556 Servotreiber - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Servos (auch RC-Servos) sind kleine, billige Servomotoren in Massenproduktion, die für die Funksteuerung und Kleinrobotik verwendet werden. Sie sind so konzipiert, dass sie leicht gesteuert werden können: Die Position des internen Potentiometers wird ständig mit der vom Steuergerät (d. h. der Funksteuerung) befohlenen Position verglichen. Jeder Unterschied führt zu einem Fehlersignal in der entsprechenden Richtung, das den Elektromotor entweder vorwärts oder rückwärts antreibt und die Welle in die befohlene Position bewegt. Wenn das Servo diese Position erreicht, reduziert sich das Fehlersignal und wird dann null, an welchem Punkt das Servo aufhört, sich zu bewegen.

Ferngesteuerte Servos werden über eine standardmäßige Dreidrahtverbindung angeschlossen: zwei Drähte für eine Gleichstromversorgung und eine für die Steuerung, die ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM) überträgt. Die Standardspannung beträgt 4,8 V DC, bei einigen Servos werden jedoch auch 6 V und 12 V verwendet. Das Steuersignal ist ein digitales PWM-Signal mit einer Bildrate von 50 Hz. Innerhalb jedes 20-ms-Zeitrahmens steuert ein digitaler Aktiv-High-Impuls die Position. Der Puls reicht nominell von 1,0 ms bis 2,0 ms, wobei 1,5 ms immer die Mitte des Bereichs ist.

Sie benötigen keinen Mikrocontroller oder Computer, um ein Servo zu steuern. Sie können den ehrwürdigen 555-Timer-IC verwenden, um einem Servo die erforderlichen Impulse zu geben.

Viele Mikrocontroller-basierte Schaltungen sind im Netz verfügbar. Es gibt auch ein paar Schaltungen zum Testen von Servos, die auf einzelnen 555 basieren, aber ich wollte ein präzises Timing, ohne dass die Frequenz überhaupt variiert. Dennoch sollte es billig und einfach zu bauen sein.

Schritt 1: PWM Was?

Wie der Name schon sagt, funktioniert die Pulsweitenmodulations-Geschwindigkeitssteuerung, indem der Motor mit einer Reihe von „EIN-AUS“-Impulsen angesteuert und das Tastverhältnis variiert wird, der Bruchteil der Zeit, in der die Ausgangsspannung „EIN“ist, verglichen mit „AUS“.”, der Impulse bei konstanter Frequenz.

Das Konzept hinter dieser Schaltung besteht darin, dass zwei Timer verwendet werden, um das PWM-Ausgangssignal (Pulsweitenmodulation) zu erzeugen, mit dem das Servo angetrieben wird.

Der erste Timer arbeitet als astabiler Multivibrator und erzeugt die "Trägerfrequenz" oder die Frequenz der Impulse. Klingt verwirrend? Nun, während die Pulsbreite des Ausgangs variieren kann, möchten wir, dass die Zeit vom Start des ersten Pulses bis zum Start des zweiten Pulses gleich ist. Dies ist die Häufigkeit des Auftretens von Impulsen. Und hier überwindet diese Schaltung die schwankende Frequenz der meisten 555-Einzelschaltungen.

Der zweite Timer fungiert als monostabiler Multivibrator. Dies bedeutet, dass er getriggert werden muss, um einen eigenen Impuls zu erzeugen. Wie oben erwähnt, löst der erste Timer den zweiten in einem festen, benutzerdefinierbaren Intervall aus. Der zweite Timer hat jedoch ein externes Poti, das verwendet wird, um die Ausgangsimpulsbreite einzustellen oder tatsächlich das Tastverhältnis und damit die Drehung des Servos zu bestimmen. Kommen wir zum Schaltplan…

Schritt 2: Ein bisschen Mathematik … Frequenz

Die Schaltung verwendet einen LM556 oder NE556, der durch zwei 555 ersetzt werden kann. Ich habe mich gerade für den 556 entschieden, da es sich um einen dualen 555 in einem Paket handelt. Der linke Zeitschaltkreis oder Frequenzgenerator ist als astabiler Multivibrator aufgebaut. Die Idee ist, eine Trägerfrequenz von etwa 50 Hz zu erzeugen, von der aus ein Tastverhältnis durch den rechten Timer oder Pulsbreitengenerator hinzugefügt wird.

