Arduino avtomatlashtirilgan ekranli ekran loyihasi uchun qadam dvigatel va haydovchini tanlash: 12 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:25

Ushbu yo'riqnomada men avtomatlashtirilgan soyali ekran prototipi uchun qadam dvigateli va haydovchini tanlash uchun qilgan qadamlarni o'taman. Soyali ekranlar - bu mashhur va arzon Coolaroo qo'l krankli modellari, va men qo'l kranklarini zinapoyali dvigatellar bilan almashtirmoqchi edim, ular quyosh chiqish va quyosh botish vaqtiga qarab soyalarni ko'tarish va tushirish uchun dasturlashtirilishi mumkin edi. Loyiha Amazon.com yoki AutoShade.mx -da topiladigan mahsulotga kamida beshta takrorlash natijasida rivojlandi, lekin qadam dvigatelini va uning haydovchi elektronikasini tanlash jarayoni Arduino -ga asoslangan boshqa ko'plab loyihalarda qo'llanilishi kerak.

Prototip elektronika uchun tanlangan dastlabki konfiguratsiya Arduino Uno (Rev 3) protsessori (Adafruit #50) bo'lib, displeylar uchun taxtali (Adafruit #399), real vaqtda soat vaqtini (Adafruit #1141) va ikki pog'onali dvigatellar (Adafruit #1438)). Barcha platalar protsessor bilan ketma -ket I2C interfeysi yordamida aloqa o'rnatadilar. Bularning barchasi uchun dasturiy ta'minot drayverlari mavjud, bu esa ekranni boshqarish moslamasini ishlab chiqishni ancha soddalashtiradi.

1 -qadam: talablarni aniqlang

Soyalar hech bo'lmaganda qo'l krankkasidagi kabi tez ishlashi kerak. Qo'lning barqaror aylanish tezligi sekundiga 1 krank bo'lishi mumkin. Ko'p pog'onali dvigatellarning qadam o'lchami 1,8 darajani tashkil qiladi, yoki aylanishda 200 qadam. Shunday qilib, minimal qadam tezligi sekundiga 200 qadam bo'lishi kerak. Ikki marta, bundan ham yaxshiroq bo'lardi.

Coolaroo chuvalchang tishli qutisi orqali soyani ko'tarish yoki tushirish torku kalibrlangan tork tornavida (McMaster Carr #5699A11 diapazoni +/- 6 dyuymli) yordamida sayohatning yuqori va pastki qismidagi 9 ta soya ekranida o'lchandi. Bu "ajralish" momenti edi va u juda xilma -xil edi. Minimal 0,25 dyuym va maksimal 3,5 dyuym edi. Torkning o'lchov o'lchov birligi N-m va 3-in-lbs.40 N-m, men nominal "ishqalanish momenti" sifatida ishlatganman.

Bosqichli motor sotuvchilari negadir motor momentini kg-sm birliklarida belgilaydilar. Yuqoridagi 0,4 N-m minimal moment 4,03 Kg-sm. Tork chegarasi uchun men ikki baravar yoki taxminan 8 kg vaznli dvigatelga ega bo'lishni xohlardim. O'chirish bo'yicha mutaxassislar ro'yxatidagi pog'onali dvigatellarni ko'rib chiqib, menga 23 o'lchamli dvigatel kerakligini aytdi. Ular qisqa, o'rta va uzun suyakka uzunliklarida va har xil o'rashlarda mavjud.

2 -qadam: Dinamometrni yarating

Bosqichli dvigatellarning aylanish tezligi va aylanish momentiga bog'liq bo'lgan aniq moment va tezlik xarakteristikasi mavjud. Tork tezligi bilan kamayishining ikkita sababi bor. Birinchisi, qo'llaniladigan kuchlanishga qarshi bo'lgan o'rashlarda orqa EMF (kuchlanish) ishlab chiqilgan. Ikkinchidan, o'rash indüktansı har bir qadamda sodir bo'ladigan oqim o'zgarishiga qarshi.

Bosqichli dvigatelning ishlashini dinamik simulyatsiya yordamida bashorat qilish mumkin va uni dinamometr yordamida o'lchash mumkin. Men ikkalasini ham qildim, lekin simulyatsiyani muhokama qilmayman, chunki test ma'lumotlari haqiqatan ham simulyatsiya to'g'riligini tekshirishdir.

Dinamometr boshqariladigan tezlikda ishlayotganda dvigatelning momentini o'lchash imkonini beradi. Kalibrlangan magnit zarrachali tormoz dvigatelga yuk momentini qo'llaydi. Tezlikni o'lchashning hojati yo'q, chunki u yuk momenti dvigatel imkoniyatidan oshguncha dvigatelning qadam tezligiga teng bo'ladi. Bu sodir bo'lganda, vosita sinxronizatsiyani yo'qotadi va baland ovozda raketka chiqaradi. Sinov protsedurasi doimiy tezlikni boshqarish, tormoz orqali tokni asta -sekin oshirish va dvigatel sinxronlashdan oldin uning qiymatini qayd etishdan iborat. Bu har xil tezlikda takrorlanadi va moment va tezlik sifatida chiziladi.

