Motorcontroller: 4 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Een 6-motorbesturingskaart met LMD18200-chips.

Stap 1: Vereisten

Bepaal uw wensen. De LMD18200's kunnen 3A schakelen bij 55 V. Het project, mijn afstudeerscriptie, waarbij deze motorcontrollerkaart werd gebruikt, omvatte 6 servomotoren die slechts een paar honderd milliampère bij 12 V nodig hadden. Het proefschrift was het ontwerp van een planetaire rover in een laboratorium om te testen nieuwe besturingsalgoritmen bij MIT's Field and Space Robotics Laboratory.

Stap 2: Ontwerp het circuit

Motorregeling wordt bereikt door middel van pulsbreedtemodulatie. Hoewel PWM-versterkers zowel qua hardware als besturing iets gecompliceerder zijn, zijn ze veel energiezuiniger dan lineaire versterkers. Een PWM-versterker werkt door zeer snel de stroom of spanning naar een belasting te schakelen tussen aan en uit. Het aan de belasting geleverde vermogen wordt bepaald door de werkcyclus van de schakelgolfvorm. Op voorwaarde dat de dynamiek van de belasting langzamer is dan de frequentie van schakelen, ziet de belasting het tijdsgemiddelde.

In dit ontwerp is de schakelfrequentie ongeveer 87 kHz, die is afgestemd op de motoren op de rover. De duty cycle wordt door de spanning geregeld door de drempel in te stellen van monostabiele oscillatoren die worden aangestuurd door een astabiele oscillator. Een digitaal naar analoog converter op de computer van de rover regelt de drempelspanning en daarmee de duty cycle van de versterkers. De PWM-golfvormen worden gegenereerd door zeven timers (elk van de vier 556's heeft twee timers en de achtste timer is ongebruikt). De eerste timer is ingesteld op astabiele oscillatie en schakelt tussen een aan- en een uit-stand bij 87 kHz. Dit 87 kHz-kloksignaal wordt ingevoerd in de triggers van de andere zes timers, die zijn ingesteld om in monostabiele modus te werken. Wanneer een monostabiele timer een triggersignaal ontvangt, verandert deze gedurende een bepaalde tijd van uit (0 volt) naar aan (5 volt) die is ingesteld door de ingangsspanning. De maximale tijd is ongeveer 75% van de periode van het astabiele kloksignaal en de minimale tijd is nul. Door de ingangsspanningen te variëren, genereert elke monostabiele timer een blokgolf van 87 kHz met een duty cycle tussen 0 en 75%. De LMD18200-chips fungeren eenvoudig als digitale schakelaars die worden bestuurd door de uitgang van de timers en door de digitale rem- en richtingsingangen van de computer.

Stap 3: Fabriceer de printplaat

De printplaten zijn vervaardigd door middel van een chemisch etsproces. Met behulp van een standaard laserprinter werd het circuitspoor afgedrukt op in water oplosbaar papier. De toner op dit papier werd door verhitting overgebracht op een samengestelde plaat van koper en isolatiemateriaal. Ik gebruikte de fuser bar van een gedemonteerde laserprinter, maar een strijkijzer kan ook. De resten van het papier werden vervolgens weggewassen, waardoor alleen de toner in het patroon van het circuitspoor achterbleef. IJzerchloride heeft het blootliggende koper geëtst en het van het bord verwijderd. De resterende toner werd met de hand weggeschrobd met de groene kant van een spons, waarbij alleen de koperen circuitsporen achterbleven. Als alternatief zijn er kits beschikbaar die dit proces vrij eenvoudig maken.

Stap 4: Soldeer in componenten

Soldeer in alle componenten. Omdat het slechts een enkellaags bord was, waren een paar jumperdraden nodig.