556 Servo Driver: 5 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Τα Servos (επίσης RC servos) είναι μικροί, φθηνοί σερβοκινητήρες μαζικής παραγωγής που χρησιμοποιούνται για ραδιοελέγχου και ρομποτικής μικρής κλίμακας. Έχουν σχεδιαστεί για να ελέγχονται εύκολα: η θέση του εσωτερικού ποτενσιόμετρου συγκρίνεται συνεχώς με την εντολή από τη συσκευή ελέγχου (δηλ. Το χειριστήριο ραδιοφώνου). Οποιαδήποτε διαφορά δημιουργεί σήμα σφάλματος προς την κατάλληλη κατεύθυνση, το οποίο κινεί τον ηλεκτροκινητήρα είτε προς τα εμπρός είτε προς τα πίσω, και μετακινώντας τον άξονα στην εντολή. Όταν το servo φτάσει σε αυτή τη θέση, το σήμα σφάλματος μειώνεται και στη συνέχεια γίνεται μηδέν, οπότε το σερβο σταματά να κινείται.

Τα σερβομηχανήματα ραδιοελέγχου συνδέονται μέσω μιας τυπικής σύνδεσης τριών καλωδίων: δύο καλώδια για παροχή ρεύματος DC και ένα για έλεγχο, που φέρουν σήμα διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM). Η τυπική τάση είναι 4,8 V DC, ωστόσο 6 V και 12 V χρησιμοποιούνται επίσης σε μερικά servos. Το σήμα ελέγχου είναι ένα ψηφιακό σήμα PWM με ρυθμό καρέ 50 Hz. Μέσα σε κάθε χρονικό πλαίσιο 20 ms, ένας ενεργός-υψηλός ψηφιακός παλμός ελέγχει τη θέση. Ο παλμός κυμαίνεται ονομαστικά από 1,0 ms έως 2,0 ms με 1,5 ms να είναι πάντα κέντρο εύρους.

Δεν χρειάζεστε μικροελεγκτή ή υπολογιστή για να ελέγξετε ένα σερβο. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το αξιόλογο 555 χρονοδιακόπτη IC για να παρέχετε τους απαιτούμενους παλμούς σε ένα σερβο.

Πολλά κυκλώματα που βασίζονται σε μικροελεγκτές είναι διαθέσιμα στο δίκτυο. Υπάρχουν επίσης μερικά κυκλώματα για δοκιμή σερβο με βάση 555, αλλά ήθελα ακριβή χρονισμό χωρίς να ποικίλλει καθόλου η συχνότητα. Ωστόσο, έπρεπε να είναι φθηνό και εύκολο να κατασκευαστεί.

Βήμα 1: PWM Τι;

Όπως υποδηλώνει και το όνομά του, ο έλεγχος ταχύτητας διαμόρφωσης πλάτους παλμού λειτουργεί οδηγώντας τον κινητήρα με μια σειρά παλμών "ON-OFF" και μεταβάλλοντας τον κύκλο λειτουργίας, το κλάσμα του χρόνου που η τάση εξόδου είναι "ON" σε σύγκριση με όταν είναι "OFF”, Των παλμών διατηρώντας τη συχνότητα σταθερή.

Η ιδέα πίσω από αυτό το κύκλωμα είναι ότι χρησιμοποιεί δύο χρονοδιακόπτες για να δημιουργήσει το σήμα εξόδου PWM (Pulse Width Modulation) για να οδηγήσει το σερβο με.

Ο πρώτος χρονοδιακόπτης λειτουργεί ως ασταθής πολυ -δονητής και παράγει τη "συχνότητα φορέα", ή τη συχνότητα των παλμών. Ακούγεται μπερδεμένο; Λοιπόν, ενώ το πλάτος παλμού της εξόδου μπορεί να ποικίλει, θέλουμε ο χρόνος από την αρχή του πρώτου παλμού έως την έναρξη του δεύτερου παλμού να είναι ο ίδιος. Αυτή είναι η συχνότητα εμφάνισης παλμών. Και εδώ είναι που αυτό το κύκλωμα υπερνικά τη μεταβαλλόμενη συχνότητα των περισσότερων μονών κυκλωμάτων 555.

