Controlador do motor: 4 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Uma placa controladora de 6 motores usando chips LMD18200.

Etapa 1: Requisitos

Determine seus requisitos. O LMD18200s pode alternar 3A a 55 V. O projeto, minha tese de graduação, que usou esta placa controladora de motor incluía 6 servo-motores que exigiam apenas algumas centenas de miliamperes a 12 V. A tese era o projeto de um rover planetário de laboratório para testar novos algoritmos de controle no Laboratório de Robótica de Campo e Espaço do MIT.

Etapa 2: Projete o circuito

O controle do motor é realizado por meio da modulação por largura de pulso. Embora os amplificadores PWM sejam um pouco mais complicados no hardware e no controle, eles são muito mais eficientes em termos de energia do que os amplificadores lineares. Um amplificador PWM opera alternando muito rapidamente a corrente ou tensão para uma carga entre os estados ligado e desligado. A energia fornecida à carga é determinada pelo ciclo de trabalho da forma de onda de comutação. Desde que a dinâmica da carga seja mais lenta do que a frequência de chaveamento, a carga vê a média de tempo.

Nesse projeto, a frequência de chaveamento é de aproximadamente 87 kHz, que foi sintonizada nos motores do rover. O ciclo de trabalho é controlado por tensão definindo o limite de osciladores monoestáveis acionados por um oscilador astável. Um conversor digital para analógico no computador do rover controla a tensão limite e, portanto, o ciclo de trabalho dos amplificadores. As formas de onda PWM são geradas por sete temporizadores (cada um dos quatro 556 tem dois temporizadores e o oitavo temporizador não é usado). O primeiro temporizador é definido para oscilação astável e alterna entre um estado ligado e um estado desligado a 87 kHz. Este sinal de clock de 87 kHz é alimentado nos gatilhos dos outros seis temporizadores, que são configurados para operar no modo monoestável. Quando um temporizador monoestável recebe um sinal de disparo, ele muda de estado de desligado (0 volts) para ligado (5 volts) por um período de tempo definido pela tensão de entrada. O tempo máximo é de aproximadamente 75% do período do sinal de relógio astável e o tempo mínimo é zero. Ao variar as tensões de entrada, cada temporizador monoestável irá gerar uma onda quadrada de 87 kHz com ciclo de trabalho entre 0 e 75%. Os chips LMD18200 atuam simplesmente como interruptores digitais controlados pela saída dos temporizadores e pelas entradas digitais de freio e direção do computador.

Etapa 3: fabricar a placa de circuito

As placas de circuito foram fabricadas por meio de um processo de corrosão química. Usando uma impressora a laser padrão, o traçado do circuito foi impresso em papel solúvel em água. O toner neste papel foi transferido por aquecimento para uma placa de cobre composto e material isolante. Usei a barra fusora de uma impressora a laser desmontada, mas um ferro também pode resolver o problema. Os restos do papel foram então lavados, deixando apenas o toner no padrão do traçado do circuito. O cloreto férrico gravou o cobre exposto, removendo-o da placa. O restante do toner foi esfregado manualmente com o lado verde de uma esponja, deixando apenas os vestígios do circuito de cobre. Como alternativa, existem kits disponíveis que facilitam bastante esse processo.

Etapa 4: solda em componentes

Solda em todos os componentes. Como era apenas uma placa de camada única, alguns fios de jumper foram necessários.