Ovládač serva 556: 5 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Serva (tiež RC serva) sú malé, lacné, sériovo vyrábané servomotory používané na rádiové ovládanie a robotiku malého rozsahu. Sú navrhnuté tak, aby sa dali ľahko ovládať: poloha vnútorného potenciometra sa neustále porovnáva s príkazovou polohou z ovládacieho zariadenia (t. J. Rádiového ovládania). Akýkoľvek rozdiel spôsobí chybový signál v príslušnom smere, ktorý poháňa elektromotor dopredu alebo dozadu a pohybuje hriadeľom do prikázanej polohy. Keď servo dosiahne túto polohu, chybový signál sa zníži a potom sa zmení na nulu, v tomto bode sa servo zastaví.

Serva rádiového ovládania sú prepojené štandardným trojvodičovým pripojením: dva vodiče na napájanie jednosmerným prúdom a jedno na ovládanie, ktoré prenášajú signál modulácie šírky impulzov (PWM). Štandardné napätie je 4,8 V DC, na niekoľkých servách sa však používa aj 6 V a 12 V. Riadiaci signál je digitálny signál PWM so snímkovou frekvenciou 50 Hz. V každom časovom rámci 20 ms pozíciu ovláda aktívny digitálny impulz. Pulz sa nominálne pohybuje od 1,0 ms do 2,0 ms, pričom 1,5 ms je vždy stredom rozsahu.

Na ovládanie serva nepotrebujete mikrokontrolér ani počítač. Na zaistenie požadovaných impulzov pre servo môžete použiť úctyhodný integrovaný obvod 555 s časovačom.

Na internete je k dispozícii mnoho obvodov založených na mikrokontroléroch. K dispozícii je tiež niekoľko obvodov na testovanie serva založených na jednom 555, ale chcel som presné načasovanie bez toho, aby sa frekvencia menila. Napriek tomu to muselo byť lacné a ľahké postaviť.

Krok 1: PWM Čo?

Ako naznačuje jeho názov, regulácia rýchlosti modulácie šírky impulzu funguje tak, že poháňa motor sériou impulzov „ZAP-VYP“a mení pracovný cyklus, zlomok času, počas ktorého je výstupné napätie „ZAPNUTÉ“v porovnaní s tým, keď je „VYPNUTÉ“”, Z impulzov pri zachovaní konštantnej frekvencie.

Koncept tohto obvodu je v tom, že používa dva časovače na generovanie výstupného signálu PWM (Pulse Width Modulation) na poháňanie serva.

Prvý časovač funguje ako astabilný multivibrátor a generuje „nosnú frekvenciu“alebo frekvenciu impulzov. Znie to mätúco? Aj keď sa šírka impulzu výstupu môže líšiť, chceme, aby bol čas od začiatku prvého impulzu do začiatku druhého impulzu rovnaký. Toto je frekvencia výskytov impulzov. A práve tu tento obvod prekonáva meniacu sa frekvenciu väčšiny jednotlivých 555 obvodov.

Druhý časovač funguje ako monostabilný multivibrátor. To znamená, že je potrebné, aby bol spustený na generovanie vlastného impulzu. Ako bolo uvedené vyššie, prvý časovač spustí druhý v pevnom, užívateľom definovateľnom intervale. Druhý časovač má však externý potenciometer, ktorý sa používa na nastavenie šírky výstupného impulzu alebo v skutočnosti na určenie pracovného cyklu a následne otáčania serva. Poďme na schému …

Krok 2: Trochu matematiky … Frekvencia

Obvod používa LM556 alebo NE556, ktoré je možné nahradiť dvoma 555. Práve som sa rozhodol použiť 556, pretože je to duálny 555 v jednom balení. Ľavý obvod časovača alebo frekvenčný generátor je nastavený ako astabilný multivibrátor. Cieľom je dosiahnuť to, aby produkoval nosnú frekvenciu asi 50 Hz, odkiaľ bude pracovný cyklus pridávať pravý časovač alebo generátor šírky impulzu.

