556 Servo gonilnik: 5 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:06

Servomotorji (tudi servomotorji z daljinskim upravljalnikom) so majhni, poceni servomotorji množične proizvodnje, ki se uporabljajo za radijsko upravljanje in majhno robotiko. Zasnovani so tako, da jih je mogoče enostavno upravljati: položaj notranjega potenciometra se nenehno primerja z ukazanim položajem krmilne naprave (t.j. radijsko upravljanje). Vsaka razlika povzroči signal napake v ustrezni smeri, ki poganja elektromotor naprej ali nazaj in premika gred v zapovedani položaj. Ko servo doseže ta položaj, se signal napake zmanjša in nato postane nič, nakar se servo neha premikati.

Radijski nadzorni servomotorji so povezani prek standardne trižične povezave: dve žici za napajanje z enosmernim tokom in ena za krmiljenje, ki prenaša signal širinsko-impulzne modulacije (PWM). Standardna napetost je 4,8 V DC, vendar se 6 V in 12 V uporabljata tudi na nekaj servomotorjih. Krmilni signal je digitalni signal PWM s hitrostjo sličic 50 Hz. V vsakem časovnem okviru 20 ms položaj nadzoruje digitalni impulz z visoko aktivnostjo. Nominalno je impulz od 1,0 ms do 2,0 ms, pri čemer je 1,5 ms vedno v središču območja.

Za upravljanje servomotorja ne potrebujete mikrokrmilnika ali računalnika. Za zagotavljanje potrebnih impulzov servomotorju lahko uporabite častitljivi časovnik IC 555.

Na internetu je na voljo veliko vezij na osnovi mikrokrmilnikov. Na voljo je tudi nekaj vezij za preskušanje servomotorjev, ki temeljijo na enojnih 555 -ih, vendar sem želel natančen čas brez spreminjanja frekvence. Vendar pa je morala biti poceni in enostavna za gradnjo.

Korak: PWM Kaj?

Kot že ime pove, krmiljenje hitrosti modulacije s širino impulza deluje tako, da motor poganja z vrsto impulzov "ON-OFF" in spreminja obratovalni cikel, del časa, ko je izhodna napetost "ON" v primerjavi s tem, ko je "OFF"”, Impulzov ob ohranjanju konstantne frekvence.

Koncept tega vezja je, da uporablja dva časovnika za generiranje izhodnega signala PWM (Pulse Width Modulation) za pogon servo.

Prvi časovnik deluje kot nestabilen multivibrator in ustvarja "nosilno frekvenco" ali frekvenco impulzov. Sliši se zmedeno? No, čeprav se lahko širina impulza na izhodu spreminja, želimo, da je čas od začetka prvega impulza do začetka drugega impulza enak. To je pogostost pojavljanja pulza. In tukaj to vezje premaga različno pogostost večine posameznih tokokrogov 555.

Drugi časovnik deluje kot monostabilni multivibrator. To pomeni, da se mora sprožiti, da ustvari lasten impulz. Kot je navedeno zgoraj, bo prvi časovnik sprožil drugega v določenem intervalu, ki ga določi uporabnik. Drugi časovnik pa ima zunanji lonec, ki se uporablja za nastavitev širine izhodnega impulza ali dejansko določi obratovalni cikel in posledično vrtenje servomotorja. Pojdimo na shemo …

2. korak: Malo matematike … Pogostost

Vezje uporablja LM556 ali NE556, ki ga lahko nadomestimo z dvema 555. Odločil sem se, da bom uporabil 556, ker je dvojni 555 v enem paketu. Levo časovno vezje ali frekvenčni generator je nastavljeno kot nestabilen multivibrator. Zamisel je, da bi dosegel nosilno frekvenco približno 50Hz, od koder bo desni časovnik ali generator širine impulza dodal delovni cikel.

C1 se polni prek R1, R4 (uporablja se za nastavitev frekvence) in R2. V tem času je izhod visok. Nato se C1 izprazni skozi R1 in izhod je nizek.