Ο δεύτερος χρονοδιακόπτης λειτουργεί ως μονοσταθερός πολυ -δονητής. Αυτό σημαίνει ότι απαιτείται να ενεργοποιηθεί για να δημιουργήσει έναν δικό του παλμό. Όπως προαναφέρθηκε, ο πρώτος χρονοδιακόπτης θα ενεργοποιήσει τον δεύτερο σε ένα σταθερό, καθορισμένο από το χρήστη διάστημα. Ο δεύτερος χρονοδιακόπτης, ωστόσο, έχει ένα εξωτερικό δοχείο που χρησιμοποιείται για να ρυθμίσει το πλάτος του παλμού εξόδου, ή ουσιαστικά καθορίζει τον κύκλο λειτουργίας και με τη σειρά του την περιστροφή του σερβο. Πάμε στο σχηματικό…

Βήμα 2: Λίγο μαθηματικά… Συχνότητα

Το κύκλωμα χρησιμοποιεί ένα LM556 ή NE556, το οποίο μπορεί να αντικατασταθεί με δύο 555. Αποφάσισα να χρησιμοποιήσω το 556 επειδή είναι διπλό 555 σε ένα πακέτο. Το αριστερό κύκλωμα χρονοδιακόπτη, ή γεννήτρια συχνοτήτων, έχει ρυθμιστεί ως ένας σταθερός πολυ -δονητής. Η ιδέα είναι να παράγει μια συχνότητα φορέα περίπου 50Hz, από όπου θα προστεθεί ένας κύκλος λειτουργίας από το δεξί χρονόμετρο ή τη γεννήτρια πλάτους παλμών.

Το C1 φορτίζει μέσω R1, R4 (χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της συχνότητας) και R2. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η έξοδος είναι υψηλή. Στη συνέχεια, το C1 εκφορτίζεται μέσω του R1 και η έξοδος είναι χαμηλή.

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

F = 64Hz για R1 = 0

F = 33Hz για R1 = 47k

Ωστόσο, στο απλοποιημένο προσομοιωμένο κύκλωμα το R1 παραλείπεται και η συχνότητα είναι σταθερό 64 Hz.

Πολύ σημαντικό! Θέλουμε ο χρόνος που η έξοδος είναι χαμηλή να είναι μικρότερος από το ελάχιστο πλάτος παλμού της γεννήτριας πλάτους παλμού.

Βήμα 3: Λίγο μαθηματικό… Παλμός

Η γεννήτρια πλάτους παλμού, ή χρονόμετρο δεξιά, έχει ρυθμιστεί σε μονοσταθερή λειτουργία. Αυτό σημαίνει ότι κάθε φορά που ενεργοποιείται ο χρονοδιακόπτης, δίνει παλμό εξόδου. Ο χρόνος παλμού καθορίζεται από τα R3, R5, R6 και C3. Ένα εξωτερικό ποτενσιόμετρο (100k LIN POT) είναι συνδεδεμένο για τον προσδιορισμό του πλάτους παλμού, το οποίο θα καθορίσει την περιστροφή και την επέκταση της περιστροφής στο σερβο. Τα R5 και R6 χρησιμοποιούνται για τη λεπτομερή ρύθμιση των εξωτερικών θέσεων για το σερβο, αποφεύγοντάς το να φλυαρεί. Ο τύπος που χρησιμοποιείται είναι ο εξής:

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

Έτσι, ο ελάχιστος χρόνος παλμού όταν όλες οι μεταβλητές αντιστάσεις έχουν οριστεί στο μηδέν είναι:

t = 1,1 * R3 * C4

t = 0,36 ms

Σημειώστε ότι αυτός ο ελάχιστος χρόνος πλάτους παλμού είναι μεγαλύτερος από τον παλμό σκανδάλης για να διασφαλίσετε ότι η γεννήτρια πλάτους παλμού δεν παράγει συνεχώς παλμούς 0,36ms ο ένας μετά τον άλλο, αλλά σε σταθερή συχνότητα +- 64Hz.

