Kuchagua Magari ya Dereva na Dereva kwa Mradi wa Skrini ya Kiotomatiki ya Kivuli cha Arduino: Hatua 12 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:51

Katika Agizo hili, nitapitia hatua ambazo nilichukua kuchagua Step Motor na Dereva kwa mfano wa mradi wa Screen Screen Shade. Skrini za kivuli ni mifano maarufu na isiyo na gharama kubwa ya mikono iliyofifia ya Coolaroo, na nilitaka kuchukua nafasi ya cranks za mikono na motors za hatua na mtawala wa kati ambaye anaweza kusanikishwa kukuza na kupunguza vivuli kulingana na kuhesabu jua na nyakati za jua. Mradi umebadilika kupitia angalau mara tano kwenye bidhaa ambayo unaweza kupata kwenye Amazon.com au AutoShade.mx, lakini mchakato wa kuchagua motor motor na umeme wake wa dereva ni moja ambayo inapaswa kutumika kwa miradi mingine mingi ya Arduino.

Usanidi wa awali uliochaguliwa kwa mfano wa umeme ulikuwa processor ya Arduino Uno (Ufu 3) (Adafruit # 50) na bodi za kuonyesha (Adafruit # 399), muda wa saa halisi (Adafruit # 1141) na madereva wa hatua mbili (Adafruit # 1438). Bodi zote zinawasiliana na processor kutumia kiolesura cha I2C cha serial. Madereva ya programu yanapatikana kwa haya yote kufanya maendeleo ya mdhibiti wa skrini ya kivuli iwe rahisi zaidi.

Hatua ya 1: Tambua Mahitaji

Vivuli vinapaswa kufanya kazi angalau kwa haraka kama kwa kukunja mikono. Kasi endelevu ya kukunja mikono inaweza kuwa crank 1 kwa sekunde. Motors nyingi za hatua zina saizi ya hatua ya digrii 1.8, au hatua 200 kwa mapinduzi. Kwa hivyo kasi ya hatua ya chini inapaswa kuwa karibu hatua 200 kwa sekunde. Mara mbili ambayo itakuwa bora zaidi.

Wakati wa kuinua au kupunguza kivuli kupitia gia ya minyoo ya Coolaroo ilipimwa kwenye skrini 9 za vivuli juu na chini ya safari yao kwa kutumia bisibisi ya torque iliyosawazishwa (McMaster Carr # 5699A11 kuwa na anuwai ya +/- 6 katika-lbs). Hii ilikuwa torque "iliyovunjika", na ilitofautiana sana. Kiwango cha chini kilikuwa 0.25 katika-lbs na kiwango cha juu kilikuwa 3.5 katika-lbs. Kitengo sahihi cha kipimo cha torque ni N-m na 3 in-lbs ni.40 Nm ambayo nilitumia kama "msuguano wa msuguano".

Wauzaji wa hatua za magari hutaja torque ya gari katika vitengo vya kg-cm kwa sababu fulani. Kiwango cha chini cha hapo juu cha 0.4 Nm ni 4.03 Kg-cm. Kwa margin nzuri ya torati nilitaka motor inayoweza kutoa mara mbili hii au karibu 8 Kg-cm. Kuangalia juu ya motors za hatua zilizoorodheshwa kwa Wataalam wa Mzunguko zilionyesha haraka kwamba ninahitaji saizi 23 ya fremu. Hizi zinapatikana kwa urefu mfupi, wa kati na mrefu wa kurunzi na aina ya vilima.

Hatua ya 2: Jenga Dynamometer

Motors za hatua zina torque tofauti na tabia ya kasi ambayo inategemea njia ambayo vilima vyao vinaendeshwa. Kuna sababu mbili kwa nini torque inapungua kwa kasi. Ya kwanza ni kwamba EMF ya nyuma (voltage) imeundwa katika vilima ambavyo vinapinga voltage inayotumika. Pili, inductance ya vilima inapinga mabadiliko ya sasa ambayo hufanyika kwa kila hatua.

Utendaji wa hatua ya gari inaweza kutabiriwa kwa kutumia masimulizi ya nguvu, na inaweza kupimwa kwa kutumia dynamometer. Nilifanya zote mbili, lakini sitazungumza juu ya masimulizi kwa sababu data ya jaribio ni hundi juu ya usahihi wa masimulizi.

