ATmega8, mostek H, PWM i sterowanie 4 silnikami

[asia95]

Hej,

Z racji, że ATmega8 ma tylko 2 piny (OC1A, OC1B) do sterowania za pomocą PWM, a ja potrzebuję sterować 4 silnikami to mam w związku z tym pytanie... Otóż na pojeździe sterowanym mają być 4 silniki dla każdego koła, skręcanie ma się odbywać w taki sposób, że z jednej strony będą się obracać z inną prędkością niż te drugie. Więc czy takie podłączenie jak poniżej jest w ogóle możliwe czy muszę zainteresować się raczej uprocesorem, który ma więcej pinów pod PWM, ATMegą32 np? 😋. Schemat podglądowy o co mi chodzi w ogóle niżej 🙂

[deshipu]

Jeśli silniki mają mieć parami tę samą prędkość, to spokojnie mogą mieć wspólny PWM. Co więcej, jak mają mieć ten sam kierunek, to mogą też mieć wspólne sygnały do kierunku. Jeśli twój mostek ma wystarczająco dużą moc, to może nawet być cały wspólny dla obu silników (tylko nie jestem całkowicie pewien czy się nie będą trochę zakłócać wtedy, pewnie trzeba dać lepsze filtrowanie).

Poza tym, tryb PWM timera nie jest jedynym sposobem na zrobienie PWM. Ostatnio się bawiłem w napisanie 20-kanałowego sterownika serw na ATmegę32 (na jednym timerze, tym 16-bitowym) i też się da (przestawiając piny w przerwaniach), szczególnie jak częstotliwość PWM nie musi być za duża.

[asia95]

Czyli ten mój schemat w miarę poprawny? No to supcio 🙂

Nie ukrywam, że wolę nie korzystać z Twojego sposobu, bo się pogubię zbyt mocno, wolę się uczyć małymi krokami:D

[marek1707]

No właśnie nie, w sensie o którym pisał deshipu marnujesz mnóstwo pinów. Jeżeli jeden scalak ma sterować silnikami po jednej stronie, to po prostu oba mostki w nim zawarte połącz równolegle. Nie tylko ENABLE, ale i odpowiednie INPUT. To samo z wyjściami - wtedy na jedną stronę potrzebujesz tylko 2 sygnały kierunku i jeden PWM.

A swoją drogą:

1. Dlaczego akurat atmega8 i tak beznadziejne drivery? To są scalaki do zupełnie innych zastosowań (wysokie napięcie, mały prąd). Czy naprawdę musisz aż tak oszczędzać i za grosze kupować najgorsze badziewie? To jakbyś do wyposażenia swojej firmy starała się kupić papierowy faks i komputer PC-AT/386 z WinXP. Pewnie się da i to nawet megatanio (w cenie złomu?), ale z tego raczej same kłopoty będą.

2. Jest taka oferta gotowych płytek z procesorami tej rodziny poczynając od najtańszej, malutkiej mega328 na płytce Arduino Pro za 10zł:

http://allegro.pl/promocja-na-modul-arduino-pro-mini-z-atmega328-avr-i6561364585.html

a nawet wyposażonych od razu w drivery silników, że zastanów się czy warto coś jeszcze dłubać samemu? Osobne moduły o wiele lepszych, MOSFETowych sterowników to także koszt rzędu 15zł/szt:

https://botland.com.pl/188-sterowniki-silnikow-moduly?n=150&orderby=price&orderway=asc

Zanim zaczniesz rysować schematy oparte na konkretnych elementach spokojnie przemyśl wszystko i popytaj, bo cofanie się w projekcie po pochopnych decyzjach to strata czasu.

I na spokojnie, po kolei: silniki dobrane do podwozia, zasilanie, drivery, czujniki, telemetria lub zdalne sterowanie, procesor, interfejs użytkownika, mechanizmy debugowania kodu itd... Opisz co już sobie założyłaś a czego jeszcze nie wiesz - coś poradzimy. A gdy będziesz miała ochotę rysować schemat - ręce do kieszeni albo na kołderce.. 😉

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[asia95]

Jasna sprawa, nie ma sensu robić schematu, jak nie ma się objaśnionej całości, to co wrzuciłam to po prostu dorzuciłam mostki do jakiegoś starego schematu, bo minuta roboty, a łatwiej załapać o co mi chodziło:D.

