Arduino автоматташтырылган көлөкө экраны долбоору үчүн кадам моторун жана драйверди тандоо: 12 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:40

Бул Нускамада мен Автоматташтырылган көлөкө экраны долбоорунун прототипине Step Motor жана Driver тандоо үчүн жасаган кадамдарымдан өтөм. Көлөкөлүү экрандар - популярдуу жана арзан Coolaroo кол кранкалуу моделдери, мен кол моторлорун тепкич моторлор менен алмаштырууну кааладым, алар күндүн чыгышына жана күндүн батышына жараша көлөкөлөрдү көтөрүү жана түшүрүү үчүн программаланышы мүмкүн. Долбоор Amazon.com же AutoShade.mx сайтынан таба турган продуктка кеминде беш жолу кайталанган, бирок тепкич моторун жана анын драйверинин электроникасын тандоо процесси башка көптөгөн Arduino долбоорлоруна тиешелүү болушу керек.

Прототип электроникасы үчүн тандалган алгачкы конфигурация Arduino Uno (Rev 3) процессору (Adafruit #50) дисплей такталары менен (Adafruit #399), реалдуу убакыт саатынын убактысы (Adafruit #1141) жана эки баскычтуу мотор драйверлери (Adafruit #1438) болгон.). Бардык такталар процессор менен сериялык I2C интерфейсин колдонуп байланышат. Программалык камсыздоонун драйверлери булардын баарында жеткиликтүү, алар көлөкөлүү экран контроллерин өнүктүрүүнү бир топ жөнөкөй кылууда.

1 -кадам: Талаптарды аныктоо

Көлөкөлөр, жок эле дегенде, кол менен басуу сыяктуу тез иштеши керек. Туруктуу колдун кыймылынын ылдамдыгы секундасына 1 кранк болушу мүмкүн. Көпчүлүк тепкич моторлордун кадамы 1,8 градус, же айлануу үчүн 200 кадам. Ошентип, минималдуу кадам ылдамдыгы секундасына болжол менен 200 кадам болушу керек. Эки эсе жакшы болмок.

Coolaroo курт тиштери аркылуу көлөкөнү көтөрүү же түшүрүү моменти калибрленген момент бурагычтын жардамы менен саякаттын үстү жана астындагы 9 көлөкө экрандарында өлчөнгөн (McMaster Carr #5699A11 диапазону +/- 6 фунт). Бул "бөлүнүп кетүүчү" момент болчу жана ал абдан ар түрдүү болгон. Минималдуу 0,25 дюйм жана максимум 3,5 дюйм болчу. Момент үчүн тиешелүү метрикалык өлчөө бирдиги N-m жана 3 in-lbs.40 N-m, мен аны номиналдык "сүрүлүү моменти" катары колдонгом.

Кадам мотор сатуучулары кандайдыр бир себептерден улам мотор моментин кг-см бирдигинде көрсөтүшөт. 0.4 Н-м жогорудагы минималдуу момент 4.03 кг-см. Татыктуу момент үчүн, мен мунун эки эсе же болжол менен 8 кг-см жеткире ала турган моторун кааладым. Райондук адистердин тизмегиндеги тепкич моторлорун карап, мага 23 өлчөмдүү мотор керек экенин тез эле көрсөтүштү. Бул кыска, орто жана узун стек узундугу жана ар кандай оромолордо бар.

2 -кадам: Динамометрди түзүңүз

Кадам моторлорунун айырмалоочу моменти менен ылдамдыгынын мүнөздөмөсү бар, бул алардын оромолорунун айдалышына жараша болот. Тордун ылдамдык менен азайышынын эки себеби бар. Биринчиси, арткы EMF (чыңалуу) колдонулган чыңалууга каршы турган оромолордо иштелип чыккан. Экинчиден, оролгон индуктивдүүлүк ар бир кадам сайын пайда болгон токтун өзгөрүшүнө каршы.

Баскычтуу мотордун иштешин динамикалык симуляция аркылуу болжоого болот жана аны динамометрдин жардамы менен өлчөөгө болот. Мен экөөнү тең кылдым, бирок симуляцияны талкуулабайм, анткени тест маалыматтары чындыгында симуляциянын тууралыгын текшерет.