C1 sa nabíja cez R1, R4 (slúži na nastavenie frekvencie) a R2. Počas tejto doby je výstup vysoký. Potom sa C1 vybije cez R1 a výstup je nízky.

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

F = 64 Hz pre R1 = 0

F = 33 Hz pre R1 = 47 k

V zjednodušenom simulovanom obvode je však R1 vynechaná a frekvencia je pevných 64 Hz.

Veľmi dôležité! Chceme, aby bol nízky čas kratší ako minimálna šírka impulzu generátora šírky impulzu.

Krok 3: Trochu matematiky … Pulz

Generátor šírky impulzu alebo pravý časovač je nastavený v monostabilnom režime. To znamená, že pri každom spustení časovača vydá výstupný impulz. Čas impulzu je určený R3, R5, R6 a C3. Pripojený je externý potenciometer (100k LIN POT) na stanovenie šírky impulzu, ktorý určí otáčanie a rozsah otáčania serva. R5 a R6 sa používajú na jemné doladenie najvzdialenejších pozícií pre servo, aby sa zabránilo chveniu. Použitý vzorec je nasledujúci:

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

Minimálny čas impulzu, keď sú všetky variabilné odpory nastavené na nulu, je teda:

t = 1,1 * R3 * C4

t = 0,36 ms

Všimnite si toho, že tento minimálny čas šírky impulzu je dlhší ako spúšťací impulz, aby sa zaistilo, že generátor šírky impulzu nebude generovať neustále 0,36 ms impulzy jeden za druhým, ale pri stabilnej frekvencii +- 64 Hz.

Keď sú potenciometre nastavené na maximum, je čas

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

t = 13 ms

Pracovný cyklus = šírka impulzu / interval.

Takže pri frekvencii 64 Hz je pulzný interval 15,6 ms. Pracovný cyklus sa teda pohybuje od 2% do 20%, pričom stred je 10% (pamätajte, že 1,5 ms impulz je stredová poloha).

Z dôvodu prehľadnosti boli potenciometre R5 a R6 zo simulácie odstránené a nahradené jediným odporom a jediným potenciometrom.

Krok 4: Dosť na matematike! Teraz poďme hrať

Simuláciu si môžete zahrať TU: stačí kliknúť na tlačidlo „Simulovať“, počkať, kým sa simulácia načíta, a potom kliknúť na tlačidlo „Spustiť simuláciu“: počkajte, kým sa napätie stabilizuje, potom kliknite a podržte ľavé tlačidlo myši na potenciometri. Ak chcete ovládať servo, potiahnite myš a potenciometrom.

Na hornom osciloskope si môžete všimnúť zmenu šírky impulzu, zatiaľ čo na druhom osciloskope zostáva frekvencia impulzu rovnaká.

Krok 5: Nakoniec, ale nie najmenej … skutočná vec

Ak chcete ísť ďalej a postaviť samotný obvod, môžete tu nájsť schematický nákres PCB (je to jednostranný plošný spoj, ktorý si môžete ľahko vyrobiť doma), rozloženie komponentov, rozloženie medi a zoznam dielov.

Malá poznámka k zastrihávačom:

• modrý trimer nastavuje frekvenciu signálu
• stredný čierny zastrihávač nastavuje dolný limit otáčania
• zostávajúci čierny zastrihávač nastavil hornú hranicu otáčania

Rýchla poznámka užitočná na kalibráciu obvodu pre konkrétne servo:

1. nastavte hlavný potenciometer na nulu
2. upravte stredný čierny zastrihávač, kým nebude servo stabilne nastavené na spodnej hranici bez štebotania
3. teraz nastavte hlavný potenciometer na maximum
4. upravte zostávajúci čierny zastrihávač, kým nebude servo stabilne nastavené na vyššej hranici bez kmitania

Ak sa vám tento návod páčil, hlasujte za mňa v súťaži!:)

Cena porotcov v súťaži Tipy a triky pre elektroniku