Jestem cały czas w fazie przemyślania elektroniki, stąd pytania o pojedyncze rzeczy, jakbym tu wyjechała z całością co chcę porobić to jeszcze by ktoś uznał, że czekam na gotowce, a wolę sama rozumieć czym się bawię 😉

[marek1707]

Nie no, duzi jesteśmy i odróżniamy prośbę "Potrzebuję schemat fajnego robota, takiego żeby jeździł i wiązał krawaty" od "Planuję cośtamcośtamcośtamcośtam - co o tym myślicie, co się nie przyda lub nie sprawdzi i czego wg was tu brakuje?"

Tak więc nie krępuj się i opisuj swoje plany i pomysły. Ja tam akurat na robotach się nie znam, ale większość ludzi tu bywających coś takiego popełniła - i to czasem kilkakrotnie. Lepiej korzystać z ich doświadczenia (i bezlitosnej krytyki) niż samodzielnie odkrywać Amerykę. Często okazuje się, że apetyt rośnie w miarę jedzenia - i to wcale nie dlatego, że słomiany ogień rozpala się szybko. Z biegiem czasu wiesz coraz więcej i to co przed chwilą było czarną ścianą dziś jest po prostu wyborem najlepszego z kilku rozwiązań. Nawet tydzień-dwa przemyśleń, czytania na temat i pod/o-glądania tego co już jeździ (i wiąże krawaty) daje zupełnie inne spojrzenie na własny projekt.

Czekamy więc na kilka(naście?) zwięzłych punktów opisujących główne założenia i to co chcesz włożyć do swojego pojazdu. To bardzo dobra podstawa do dyskusji. Wielu się wtedy przyłącza, bo każdy może za darmo w jakiejś części "skonstruować" cudzymi rękami, za darmo kolejnego robota 🙂 A co więcej - patrzeć potem czy i jak te jego rady się sprawdziły...

[asia95]

Hmm, wracam po nowym roku do zabawy xd. Okazało się, że potrzebuję mocniejszego silnika, niestety L298 ze swoim nie zbyt dużym prądem maksymalnym zostanie szybko popalony także muszę dobrać inny sterownik... Czy np ten

https://botland.com.pl/sterowniki-silnikow-dc/7421-dfrobot-dwukanalowy-sterownik-silnikow-dc-24v7a.html

Działa w sposób analogiczny i będzie współpracować z atmegą128? 🙂

[marek1707]

Zwykle po Nowym Roku ma się na jakiś czas dosyć zabawy. A tu niespodzianka 🙂

L298 dawno powinny wpisane do rejestru zabytków i jako takie zakazane. Wybrałaś nieźle. Układ jest tranzystorowy więc w razie czego można coś tanio naprawić. Gdy w driverze z jakimś fajnym i drogim scalakiem rozwalisz właśnie tę kostkę, nie opłaca się go wymieniać - kupujesz nową płytkę.

Ponadto wejścia mają optoizolację co jest rzadkie na tej półce cenowej. Pozbywasz się problemu prowadzenia mas na pokładzie robota. Transoptory nie są zbyt szybkie więc nie oczekiwałbym jakichś mega częstotliwości PWM - tak do 10kHz? - ale przy tych prądach to w zupełności wystarcza. Wejścia współpracują z sygnałami cyfrowymi zarówno 3 jak i 5V więc podłączysz tu praktycznie wszystko. Typowy interfejs mostków H: na każdy kanał masz dwa sygnały kierunku plus PWM.

Zła wiadomość: Botland odsyła na stronę DFrobot a Ci przyznają, że produkuje to dla nich ktoś inny. Zero dokumentacji technicznej (schematy?) oprócz WIKI produktu:

https://www.dfrobot.com/wiki/index.php/7A_Dual_DC_Motor_Driver_SKU:_DRI0041

Dobrze, że choć wymiarowanie mechaniczne dali.

Z jakiego źródła zasilania będziesz popędzać robota? Ten driver będzie lubił wyższe napięcia: LiPol 3S-5S. Na 2S (7.4V) bałbym się go odpalać. Czy masz już jakieś przemyślenia co do układu jezdnego, czujników, (zdalnego?) sterowania itp? Jakie silniki konkretnie? Koła?

[asia95]

Zasilanie wszystkiego z żelowych 12V:). Znaczy, oczywiście, nie sama atmega bezpośrednio z 12V, ale silniki DC biorę 12V. Koła dosyć spore, bo 120 cm średnicy, także potrzebuję silników o mocnym momencie. Jeszcze muszę dobrać dokładnie, ale koło 0,5 N*m i 1-1,5 A znamionowy. Źle zrozumiałam prąd maksymalny w silniku prądu stałego, nie powinnio mi to spalić mostka;p. Na prędkości szczególnie mi nie zależy, 1-2 km/h max. I dodatkowo pytanie... Przy rozruchu silnika DC, silnik "ciągnie" więcej prądu, jeśli załóżmy dobiorę silnik, którego znamionowy prąd ma 1,5A, a dobrany przeze mnie L298 ma max 2A na kanał to to wystarczy do rozruchu czy nie?