Dynamometer inaruhusu kupima uwezo wa gari wakati wa kukimbia kwa kasi inayodhibitiwa. Akaumega chembe ya sumaku inayotumiwa hutumia mwiko wa mzigo kwa motor. Hakuna haja ya kupima kasi kwani itakuwa sawa na kiwango cha hatua ya motor hadi wakati mzigo wa mzigo uzidi uwezo wa motor. Mara tu hii itatokea, motor hupoteza maingiliano na hufanya kitanzi kikubwa. Utaratibu wa jaribio unajumuisha kuagiza kasi ya kila wakati, kuongeza polepole sasa kupitia kuvunja, na kubainisha dhamana yake kabla tu ya motor kupoteza synch. Hii inarudiwa kwa kasi anuwai na imepangwa kama kasi dhidi ya kasi.

Breki ya chembe iliyochaguliwa ni mfano wa Viwanda vya Placid B25P-10-1 iliyonunuliwa kwenye Ebay. Mfano huu haujaorodheshwa tena kwenye wavuti ya mtengenezaji, lakini kutoka kwa nambari ya sehemu, imekadiriwa kusambaza torque ya kilele cha 25 in-lb = 2.825 N-m, na coil imeundwa kwa 10 VDC (max). Hii inafaa kwa kupima ukubwa wa motors 23 zinazozingatiwa ambazo zimepimwa ili kutoa mihimili ya kilele cha karibu 1.6 N-m. Kwa kuongezea, breki hii ilikuja na shimo la majaribio na mashimo yanayofungamana sawa na yale yaliyotumiwa kwenye motors za NMEA 23, kwa hivyo inaweza kuwekwa kwa kutumia mabano ya ukubwa sawa na motor. Injini zina shimoni za inchi na breki ilikuja na shimoni la inchi kwa hivyo adapta ya kuunganika inayobadilika na shimoni sawa ilinunuliwa kwenye Ebay. Kilichohitajika ni kupanda mabano mawili kwa msingi wa aluminium. Picha hapo juu inaonyesha stendi ya majaribio. Mabano yanayopanda hupatikana kwa urahisi kwenye Amazon na Ebay.

Wakati wa kuvunja wa kuvunja chembe ya sumaku ni sawa na sasa ya vilima. Ili kurekebisha breki, moja ya bisibisi mbili za kupima mwendo ziliunganishwa na shimoni upande wa pili wa kuvunja kama motor motor. Bisibisi mbili zilizotumiwa zilikuwa McMaster Carr namba namba 5699A11 na 5699A14. Ya kwanza ina kiwango cha juu cha kiwango cha 6 in-lb = 0.678 Nm na ya mwisho ina kiwango cha juu cha 25 in-lb = 2.825 Nm. Sasa ilitolewa kutoka kwa usambazaji wa umeme wa DC CSI5003XE (50 V / 3A). Grafu hapo juu inaonyesha wakati uliopimwa dhidi ya sasa.

Kumbuka kuwa katika anuwai ya kupendeza kwa majaribio haya, muda wa kusimama unaweza kukadiriwa kwa karibu na uhusiano wa mstari wa Torque (Nm) = 1.75 x Brake ya Sasa (A).

Hatua ya 3: Chagua Madereva wa Hatua za Magari ya Mgombea

Motors za hatua zinaweza kuendeshwa na upepo mmoja unaofanya kazi kikamilifu kwa wakati ambao huitwa SINGLE kukanyaga, vilima vyote vinafanya kazi kikamilifu (DOUBLE stepping) au zote zinafanya kazi kwa sehemu (MICROSTEPPING). Katika programu tumizi hii, tunavutiwa na torque ya kiwango cha juu, kwa hivyo ni kuzunguka tu kwa DOUBLE.

Torque ni sawa na sasa ya vilima. Pikipiki ya hatua inaweza kuendeshwa na voltage ya mara kwa mara ikiwa upinzani wa vilima ni wa juu vya kutosha kuzuia hali thabiti ya sasa kwa thamani iliyokadiriwa kwa motor. Adafruit # 1438 Motorshield hutumia madereva ya voltage ya kila wakati (TB6612FNG) ambayo yamehesabiwa kwa 15 VDC, 1.2 amps upeo. Dereva huyu ndiye bodi kubwa inayoonyeshwa kwenye picha ya kwanza hapo juu (bila bodi za binti wawili kushoto).

Utendaji na dereva wa voltage mara kwa mara ni mdogo kwa sababu ya sasa kwa kasi imepunguzwa sana kwa sababu ya inductance ya vilima na EMF ya nyuma. Njia mbadala ni kuchagua gari yenye upinzaji wa chini na upepo wa inductance na kuiendesha kwa sasa ya kila wakati. Sasa ya mara kwa mara inazalishwa na upana wa kunde unaosimamisha voltage inayotumika.

