Useless box na NE555 - "zostaw mnie w spokoju"

[Leoneq]

Witam.
Ten projekt, mimo że wygląda na dość prosty, musiałem go bardzo rozpracować - jest to praca na "wprowadzenie do wykonywania zawodu", czyli mechatronikę.

Założenia były takie: zrobić projekt, który widać że działa, jest stosunkowo prosty w konstrukcji. Wybór padł na useless box, czyli bezużyteczne pudełko. Bezużyteczne pudełka nie robią nic pożytecznego - jeżeli ktoś im przeszkodzi w byciu przyciskiem do papieru, albo kurzołapem - same się wyłączą. Tak więc, uznałem że optymalnie będzie to zrealizować na timerze 555 i serwie modelarskim.

Zacząłem od sprawdzenia datasheeta serwa. Gdzieś przeczytałem, że serwa steruje się nie przez PWM a PPM (pulse position modulation). Nie miałem czasu badać tego aż tak, więc przyjąłem po prostu informacje z datasheeta. Kąt nachylenia od 0 do 180 stopni, i moment 1,8kg/cm powinien starczyć z dużym zapasem.

Zgodnie z tym diagramem, trzeba wygenerować sygnał PWM o częstotliwości 50Hz - jedna ramka ma długość 20ms. Z forbotowego kursu elektroniki wiemy, że takie coś można wygenerować timerem w trybie astabilnym. Tak wygląda schemat żywcem wzięty z datasheeta 555:

Działanie tego układu jest następujące: po podłączeniu zasilania kondensator C ładuje się - przez co na wyjściu jest stan wysoki. Ładuje się on przez rezystory R_a i R_b podłączone do zasilania. Kiedy kondensator naładuje się do 2/3 napięcia zasilania, wyjście jest ustawiane na stan niski, a kondensator się rozładowuje przez rezystor R_b podłączony do pinu “discharge”. Po rozładowaniu do 1/3 napięcia zasilania, wyjście znowu jest ustawiane na stan wysoki, a kondensator się ładuje - cykl się powtarza. Czas wysoki będzie zatem zależny od R_a i R_b, a niski od R_b.

Zgodnie z pierwszym diagramem, aby wychylić serwo o -90 stopni wypełnienie musi wynosić 1ms. Aby orczyk się obrócił do +90 stopni, sygnał musi mieć wypełnienie 2ms. Wykonałem wstępne obliczenia - do powyższego schematu zostały dołączone wzory:

Rezystancja niestety wychodziła ujemna. Wniosek prosty - ten układ nie nadaje się do naszego zastosowania, a przynajmniej w takiej formie. Tak jak w forbotowym przykładzie z kursu elektroniki, dodałem diodę równolegle z R_b. Od teraz R_a odpowiadał tylko za ładowanie kondensatora, a R_b tylko za rozładowywanie. Dlatego we wzorze na t_h mogę pominąć R_b:

Jak widać, obliczyłem 3 rezystory - wspólny, rozładowujący, i 2 ładujące. Pierwszy spowoduje schowanie ramienia, drugi spowoduje jego wychylenie. Wszystko powinien rozjaśnić schemat:

Nie miałem akurat żadnego akumulatora, więc źródło zasilania stanowią 4 paluszki AAA. Kondensator C1 filtruje zasilanie, i tam gdzie się dało umieściłem konektory. Płytkę zlutowałem na protoboardzie:

Obudowę wydrukowałem na drukarce 3D, białym PLA od Spectrum. "Wnętrzności" pudełka wydrukowałem kolorem czerwonym.

Po złożeniu, całość wyglądała tak:

Wykorzystałem tutaj sprężynę z długopisu, spinacz jako oś dla klapki, całość skręciłem różnymi śrubkami.

Przyszedł czas na odpalenie, a tu niespodzianka: nie działa (wow). Znaczy - działa, ale ramię ma za mało mocy do przełączenia dźwigni. Orczyk był prawidłowo przykręcony, okazało się że wypełnienie musiało być złe. Szybkie rozkręcanie, i patrzymy w oscyloskop:

Eksperymentalnie dobrałem nowe wartości rezystora. Potencjometr szeregowo połączyłem z Rb, i udało się dobrać dobrą rezystancję. Po zmierzeniu miernikiem, okazało się że należy wlutować rezystor 2.7kΩ. Tak też zrobiłem - a bezużyteczne pudełko w końcu mogło się bronić przed napastliwą działalnością człowieka.

Założenia projektu zostały spełnione, a projekt zaakceptowany. Projekt można uznać za zakończony sukcesem.

Linki:

• datasheet SG90: http://www.ee.ic.ac.uk/pcheung/teaching/DE1_EE/stores/sg90_datasheet.pdf
• datasheet NE555: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ne555.pdf

 

 

[Cydek]

Wow. Naprawdę fajne cuś. Myślałem, że zrobienie usless boxa jest jakoś bardzo skomplikowane, a tu proszę. 

Propsy

Maciek

[ethanak]

To fakt, pierwszy raz widzę boxa na czymś innym niż mikrokontroler

@Leoneq - proponuję utrudnienie: palec ma wyskakiwać dopiero po jakimś czasie (gdy już cofnę rękę od wyłącznika). Co Ty na to?

[Leoneq]

Aż tak mi sie nie nudzi xd
Chociaż warto spróbować. Praktyki z 555 nigdy nie za dużo.

[Gość]

4 godziny temu, ethanak napisał:

@Leoneq - proponuję utrudnienie: palec ma wyskakiwać dopiero po jakimś czasie (gdy już cofnę rękę od wyłącznika). Co Ty na to?

@ethanak ale może w tym właśnie o to chodzi żeby zostać "polizanym"

[ethanak]

9 minut temu, atMegaTona napisał:

może w tym właśnie o to chodzi żeby zostać "polizanym"

Na 100% nie - wtedy to byłby "usable box" a nie "useless box"

[Leoneq]

W planach mam zrobić "ultimate useless box" - z wyświetlaczem, drugim serwem na klapkę, a nawet napędem do uciekania. Ale to bardzo odległe plany.