Tanlangan magnit zarracha tormozi-Ebayda sotib olingan Placid Industries B25P-10-1 modeli. Bu model endi ishlab chiqaruvchining veb-saytida ro'yxatga olinmagan, lekin uning qismlar sonidan boshlab, u 25 dyuym = 2.825 N-m bo'lgan maksimal momentni ta'minlaydi va lasan 10 VDC (maksimal) uchun mo'ljallangan. Bu 23 dvigatelli dvigatellarni sinovdan o'tkazish uchun juda mos keladi, ular taxminan 1,6 N-m tepalik momentlarini ishlab chiqaradi. Bunga qo'shimcha ravishda, bu tormoz NMEA 23 dvigatellari bilan bir xil bo'lgan uchuvchi teshik va o'rnatish teshiklari bilan birga kelgan, shuning uchun uni dvigatel bilan bir xil o'lchamdagi mahkamlagich yordamida o'rnatish mumkin. Dvigatellar yarim dyuymli vallarga ega va tormoz yarim dyuymli mil bilan ta'minlangan, shuning uchun Ebayda bir xil o'lchamdagi vallarga ega moslashuvchan ulash adapteri sotib olingan. Alyuminiy asosga ikkita qavsga o'rnatish kifoya edi. Yuqoridagi fotosuratda sinov stendi ko'rsatilgan. O'rnatish qavslari Amazon va Ebay -da mavjud.

Magnit zarracha tormozining tormoz momenti o'rash oqimiga mutanosib. Tormozni kalibrlash uchun, torkni o'lchaydigan ikkita tornavida, zanjirli dvigatel sifatida tormozning qarama -qarshi tomonidagi milga ulangan. Ishlatilgan ikkita tornavida McMaster Carr qism qismlari 5699A11 va 5699A14 edi. Birinchisining maksimal moment diapazoni 6 in-lb = 0,678 N-m, ikkinchisining maksimal aylanish diapazoni 25 in-lb = 2,825 N-m. Oqim o'zgaruvchan doimiy quvvat manbai CSI5003XE (50 V/3A) dan ta'minlangan. Yuqoridagi grafikda o'lchangan moment va oqim ko'rsatilgan.

E'tibor bering, ushbu testlar uchun qiziqish oralig'ida tormoz momentini chiziqli munosabatlar Torque (N-m) = 1,75 x Tormoz oqimi (A) bilan chambarchas yaqinlashtirish mumkin.

3 -qadam: Nomzod qadam haydovchilarini tanlang

Bosqichli dvigatellar bitta o'rash bilan to'liq harakatlanishi mumkin, bu odatda bitta qadam deb ataladi, ikkala o'rash ham to'liq faol (DUBLE qadam) yoki ikkalasi ham qisman faol (MICROSTEPPING). Ushbu ilovada biz maksimal momentga qiziqamiz, shuning uchun faqat DUBLE qadam ishlatiladi.

Tork o'rash oqimiga mutanosib. Bosqichli dvigatel barqaror kuchlanish bilan dvigatelning nominal qiymatini chegaralash uchun etarli darajada yuqori bo'lsa, uni doimiy kuchlanish bilan boshqarishi mumkin. Adafruit #1438 Motorshield doimiy voltaj drayverlaridan (TB6612FNG) foydalanadi, ular 15 VDC, maksimal 1,2 amper. Bu haydovchi - yuqoridagi birinchi fotosuratda ko'rsatilgan kattaroq taxta (chapda ikkita qizi taxtasi bo'lmagan).

Doimiy kuchlanish drayveri bilan ishlash cheklangan, chunki oqim indüktansining ham, orqa EMF tufayli ham tezlikdagi oqim sezilarli darajada kamayadi. Muqobil yondashuv - pastroq qarshilik va indüktans sargısı bo'lgan motorni tanlash va uni doimiy oqim bilan haydash. Ruxsat etilgan oqim, qo'llaniladigan kuchlanishni modulyatsiya qiluvchi impuls kengligi orqali ishlab chiqariladi.

Doimiy oqim drayverini ta'minlash uchun ishlatiladigan ajoyib qurilma - Texas Instruments tomonidan ishlab chiqarilgan DRV8871. Bu kichik IC ichki oqim tuyg'usiga ega bo'lgan H ko'prigini o'z ichiga oladi. Tashqi qarshilik kerakli doimiy (yoki maksimal) oqimni o'rnatish uchun ishlatiladi. IC, oqim dasturlashtirilgan qiymatdan oshib ketganda, kuchlanishni avtomatik ravishda uzib qo'yadi va ba'zi chegaradan pastga tushganda uni qayta ishga soladi.

