556 Servo -ohjain: 5 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Servot (myös RC-servot) ovat pieniä, halpoja, massatuotantoisia servomoottoreita, joita käytetään radio-ohjaukseen ja pienimuotoiseen robotiikkaan. Ne on suunniteltu helposti ohjattaviksi: sisäisen potentiometrin asemaa verrataan jatkuvasti ohjauslaitteen (eli radio -ohjaimen) määrättyyn asentoon. Mikä tahansa ero aiheuttaa virhesignaalin oikeaan suuntaan, joka ajaa sähkömoottoria eteen- tai taaksepäin ja siirtää akselin käskettyyn asentoon. Kun servo saavuttaa tämän asennon, virhesignaali pienenee ja muuttuu sitten nollaksi, jolloin servo pysähtyy.

Radio-ohjausservot on kytketty tavallisen kolmijohtimisen liitännän kautta: kaksi johdinta tasavirtalähdettä varten ja yksi ohjausta varten, ja ne kuljettavat pulssileveysmodulaatiosignaalia (PWM). Vakiojännite on 4,8 V DC, mutta 6 V ja 12 V käytetään myös muutamissa servoissa. Ohjaussignaali on digitaalinen PWM -signaali, jonka kuvataajuus on 50 Hz. Jokaisen 20 ms: n aikavälin aikana aktiivinen ja korkea digitaalinen pulssi ohjaa sijaintia. Pulssi on nimellisesti 1,0 - 2,0 ms, ja 1,5 ms on aina alueen keskipiste.

Et tarvitse mikro -ohjainta tai tietokonetta servon ohjaamiseen. Voit käyttää kunnioitettavaa 555 -ajastin -IC: tä tarjoamaan tarvittavat pulssit servolle.

Monet mikrokontrolleriin perustuvat piirit ovat saatavilla verkossa. Saatavilla on myös muutamia piirejä, joilla voidaan testata servoa yksittäisten 555: n perusteella, mutta halusin tarkan ajoituksen ilman taajuuden vaihtelua. Sen piti kuitenkin olla halpa ja helppo rakentaa.

Vaihe 1: PWM Mitä?

Kuten nimestä voi päätellä, pulssinleveyden modulaation nopeuden säätö toimii ajamalla moottoria sarjaan "ON-OFF" -pulsseja ja vaihtelemalla käyttöjaksoa, joka on aika, jolloin lähtöjännite on "ON" verrattuna "OFF" -tilaan”, Pulsseista pitäen taajuus vakiona.

Tämän piirin periaate on, että se käyttää kahta ajastinta PWM (Pulse Width Modulation) -lähtösignaalin tuottamiseen servon käyttämiseksi.

Ensimmäinen ajastin toimii epävakaana multivibraattorina ja se tuottaa "kantoaaltotaajuuden" tai pulssien taajuuden. Kuulostaako sekavalta? No, vaikka ulostulon pulssileveys voi vaihdella, haluamme, että aika ensimmäisen pulssin alusta toisen pulssin alkuun on sama. Tämä on pulssitapahtumien taajuus. Ja tässä tämä piiri voittaa useimpien yksittäisten 555 piirien vaihtelevan taajuuden.

Toinen ajastin toimii monostabiilina multivibraattorina. Tämä tarkoittaa, että se on käynnistettävä oman pulssin generoimiseksi. Kuten edellä mainittiin, ensimmäinen ajastin laukaisee toisen kiinteällä, käyttäjän määrittelemällä aikavälillä. Toisessa ajastimessa on kuitenkin ulkoinen potti, jota käytetään lähtöpulssin leveyden asettamiseen tai käytännössä käyttöjakson ja vuorostaan servon pyörimisen määrittämiseen. Mennään kaavioon…

Vaihe 2: Hieman matematiikkaa… taajuus

Piiri käyttää LM556 tai NE556, joka voidaan korvata kahdella 555: llä. Päätin juuri käyttää 556: aa, koska se on kaksois 555 yhdessä paketissa. Vasen ajastinpiiri tai taajuusgeneraattori on asetettu epävakaaksi monivibraattoriksi. Ajatuksena on saada se tuottamaan noin 50 Hz: n kantoaaltotaajuus, josta käyttöjakso lisätään oikeanpuoleisella ajastimella tai pulssileveysgeneraattorilla.