Kifaa kikubwa kinachotumiwa kutoa gari la sasa la kawaida ni DRV8871 iliyotengenezwa na Hati za Texas. IC hii ndogo ina daraja H na hali ya ndani ya sasa. Kinzani ya nje hutumiwa kuweka sasa inayotarajiwa (au kiwango cha juu) cha sasa. IC hukata moja kwa moja voltage wakati sasa inazidi thamani iliyowekwa na kuitumia tena wakati inashuka chini ya kizingiti fulani.

DRV8871 imepimwa kwa VDC 45, 3.6 amps upeo. Inayo mzunguko wa kuhisi joto la ndani ambao hukata voltage wakati joto la makutano linafikia digrii 175 C. IC inapatikana tu katika kifurushi 8 cha HSOP kilicho na pedi ya mafuta upande wa chini. TI inauza bodi ya maendeleo ambayo ina IC moja (mbili zinahitajika kwa motor hatua moja), lakini ni ghali sana. Adafruit na wengine huuza bodi ndogo ya prototyping (Adafruit # 3190). Kwa jaribio, mbili kati ya hizi zilipandishwa nje ya Adafruit Motorshield kama inavyoonekana kwenye picha ya kwanza hapo juu.

Uwezo wa sasa wa kuendesha wa TB6612 na DRV8871 ni katika mazoezi yanayopunguzwa na kuongezeka kwa joto ndani ya sehemu. Hii itategemea kuzama kwa joto kwa sehemu pamoja na joto la kawaida. Katika vipimo vyangu vya joto la chumba, bodi za binti za DRV8871 (Adafruit # 3190) zilifikia kiwango cha juu cha joto kwa sekunde 30 kwa amps 2, na motors za hatua huwa mbaya sana (awamu moja mara kwa mara wakati mzunguko wa joto zaidi unakata na kutoka). Kutumia DRV8871 kama bodi za binti ni kludge hata hivyo, kwa hivyo ngao mpya ilitengenezwa (AutoShade # 100105) ambayo ina madereva manne ili kuendesha motors mbili za hatua. Bodi hii iliundwa na idadi kubwa ya ndege ya ardhini pande zote mbili ili kuzamisha joto IC. Inatumia kiunganishi sawa cha serial kwa Arduino kama Adafruit Motorshield, kwa hivyo programu hiyo ya maktaba inaweza kutumika kwa madereva. Picha ya pili hapo juu inaonyesha bodi hii ya mzunguko. Kwa habari zaidi juu ya AutoShade # 100105, angalia orodha kwenye Amazon au tovuti ya AutoShade.mx.

Katika programu yangu ya skrini ya kivuli, inachukua sekunde 15 hadi 30 kuinua au kupunguza kila kivuli kulingana na mipangilio ya kasi na umbali wa kivuli. Ya sasa inapaswa kuwa na mipaka kama kwamba kikomo cha joto-juu halijafikiwa wakati wa operesheni. Wakati wa kufikia mipaka ya joto-juu ya 100105 ni kubwa kuliko dakika 6 na kikomo cha sasa cha 1.6 amp na kubwa kuliko dakika 1 na kikomo cha sasa cha 2.0 amp.

Hatua ya 4: Chagua Motors ya Hatua ya Mgombea

Wataalam wa Mzunguko wana motors mbili za hatua 23 ambazo hutoa kilo 8-cm ya torque inayohitajika. Wote wana vilima vya awamu mbili na bomba za katikati ili waweze kuunganishwa kama vile vilima kamili au nusu vilima vinaendeshwa. Maelezo ya motors hizi yameorodheshwa kwenye meza mbili hapo juu. Wote motors ni karibu sawa mechanically, lakini umeme motor 104 ina upinzani chini sana na inductance kuliko 207 motor. Kwa njia, maelezo ya umeme ni ya msisimko wa nusu ya coil. Wakati upepo wote unatumiwa, upinzani huongezeka mara mbili na inductance huongezeka kwa sababu ya 4.

Hatua ya 5: Pima Kasi ya Wagombea dhidi ya Torque

Kutumia dynamometer (na masimulizi) mwendo dhidi ya mizunguko ya kasi ya idadi ya usumbufu wa gari / vilima / usanidi wa sasa uliamuliwa. Programu (mchoro) inayotumiwa kuendesha baruti kwa majaribio haya inaweza kupakuliwa kutoka kwa wavuti ya AutoShade.mx.