Динамометр башкарылуучу ылдамдыкта иштеп жатканда мотордун моментинин кубаттуулугун өлчөөгө мүмкүндүк берет. Калибрленген магниттик бөлүкчө тормозу моторго жүк моментин колдонот. Ылдамдыкты өлчөөнүн кажети жок, анткени ал моменттин моментинин мүмкүнчүлүгүнөн ашмайынча мотордун кадам ылдамдыгына барабар болот. Мындай болгондон кийин мотор синхрондошууну жоготот жана катуу рэкет кылат. Сыноо процедурасы туруктуу ылдамдыкка буйрук берүүдөн, тормоз аркылуу токту акырындык менен жогорулатуудан жана мотор синхронду жоготуудан мурун анын маанисин белгилөөдөн турат. Бул ар кандай ылдамдыкта кайталанат жана моментке каршы ылдамдык катары сүрөттөлөт.

Магниттик бөлүкчөнүн тормозу Ebayден сатып алынган Placid Industries B25P-10-1 модели. Бул модель мындан ары өндүрүүчүнүн веб-сайтында көрсөтүлгөн эмес, бирок анын бөлүк санынан 25 ин-lb = 2.825 N-m чыңалуу моменти менен камсыздалат жана катуш 10 VDC (макс) үчүн иштелип чыккан. Бул болжол менен 1,6 Н-м чыңалуу моменттерин өндүрүү үчүн бааланган, каралып жаткан көлөмү 23 моторду сыноо үчүн эң ылайыктуу. Мындан тышкары, бул тормоз пилоттук тешик жана NMEA 23 моторлорунда колдонулганга окшош монтаждык тешиктер менен келген, ошондуктан аны мотор сыяктуу эле өлчөмдөгү монтаж кронштейнин жардамы менен орнотсо болот. Кыймылдаткычтарда ¼ дюймдук валдар бар жана тормоз ½ дюймдук вал менен келген, ошондуктан Ebayде бирдей көлөмдөгү валдары бар ийкемдүү кошкуч адаптери да сатылып алынган. Болгону алюминий базага эки кронштейнге орнотуу керек болчу. Жогорудагы сүрөттө сыноо стенди көрсөтүлгөн. Монтаж кронштейндери Amazon менен Ebayде жеткиликтүү.

Магнит бөлүкчөсүнүн тормоздук моменти токтун агымына пропорционалдуу. Тормозду калибрлөө үчүн, эки моментти өлчөөчү отвертка тепкичтин мотору катары тормоздун карама -каршы жагындагы валга туташтырылган. Колдонулган эки отвертка McMaster Carr бөлүк номерлери 5699A11 жана 5699A14 болгон. Биринчисинде максималдуу момент диапазону 6 in-lb = 0.678 N-m, экинчисинде 25 in-lb = 2.825 N-m болгон эң чоң момент диапазону бар. Учурдагы өзгөрмө DC энергия булагы CSI5003XE (50 V/3A) менен камсыз болгон. Жогорудагы диаграмма өлчөнгөн момент менен токту көрсөтөт.

Бул сыноолорго кызыгуу диапазонунда тормоздук моментти Torque (N-m) = 1.75 x Brake Current (A) сызыктуу мамилеси менен жакындан жакындоого болот.

3 -кадам: Кандидат Мотор Айдоочуларын Тандоо

Кадам моторлорун бир ором толук активдүү, көбүнчө БИР кадам деп аталат, эки оромо тең толугу менен активдүү (КОШ кадам) же экөө тең жарым -жартылай активдүү (MICROSTEPPING). Бул колдонмодо биз максималдуу моментке кызыкдарбыз, ошондуктан эки эселенген кадам гана колдонулат.

Тор оромо токко пропорционалдуу. Кадамдык мотор туруктуу чыңалуу менен башкарылышы мүмкүн, эгерде оромдун каршылыгы туруктуу абалдагы токту мотордун номиналдык маанисине чейин чектей алат. Adafruit #1438 Motorshield 15 VDC, максимум 1.2 амперге бааланган туруктуу чыңалуу драйверлерин (TB6612FNG) колдонот. Бул драйвер жогорудагы биринчи сүрөттө көрсөтүлгөн чоңураак такта (сол жактагы эки кызы такта жок).

Туруктуу чыңалуу айдоочусу менен иштөө чектелген, анткени ылдамдыктагы ток оролуучу индуктивдүүлүккө жана арткы EMFке байланыштуу абдан азайган. Альтернативалуу ыкма - каршылыгы жана индуктивдүүлүгү төмөн болгон моторду тандап алуу жана аны туруктуу ток менен башкаруу. Туруктуу ток колдонулган чыңалууну модулдаштыруучу импульстун туурасы аркылуу өндүрүлөт.