F = 1,44 / ((R2 + R4 + 2 * R1) * C1)

F = 64Hz za R1 = 0

F = 33Hz za R1 = 47k

Na poenostavljenem simuliranem vezju pa je R1 izpuščen, frekvenca pa je fiksnih 64 Hz.

Zelo pomembno! Želimo, da je čas, ko je izhod nizek, krajši od najmanjše širine impulza generatorja širine impulza.

3. korak: Malo matematike … Utrip

Generator širine impulza ali desni časovnik je nastavljen v monostabilnem načinu. To pomeni, da vsakič, ko se sproži časovnik, odda izhodni impulz. Čas impulza je določen z R3, R5, R6 in C3. Za določitev širine impulza je priključen zunanji potenciometer (100k LIN POT), ki bo določil vrtenje in razširitev vrtenja na servo. R5 in R6 se uporabljata za fino nastavitev najbolj oddaljenih položajev servomotorja, pri čemer se izognemo klepetanju. Uporabljena formula je naslednja:

t = 1,1 * (R3 + R5 + (R6 * POT)/(R6 + POT)) * C4

Torej, najmanjši impulzni čas, ko so vsi spremenljivi upori nastavljeni na nič, je:

t = 1,1 * R3 * C4

t = 0,36 ms

Upoštevajte, da je ta najmanjši čas širine impulza daljši od sprožilnega impulza, da zagotovite, da generator širine impulza ne ustvarja nenehno impulzov 0,36 ms enega za drugim, vendar pri stalni frekvenci +- 64Hz.

Ko so potenciometri nastavljeni na največ, je čas

t = 1,1 * (R3 + R5 + (R6 * POT)/(R6 + POT)) * C4

t = 13 ms

Delovni cikel = Širina impulza / interval.

Tako je pri frekvenci 64Hz impulzni interval 15,6 ms. Delovni cikel se torej giblje od 2% do 20%, pri čemer je središče 10% (ne pozabite, da je pulz 1,5 ms sredinski položaj).

Zaradi jasnosti so bili potenciometri R5 in R6 odstranjeni iz simulacije in zamenjani z enim uporom in enim potenciometrom.

4. korak: Dovolj z matematiko! Zdaj pa se igrajmo

Simulacijo lahko igrate TUKAJ: samo kliknite gumb "Simuliraj", počakajte, da se simulacija naloži, nato pa kliknite gumb "Začni simulacijo": počakajte, da se napetost stabilizira, nato kliknite in držite levi gumb miške na potenciometru. Povlecite miško in premaknite potenciometer za upravljanje servomotorja.

Na zgornjem osciloskopu lahko opazite spreminjanje širine impulza, medtem ko frekvenca impulza pri drugem osciloskopu ostane enaka.

5. korak: Zadnja, a ne najmanj … prava stvar

Če želite iti dlje in zgraditi samo vezje, lahko najdete shematično postavitev tiskanega vezja (to je enostransko tiskano vezje, ki ga lahko preprosto izdelate doma), postavitev komponent, postavitev bakra in seznam delov.

Nekaj opomb o trimerjih:

• modri trimer nastavi frekvenco signala
• srednji črni trimer nastavi spodnjo mejo vrtenja
• preostali črni trimer je nastavil zgornjo mejo vrtenja

Kratka opomba, uporabna za umerjanje vezja za določen servo:

1. glavni potenciometer nastavite na nič
2. srednji črni prirezovalnik nastavite tako, da se servo nenehno nastavi na spodnjo mejo brez klepetanja
3. zdaj glavni potenciometer nastavite na maksimum
4. preostali črni prirezovalnik nastavite tako, da se servo nenehno nastavi na zgornjo mejo brez klepetanja

Če ste uživali v tem navodilu, prosim, glasujte zame na natečaju!:)

Sodniška nagrada v izzivu Nasveti in zvijače v zvezi z elektroniko