Servoazionamento 556: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

I servi (anche RC servo) sono servomotori piccoli, economici e prodotti in serie utilizzati per il controllo radio e la robotica su piccola scala. Sono progettati per essere facilmente controllati: la posizione del potenziometro interno è continuamente confrontata con la posizione comandata dal dispositivo di controllo (cioè il radiocomando). Qualsiasi differenza dà luogo ad un segnale di errore nella direzione opportuna, che aziona il motore elettrico sia in avanti che all'indietro e spostando l'albero nella posizione comandata. Quando il servo raggiunge questa posizione, il segnale di errore si riduce e poi diventa zero, a quel punto il servo smette di muoversi.

I servocomandi radio sono collegati tramite una connessione standard a tre fili: due fili per l'alimentazione CC e uno per il controllo, che trasporta un segnale di modulazione di larghezza di impulso (PWM). La tensione standard è di 4,8 V CC, tuttavia su alcuni servi vengono utilizzati anche 6 V e 12 V. Il segnale di controllo è un segnale PWM digitale con frame rate di 50 Hz. Entro ogni intervallo di tempo di 20 ms, un impulso digitale attivo alto controlla la posizione. L'impulso va nominalmente da 1,0 ms a 2,0 ms con 1,5 ms sempre al centro del campo.

Non è necessario un microcontrollore o un computer per controllare un servo. È possibile utilizzare il venerabile IC timer 555 per fornire gli impulsi richiesti a un servo.

Molti circuiti basati su microcontrollori sono disponibili in rete. Ci sono anche alcuni circuiti disponibili per testare il servo basato su singoli 555, ma volevo un tempismo preciso senza che la frequenza variasse affatto. Eppure doveva essere economico e facile da costruire.

Passaggio 1: PWM Cosa?

Come suggerisce il nome, il controllo della velocità a modulazione di larghezza di impulso funziona pilotando il motore con una serie di impulsi "ON-OFF" e variando il duty cycle, la frazione di tempo in cui la tensione di uscita è "ON" rispetto a quando è "OFF".”, degli impulsi mantenendo costante la frequenza.

Il concetto alla base di questo circuito è che utilizza due timer per generare il segnale di uscita PWM (Pulse Width Modulation) con cui pilotare il servo.

Il primo timer funziona come un multivibratore astabile e genera la "frequenza portante", ovvero la frequenza degli impulsi. Sembra confuso? Bene, mentre la larghezza dell'impulso dell'uscita può variare, vogliamo che il tempo dall'inizio del primo impulso all'inizio del secondo impulso sia lo stesso. Questa è la frequenza delle occorrenze degli impulsi. Ed è qui che questo circuito supera la frequenza variabile della maggior parte dei singoli circuiti 555.

Il secondo timer funge da multivibratore monostabile. Ciò significa che deve essere attivato per generare un impulso proprio. Come detto sopra, il primo timer attiverà il secondo ad un intervallo fisso e definibile dall'utente. Il secondo timer, tuttavia, ha un potenziometro esterno che viene utilizzato per impostare l'ampiezza dell'impulso in uscita, o in effetti determinare il ciclo di lavoro e, a sua volta, la rotazione del servo. veniamo allo schema…

Passaggio 2: un po' di matematica… Frequenza

Il circuito utilizza un LM556 o NE556, che può essere sostituito con due 555. Ho appena deciso di usare il 556 perché è un doppio 555 in un unico pacchetto. Il circuito timer sinistro, o generatore di frequenza, è impostato come multivibratore astabile. L'idea è di farla produrre una frequenza portante di circa 50Hz, da cui verrà aggiunto un ciclo di lavoro dal timer di destra, o generatore di larghezza di impulso.

C1 si carica tramite R1, R4 (utilizzato per impostare la frequenza) e R2. Durante questo periodo, l'uscita è alta. Quindi C1 scarica attraverso R1 e l'uscita è bassa.

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

F= 64Hz per R1 = 0

F= 33Hz per R1 = 47k

Sul circuito simulato semplificato invece R1 è omesso, e la frequenza è fissa a 64 Hz.

Molto importante! Vogliamo che il tempo in cui l'uscita è bassa sia inferiore alla durata minima dell'impulso del generatore di larghezza dell'impulso.

Passaggio 3: un po' di matematica… Pulse

Il generatore di larghezza d'impulso, o timer destro, è impostato in modalità monostabile. Ciò significa che ogni volta che il timer viene attivato, fornisce un impulso di uscita. Il tempo dell'impulso è determinato da R3, R5, R6 e C3. Un potenziometro esterno (100k LIN POT) è collegato per determinare l'ampiezza dell'impulso, che determinerà la rotazione e l'estensione della rotazione sul servo. R5 e R6 sono usati per regolare con precisione le posizioni più esterne per il servo, evitando che chiacchieri. La formula utilizzata è la seguente:

t = 1.1 * (R3 + R5 + (R6 * POT)/(R6 + POT)) * C4

Quindi, il tempo di impulso minimo quando tutti i resistori variabili sono impostati a zero è:

t = 1,1 * R3 * C4

t = 0,36 ms

Si noti che questo tempo di durata minima dell'impulso è più lungo dell'impulso di trigger per garantire che il generatore di larghezza dell'impulso non generi costantemente impulsi di 0,36 ms uno dopo l'altro, ma a una frequenza costante di +-64 Hz.

Quando i potenziometri sono impostati al massimo, il tempo è

t = 1.1 * (R3 + R5 + (R6 * POT)/(R6 + POT)) * C4

t = 13 ms

Ciclo di lavoro = Durata impulso/Intervallo.

Quindi, a una frequenza di 64 Hz, l'intervallo degli impulsi è di 15,6 ms. Quindi il Duty Cycle varia dal 2% al 20%, con il centro pari al 10% (ricorda che l'impulso di 1,5 ms è la posizione centrale).

Per motivi di chiarezza i potenziometri R5 e R6 sono stati rimossi dalla simulazione e sostituiti con un singolo resistore e un singolo potenziometro.

Passaggio 4: basta con la matematica! Ora giochiamo

Puoi riprodurre la simulazione QUI: basta cliccare sul pulsante "Simula", attendere che la simulazione si carichi e quindi fare clic sul pulsante "Avvia simulazione": attendere che la tensione si stabilizzi, quindi fare clic e tenere premuto il tasto sinistro del mouse sul potenziometro. Trascina il mouse e sposta il potenziometro per controllare il servo.

È possibile notare che la larghezza dell'impulso cambia sull'oscilloscopio superiore, mentre la frequenza dell'impulso rimane la stessa sul secondo oscilloscopio.

Passaggio 5: ultimo ma non meno importante… la cosa reale

Se vuoi andare oltre e costruire il circuito stesso, qui puoi trovare lo schema, il layout del PCB (è un PCB a lato singolo che puoi facilmente fabbricare a casa), il layout dei componenti, il layout del rame e l'elenco delle parti.

Una piccola nota sui trimmer:

• il trimmer blu imposta la frequenza del segnale
• il trimmer nero centrale imposta il limite di rotazione inferiore
• il restante trimmer nero imposta il limite di rotazione superiore

Una breve nota utile per calibrare il circuito per un particolare servo:

1. imposta il potenziometro principale a zero
2. regolare il trimmer nero centrale fino a quando il servo non è regolato stabilmente al limite inferiore senza vibrare
3. ora imposta il potenziometro principale al massimo
4. regolare il restante trimmer nero fino a quando il servo non è regolato stabilmente al limite superiore senza vibrare

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