C1 latautuu R1: n, R4: n (käytetään taajuuden asettamiseen) ja R2: n kautta. Tänä aikana lähtö on korkea. Sitten C1 purkautuu R1: n kautta ja lähtö on alhainen.

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

F = 64 Hz, kun R1 = 0

F = 33Hz, kun R1 = 47k

Yksinkertaistetussa simuloidussa piirissä R1 jätetään kuitenkin pois ja taajuus on kiinteä 64 Hz.

Hyvin tärkeä! Haluamme, että aika, jolloin lähtö on alhainen, on lyhyempi kuin pulssileveysgeneraattorin minimipulssileveys.

Vaihe 3: Hieman matematiikkaa… Pulssi

Pulssileveysgeneraattori tai oikeanpuoleinen ajastin on asetettu monostabiiliin tilaan. Tämä tarkoittaa, että joka kerta, kun ajastin käynnistyy, se antaa lähtöpulssin. Pulssiaika määritetään R3, R5, R6 ja C3. Ulkoinen potentiometri (100k LIN POT) on kytketty pulssileveyden määrittämiseksi, joka määrittää servon pyörimisen ja pyörimisen laajuuden. R5: tä ja R6: ta käytetään hienosäätämään servon syrjäisimpiä asentoja välttäen sen napauttamista. Käytetty kaava on seuraava:

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

Pienin pulssiaika, kun kaikki muuttuvat vastukset on asetettu nollaan, on:

t = 1,1 * R3 * C4

t = 0,36 ms

Huomaa, että tämä pienin pulssileveyden aika on pidempi kuin liipaisupulssin, jotta varmistetaan, että pulssileveysgeneraattori ei jatkuvasti luo 0,36 ms pulsseja peräkkäin, vaan tasaisella +- 64 Hz: n taajuudella.

Kun potentiometrit on asetettu maksimiin, aika on

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

t = 13 ms

Toimintajakso = pulssin leveys / väli.

Joten taajuudella 64 Hz pulssiväli on 15,6 ms. Joten toimintajakso vaihtelee 2%: sta 20%: iin, keskipiste on 10% (muista, että 1,5 ms pulssi on keskiasento).

Selvyyden vuoksi potentiometrit R5 ja R6 on poistettu simulaatiosta ja korvattu yhdellä vastuksella ja yhdellä potentiometrillä.

Vaihe 4: Riittää matematiikassa! Nyt pelataan

Voit pelata simulaatiota TÄSTÄ: napsauta "Simulointi" -painiketta, odota, kunnes simulaatio latautuu, ja napsauta sitten "Aloita simulointi" -painiketta: odota jännitteen tasaantumista ja napsauta sitten hiiren vasenta painiketta potentiometrissä. Vedä hiirtä ja liikuta potentiometriä ohjataksesi servoa.

Voit huomata pulssin leveyden muuttuvan ylemmässä oskilloskoopissa, kun taas pulssin taajuus pysyy samana toisessa oskilloskoopissa.

Vaihe 5: Viimeisenä mutta ei vähäisimpänä … todellinen asia

Jos haluat mennä pidemmälle ja rakentaa itse piirin täältä, löydät kaavamaisen piirilevyn asettelun (se on yksipuolinen piirilevy, jonka voit helposti valmistaa kotona), komponenttien asettelun, kuparin asettelun ja osaluettelon.

Pieni huomautus trimmeristä:

• sininen trimmeri asettaa signaalin taajuuden
• keskimmäinen musta trimmeri asettaa alarajan
• jäljellä oleva musta trimmeri asettaa ylärajan

Nopea huomautus, joka on hyödyllinen piirin kalibroimiseksi tietylle servolle:

1. aseta pääpotentiometri nollaan
2. säädä keskimmäistä mustaa trimmeriä, kunnes servo on tasaisesti asetettu alarajalle ilman napautusta
3. aseta nyt pääpotentiometri maksimiin
4. säädä jäljellä olevaa mustaa trimmeriä, kunnes servo on tasaisesti asetettu ylärajaan ilman napautusta

Jos pidit tästä ohjeesta, äänestä minua kisassa!:)

Tuomarien palkinto Electronics Tips & Tricks Challengessa