wersja mobilna | kontakt z nami

Driver silników prądu stałego dla Raspberry Pi Zero

Numer: Czerwiec/2016

Opisywane urządzenie opracowano z myślą o zastosowaniach w robotyce amatorskiej wraz z najnowszym Raspberry PI Zero. Dzięki ograniczonemu poborowi prądu i małym gabarytom jest to teraz zadanie zdecydowanie łatwiejsze, niż z poprzednikami Zero.

Pobierz PDFMateriały dodatkowe

Rysunek 1. Tabela prawdy układu scalonego DRV8871

Płytka umożliwia sterowanie dwóch silników prądu stałego średniej mocy (szczytowo 3,6 A) zasilanych napięciem z zakresu 6,5...24 V, dwóch obciążeń 24 V/0,5 A, sterowanie/monitorowanie 8 wyprowadzeń GPIO w standardzie CMOS 3,3 V, np.: dla współpracy z sensorami, dołączenia magistrali I²C oraz komunikacji szeregowej. Układ drivera silnika jest oparty o specjalizowany driver DRV8871 firmy Texas Instruments.

Układ zawiera komponenty niezbędne dla sterowania silnikiem szczotkowym prądu stałego: dwa półmostki MOSFET z bezstratnym układem pomiaru prądu silnika (niewymagającym zewnętrznych elementów), logikę zabezpieczającą i pompę ładunku do sterowania tranzystorów mocy, wbudowany układ zabezpieczeń przeciążeniowych i termicznych oraz wejściową logikę sterującą.

Rysunek 2. Schemat ideowy drivera silników dla Raspberry PI Zero

Wbudowany czujnik prądu silnika nie wymaga zewnętrznego rezystora pomiarowego, ale w dalszym ciągu możliwa jest zmiana maksymalnego prądu uzwojeń poprzez dobór rezystora przyłączonego do wyprowadzenia IIlim, zgodnie z wzorem IIlim=64/Rilim [kV/kΩ].

W prototypie prąd ustalono na 2 A, co odpowiada Rilim o rezystancji około 33 kΩ. Minimalną rezystancję ustalono na 15 kΩ. Sterowanie kierunkiem obrotów odbywa się w konwencji L/R z wejść IN1/IN2, zgodnie z tabelą prawdy pokazaną na rysunku 1.

Schemat ideowy płytki sterownika zamieszczono na rysunku 2. Napięcie zasilania silników VM jest oddzielone od napięcia sterującego i ze względu na wymaganą moc musi pochodzić ze źródła zewnętrznego. Napięcie VM, doprowadzone poprzez złącze VM, zasila układy U1 i U2, kondensator CE1 filtruje zasilanie.

Należy pamiętać, że to wartość minimalna i w zewnętrznym zasilaczu powinien być "bank" kondensatorów o pojemności zdolnej do zapewnienia stabilnego zasilania układu. Rezystory RL1 i RL2 powinny być dobrane do posiadanego silnika wg wzoru na Rilim.

Oprócz sterowania silnikiem przydatna jest także możliwość sterowania obciążeniem. Podwójny tranzystor MOSFET (Q1) w konfiguracji OD może być wykorzystany do załączania oświetlaczy, elektromagnesów itp. Maksymalna obciążalność wyjść to 0,5 A/24 V. W przypadku obciążeń indukcyjnych należy wyjścia OUT odpowiednio zabezpieczyć transilem lub diodą dołączoną równolegle do obciążenia.

Do złącza IO w standardzie Arduino Bricks (IO/VCC/GND) doprowadzono 8 linii GPIO w standardzie CMOS 3,3 V, rezystory RP1 i R2 zabezpieczają wstępnie GPIO przed błędami w konfiguracji. Aby nie przeciążać wbudowanego stabilizatora 3,3 V, płytka ma własną przetwornicę obniżającą napięcie zasilające do 3,3 V o obciążalności do 250 mA. Układ zbudowano w oparciu o ADP2108 (U3). Dioda LD1 sygnalizuje zasilanie GPIO.

Rysunek 3. Schemat montażowy drivera silników dla Raspberry PI Zero

Dodatkowo, moduł umożliwia wyprowadzenie interfejsu I²C, portu szeregowego na złącza szpilkowe zgodnie z Arduino Bricks ułatwiając wygodne dołączenie współpracujących modułów komunikacyjnych np. opisywanych w EP I²C lub Xbee. Uwaga! Sygnały GPIO Raspberry PI Zero zgodne są ze standardem 3,3 V i dołączenie napięcia 5 V spowoduje uszkodzenie GPIO.

Driver zmontowano na niewielkiej, dwustronnej płytce drukowanej. Jej schemat montażowy pokazano na rysunku 3. Montaż jest typowy i nie wymaga opisywania. Należy tylko poprawnie przylutować pady termiczne układów U1 i U2. W wypadku "forsownej" pracy modułu warto układy driverów i tranzystor wyposażyć w niewielkie radiatory przyklejone klejem termoprzewodzącym.

Adam Tatuś, EP

Pozostałe artykuły

Moduł wzmacniacza mocy z LM3886

Numer: Wrzesień/2016

Moduł monofonicznej końcówki mocy, opartej na aplikacji układu LM3886. Cieszy się on bardzo dużą popularnością oraz niezłą opinią nawet wśród audiofilów, którzy są "przesadnie uczuleni na wszystko, co scalone".

Miniaturowy wzmacniacz mocy 2×1 W/8 Ohm

Numer: Wrzesień/2016

Niewielki, zasilany akumulatorem wzmacniacz mocy, który przyda się do zastosowań "mobilnych".

Sterownik silnika krokowego z opcją mikrokroku

Numer: Wrzesień/2016

Rozwój aplikacji łączących elektronikę i mechanikę wymusił na producentach opracowanie odpowiednich układów sterujących, a duet L297/L293 odchodzi zasłużenie do historii, ustępując miejsca energooszczędnym i bardziej rozbudowanym oraz co najważniejsze zajmującym minimalną ilość miejsca nowoczesnym rozwiązaniom. Przykładem może być oferowany przez TI układ DRV8825.

Centralka alarmowa współpracująca z czujnikiem ruchu

Numer: Sierpień/2016

Gdy zajdzie potrzeba zabezpieczenia pomieszczenia alarmem, to zamiast stosowania czujników otwarcia, kontaktronów czy barier optycznych, łatwiej użyć popularnego czujnika ruchu ogarniającego zasięgiem całe pomieszczenie. Jednak, aby powstał system alarmowy, potrzebna jest jeszcze centralka, która umożliwi uzbrajanie alarmu, rozbrajanie i zapewni sygnalizację.

Uniwersalny, 2-kanałowy moduł przekaźnikowy

Numer: Sierpień/2016

Nieskomplikowany moduł wykonawczy, który umożliwia przełączanie, na przykład, napięcia sieci energetycznej sygnałem z płytki z mikrokontrolerem lub układem czasowym.

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Październik 2017

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym