556 Servocontrolador: 5 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Los servos (también servos RC) son servomotores pequeños, baratos y fabricados en serie que se utilizan para control de radio y robótica a pequeña escala. Están diseñados para ser controlados fácilmente: la posición del potenciómetro interno se compara continuamente con la posición ordenada desde el dispositivo de control (es decir, el control de radio). Cualquier diferencia da lugar a una señal de error en la dirección adecuada, que impulsa el motor eléctrico hacia adelante o hacia atrás, y mueve el eje a la posición ordenada. Cuando el servo alcanza esta posición, la señal de error se reduce y luego se vuelve cero, momento en el que el servo deja de moverse.

Los servos de control de radio se conectan a través de una conexión estándar de tres cables: dos cables para una fuente de alimentación de CC y uno para control, que llevan una señal de modulación de ancho de pulso (PWM). El voltaje estándar es 4.8 V DC, sin embargo, 6 V y 12 V también se usan en algunos servos. La señal de control es una señal PWM digital con una frecuencia de cuadro de 50 Hz. Dentro de cada período de tiempo de 20 ms, un pulso digital activo-alto controla la posición. El pulso oscila nominalmente entre 1,0 ms y 2,0 ms, siendo siempre 1,5 ms el centro del rango.

No necesita un microcontrolador o una computadora para controlar un servo. Puede utilizar el venerable temporizador 555 IC para proporcionar los pulsos necesarios a un servo.

Muchos circuitos basados en microcontroladores están disponibles en la red. También hay algunos circuitos disponibles para probar servos basados en 555 individuales, pero quería una sincronización precisa sin que la frecuencia variara en absoluto. Sin embargo, tenía que ser barato y fácil de construir.

Paso 1: PWM ¿Qué?

Como sugiere su nombre, el control de velocidad de modulación de ancho de pulso funciona impulsando el motor con una serie de pulsos de "ENCENDIDO-APAGADO" y variando el ciclo de trabajo, la fracción de tiempo que el voltaje de salida está "ENCENDIDO" en comparación con cuando está "APAGADO"”, De los pulsos manteniendo constante la frecuencia.

El concepto detrás de este circuito es que usa dos temporizadores para generar la señal de salida PWM (Modulación de ancho de pulso) para manejar el servo.

El primer temporizador funciona como un multivibrador astable y genera la "frecuencia portadora", o la frecuencia de los pulsos. ¿Suena confuso? Bueno, aunque el ancho de pulso de la salida puede variar, queremos que el tiempo desde el inicio del primer pulso hasta el inicio del segundo pulso sea el mismo. Ésta es la frecuencia de aparición de pulsos. Y aquí es donde este circuito supera la frecuencia variable de la mayoría de los circuitos 555 individuales.

El segundo temporizador actúa como un multivibrador monoestable. Esto significa que debe activarse para generar un pulso propio. Como se dijo anteriormente, el primer temporizador activará el segundo en un intervalo fijo definido por el usuario. Sin embargo, el segundo temporizador tiene un potenciómetro externo que se utiliza para establecer el ancho del pulso de salida o, en efecto, determinar el ciclo de trabajo y, a su vez, la rotación del servo. Vayamos al esquema …

Paso 2: Un poco de matemáticas … Frecuencia

El circuito utiliza un LM556 o NE556, que se puede sustituir por dos 555. Decidí usar el 556 porque es un 555 dual en un solo paquete. El circuito temporizador izquierdo, o generador de frecuencia, se configura como un multivibrador astable. La idea es lograr que produzca una frecuencia portadora de aproximadamente 50 Hz, desde donde se agregará un ciclo de trabajo mediante el temporizador de la derecha o el generador de ancho de pulso.

C1 se carga a través de R1, R4 (utilizado para configurar la frecuencia) y R2. Durante este tiempo, la salida es alta. Entonces C1 se descarga a través de R1 y la salida es baja.

F = 1,44 / ((R2 + R4 + 2 * R1) * C1)

F = 64Hz para R1 = 0

F = 33Hz para R1 = 47k

En el circuito simulado simplificado, sin embargo, se omite R1 y la frecuencia es fija de 64 Hz.

¡Muy importante! Queremos que el tiempo que la salida es baja sea más corto que el ancho de pulso mínimo del generador de ancho de pulso.

Paso 3: Un poco de matemáticas … Pulse

El generador de ancho de pulso, o el temporizador de la derecha, se configura en modo monoestable. Esto significa que cada vez que se activa el temporizador, da un pulso de salida. El tiempo del pulso está determinado por R3, R5, R6 y C3. Se conecta un potenciómetro externo (100k LIN POT) para determinar el ancho de pulso, que determinará la rotación y extensión de rotación en el servo. R5 y R6 se utilizan para ajustar con precisión las posiciones más externas del servo, evitando que vibre. La fórmula utilizada es la siguiente:

t = 1,1 * (R3 + R5 + (R6 * POT) / (R6 + POT)) * C4

Entonces, el tiempo de pulso mínimo cuando todas las resistencias variables se establecen en cero es:

t = 1,1 * R3 * C4

t = 0,36 ms

Tenga en cuenta que este tiempo de ancho de pulso mínimo es más largo que el pulso de disparo para garantizar que el generador de ancho de pulso no genere constantemente pulsos de 0,36 ms uno tras otro, sino a una frecuencia constante de + - 64 Hz.

Cuando los potenciómetros están ajustados al máximo, el tiempo es

t = 1,1 * (R3 + R5 + (R6 * POT) / (R6 + POT)) * C4

t = 13 ms

Ciclo de trabajo = Ancho / intervalo de pulso.

Entonces, a una frecuencia de 64 Hz, el intervalo de pulso es de 15,6 ms. Por lo tanto, el ciclo de trabajo varía del 2% al 20%, siendo el centro el 10% (recuerde que el pulso de 1,5 ms es la posición central).

En aras de la claridad, los potenciómetros R5 y R6 se han eliminado de la simulación y se han reemplazado con una sola resistencia y un solo potenciómetro.

Paso 4: ¡Suficiente con las matemáticas! ¡Ahora vamos a jugar

Puede reproducir la simulación AQUÍ: simplemente haga clic en el botón "Simular", espere mientras se carga la simulación y luego haga clic en el botón "Iniciar simulación": espere a que se estabilice el voltaje, luego haga clic y mantenga presionado el botón izquierdo del mouse en el potenciómetro. Arrastre el mouse y mueva el potenciómetro para controlar el servo.

Puede observar el cambio de ancho de pulso en el osciloscopio superior, mientras que la frecuencia del pulso permanece igual en el segundo osciloscopio.

Paso 5: Por último, pero no menos importante … ¡lo real

Si desea ir más allá y construir el circuito en sí, aquí puede encontrar esquemas, diseño de PCB (es un PCB de un solo lado que puede fabricar fácilmente en casa), diseño de componentes, diseño de cobre y lista de piezas.

Una pequeña nota sobre los recortadores:

• el trimmer azul establece la frecuencia de la señal
• la recortadora negra central establece el límite de rotación inferior
• el recortador negro restante establece el límite de rotación superior

Una nota rápida útil para calibrar el circuito para un servo en particular:

1. poner el potenciómetro principal a cero
2. Ajuste el recortador negro central hasta que el servo se establezca de manera constante en el límite inferior sin vibrar.
3. ahora ajuste el potenciómetro principal al máximo
4. ajuste el recortador negro restante hasta que el servo se establezca de manera constante en el límite superior sin vibraciones

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