DRV8871 45 VDC da, maksimal 3,6 amperda baholanadi. U ulanish harorati 175 daraja S ga yetganda, kuchlanishni uzib qo'yadigan ichki yuqori haroratni sezish sxemasini o'z ichiga oladi. IC faqat pastki qismida termal yostig'i bo'lgan 8 pinli HSOP paketida mavjud. TI bitta ICni o'z ichiga olgan ishlab chiqarish kartasini sotadi (bir qadamli dvigatel uchun ikkitasi kerak), lekin bu juda qimmat. Adafruit va boshqalar kichik prototip taxtasini sotadilar (Adafruit #3190). Sinov uchun, ulardan ikkitasi Adafruit Motorshield bortiga o'rnatilgan, yuqoridagi birinchi rasmda ko'rsatilgandek.

TB6612 va DRV8871 -ning hozirgi haydovchi imkoniyatlari amalda qismlar ichidagi harorat ko'tarilishi bilan cheklangan. Bu qismlarning issiqlik cho'kishi va atrof -muhit haroratiga bog'liq bo'ladi. Mening xonadagi harorat sinovlarida DRV8871 (Adafruit № 3190) qizg'in platalari 2 amperda 30 soniya ichida haddan tashqari harorat chegaralariga etib kelishdi va zinapoyali motorlar juda tartibsiz bo'lib qoldi (yuqori haroratli kontaktlarning zanglashiga olib chiqib ketishi bilan bir fazali intervalgacha). DRV8871 -ni qizg'in taxtalar sifatida ishlatish - bu baribir, shuning uchun ikkita pog'onali dvigatelni boshqarish uchun to'rtta haydovchidan iborat yangi qalqon (AutoShade #100105) ishlab chiqilgan. Bu taxta IC -larni isitish uchun har ikki tomonning katta miqdordagi er tekisligi bilan yaratilgan. U Arduino uchun Adafruit Motorshield bilan bir xil ketma -ket interfeysdan foydalanadi, shuning uchun haydovchilar uchun xuddi shu kutubxona dasturidan foydalanish mumkin. Yuqoridagi ikkinchi fotosuratda ushbu elektron karta ko'rsatilgan. AutoShade #100105 haqida qo'shimcha ma'lumot olish uchun Amazon yoki AutoShade.mx veb -saytidagi ro'yxatni ko'ring.

Mening soyali ekranli ilovamda, har bir soyani tezlik va soya masofasiga qarab ko'tarish yoki tushirish uchun 15 dan 30 sekundgacha vaqt ketadi. Shunday qilib, oqim cheklangan bo'lishi kerak, chunki ish paytida haddan tashqari harorat chegarasiga etib bo'lmaydi. 100105-da haddan tashqari harorat chegaralariga erishish vaqti 1,6 amperlik oqim chegarasi bilan 6 daqiqadan oshadi va 2,0 amperli oqim chegarasi bilan 1 daqiqadan oshadi.

4 -qadam: Step Motors nomzodini tanlang

O'chirish bo'yicha mutaxassislar 23 qadamli ikkita dvigatelga ega, ular 8 kg sm zarur momentni ta'minlaydi. Ikkalasida ham markaziy kranlari bo'lgan ikki fazali o'rash mavjud, shuning uchun ularni to'liq yoki yarim o'rash bilan bog'lab qo'yish mumkin. Ushbu dvigatellarning texnik xususiyatlari yuqoridagi ikkita jadvalda keltirilgan. Ikkala dvigatel ham mexanik jihatdan deyarli bir xil, lekin elektr 104 dvigateli 207 dvigateliga qaraganda ancha past qarshilik va indüktansa ega. Aytgancha, elektr spetsifikatsiyasi yarim lasan qo'zg'alishi uchun. Butun o'rash ishlatilganda qarshilik ikki barobar ortadi va indüktans 4 barobar oshadi.

5 -qadam: Nomzodlarning aylanish momenti va tezligini o'lchang

Dinamometr (va simulyatsiya) yordamida bir qator dvigatel/o'rash/oqim haydovchi konfiguratsiyasi uchun moment va tezlik egri chiziqlari aniqlandi. Ushbu testlar uchun dinamometrni ishga tushirish uchun ishlatiladigan dasturni (eskizni) AutoShade.mx saytidan yuklab olish mumkin.

