Controller motore: 4 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Una scheda controller a 6 motori che utilizza chip LMD18200.

Passaggio 1: requisiti

Determina le tue esigenze. Gli LMD18200 possono commutare 3A a 55 V. Il progetto, la mia tesi di laurea, che utilizzava questa scheda di controllo motore includeva 6 servomotori che richiedevano solo un paio di centinaia di milliampere a 12 V. La tesi era la progettazione di un rover planetario da laboratorio per testare nuovi algoritmi di controllo presso il Field and Space Robotics Laboratory del MIT.

Passaggio 2: progettare il circuito

Il controllo del motore è ottenuto attraverso la modulazione dell'ampiezza dell'impulso. Sebbene gli amplificatori PWM siano leggermente più complicati sia nell'hardware che nel controllo, sono molto più efficienti dal punto di vista energetico degli amplificatori lineari. Un amplificatore PWM funziona commutando molto rapidamente la corrente o la tensione su un carico tra gli stati on e off. La potenza fornita al carico è determinata dal duty cycle della forma d'onda di commutazione. A condizione che la dinamica del carico sia più lenta della frequenza di commutazione, il carico vede la media temporale.

In questo progetto, la frequenza di commutazione è di circa 87 kHz, che è stata sintonizzata sui motori del rover. Il duty cycle è controllato in tensione impostando la soglia di oscillatori monostabili pilotati da un oscillatore astabile. Un convertitore digitale-analogico sul computer del rover controlla la tensione di soglia e quindi il ciclo di lavoro degli amplificatori. Le forme d'onda PWM sono generate da sette timer (ciascuno dei quattro 556 ha due timer e l'ottavo timer non è utilizzato). Il primo timer è impostato per un'oscillazione stabile e commuta tra uno stato acceso e uno spento a 87 kHz. Questo segnale di clock a 87 kHz viene inviato ai trigger degli altri sei timer, che sono impostati per funzionare in modalità monostabile. Quando un timer monostabile riceve un segnale di trigger, cambia stato da spento (0 volt) a acceso (5 volt) per un periodo di tempo impostato dalla tensione di ingresso. Il tempo massimo è circa il 75% del periodo del segnale di clock astabile e il tempo minimo è zero. Variando le tensioni di ingresso, ogni timer monostabile genererà un'onda quadra di 87 kHz con duty cycle compreso tra 0 e 75%. I chip LMD18200 agiscono semplicemente come interruttori digitali controllati dall'uscita dei timer e dagli ingressi digitali di freno e direzione dal computer.

Passaggio 3: fabbricare il circuito stampato

I circuiti stampati sono stati fabbricati attraverso un processo di incisione chimica. Utilizzando una stampante laser standard, la traccia del circuito è stata stampata su carta idrosolubile. Il toner su questa carta è stato trasferito mediante riscaldamento a un pannello composito di rame e materiale isolante. Ho usato la barra fusore di una stampante laser smontata, ma anche un ferro da stiro può fare il trucco. I resti della carta sono stati quindi lavati via, lasciando solo il toner nel motivo della traccia del circuito. Il cloruro ferrico ha inciso il rame esposto rimuovendolo dalla scheda. Il toner rimanente è stato rimosso a mano utilizzando il lato verde di una spugna, lasciando solo le tracce del circuito in rame. In alternativa, sono disponibili dei kit che rendono questo processo abbastanza semplice.

Passaggio 4: saldare nei componenti

Saldare in tutti i componenti. Poiché era solo una scheda a strato singolo, erano necessari alcuni ponticelli.