V 219 številki revije Svet Elektronike smo nadgradili znanje o infrardečih prenosnih protokolih, ki se uporabljajo pri upravljanju naprav zabavne elektronike. Tako smo v seriji dveh člankov predstavili infrardeči sprejemnik in daljinski upravljalnik, ki ju je mogoče uporabiti za oddajanje in sprejemanje IR komand. Podrobno smo spoznali NEC protokol, ki je le eden izmed možnih protokolov prenosa komand na daljavo. Pri daljinskem upravljalniku smo se dotaknili generatorja pulzov, ki smo ga implementirali s pomočjo pulzno-širinske modulacije.
Tokratna številka revije Svet Elektronike predstavlja uporabo servomotorjev, ki se jih krmili s pomočjo pulzno-širinske modulacije. Ti motorji so namenjeni manjšim premikom, saj večinoma omogočajo vrtenje le v obsegu 180° (od -90° do +90°). Torej so namenjeni opravilom, kot je odpiranje/zapiranje lopute, krmiljenje letalskih zakrilc, ipd. V članku bomo uporabili relativno cenen servomotor, ki je zelo lahek (vsega 9 gramov) in mu je dovolj že napajanje preko računalniškega USB priključka. V kolikor imate kakšen močnejši servomotor, mu priskrbite dodatno zunanje napajanje.
Servomotor
Servomotorji [1] so na trgu prisotni že kar nekaj časa in jih uporabljajo v kar nekaj aplikacijah. So relativno majhne velikosti, a vendar zelo močni in energetsko učinkoviti. Zaradi teh lastnosti se večinoma uporabljajo v daljinsko ali radijsko upravljanih avtomobilčkih, manjših robotih in modelih letal. Večji servomotorji se uporabljajo v industrijskih aplikacijah, robotih, linijskih proizvodnjah, farmaciji, itd. Torej, kako delujejo ti motorji?
Vezje servomotorja je vgrajeno v samo ohišje motorja in ima pozicijsko gred, na katero je navadno nameščen zobnik (Slika 1). Pozicijo zasuka nam krmili vezje servomotorja, zato ni potrebno nič drugega, kot krmiliti električni signal na dodatni (tretji) liniji motorja, ki se pretvori v premik gredi.
Kaj je vgrajeno v servomotor?
Za razumevanje delovanja servomotorja je dobro, da pogledamo v drobovje motorja. Notranjost je zgrajena sila enostavno, saj je sestavljena iz enosmernega (DC) motorja, potenciometra in krmilnega vezja. Motor je preko zobnikov povezan s krmilnim kolesom. Z vrtenjem motorja se spreminja tudi upornost potenciometra, preko katerega krmilno vezje regulira kolikšna je potreba po premiku in v katero smer [1].
V primeru, ko nastavimo želeno vrednost pozicije gredi servomotorja, se bo ta, če slučajno ne bo v tej poziciji tudi odklonil v tisto smer. Ko se gred motorja zavrti do želene pozicije, se prekine električno napajanje motorja. Želena pozicija motorja se izraža preko električnih pulzov signalne žice, in sicer se dolžina pulzov giblje med minimalno in maksimalno vrednostjo. Hitrost motorja je proporcionalna razliki med trenutno in želeno pozicijo, kar pomeni, da če je trenutna pozicija blizu želeni poziciji, bo motor počasi rotiral. Ko pa je ta razlika velika, bo motor hitreje odreagiral in se premaknil do želene pozicije. To krmiljenje servomotorja imenujemo tudi proporcionalno krmiljenje. Zaradi načina odziva na krmiljenje, se bo motor vedno odzval z minimalnim vložkom energije, kar napravi motor nadvse energetsko učinkovit.
Kako krmilimo servomotor?
Servomotorje krmilimo s pomočjo električnih pulzov variabilne širine pripeljanih na signalno linijo, kar imenujemo tudi pulzno-širinska modulacija [2]. Krmiljenje servomotorja zajema minimalen pulz, maksimalen pulz ter stopnjo ponavljanja oz. periodo pulzno-širinske modulacije. Nevtralni položaj servomotorja je položaj, v katerem ima motor enako količino potencialne rotacije tako v smeri vrtenja urinega kazalca, kot tudi v nasprotni smeri vrtenja urinega kazalca. Ker že vemo, da znaša razpon rotacije 180°, označimo nevtralni položaj z 0° in dovolimo premik motorja v intervalu med -90° in 90°. Krmilje motorja pričakuje pulze vsakih 20 ms (če preračunamo v frekvenco, ta znaša 50 Hz), medtem ko se položaj gredi določi s spremenljivo širino PWM pulza. Navadno imajo servomotorji trajanje pulzov med 1 in 2 ms, kar pomeni, da bo pri 1 ms motor v položaju 0°, pri 2 ms pa v položaju 180°.
STM32F4-Discovery – Od začetnika do poznavalca (9) – servomotor
AX elektronika d.o.o.
2014_SE221_38