I czemu l298 takie złe?🙂

[marek1707]

Hm, dość dziwne te parametry wyszły..

Koła 120cm - sama będziesz je robić? Bo rzeczywiście jakieś wielkie się wydają. Rozumiem, że takie średnice przydają się przy wjeżdżaniu na schody czy inne duże przeszkody, ale tutaj przy momencie 0.5Nm na promieniu 60cm dostaniesz niecały 1N siły ciągnącej do przodu. To tyle co tabliczka czekolady. Nawet dla 4 takich napędów (4WD) to będzie zaledwie 400g siły. Wystarczy, że robot będzie ważył 10kg (a z takimi kołami/oponami i akumulatorami ołowiowymi to spokojnie) i już nie podjedzie pod żadną górkę nie mówiąc o krawężniku. Przy 2km/h koła 120cm będą się obracały z prędkością ok. 10rpm. Dla silnika DC kręcącego jakieś 5000 rpm musisz więc dać przekładnię 1:500. Na szczęście moc jest niewielka, więc wystarczy takie coś:

http://allegro.pl/motoreduktor-wloski-9-obr-min-24v-dc-10-kg-cm-i6669872000.html

Tutaj maksymalne obciążenie promieniowe osi wyjściowej to 5kg. Gdybyś chciała powiesić robota bezpośrednio na 4 takich napędach to będzie musiał ważyć < 20kg. Jednak z takimi obrotami i prędkością liniową manewrowość pojazdu będzie przypominała ślimaka na plaży. To może być pocieszne, ale jakoś nie jestem przekonany do tych Twoich liczb. Do czego to w ogóle będzie?

L298 chorują na beznadziejne stopnie wyjściowe, czyli jakby tak się zastanowić to mają skopane to co w mostku najważniejsze. Producent obiecuje prąd 2A/kanał, ale jednocześnie przyznaje, że spadek napięcia na mostku może wtedy wynieść 5V. Słownie: pięć woltów! Przy 12V zasilania 40% cennej energii baterii tracisz w ciepło na radiatorze a przy dwóch ciężko pracujących kanałach masz 20W piecyk. Może do łazika pracującego na Arktyce to by się przydało, ale normalnie to chyba nie jest dobry wynik, prawda? W tym samym czasie mostek zrobiony na MOSFETach będzie miał spadek 0.1V i powiedzmy 0.2V przy prądzie 20A...

-----------------------

EDIT: Silnik DC podczas rozruchu pobiera praktycznie tyle ile podają jako prąd zatrzymania (stall current) bo nie masz żadnej back-EMF od kręcącego się wirnika a napięcie zasilania i rezystancja uzwojeń są określone. To na szczęście tylko chwila - jeśli tylko pozwolisz mu się rozkręcić. Najprościej to zobaczyć. Jak raz ten wykres zrozumiesz, już zawsze będziesz pamiętać:

http://homepages.which.net/~paul.hills/Motors/ScottMotorCharacteristic.gif

To tylko przykład, ale wszystko widać: ze wzrostem obciążenia (momentem na wale) obroty maleją, prąd ładnie rośnie do stall current (no może nie od zera - taki z przekładnią będzie miał od razu gorzej nawet przy biegu luzem), największa moc jest gdzieś w połowie momentu zatrzymania (maksymalnego) a największa sprawność w okolicach 10% momentu maksymalnego. Mogą być jakieś odchyłki, ale generalnie silniki komutatorowe DC takie właśnie są. No i muszą się szybko kręcić żeby się opłacało.

[asia95]

Ups, 120 MM, 12 centymetrów, literówka:)

No właśnie chyba wywalę te L298, bo nie ty jeden ich nie polecasz. Ale czy mógłbyś mi wyjaśnić najważniejszą rzecz z którą mam zagwozdkę? Dzięki za ten wykres bardzo

Czyli dajmy na to wezmę sterownik, który ma te 3A na kanał, a prąd znamionowy silnika to 2A. I przy takich wartościach możliwe jest rozpędzenie silnika do obrotów nominalnych?

