расстройством цветового зрения, и его глаза не воспринимали различий между красным и зеленым цветами.

Этот случай послужил поводом для введения обязательной проверки цветового зрения у работников всех видов транспорта.

Цвет играет большую роль в жизни и деятельности человека. Движение транспорта регулируется сигналами светофоров, характер окраски микроорганизмов имеет существенное значение в диагностировании того или иного заболевания; правильный подбор цвета важен в красильной, ткацкой и полиграфической промышленности. По цвету судят о ходе химической реакции, температуре объекта, проводят количественно-минералогический анализ горных пород.

А какой важной может быть информация о цветовой характеристике поверхности других планет, исследуемых с помощью автоматических межпланетных станций!

Движущийся по планете вездеход с помощью специального устройства определяет цвет почвы, камней и передает эти ценные сведения на Землю. Упрощенную модель такого аппарата, опознающего три цвета: синий, зеленый и красный, мы предлагаем нашему читателю.

Выполненная на базе игрушки с гусеничной ходовой частью и двумя независимыми электродвигателями (рис. 1.1), она движется по специальному участку — листу ватмана или тонкого белого картона с нанесенными на нем чередующимися красными, зелеными и синими полосами шириной 4—5 см. Промежутки между ними шириной 15—20 см окрашены в черный цвет (рис. 1.2). Двигаясь по этому участку, модель опознает цветовые полосы: включает лампу соответствующего цвета. При прохождении вездехода над черной полосой ни одна из ламп не горит. С помощью тумблеров, расположенных на шасси, кибернетическое устройство несложно "научить" выбирать определенный цвет: останавливаться при достижении определенной цветовой полосы. Органом зрения служит фотодатчик, установленный на кронштейне в передней части модели.

Опознание цвета основано на зависимости сопротивления фоторезистора от частоты и интенсивности падающего на него светового потока. Лампа HL4 (рис. 1.3), установленная спереди шасси, освещает поверхность, по которой движется модель, а фоторезистор R10 реагирует на отраженный свет. При этом ток в базовых цепях транзисторов VTI, VT3, VT5 возрастает и усиливается тремя двухкаскадными усилителями постоянного тока (на транзисторах VTI и VT2, VT3 и VT4, VT5 и VT6).

Сопротивления переменных резисторов R2, R4 и R5 выбирают таким образом, чтобы при попадании на фоторезистор R10 отраженного синего цвета срабатывало только реле К1. Его контакты К1.2 замыкают цепь питания лампочки HLI синего цвета.

При освещении фоторезистора отраженным от зеленой полосы светом открываются транзисторы VT2 и VT4 и реле К1, К2 срабатывают; контакты К2.2 включают зеленую лампу HL2. Когда на фоторезистор попадает красный свет, открываются транзисторы VT2, VT4 и VT6, срабатывают реле К1-КЗ; контакты К3.2 включают красную лампу HL3.

С помощью выключателей SA1.1 — SA3.1 можно запрограммировать модель так, чтобы она останавливалась, достигнув полосы определенного цвета. При выключении SA1.1 модель остановится у синей, SA2.1 — у зеленой, SA3.1 — у красной полосы.

В конструкции кибернетического вездехода применены лампочки накаливания на 6,3В Х 0,22 А, переменные резисторы СПО, выключатели SAI-SA3 типа MT1, SA4 типа ТВ1; транзисторы VTI-VT6 типа МП42Б; диоды VDI-VD8 типа Д226Б; фоторезистор R10 типа ФСК-1; реле К1-КЗ типа РЭС-9 (паспорт РС4.524.201). Эти реле необходимо переделать: корпус каждого реле вскрывается и на сердечник катушки наклеивается клеем БФ-6 кусочек бумаги, чтобы уменьшить разность токов срабатывания и отпускания. Это обеспечит четкость срабатывания (отключения) реле при переходе фотодатчика от цветной полосы к черной.

Сердечник сетевого трансформатора Т1 набран из пластин Ш20 Х 20 мм. Обмотка I трансформатора имеет 2750 витков провода ПЭЛ 0,15; обмотка II 175 витков провода ПЭЛ 0,15; обмотка III 69 витков провода ПЭЛ 0,5.

Блок питания расположен отдельно от вездехода и соединен с ним четырехпроводным гибким кабелем длиной 3—4 м.

Фоторезистор R10 и лампочка подсветки HL4 помещены в прямоугольный футляр, оклеенный внутри черной бумагой (рис. 1.4). Чтобы исключить засветку фоторезистора прямым светом лампочки, на нее надет цилиндрический тубус. Фоторезистор и лампочка расположены на расстоянии около 1 см от поверхности дороги.

После проверки правильности монтажа приступают к настройке модели. Резисторы R2, R4, R6 устанавливают в положение максимального сопротивления, а движок резистора R9 ставят в среднее положение. Поместив фотодатчик над черной полосой, убеждаются, что все реле отключены. В противном случае необходимо уменьшить сопротивление резистора R9. После этого, установив фотодатчик над синей полосой, уменьшают сопротивление R2 до тех пор, пока не сработает реле К1. Затем размещают датчик над зеленой полосой и, уменьшая сопротивление R4, добиваются срабатывания реле К2 (реле К1 в это время включено).

Далее, поместив датчик над красной полосой и уменьшая сопротивление резистора R6, аналогично добиваются срабатывания реле КЗ (реле К1 и К2 находятся во включенном состоянии) . Если при уменьшении сопротивления одного из резисторов R2, R4, R6 до нуля одно из реле не срабатывает, следует увеличить сопротивление R 9.

Кибернетическое устройство можно "научить" распознавать и другие цвета. Для этого токи, проходящие через фоторезистор R10 при установке его над различными цветовыми полосами, должны отличаться друг от друга на значение не менее 0,03 мА. Добавив в конструкцию вездехода еще несколько усилителей, можно увеличить и число опознаваемых цветов.
Д. М. Комский, Б. М. Игошев