Tässä opetusohjelmassa opimme tekemään PWM DC-moottorin nopeussäätimen käyttämällä 555 Timer IC. Tarkastelemme yksityiskohtaisesti, miten 555 Timer PWM-generaattoripiiri toimii, miten sitä käytetään DC-moottorin nopeuden ohjaamiseen ja miten sitä varten tehdään mukautettu piirilevy.
Voimme ohjata DC-moottorin nopeutta ohjaamalla moottorin tulojännitettä. Tähän tarkoitukseen voimme käyttää PWM:ää eli pulssinleveysmodulaatiota.
PWM DC-moottorin nopeuden säätö
PWM on menetelmä, jonka avulla voimme tuottaa muuttuvaa jännitettä kytkemällä elektroniseen laitteeseen menevän tehon päälle ja pois nopealla nopeudella. Keskimääräinen jännite riippuu signaalin työjaksosta eli siitä, kuinka kauan signaali on PÄÄLLÄ verrattuna siihen, kuinka kauan signaali on POIS PÄÄLTÄ yhden ajanjakson aikana.
555-ajastin PWM-generaattoripiiri
555-ajastin pystyy luomaan PWM-signaalin, kun se asetetaan astaabeli-tilaan. Jos et tunne 555-ajastinta, voit tutustua edelliseen opetusohjelmaani, jossa selitin yksityiskohtaisesti, mitä 555-ajastin IC:n sisällä on ja miten se toimii.
Tässä on 555-ajastimen peruspiiri, joka toimii astabiilisessa tilassa, ja voimme huomata, että ulostulo on HIGH, kun kondensaattori C1 latautuu vastusten R1 ja R2 kautta.
Toisaalta IC:n ulostulo on LOW, kun kondensaattori C1 purkautuu, mutta vain vastuksen R2 kautta. Voimme siis huomata, että jos muutamme minkä tahansa näistä kolmesta komponentista arvoja, saamme erilaiset ON- ja OFF-ajat tai erilaiset neliöaaltolähtösignaalin työjaksot. Helppo ja välitön tapa tehdä tämä on korvata R2-vastus potentiometrillä ja lisätä lisäksi kaksi diodia piiriin.
Tässä kokoonpanossa On-aika riippuu vastuksesta R1, potentiometrin vasemmasta laidasta ja kondensaattorista C1, kun taas Off-aika riippuu kondensaattorista C1 ja potentiometrin oikeasta laidasta. Voimme myös huomata, että tässä kokoonpanossa yhden syklin jakso, siis taajuus, on aina sama, koska kokonaisvastus pysyy latauksen ja purkauksen aikana samana.
Tavanomaista on, että vastuksen R1 resistanssi on paljon pienempi kuin potentiometrin resistanssi, esimerkiksi 1K verrattuna potentiometrin 100K. Näin voimme hallita 99-prosenttisesti piirin lataus- ja purkausvastuksen. 555-ajastimen ohjaustappia ei käytetä, mutta se on kytketty 100nF-kondensaattoriin ulkoisen melun poistamiseksi kyseisestä liittimestä. Nollaus, nasta numero 4, on aktiivinen matala, joten se on kytketty VCC: hen, jotta estetään ulostulon ei-toivottu nollaus.
555-ajastimen ulostulo voi nielaista tai lähteä 200mA: n virran kuormalle. Joten jos moottori, jota haluamme ohjata, ylittää tämän luokituksen, meidän on käytettävä transistoria tai MOSFETia moottorin ajamiseen. Tässä esimerkissä käytin (TIP122) Darlington-transistoria, joka voi käsitellä virtaa jopa 5A.
IC: n ulostulo on kytkettävä transistorin pohjaan vastuksen kautta, ja minun tapauksessani käytin 1k-vastusta. Moottorin tuottamien jännitepiikkien estämiseksi meidän on käytettävä flyback-diodia, joka on kytketty rinnakkain moottorin kanssa.
Piirilevyn suunnittelu PWM DC -moottorin nopeudensäätimelle
Nyt voimme siirtyä eteenpäin ja suunnitella mukautetun piirilevyn tälle piirille. Tätä tarkoitusta varten käytän ilmaista online-ohjelmistoa EasyEDA. Täällä voimme aloittaa etsimällä ja sijoittamalla komponentit tyhjälle kankaalle. Kirjastossa on satoja tuhansia komponentteja, joten minulla ei ollut mitään ongelmia löytää kaikkia tarvittavia komponentteja tähän PWM DC -moottorin nopeudensäätöpiiriin.