[marek1707]

Nie ma takich prostych odpowiedzi. Prąd silnika przy danym zasilaniu zależy wprost od oddawanego momentu (czyli obciążenia mechanicznego), to już wiesz. No i teraz jeśli podwiesiłaś silnik do koła i ruszasz bardzo powoli po płaskim - to jakie jest obciążenie? Jedynie niewielkie opory ruchu plus bardzo mała składowa od przyśpieszania - zarówno rozkręcania masy koła jak i rozpędzania pojazdu. Wtedy prąd będzie mały i stopniowo narastał ze wzrostem obrotów - bo chcesz coraz więcej mocy i rosną lekko opory ruchu. A teraz ten sam pojazd, ale dajesz 100% PWM z zatrzymania. Silnik stoi więc prąd jest maksymalny (silnik szarpie, oddaje maksymalny moment) i powoli maleje (moment silnika a więc i przyśpieszenie pojazdu także).

Rozumiesz?

Jeżeli chcesz by Twój mostek przeżył ostre traktowanie (blokady kół na trudnym terenie, ostre starty itp) musisz go liczyć na stall current + zapas np. 50-100% w zależności od warunków chłodzenia bo prawie nigdy nie są tak idealne w jakich mierzył dopuszczalny prąd producent mostka. Jeżeli planujesz obchodzenie się ze sprzętem jak z jajkiem, bierzesz prąd znamionowy + powiedzmy 30-50% zapasu (albo i to nie) i.. właśnie zbudowałaś tanią, chińską zabawkę.

No i jeszcze pytanie jak producent silnika określił prąd znamionowy. Jasne, dla momentu znamionowego ale jaki jest to % prądu maksymalnego (zatrzymania)? W którym miejscu wykresu jesteś? Jeżeli to prąd najlepszej sprawności, to po złapaniu osi silnika kombinerkami możesz oczekiwać wzrostu 10-krotnego. Jeśli to prąd maksymalnej mocy, to prąd wzrośnie tylko co najwyżej dwa razy. Takie dane (moment znamionowy i moment maksymalny i/lub prąd maksymalny) są podawane w kartach katalogowych silników.

[asia95]

Mhmm... Dobra, sporo wiedzy jak na jeden wieczór, ale serio wielkie dzięki, trochę bardziej te silniki dc zrozumiem:). Wcześniej w ciągu dnia decyzja padła na ten silnik

http://buehler-motor.pl/index.php?site=products&type=773&details=6384

i chyba ten sterownik

https://botland.com.pl/sterowniki-silnikow-moduly/3357-pololu-vnh3sp30-dwukanalowy-sterownik-silnikow-16v9a.html

ale to tak nawiasem w ogóle, bo może się zaraz okaże, że to zmienię. wielkie dzięki i biorę się dalej za czytanie!

[marek1707]

To jeszcze na dobranoc: w karcie katalogowej tego silnika http://www.buehler-motor.pl/download/1_61_070_EN.pdf dostajesz kilka liczb:

- Znamionowe: prąd, moment i prędkość - no to wiadomo,
- Moment maksymalny - i nie jest to moment zatrzymania tylko to co możesz wyciągnąć w sposób ciągły z tego silnika przy 25°C bez groźby jego zniszczenia. Prąd będzie wtedy proporcjonalnie większy niż dla momentu znamionowego. Temperatura jest ważna, bo swobodny przepływ powietrza chłodzi uzwojenia zwykle przez otwory w obudowie. Jeśli obudujesz silnik np. plastikiem to i na parametrach znamionowych może mu być za ciepło.

- Rezystancja uzwojeń - dzięki temu możesz policzyć prąd zatrzymania ze zwykłego prawa Ohma 12V/2.7Ω=4.5A, hm, dużo ale przecież nie beznadziejnie. Twój nowy mostek (9A) wygląda na dobrany z idealnym zapasem. A do tego jeszcze moment startowy: dzięki wykresowi - proporcjonalnie do prądu/momentu w punkcie znamionowym 🙂 Od razu pomyśl nad zasilaniem, 4x4.5A to niemało dla żelowych (chyba że jakieś duże) - na szczęście to tylko przez chwilę. LiPole o tej samej pojemności zniosą prądy rozładowania kilkadziesiąt razy większe, nie "przysiadają" tak z napięciem no i są wielokrotnie lżejsze.

Widać z tego, że silnik jest raczej delikatny a prąd jego maksymalnych ciągłych osiągów jest sporo niższy niż prąd zatrzymania. Całą prawa część wykresu będzie raczej niedostępna. To oznacza. że nie będzie można ostro szaleć z dużymi obciążeniami (wysterowaniami PWM) przy małych obrotach. Jeden-dwa ostre starty z zatrzymania i jeśli silnik szybko nie nabierze obrotów to albo komutator albo uzwojenie pójdzie z dymem. Jeśli nie robisz wyścigówki tylko inteligentnego robota z procesorem nadzorującym napędy to ten silnik może się nadać tym bardziej że nie wiemy, jak będzie wyglądać (ważyć) cała reszta i co ma robić.