Туруктуу токту камсыздоо үчүн колдонулган эң сонун түзмөк Texas Instruments тарабынан жасалган DRV8871. Бул кичинекей IC ички агымдагы H көпүрөсүн камтыйт. Тышкы резистор керектүү туруктуу (же максималдуу) токту орнотуу үчүн колдонулат. IC токту программаланган мааниден ашып кеткенде автоматтык түрдө чыңалууну ажыратат жана кээ бир босогодон ылдый түшкөндө кайра колдонот.

DRV8871 45 VDC, 3,6 ампер максимумунда бааланат. Бул түйүндүн температурасы 175 градуска жеткенде чыңалууну ажыратуучу ички ашыкча температураны сезүү схемасын камтыйт. IC 8 жагындагы HSOP пакетинде гана бар, анын асты жагында термикалык блокнот бар. TI бир IC камтыган өнүктүрүү тактасын сатат (бир кадам мотору үчүн экөө талап кылынат), бирок бул абдан кымбат. Adafruit жана башкалар кичинекей прототиптөөчү тактаны сатышат (Adafruit #3190). Сыноо үчүн, алардын экөө Adafruit Motorshieldдин үстүнө орнотулган, бул биринчи сүрөттө көрсөтүлгөн.

TB6612 менен DRV8871дин учурдагы диск мүмкүнчүлүктөрү иш жүзүндө бөлүктөрдүн ичиндеги температуранын көтөрүлүшү менен чектелген. Бул бөлүктөрдүн жылуулук чөгүшүнө, ошондой эле айлана -чөйрөнүн температурасына жараша болот. Менин бөлмөмдөгү температура тесттеринде, DRV8871 кыз такталары (Adafruit #3190) 2 амперде болжол менен 30 секундада температуранын чегине жетип, тепкич моторлору өтө иретсиз болуп калышат (ашыкча температура схемасы үзүлүп -үзүлүп жатканда бир фазалуу мезгилдүү). DRV8871ди кыздын тактайы катары колдонуу - бул баары бир клюдж, андыктан эки тепкичтүү моторду иштетүү үчүн төрт драйверди камтыган жаңы калкан иштелип чыккан (AutoShade #100105). Бул такта ICлерди жылытуу үчүн эки тарапта тең көп өлчөмдөгү жер учагы менен иштелип чыккан. Бул Adafruit Motorshield сыяктуу Arduino үчүн бирдей интерфейсти колдонот, андыктан ошол эле китепкана программасы айдоочулар үчүн колдонулушу мүмкүн. Экинчи сүрөттө бул схема көрсөтүлгөн. AutoShade #100105 жөнүндө көбүрөөк маалымат алуу үчүн Amazon же AutoShade.mx веб -сайтындагы листингди караңыз.

Менин көлөкө экран тиркемесинде ылдамдыкка жана көлөкө аралыкына жараша ар бир көлөкөнү көтөрүү же түшүрүү үчүн 15-30 секунд талап кылынат. Ошентип, токту иштөө учурунда ашыкча температуранын чегине эч качан жетпегендей чектөө керек. 100105 боюнча ашыкча температуранын чегине жетүү убактысы 6 ампердик чеги менен 6 мүнөттөн жана 2.0 ампердик чеги менен 1 мүнөттөн ашык.

4 -кадам: Талапкер Моторлорду тандаңыз

Райондук адистердин керектүү 8 кг-см моментти камсыз кылган эки баскычтуу 23 тепкичтүү мотору бар. Экөөнүн тең борбордук крандары бар эки фазалуу оромолору бар, ошондуктан аларды толук оролгон же жарым оролгон кууп тургандай туташтырууга болот. Бул моторлордун өзгөчөлүктөрү жогорудагы эки таблицада келтирилген. Эки мотор тең механикалык жактан дээрлик бирдей, бирок электрдик 104 мотору 207 моторго караганда бир кыйла төмөн каршылыкка жана индуктивдүүлүккө ээ. Баса, электр спецификациясы жарым катушка дүүлүгүүсүнө арналган. Бүт ором колдонулганда каршылык эки эсе көбөйөт жана индуктивдүүлүк 4 эсе көбөйөт.

5 -кадам: талапкерлердин Torque Vs ылдамдыгын өлчөө

Динамометрди (жана симуляцияны) колдонуу менен мотор/оромо/токтун диски конфигурациясынын бир нече моменти жана ылдамдык ийри сызыгы аныкталган. Бул тесттердин динамометрин иштетүү үчүн колдонулган программаны (эскизди) AutoShade.mx сайтынан жүктөп алсаңыз болот.