C1 lädt über R1, R4 (wird zum Einstellen der Frequenz verwendet) und R2. Während dieser Zeit ist der Ausgang hoch. Dann entlädt sich C1 über R1, und der Ausgang ist niedrig.

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

F= 64Hz für R1 = 0

F= 33Hz für R1 = 47k

Auf der vereinfachten simulierten Schaltung wird jedoch R1 weggelassen, und die Frequenz beträgt fest 64 Hz.

Sehr wichtig! Wir möchten, dass die Zeit, in der der Ausgang niedrig ist, kürzer ist als die minimale Pulsbreite des Pulsbreitengenerators.

Schritt 3: Ein bisschen Mathe… Puls

Der Pulsbreitengenerator oder Timer für die rechte Hand ist im monostabilen Modus eingerichtet. Dies bedeutet, dass der Timer jedes Mal, wenn er ausgelöst wird, einen Ausgangsimpuls ausgibt. Die Pulszeit wird durch R3, R5, R6 und C3 bestimmt. Ein externes Potentiometer (100k LIN POT) wird angeschlossen, um die Pulsbreite zu bestimmen, die die Drehung und das Ausmaß der Drehung am Servo bestimmt. R5 und R6 werden verwendet, um die äußersten Positionen des Servos fein abzustimmen, um ein Flattern zu vermeiden. Die verwendete Formel lautet wie folgt:

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

Die minimale Impulszeit, wenn alle variablen Widerstände auf Null gesetzt sind, beträgt also:

t = 1,1 * R3 * C4

t = 0,36 ms

Beachten Sie, dass diese minimale Pulsdauer länger ist als der Triggerpuls, um sicherzustellen, dass der Pulsweitengenerator nicht konstant nacheinander 0,36ms-Pulse erzeugt, sondern mit einer konstanten Frequenz von +-64Hz.

Wenn die Potentiometer auf Maximum stehen, beträgt die Zeit

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

t = 13 ms

Tastverhältnis = Pulsbreite / Intervall.

Bei einer Frequenz von 64 Hz beträgt das Pulsintervall also 15,6 ms. Das Tastverhältnis variiert also von 2% bis 20%, wobei die Mitte 10% beträgt (denken Sie daran, dass der Impuls von 1,5 ms die Mittelposition ist).

Der Übersichtlichkeit halber wurden die Potentiometer R5 und R6 aus der Simulation entfernt und durch einen einzelnen Widerstand und ein einzelnes Potentiometer ersetzt.

Schritt 4: Genug mit der Mathematik! Jetzt lass uns spielen

Sie können die Simulation HIER spielen: Klicken Sie einfach auf die Schaltfläche "Simulieren", warten Sie, während die Simulation geladen wird und klicken Sie dann auf die Schaltfläche "Simulation starten": Warten Sie, bis sich die Spannung stabilisiert hat, und klicken Sie dann mit der linken Maustaste auf das Potentiometer und halten Sie sie gedrückt. Ziehen Sie die Maus und bewegen Sie das Potentiometer, um das Servo zu steuern.

Auf dem oberen Oszilloskop können Sie die Änderung der Pulsbreite feststellen, während die Frequenz des Pulses auf dem zweiten Oszilloskop gleich bleibt.

Schritt 5: Last but not least … die wahre Sache

Wenn Sie weiter gehen und die Schaltung selbst bauen möchten, finden Sie hier Schaltplan, PCB-Layout (es ist eine einseitige PCB, die Sie leicht zu Hause herstellen können), Komponenten-Layout, Kupfer-Layout und Stückliste.

Eine kleine Anmerkung zu den Trimmern:

• der blaue Trimmer stellt die Frequenz des Signals ein
• der mittlere schwarze Trimmer setzt die untere Rotationsgrenze
• der verbleibende schwarze Trimmer stellt die obere Rotationsgrenze ein

Eine kurze Anmerkung, die nützlich ist, um die Schaltung für ein bestimmtes Servo zu kalibrieren:

1. Stellen Sie das Hauptpotentiometer auf Null
2. Stellen Sie den mittleren schwarzen Trimmer ein, bis das Servo ohne Rattern stabil auf der unteren Grenze eingestellt ist
3. jetzt das Hauptpotentiometer auf Maximum stellen
4. justieren Sie den verbleibenden schwarzen Trimmer, bis das Servo ohne Rattern stabil am oberen Limit eingestellt ist

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Preis der Jury in der Electronics Tips & Tricks Challenge