Hatua ya 6: Dereva wa Voltage ya kawaida ya 57BYGH207 Coil Nusu kwa Kukadiriwa kwa Sasa

Magari ya 57BYGH207 na coil ya nusu inayoendeshwa kwa 12V (hali ya voltage ya mara kwa mara) husababisha amps 0.4 na ilikuwa usanidi wa gari la asili. Pikipiki hii inaweza kuendeshwa moja kwa moja kutoka kwa Adafruit # 1434 Motorshield. Takwimu hapo juu inaonyesha sifa za kasi ya mwendo na kipimo pamoja na msuguano mbaya zaidi. Ubunifu huu uko chini kabisa ya muda unaohitajika wa kufanya kazi kwa hatua 200 hadi 400 kwa sekunde.

Hatua ya 7: Kuendesha gari kwa sasa ya 57BYGH207 Nusu Coil kwa Rated Current

Kuongeza voltage inayotumika mara mbili lakini kutumia gari la kukata ili kupunguza sasa kwa amps 0.4 inaboresha utendaji kwa kiasi kikubwa kama inavyoonyeshwa hapo juu. Kuongeza voltage inayotumika zaidi kutaboresha utendaji hata zaidi. Lakini operesheni iliyo juu ya 12 VDC haifai kwa sababu kadhaa.

· DRV8871 ina voltage ndogo kwa VDC 45

· Usambazaji wa umeme wa ukuta wa juu sio kawaida sana na ni ghali zaidi

Vidhibiti vya voltage vinavyotumika kusambaza nguvu ya 5 VDC kwa mizunguko ya mantiki inayotumiwa katika muundo wa Arduino ni mdogo kwa 15 VDC max. Kwa hivyo kuendesha motors kwa voltages ya juu zaidi kuliko hii itahitaji nguvu mbili.

Hatua ya 8: Kuendesha gari kwa sasa ya 57BYGH207 kamili kwa Coil iliyokadiriwa kwa sasa

Hii iliangaliwa na uigaji lakini haikujaribiwa kwa sababu sikuwa na usambazaji wa umeme wa 48 V. Wakati wa kasi ya chini huongezeka mara mbili wakati coil kamili inaendeshwa kwa sasa iliyopimwa, lakini kisha huanguka haraka zaidi na kasi.

Hatua ya 9: Kuendesha gari kwa sasa kwa 57BYGH104 Coil Kamili kwa ½ Imepimwa sasa

Na 12 VDC na sasa ya 1.0A, tabia ya kasi ya kasi iliyoonyeshwa hapo juu. Matokeo ya mtihani yanakidhi mahitaji ya operesheni kwa hatua 400 kwa sekunde.

Hatua ya 10: Kuendesha gari kwa sasa kwa 57BYGH104 Coil Kamili saa 3/4 Imepimwa sasa

Kuongeza mikondo ya vilima hadi amps 1.6 huongeza kiasi cha wakati.

Hatua ya 11: Kuendesha gari kwa sasa kwa 57BYGH104 Coil Kamili kwa Rated Current

Ikiwa mikondo ya vilima imeongezwa hadi 2A, na torque huongezeka kama inavyoonyeshwa hapo juu, lakini sio kama vile uigaji ungetabiri. Kwa hivyo kuna kitu kinatokea kwa ukweli ambacho kinazuia wakati wa mikondo hii ya juu.

Hatua ya 12: Kufanya Uteuzi wa Mwisho

Kutumia coil kamili badala ya nusu ni bora lakini haifai na gari 207 kwa sababu ya voltage ya juu inayohitajika. Pikipiki 104 inaruhusu kufanya kazi kwa voltage inayotumika chini. Kwa hivyo motor hii imechaguliwa.

Upinzani kamili wa coil ya 57BYGH104 motor ni 2.2 ohms. Upinzani wa dereva FETS katika DRV8871 ni karibu 0.6 ohms. Upinzani wa kawaida wa waya na kutoka kwa motors ni karibu 1 ohm. Kwa hivyo nguvu iliyotawanyika katika mzunguko mmoja wa motor ni vilima vya sasa vyenye mraba mara 3.8 ohms. Nguvu ya jumla ni mara mbili hii kwani vilima vyote vinaendeshwa kwa wakati mmoja. Kwa mikondo ya vilima iliyozingatiwa hapo juu, matokeo yanaonyeshwa kwenye Jedwali hili.

Kuzuia mikondo ya motor hadi amps 1.6 inatuwezesha kutumia usambazaji wa umeme wa watt 24 ndogo na ghali. Kiasi kidogo cha wakati kinapotea. Pia, motors za hatua sio vifaa vya utulivu. Kuwaendesha kwa mkondo wa juu huwafanya kuwa zaidi. Kwa hivyo kwa masilahi ya nguvu ya chini na operesheni tulivu, kikomo cha sasa kilichaguliwa kuwa amps 1.6.