6 -кадам: 57BYGH207 Жарым Катушкасынын туруктуу чыңалуусу

57VYGH207 мотору 12В (туруктуу чыңалуу режими) менен башкарылган жарым катушка менен 0.4 амперге алып келет жана баштапкы диск конфигурациясы болгон. Бул моторду түз Adafruit #1434 Motorshieldден айдоого болот. Жогорудагы сүрөттө симуляцияланган жана өлчөнгөн момент ылдамдыгынын мүнөздөмөсү эң начар абалдагы сүрүлүү менен бирге көрсөтүлгөн. Бул дизайн секундасына 200дөн 400 кадамга чейин иштөө үчүн керектүү моменттен бир топ төмөн.

7 -кадам: 57BYGH207 Жарым Катушкасынын Туруктуу Учурдагы Drive

Колдонулган чыңалууну эки эсе көбөйтүү, бирок токту 0,4 ампер менен чектөө үчүн чопперди колдонуу жогоруда көрсөтүлгөндөй иштөөнү жакшыртат. Колдонулган чыңалууну андан ары жогорулатуу иштөөнү ого бетер жакшыртат. Бирок 12 VDCден жогору иштөө бир нече себептерден улам жагымсыз.

· DRV8871 чыңалуусу 45 VDC менен чектелген

· Жогорку чыңалуу дубалга орнотулган энергия булактары анча кеңири таралган эмес жана кымбатыраак

· Arduino дизайнында колдонулган логикалык схема үчүн 5 VDC кубатын берүү үчүн колдонулган чыңалуу жөндөгүчтөрү 15 VDC max менен чектелген. Демек, моторлорду мындан жогорку чыңалууда иштетүү үчүн эки электр булагы керек болот.

8 -кадам: 57BYGH207 Толук Катушкасынын Туруктуу Учурдагы Айдоочусу

Бул симуляция менен каралды, бирок сыналган жок, анткени менде 48 В кубаттуулугу жок болчу. Толук катушка номиналдуу ток менен айдалганда, төмөн ылдамдыкта момент эки эсе көбөйөт, бирок андан кийин ылдамдык менен бат түшөт.

9 -кадам: 57BYGH104 Full Катушкасынын туруктуу агымы ated Номиналдуу ток

12 VDC жана 1.0А ток менен, жогоруда көрсөтүлгөн момент ылдамдыгынын мүнөздөмөсү. Тесттин жыйынтыктары секундасына 400 кадам менен иштөө талаптарына жооп берет.

10 -кадам: 57BYGH104 Full Coilдын туруктуу агымы 3/4 бааланган ток

Оролуучу токторду 1,6 амперге чейин көбөйтүү моментти кыйла жогорулатат.

11 -кадам: 57BYGH104 Толук Катушкасынын Туруктуу Учурдагы Айдоочусу

Эгерде оролуучу токтор 2Ага чейин көбөйтүлсө жана момент жогоруда көрсөтүлгөндөй көбөйөт, бирок симуляция болжогондой көп эмес. Ошентип, чындыгында бул жогорку агымдардын моментин чектеген бир нерсе болуп жатат.

12 -кадам: Акыркы тандоо

Толук катушка эмес, жарымына караганда, албетте, жакшыраак, бирок 207 мотору менен талап кылынбайт, анткени жогорку чыңалуу талап кылынат. 104 мотору төмөнкү чыңалууда иштөөгө мүмкүндүк берет. Бул мотор ошондуктан тандалып алынган.

57BYGH104 моторунун толук катушка каршылыгы 2,2 Ом. DRV8871деги FETS айдоочусунун каршылыгы болжол менен 0,6 Ом. Кыймылдаткычтарга жана моторлордун типтүү зым каршылыгы болжол менен 1 Ом. Ошентип, бир мотор схемасында тараган күч 3,8 Ом оролгон токтун квадраты. Жалпы кубаттуулук эки эсе көп, анткени эки оромо бир убакта айдалат. Жогоруда каралган оромо токтор үчүн жыйынтыктар ушул таблицада көрсөтүлгөн.

Мотор токторун 1,6 ампер менен чектөө бизге кичирээк жана анча кымбат эмес 24 ватт электр булагын колдонууга мүмкүндүк берет. Өтө аз момент маржа жоголот. Ошондой эле, тепкич моторлор тынч шаймандар эмес. Аларды жогорку ток менен айдап баруу алардын үнүн жогорулатат. Ошентип, азыраак бийликтин жана тынч иштөөнүн кызыкчылыгы үчүн учурдагы чек 1,6 ампер болуп тандалды.