Servo-controlador 556: 5 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Els servos (també servos RC) són servomotors petits, econòmics i de producció massiva que s’utilitzen per a control de ràdio i robòtica a petita escala. Estan dissenyats per controlar-se fàcilment: la posició del potenciòmetre intern es compara contínuament amb la posició comandada des del dispositiu de control (és a dir, el radiocontrol). Qualsevol diferència dóna lloc a un senyal d'error en la direcció adequada, que condueix el motor elèctric cap endavant o cap enrere i movent l'eix a la posició ordenada. Quan el servo arriba a aquesta posició, el senyal d’error es redueix i es torna zero, moment en què el servo deixa de moure’s.

Els servos de control de ràdio es connecten mitjançant una connexió estàndard de tres fils: dos cables per a una font d'alimentació de CC i un de control, que porten un senyal de modulació d'amplada d'impuls (PWM). La tensió estàndard és de 4,8 V CC, però 6 V i 12 V també s’utilitzen en alguns servos. El senyal de control és un senyal PWM digital amb una freqüència de fotogrames de 50 Hz. Dins de cada marc de temps de 20 ms, un pols digital actiu-alt controla la posició. El pols oscil·la nominalment entre 1,0 ms i 2,0 ms, essent sempre 1,5 ms el centre del rang.

No necessiteu un microcontrolador ni un ordinador per controlar un servo. Podeu utilitzar el venerable CI de temporitzador 555 per proporcionar els impulsos necessaris a un servo.

Molts circuits basats en microcontroladors estan disponibles a la xarxa. També hi ha alguns circuits disponibles per provar el servo basat en un sol 555, però volia un temps precís sense que la freqüència variés. Tot i així, havia de ser barat i fàcil de construir.

Pas 1: Què PWM?

Com el seu nom indica, el control de velocitat de modulació d'amplada d'impulsos funciona accionant el motor amb una sèrie d'impulsos "ON-OFF" i variant el cicle de treball, la fracció de temps que la tensió de sortida està "ON" en comparació amb quan està "OFF".”, De les pulsacions mantenint constant la freqüència.

El concepte darrere d’aquest circuit és que utilitza dos temporitzadors per generar el senyal de sortida PWM (Pulse Width Modulation) per accionar el servo.

El primer temporitzador funciona com un multivibrador astable i genera la "freqüència portadora", o la freqüència dels polsos. Sembla confús? Bé, tot i que l'amplada del pols de la sortida pot variar, volem que el temps des de l'inici del primer pols fins a l'inici del segon pols sigui el mateix. Aquesta és la freqüència de les aparicions de pols. I aquí és on aquest circuit supera la freqüència variable de la majoria de 555 circuits individuals.

El segon temporitzador actua com un multivibrador monoestable. Això significa que cal activar-lo per generar un impuls propi. Com s'ha dit més amunt, el primer temporitzador activarà el segon a un interval definit i definit per l'usuari. El segon temporitzador, però, té un pot extern que s’utilitza per configurar l’amplada de pols de sortida o, en efecte, per determinar el cicle de treball i, al seu torn, la rotació del servo. Anem a l'esquema …

Pas 2: una mica de matemàtiques … Freqüència

El circuit utilitza un LM556 o NE556, que es pot substituir per dos 555. Acabo de decidir utilitzar el 556 perquè és un 555 dual en un sol paquet. El circuit del temporitzador esquerre, o generador de freqüència, es configura com un multivibrador astable. La idea és aconseguir que produeixi una freqüència portadora d’uns 50Hz, des d’on s’afegirà un cicle de treball mitjançant el temporitzador de la mà dreta o el generador d’amplada de pols.

C1 es carrega a través de R1, R4 (que s’utilitza per configurar la freqüència) i R2. Durant aquest temps, la producció és alta. A continuació, C1 es descarrega per R1 i la sortida és baixa.

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

F = 64Hz per R1 = 0

F = 33Hz per R1 = 47k

No obstant això, al circuit simulat simplificat s’omet R1 i la freqüència és de 64 Hz fixa.

Molt important! Volem que el temps en què la sortida sigui baixa sigui inferior a l’amplada mínima del pols del generador d’amplada de pols.

Pas 3: una mica de matemàtiques … Pols

El generador d'amplada d'impulsos, o temporitzador de la mà dreta, es configura en mode monoestable. Això significa que cada vegada que s’activa el temporitzador, dóna un impuls de sortida. El temps del pols està determinat per R3, R5, R6 i C3. Es connecta un potenciòmetre extern (100k LIN POT) per determinar l’amplada del pols, que determinarà la rotació i l’extensió de rotació del servo. R5 i R6 s’utilitzen per ajustar finament les posicions més externes del servo, evitant que xerrin. La fórmula utilitzada és la següent:

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

Per tant, el temps mínim d’impulsió quan totes les resistències variables es posen a zero és:

t = 1,1 * R3 * C4

t = 0,36 ms

Tingueu en compte que aquest temps d'amplada de pols mínim és més llarg que el pols de disparador per garantir que el generador d'amplada de pols no generi constantment 0,36 ms de polsades una després de l'altra, sinó a una freqüència constant de + - 64Hz.

Quan els potenciòmetres estan ajustats al màxim, el temps és

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

t = 13 ms

Cicle de treball = Amplada / interval de pols.

Per tant, a una freqüència de 64Hz, l’interval de pols és de 15,6 ms. Així doncs, el cicle de treball varia del 2% al 20%, amb un centre del 10% (recordeu que el pols de 1,5 ms és la posició central).

Per motius de claredat, s'han eliminat els potenciòmetres R5 i R6 de la simulació i s'han substituït per una sola resistència i un únic potenciòmetre.

Pas 4: Prou amb les matemàtiques! Ara Juguem

Podeu reproduir la simulació AQUÍ: només cal que feu clic al botó "Simula", espereu mentre es carrega la simulació i, a continuació, feu clic al botó "Inicia la simulació": espereu que la tensió s'estabilitzi i, a continuació, feu clic i mantingueu premut el botó esquerre del ratolí al potenciòmetre. Arrossegueu el ratolí i moveu el potenciòmetre per controlar el servo.

Podeu observar que l’amplada del pols canvia a l’oscil·loscopi superior, mentre que la freqüència del pols es manté al segon oscil·loscopi.

Pas 5: per últim però no menys … la veritable cosa

Si voleu anar més enllà i construir el circuit aquí mateix, podeu trobar un disseny esquemàtic de PCB (és un PCB lateral únic que podeu fabricar fàcilment a casa), un disseny de components, un disseny de coure i una llista de peces.

Una petita nota sobre els retalladors:

• el tallador blau estableix la freqüència del senyal
• el tallador negre mitjà estableix el límit inferior de rotació
• el tallador negre restant va establir el límit de rotació superior

Una nota ràpida útil per calibrar el circuit per a un servo en particular:

1. ajusteu el potenciòmetre principal a zero
2. ajusteu el tallador negre mitjà fins que el servo estigui fixat constantment al límit inferior sense xerrar
3. ara configureu el màxim potenciómetre principal
4. ajusteu la retalladora negra restant fins que el servo estigui fixat constantment al límit superior sense xerrar

Si us ha agradat aquest instructiu, si us plau voteu-me al concurs.:)

Premi als jutges en el repte de trucs i suggeriments electrònics