Komponenttien asettamisen jälkeen meidän on luotava piirilevyn ääriviivat ja aloitettava komponenttien järjestäminen. Kaksi kondensaattoria on sijoitettava mahdollisimman lähelle 555-ajastinta, kun taas muut komponentit voidaan sijoittaa minne haluamme, mutta kuitenkin loogiseen järjestelyyn piirikaavion mukaisesti.
Käyttämällä jäljitystyökalua meidän on yhdistettävä kaikki komponentit. Seurantatyökalu on varsin intuitiivinen ja helppo käyttää. Voimme käyttää sekä ylä- että alakerrosta risteyksien välttämiseen ja kappaleiden lyhentämiseen.
Komponenttien padeille, jotka on kytkettävä maadoitukseen, asetetaan maadoitus Pad Properties -välilehdellä, jossa meidän on kirjoitettava GND ”Net”-merkinnän kohdalle, kun padi on valittuna.
Voimmekin käyttää Silk-kerrosta lisätäksemme piirilevylle tekstiä. Pystymme myös lisäämään kuvatiedoston, joten lisään kuvan verkkosivustoni logosta, joka tulostetaan levylle. Lopussa käyttämällä kuparialuetyökalua meidän on luotava piirilevyn maadoitusalue.
Löydät tämän projektin EasyEDA-projektitiedostot täältä.
Kun olemme valmiita suunnittelun kanssa, meidän tarvitsee vain napsauttaa painiketta ”Gerber-tulostus”, tallentaa projektin, ja pystymme lataamaan piirilevyn valmistamiseen käytettävät Gerber-tiedostot. Voimme tilata piirilevyn JLCPCB:ltä, joka on EasyEDA:n piirilevyjen valmistuspalvelu, ja he ovat myös tämän videon sponsori.
Tässä voimme yksinkertaisesti vetää ja pudottaa ladatun zip-tiedoston gerber-tiedostoista. Lataamisen jälkeen voimme jälleen kerran tarkastella piirilevyä Gerber-katseluohjelmassa. Jos kaikki on kunnossa, voimme sitten valita enintään 10 piirilevyä ja saada ne vain 2 dollarilla.
PWM DC-moottorin nopeudensäätimen piirilevyn kokoaminen
Viikon kuluttua piirilevyt ovat kuitenkin saapuneet ja minun on myönnettävä, että on varsin tyydyttävää saada oma piirilevysuunnittelu valmistettua. Piirilevyjen laatu on loistava ja kaikki on täsmälleen samanlaista kuin suunnittelussa.
Ok , joten nyt voimme siirtyä komponenttien asettamiseen piirilevylle.
Voit hankkia tähän esimerkkiin tarvittavat komponentit alla olevista linkeistä:
- NE555P Timer IC…………………………… Amazon / Banggood / AliExpress
- R1 = R2 = 1k Ohm………………………….. Amazon / Banggood / AliExpress
- C1 = C2 = 100nF…………………………….. Amazon / Banggood / AliExpress
- D1 = D2 = D3 = 1N4004…………………. Amazon / Banggood / AliExpress
- Potentiometri = 100k Ohm……………. Amazon / Banggood / AliExpress
- Transistori – Darlington TIP122………. Amazon / Banggood / AliExpress
- 2 lohkoterminaalia …………………………. Amazon / Banggood / AliExpress
Disclosure: Nämä ovat affiliate-linkkejä. Amazonin yhteistyökumppanina ansaitsen kelpuutetuista ostoksista.
Ensin asetin pienemmät komponentit, vastukset, diodit ja kondensaattorit.
Taivutin niiden johtimet toiselle puolelle, jotta ne pysyvät paikoillaan, kun käännän levyä juottamista varten. Isompien komponenttien osalta käytin maalarinteippiä pitääkseni ne paikoillaan levyä kääntäessäni.
Tässä on levyn lopullinen ulkoasu ja jäljellä on enää tasavirtamoottorin liittäminen ja siihen sopiva virtalähde.
Käytin 12 V:n suuritehoista vääntömomenttista tasavirtamoottoria, jonka virtalähteenä käytin sinne sarjaan kytkettäviä 3,7 V:n Li-ion-akkuja, jotka tuottavat noin 12 V. Joten nyt käyttämällä potentiometriä pystymme ohjaamaan DC-moottorin nopeutta tai PWM-signaalia, jonka 555-ajastin IC tuottaa.
.