Όταν τα ποτενσιόμετρα ρυθμιστούν στο μέγιστο, ο χρόνος είναι

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

t = 13 ms

Κύκλος Καθήκοντος = Πλάτος / Διάστημα Παλμού.

Έτσι, σε συχνότητα 64Hz, το διάστημα παλμών είναι 15,6ms. Έτσι, ο Κύκλος Καθήκοντος κυμαίνεται από 2% έως 20%, με το κέντρο να είναι 10% (θυμηθείτε ότι ο παλμός 1,5ms είναι η κεντρική θέση).

Για λόγους σαφήνειας, τα ποτενσιόμετρα R5 και R6 αφαιρέθηκαν από την προσομοίωση και αντικαταστάθηκαν με μία μόνο αντίσταση και ένα μόνο ποτενσιόμετρο.

Βήμα 4: Αρκετά με τα μαθηματικά! Τώρα ας παίξουμε

Μπορείτε να παίξετε την προσομοίωση ΕΔΩ: απλά κάντε κλικ στο κουμπί "Προσομοίωση", περιμένετε όσο φορτώνεται η προσομοίωση και στη συνέχεια κάντε κλικ στο κουμπί "Έναρξη προσομοίωσης": περιμένετε να σταθεροποιηθεί η τάση και, στη συνέχεια, κάντε κλικ και κρατήστε πατημένο το αριστερό κουμπί του ποντικιού στο ποτενσιόμετρο. Σύρετε το ποντίκι και μετακινήστε το ποτενσιόμετρο για να ελέγξετε το σερβο.

Μπορείτε να σημειώσετε ότι το πλάτος του παλμού αλλάζει στο επάνω παλμογράφο, ενώ η συχνότητα του παλμού παραμένει η ίδια στο δεύτερο παλμογράφο.

Βήμα 5: Τελευταίο αλλά όχι λιγότερο… το πραγματικό πράγμα

Εάν θέλετε να προχωρήσετε και να δημιουργήσετε το ίδιο το κύκλωμα εδώ, μπορείτε να βρείτε σχηματική διάταξη PCB (είναι ένα πλαϊνό PCB που μπορείτε εύκολα να κατασκευάσετε στο σπίτι), διάταξη εξαρτημάτων, διάταξη χαλκού και λίστα εξαρτημάτων.

Μια μικρή σημείωση για τα κοπτικά:

• το μπλε trimmer ρυθμίζει τη συχνότητα του σήματος
• το μεσαίο μαύρο τρίμερ θέτει το κατώτερο όριο περιστροφής
• το υπόλοιπο μαύρο τρίμερ έθεσε το ανώτερο όριο περιστροφής

Μια γρήγορη σημείωση χρήσιμη για τη βαθμονόμηση του κυκλώματος για ένα συγκεκριμένο σερβο:

1. ρυθμίστε το κύριο ποτενσιόμετρο στο μηδέν
2. ρυθμίστε το μεσαίο μαύρο χορτοκοπτικό μέχρι το σερβο να σταθεροποιηθεί σταθερά στο κάτω όριο χωρίς φλυαρία
3. τώρα ρυθμίστε το κύριο ποτενσιόμετρο στο μέγιστο
4. ρυθμίστε το υπόλοιπο μαύρο τρίμερ έως ότου ο σερβο οριστεί σταθερά στο υψηλότερο όριο χωρίς φλυαρία

Αν σας άρεσε αυτό το διδακτικό, ψηφίστε με στον διαγωνισμό!:)

Βραβείο Κριτών στην Πρόκληση Συμβουλών και Τεχνικών Ηλεκτρονικών