556 Серво драйвер: 5 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Сервомоторите (също RC серво) са малки, евтини, масово произвеждани сервомотори, използвани за радиоуправление и дребномащабна роботика. Те са проектирани да се контролират лесно: позицията на вътрешния потенциометър непрекъснато се сравнява с командното положение от устройството за управление (т.е. радиоуправление). Всяка разлика поражда сигнал за грешка в съответната посока, който задвижва електродвигателя напред или назад, и премества вала в командното положение. Когато сервоприемникът достигне това положение, сигналът за грешка намалява и след това става нула, в който момент серво спира да се движи.

Радиоуправляващите сервоустройства са свързани чрез стандартна трипроводна връзка: два проводника за DC захранване и един за управление, носещи сигнал за широчинно-импулсна модулация (PWM). Стандартното напрежение е 4.8 V DC, но 6 V и 12 V се използват и на няколко серво. Контролният сигнал е цифров ШИМ сигнал с честота на кадрите 50 Hz. В рамките на всеки период от 20 ms, цифров импулс с висока активност контролира позицията. Импулсът номинално варира от 1,0 ms до 2,0 ms, като 1,5 ms винаги е център на обхвата.

Не се нуждаете от микроконтролер или компютър, за да управлявате серво. Можете да използвате уважителния IC таймер 555, за да осигурите необходимите импулси на серво.

В мрежата се предлагат много схеми, базирани на микроконтролер. Налични са и няколко схеми за тестване на серво, базирани на единични 555, но аз исках точно време, без честотата да варира изобщо. И все пак трябваше да е евтин и лесен за изграждане.

Стъпка 1: PWM Какво?

Както подсказва името му, контролът на скоростта на модулация с широчина на импулса работи, като задвижва двигателя с поредица от импулси „ON-OFF“и променя работния цикъл, частта от времето, в което изходното напрежение е „ON“в сравнение с това, когато е „OFF”На импулсите, като поддържа честотата постоянна.

Концепцията зад тази схема е, че тя използва два таймера за генериране на изходния PWM (Pulse Width Modulation) сигнал за задвижване на серво.

Първият таймер работи като стабилен мултивибратор и генерира "носеща честота" или честотата на импулсите. Звучи объркващо? Е, докато ширината на импулса на изхода може да варира, ние искаме времето от началото на първия импулс до началото на втория импулс да бъде същото. Това е честотата на появата на пулса. И тук тази верига преодолява различната честота на повечето единични 555 вериги.

Вторият таймер действа като моностабилен мултивибратор. Това означава, че е необходимо да се задейства, за да генерира собствен импулс. Както беше казано по -горе, първият таймер ще задейства втория на фиксиран, определяем от потребителя интервал. Вторият таймер обаче има външен пот, който се използва за задаване на ширината на изходния импулс или на практика определя работния цикъл и на свой ред въртенето на серво. Да преминем към схемата …

Стъпка 2: Малко математика … Честота

Веригата използва LM556 или NE556, които могат да бъдат заменени с две 555. Току -що реших да използвам 556, защото това е двойно 555 в един пакет. Лявата верига на таймера или честотен генератор е настроена като стабилен мултивибратор. Идеята е да го накараме да произвежда носеща честота от около 50Hz, откъдето ще се добави работен цикъл от десния таймер или генератора на импулсна ширина.

C1 се зарежда чрез R1, R4 (използва се за настройка на честотата) и R2. През това време продукцията е висока. Тогава C1 се разрежда през R1 и изходът е нисък.

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

F = 64Hz за R1 = 0

F = 33Hz за R1 = 47k

На опростената симулирана верига обаче R1 е пропуснат и честотата е фиксирана 64 Hz.

Много важно! Искаме времето, през което изходът е нисък, да бъде по -кратко от минималната ширина на импулса на генератора на импулсна ширина.

Стъпка 3: Малко математика … Пулс

Генераторът на импулсна ширина или десният таймер е настроен в моностабилен режим. Това означава, че всеки път, когато таймерът се задейства, той дава изходен импулс. Времето на импулса се определя от R3, R5, R6 и С3. Външен потенциометър (100k LIN POT) е свързан, за да се определи ширината на импулса, който ще определи въртенето и разширението на въртенето на серво. R5 и R6 се използват за фина настройка на най -външните позиции на серво, като се избягва тя да бъбри. Използваната формула е следната:

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

И така, минималното време на импулса, когато всички променливи резистори са настроени на нула, е:

t = 1,1 * R3 * C4

t = 0,36 ms

Обърнете внимание, че това минимално време на ширината на импулса е по-дълго от задействащия импулс, за да се гарантира, че генераторът на импулсна ширина не генерира постоянно импулси от 0,36 ms един след друг, но с постоянна честота +- 64Hz.

Когато потенциометрите са настроени на максимум, времето е

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

t = 13 ms

Работен цикъл = Ширина на импулса / Интервал.

Така че при честота от 64Hz, интервалът на импулсите е 15,6 ms. Така че работният цикъл варира от 2% до 20%, като центърът е 10% (не забравяйте, че 1.5ms импулс е в централно положение).

За по -голяма яснота потенциометрите R5 и R6 бяха премахнати от симулацията и заменени с един резистор и единствен потенциометър.

Стъпка 4: Стига с математиката! Сега да играем

Можете да пуснете симулацията ТУК: просто щракнете върху бутона „Симулиране“, изчакайте, докато симулацията се зареди и след това щракнете върху бутона „Стартиране на симулацията“: изчакайте напрежението да се стабилизира, след което щракнете и задръжте левия бутон на мишката върху потенциометъра. Плъзнете мишката и преместете потенциометъра, за да управлявате серво.

Можете да забележите, че ширината на импулса се променя на горния осцилоскоп, докато честотата на импулса остава същата на втория осцилоскоп.

Стъпка 5: Последна, но не и най -малкото… Истинското нещо

Ако искате да отидете по -далеч и да изградите самата верига тук, можете да намерите схематично оформление на печатни платки (това е едностранна печатна платка, която лесно можете да изработите у дома), оформление на компоненти, медно оформление и списък с части.

Малка бележка за тримерите:

• синият тример задава честотата на сигнала
• средният черен тример задава долната граница на въртене
• останалият черен тример зададе горната граница на въртене

Бърза бележка, полезна за калибриране на веригата за конкретно серво:

1. настройте главния потенциометър на нула
2. регулирайте средния черен тример, докато сервоустойчиво се настрои на долната граница, без да бърбори
3. сега настройте главния потенциометър на максимум
4. регулирайте останалия черен тример, докато сервоустойчиво се настрои на горната граница, без да бърбори

Ако ви хареса тази инструкция, моля, гласувайте за мен в конкурса!:)

Награда на съдиите в предизвикателството за съвети и трикове по електроника