STEROWNIK SILNIKA NAPĘDZANY MOSET: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

KIEROWCY SILNIKÓW

• Sterowniki silników są nieodzowną częścią świata robotyki, ponieważ większość robotów wymaga silników do pracy i ich efektywnego działania, w grę wchodzą sterowniki silników.
• Są małym wzmacniaczem prądu; funkcją sterowników silników jest pobieranie sygnału sterującego o niskim prądzie, a następnie przekształcanie go w sygnał o wyższym prądzie, który może napędzać silnik.
• Niskoprądowy sygnał sterujący pochodzi z mikrokontrolera (w moim przypadku Arduino Uno), który może dawać wyjście w zakresie 0-5V przy maksymalnie 40mA, który jest następnie przetwarzany przez sterownik silnika na wyższy prąd wyjściowy tj. 12-24V przy 2- 4A.
• Sterowniki silnika zwykle mają dwie części

1. Obwód interpretera modulacji szerokości impulsu (PWM) do sterowania prędkością silnika zgodnie ze zmieniającym się wejściowym sygnałem PWM ze sterownika silnika.
2. Obwód sterowania kierunkiem do sterowania kierunkiem silnika.

Krok 1: OBWÓD INTERPRETERA PWM

WYMAGANE KOMPONENTY

1. MOSFET IRF250N
2. REZYSTOR 10K OHM
3. 2A DIODA*2
4. AKUMULATOR 12V

IRF 250N to MOSFET o poziomie logicznym, który konwertuje wejście 0-5 V na bramce na odpowiadające 0-Vmax (z podłączonego akumulatora).

Rezystor 10K OHM to rezystor pull-down, który utrzymuje sygnał logiczny w pobliżu zera woltów, gdy żadne inne aktywne urządzenie nie jest podłączone.

Diody służą jako dioda flyback. Dioda flyback (czasami nazywana diodą gaszącą) to dioda używana do wyeliminowania flyback, czyli nagłego skoku napięcia widocznego na obciążeniu indukcyjnym, gdy jego prąd zasilania zostanie nagle zmniejszony lub przerwany.

UWAGA- Ponieważ używana jest bateria zewnętrzna, musi być ona uziemiona z mikrokontrolerem. Odbywa się to poprzez podłączenie ujemnego bieguna akumulatora do GND mikrokontrolera.

Krok 2: OBWÓD STEROWANIA KIERUNKIEM

WYMAGANE KOMPONENTY

1. PRZEKAŹNIK 8 PIN (58-12-2CE OEN)
2. MOSFET IRF250N
3. REZYSTOR 10K OHM*3
4. 3mm LED *2

MOSFET użyty w tym obwodzie jest taki sam jak w poprzednim obwodzie, tj. IRF250N, ale zamiast dawać PWM na bramce, podajemy tylko Analog High i Low, ponieważ musimy tylko włączyć i wyłączyć przekaźnik.

Przekaźnik działa na 12V, ale Analog High odbierany z Arduino to max 5V, więc użyliśmy tutaj MOSFET jako Switcha.

Zastosowany przekaźnik (58-12-2CE OEN) to 8-pinowy.

• Pierwsze 2 piny to aktywatory cewki, tj. Gdy są zasilane, przełączają łączność wspólnego z normalnie podłączonego (NC) na normalnie otwarte (NO).
• Wspólny odbiera wejście w celu dostarczenia go na wyjście (silnik).
• NC otrzymuje zasilanie ze wspólnego, gdy cewka nie jest zasilana, a NO jest odłączone.
• Gdy cewka jest zasilana, NO otrzymuje zasilanie ze wspólnego, a NC zostaje odłączony.

Przechodzimy między NO i NC, co zapewni nam zmianę polaryzacji

Dwie diody LED są podłączone równolegle do wyjścia wraz z rezystancją 10K omów, obie w przeciwnej polaryzacji. Będą działać jako sygnalizator kierunku, ponieważ będzie świecić, gdy prąd płynie w jednym kierunku i odwrotnie.

Krok 3: MIKROKONTROLER

Mikrokontroler ma 2 sygnały do dostarczenia

1. PWM do zmiany prędkości silnika.
2. Analog High i Low do zmiany kierunku silnika.

KOD ZNAJDUJE SIĘ W ZAŁĄCZNIKU

Wyjście z PWM PIN 3 jest podłączone do bramki obwodu interpretera PWM.

Wyjście z PIN 11 jest podłączone do bramki obwodu przekaźnika.

UWAGA - Jeśli oba obwody korzystają z tego samego źródła zasilania, tylko jeden z nich wymaga wspólnego uziemienia; jeśli używane są 2 źródła zasilania, oba obwody muszą być wspólnie uziemione

WEJŚCIE=

0 i 1 dla kierunku

0-255 dla prędkości; 0 do zatrzymania i 255 do maksymalnej prędkości.

FORMAT=

przestrzeń

Np. = 1 255

0 50

WAŻNE NALEŻY PAMIĘTAĆ, ŻE OBWÓD PWM INTERPRETER JEST WYSTARCZAJĄCY, JEŚLI UŻYTKOWNIK CHCE TYLKO ZMIENIĆ PRĘDKOŚĆ SILNIKA LUB WŁĄCZYĆ GO I WYŁĄCZYĆ BEZ ZMIANY JEGO KIERUNKU

Krok 4: INTEGRACJA SYSTEMU

Po wykonaniu wszystkich elementów sterownika silnika czas na integrację wszystkich trzech tj. interpreter PWM, układ przekaźników z mikrokontrolerem.

• Wyjście interpretera PWM jest podłączone do masy przekaźnika.
• Oba obwody są połączone z baterią za pomocą PowerBoard. PowerBoard to obwód bezpieczeństwa składający się z kondensatora (używanego do filtrowania wejścia), diody (do sprawdzenia polaryzacji baterii) i bezpiecznika (do ograniczenia prądu) w celu ochrony obwodu w ekstremalnych warunkach.

PowerBoard nie jest potrzebny, gdy silnik nie jest obciążony, ale podczas używania sterownika silnika w robocie zaleca się jego użycie.

• Podłącz bramkę na obwodzie interpretera PWM do pinu 3 PWM
• Podłącz bramkę obwodu przekaźnika do styku 11.

Krok 5: ROZWÓJ

• Początkowo do przełączania przekaźnika używałem tranzystora, ale nie był w stanie poradzić sobie z przepływającym przez niego prądem, więc musiałem przełączyć się na MOSFET.
• Użyłem kondensatora między źródłem a bramką MOSFET, aby zapewnić brak przepływu prądu między nimi, ale później zdałem sobie sprawę, że nie jest to potrzebne.