6 -qadam: Nominal oqimdagi 57BYGH207 yarim sariqning doimiy kuchlanish drayveri

57BYGH207 dvigateli 12 V kuchlanishli yarim g'altakka ega (doimiy kuchlanish rejimi) 0,4 amperga olib keladi va haydovchining asl konfiguratsiyasi edi. Bu motorni to'g'ridan -to'g'ri Adafruit № 1434 Motorshield -dan haydash mumkin. Yuqoridagi rasmda simulyatsiya qilingan va o'lchangan moment tezligining xususiyatlari, eng yomon ishqalanish ko'rsatilgan. Ushbu dizayn sekundiga 200 dan 400 qadamgacha ishlash uchun zarur bo'lgan kerakli momentdan ancha past bo'ladi.

7 -qadam: Nominal oqimdagi 57BYGH207 yarim sariqning doimiy oqimi

Amaldagi kuchlanishni ikki barobarga oshirish, lekin tokni 0,4 ampergacha cheklash uchun maydalagichdan foydalanish yuqorida ko'rsatilganidek ish faoliyatini sezilarli darajada yaxshilaydi. Amaldagi kuchlanishni yanada oshirish ish faoliyatini yanada yaxshilaydi. Ammo bir necha sabablarga ko'ra 12 VD dan yuqori ishlash istalmagan.

· DRV8871 kuchlanish 45 VDC bilan cheklangan

· Yuqori kuchlanishli devorga o'rnatiladigan quvvat manbalari unchalik keng tarqalgan emas va ular qimmatroq

· Arduino dizaynida ishlatiladigan mantiqiy sxemalar uchun 5 VDC quvvatini etkazib berish uchun ishlatiladigan voltaj regulyatorlari 15 VDC max bilan cheklangan. Shunday qilib, dvigatellarni undan yuqori kuchlanishlarda ishlatish uchun ikkita quvvat manbai kerak bo'ladi.

8 -qadam: Nominal oqimdagi 57BYGH207 to'liq sariqning doimiy oqimi

Bu simulyatsiya bilan ko'rib chiqilgan, lekin sinovdan o'tkazilmagan, chunki menda 48 V quvvat manbai yo'q edi. To'liq lasan nominal tok bilan harakatlanayotganda past tezlikdagi moment ikki baravar ko'payadi, lekin keyin tezlik bilan tezroq tushib ketadi.

9 -qadam: Nominal oqimdagi 57BYGH104 to'liq sariqning doimiy oqimi

12 VDC va 1.0A oqimi bilan yuqorida ko'rsatilgan moment tezligining xarakteristikasi natija beradi. Sinov natijalari sekundiga 400 qadamda ishlash talablariga javob beradi.

10 -qadam: 57BYGH104 to'liq sariqning doimiy oqimi 3/4 nominal oqimda

Sarg'ish toklarini 1,6 ampergacha oshirish moment chegarasini sezilarli darajada oshiradi.

11 -qadam: Nominal oqimdagi 57BYGH104 to'liq sariqning doimiy oqimi

Agar o'rash oqimlari 2A ga ko'tarilsa va tork yuqorida ko'rsatilganidek oshsa, lekin simulyatsiya bashorat qilgandek emas. Shunday qilib, aslida bu yuqori oqimlarda momentni cheklaydigan narsa yuz bermoqda.

12 -qadam: Yakuniy tanlov

Yarim emas, balki to'liq lasanni ishlatish yaxshiroqdir, lekin 207 dvigateli uchun yuqori kuchlanish talab qilinmaydi. 104 dvigatel pastroq kuchlanish bilan ishlashga imkon beradi. Shuning uchun bu vosita tanlangan.

57BYGH104 dvigatelining to'liq sariq qarshiligi 2,2 ohmni tashkil qiladi. DRV8871da FETS haydovchining qarshiligi taxminan 0,6 ohmni tashkil qiladi. Dvigatellarga va undan chiqadigan simlarning odatiy qarshiligi taxminan 1 ohmni tashkil qiladi. Shunday qilib, bitta dvigatel zanjirida tarqatiladigan quvvat - bu 3,8 ohmli o'rash oqimi. Umumiy quvvat ikki baravar ko'p, chunki ikkala o'rash ham bir vaqtning o'zida boshqariladi. Yuqorida ko'rib chiqilgan o'rash oqimlari uchun natijalar ushbu jadvalda ko'rsatilgan.

Dvigatel oqimlarini 1,6 ampergacha cheklash bizga kichikroq va arzonroq 24 vatt quvvat manbasidan foydalanishga imkon beradi. Tork chegarasi juda oz yo'qoladi. Bundan tashqari, qadam dvigatellari jim qurilmalar emas. Ularni yuqori oqimda haydash ularni baland ovozda qiladi. Shunday qilib, past kuch va jim ishlash manfaati uchun joriy chegara 1,6 amperga teng deb tanlandi.