Servo ovladač 556: 5 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Serva (také RC serva) jsou malé, levné, sériově vyráběné servomotory používané pro rádiové ovládání a robotiku v malém měřítku. Jsou navrženy tak, aby se daly snadno ovládat: poloha vnitřního potenciometru se neustále porovnává s přikázanou polohou z ovládacího zařízení (tj. Rádiového ovládání). Jakýkoli rozdíl vede k chybovému signálu v příslušném směru, který pohání elektromotor buď dopředu nebo dozadu a pohybuje hřídelí do přikázané polohy. Když servo dosáhne této polohy, chybový signál se sníží a poté se stane nulou, v tomto okamžiku se servo přestane pohybovat.

Serva s rádiovým ovládáním jsou připojena standardním třívodičovým připojením: dva vodiče pro stejnosměrné napájení a jeden pro ovládání, přenášející signál PWM (pulse-width modulation). Standardní napětí je 4,8 V DC, na několika servech se však používá také 6 V a 12 V. Řídícím signálem je digitální signál PWM se snímkovou frekvencí 50 Hz. V každém časovém rámci 20 ms řídí polohu digitální puls s aktivním vysokým výkonem. Impuls se nominálně pohybuje od 1,0 ms do 2,0 ms, přičemž 1,5 ms je vždy středem rozsahu.

K ovládání serva nepotřebujete mikrokontrolér ani počítač. Můžete použít úctyhodný integrovaný obvod 555 s časovačem k zajištění požadovaných impulsů pro servo.

Na síti je k dispozici mnoho obvodů založených na mikrokontrolérech. K dispozici je také několik obvodů pro testování serv na základě jednotlivých 555, ale chtěl jsem přesné načasování, aniž by se frekvence měnila vůbec. Přesto musela být levná a snadno postavitelná.

Krok 1: PWM Co?

Jak naznačuje jeho název, řízení rychlosti modulace šířky impulzů funguje tak, že pohání motor sérií impulzů „ZAP-VYP“a mění pracovní cyklus, zlomek času, kdy je výstupní napětí „ZAPNUTO“ve srovnání s tím, kdy je „VYPNUTO“”, Z pulsů při zachování konstantní frekvence.

Koncept tohoto obvodu spočívá v tom, že používá dva časovače ke generování výstupního signálu PWM (Pulse Width Modulation) k pohonu serva.

První časovač funguje jako astabilní multivibrátor a generuje „nosnou frekvenci“neboli frekvenci pulzů. Zní to zmateně? Zatímco šířka pulzu výstupu se může lišit, chceme, aby čas od začátku prvního impulsu do začátku druhého impulsu byl stejný. Toto je frekvence pulzních výskytů. A právě zde tento obvod překonává proměnlivou frekvenci většiny jednotlivých 555 obvodů.

Druhý časovač funguje jako monostabilní multivibrátor. To znamená, že je nutné, aby byl spuštěn, aby generoval vlastní impuls. Jak bylo uvedeno výše, první časovač spustí druhý v pevném, uživatelem definovatelném intervalu. Druhý časovač má však externí potenciometr, který se používá k nastavení šířky výstupního impulzu nebo ve skutečnosti k určení pracovního cyklu a následně otáčení serva. Pojďme ke schématu…

Krok 2: Trocha matematiky … Frekvence

Obvod používá LM556 nebo NE556, které lze nahradit dvěma 555. Právě jsem se rozhodl použít 556, protože je to duální 555 v jednom balení. Levý obvod časovače nebo frekvenční generátor je nastaven jako astabilní multivibrátor. Cílem je vyrobit nosnou frekvenci asi 50 Hz, odkud bude pracovní cyklus přidán časovačem na pravé straně nebo generátorem šířky impulsu.

C1 se nabíjí přes R1, R4 (používá se pro nastavení frekvence) a R2. Během této doby je výstup vysoký. Poté se C1 vybije přes R1 a výstup je nízký.

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

F = 64 Hz pro R1 = 0

F = 33 Hz pro R1 = 47 k

Na zjednodušeném simulovaném obvodu je však R1 vynechán a frekvence je pevných 64 Hz.

Velmi důležité! Chceme, aby doba, kdy je výstup nízký, byla kratší než minimální šířka impulzu generátoru šířky impulsu.

Krok 3: Trocha matematiky … Pulse

Generátor šířky pulsu nebo časovač na pravé straně je nastaven v monostabilním režimu. To znamená, že při každém spuštění časovače vydá výstupní impuls. Doba pulsu je určena R3, R5, R6 a C3. K určení šířky impulsu je připojen externí potenciometr (100k LIN POT), který určuje otáčky a rozsah otáčení na servu. R5 a R6 se používají k jemnému vyladění nejvzdálenějších pozic pro servo, aby se zabránilo chvění. Použitý vzorec je následující:

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

Minimální doba pulsu, když jsou všechny proměnné odpory nastaveny na nulu, je:

t = 1,1 * R3 * C4

t = 0,36 ms

Všimněte si toho, že tato minimální doba šířky impulsu je delší než spouštěcí impuls, aby se zajistilo, že generátor šířky impulsu nebude generovat neustále 0,36 ms pulsy jeden po druhém, ale při stabilní frekvenci +- 64 Hz.

Když jsou potenciometry nastaveny na maximum, je čas

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

t = 13 ms

Pracovní cyklus = šířka pulsu / interval.

Takže při frekvenci 64 Hz je pulzní interval 15,6 ms. Pracovní cyklus se tedy pohybuje od 2% do 20%, přičemž střed je 10% (pamatujte, že 1,5 ms puls je středová poloha).

Kvůli přehlednosti byly potenciometry R5 a R6 ze simulace odstraněny a nahrazeny jediným odporem a jediným potenciometrem.

Krok 4: Dost s matematikou! Pojďme hrát

Simulaci si můžete pustit ZDE: stačí kliknout na tlačítko „Simulovat“, počkat, až se simulace načte a poté kliknout na tlačítko „Spustit simulaci“: počkejte, až se napětí ustálí, poté klikněte a podržte levé tlačítko myši na potenciometru. Servo ovládáte tažením myši a pohybem potenciometru.

Můžete si všimnout změny šířky impulsu na horním osciloskopu, zatímco frekvence pulsu zůstává na druhém osciloskopu stejná.

Krok 5: Poslední, ale ne nejméně … skutečná věc

Pokud chcete jít dále a postavit zde samotný obvod, najdete zde schéma, rozvržení desky plošných spojů (je to jednostranná deska plošných spojů, kterou si můžete snadno vyrobit doma), rozložení součástí, rozložení mědi a seznam dílů.

Malá poznámka k zastřihovačům:

• modrý trimr nastavuje frekvenci signálu
• prostřední černý zastřihovač nastavuje dolní mez otáčení
• zbývající černý trimr nastavil horní limit otáčení

Rychlá poznámka užitečná pro kalibraci obvodu pro konkrétní servo:

1. nastavte hlavní potenciometr na nulu
2. upravte prostřední černý trimr, dokud nebude servo stabilně nastaveno na spodní hranici bez drnčení
3. nyní nastavte hlavní potenciometr na maximum
4. upravte zbývající černý trimr, dokud nebude servo stabilně nastaveno na vyšší hranici bez drnčení

Pokud se vám tento návod líbil, hlasujte pro mě v soutěži!:)

Cena porotců v soutěži Tipy a triky pro elektroniku