Koncepcja zasilania układu wykonawczego robota

[damian92]

Witam serdecznie.

W ramach pracy inżynierskiej zamierzam zbudować układ wykonawczy robota z wykorzystaniem mikrokontrolera.

Chcę wykorzystać takie silniki http://electropark.pl/standardowe-silniki/768-silnik-dc-11500-obr-min-6v-5901000768004.html ze względu na szeroki wachlarz napięć zasilających. Myślałem nad wykorzystaniem mostka L293D. Dodatkowo, oprócz silników planuję zastosowanie modułu bluetooth (robot będzie sterowany ze smartphone'a), czujnika ultradźwiękowego HC-SR04 oraz opcjonalnie serwa modelarskiego do sonaru. Wymyśliłem dwa rozwiązania:

1. Zastosowanie jednego źródła zasilania dla logiki i silników z wykorzystaniem regulatora LDO np. LM2940 lub zwykłego stabilizatora (np. 7805) oraz dobre odfiltrowanie zasilania. Do tego wchodzą w grę baterie (bądź akumulatory) Ni-MH lub zastosowanie ogniwa Li-Po 7,4V. Czy musiałbym oprogramować monitorowanie napięcia ogniwa, np. poprzez ADC, by chronić ogniwo przed nadmiernym rozładowaniem? Ogólnie nie miałem z Li-Po do czynienia, lecz rozważam je ze względu na dużą wydajność prądową oraz wymiary i wagę.

2. Zastosowanie osobnego źródła zasilania dla logiki i silników przykładowo 4xAA dla logiki oraz 4xAA dla silników lub 4xAA dla logiki oraz ogniwo Li-Po dla silników. Logika przez stabilizator 5V, a silniki prosto z baterii lub ogniwa.

Biorę również pod uwagę spadek napięcia na L293D i zastanawiam się które rozwiązanie byłoby najlepsze. Zależy mi także na w miarę długim czasie działania. Opcjonalnie rozważam wymianę mostka.

Dziękuję za odpowiedzi i pozdrawiam.

[MirekCz]

Rozwiązanie 1 i najlepiej lepszy mostek (coś na tb6552 lub tb6612 itp.)

Li-poly musisz oczywiście pilnować, bo zbyt głębokie rozładowanie może uszkodzić akumulator...

[damian92]

Dziękuję za odpowiedź. Myślałem nad wykorzystaniem takiego ogniwa http://botland.com.pl/litowo-polimerowe-lipo/1299-pakiet-lipol-redox-500-mah-20c-74v.html Zapomniałem napisać o jednym aspekcie. W przypadku 1 rozwiązania, lepiej zasilać logikę przez stabilizator, a napięcie do silników brać prosto z Li-Pola? Czy zasilać wszystko przez stabilizator?

[Treker (Damian Szymański)]

przypadku 1 rozwiązania, lepiej zasilać logikę przez stabilizator, a napięcie do silników brać prosto z Li-Pola? Czy zasilać wszystko przez stabilizator?

Najlepiej silniki prosto z pakietu. Jeśli zależy Ci jednak na stabilnym zasilaniu napędów najlepiej dodać osobne stabilizatory do tego. Unikniesz problemów z zakłóceniami zasilania dla logiki.

[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

[damian92]

W takim razie myślę, że zostanę przy koncepcji pakiet Li-Po i stabilizator dla logiki. Czy stabilizator 7805 wystarczy do tego celu? Bo nie wiem czy jest sens stosować LDO. W tym przypadku również mostek chyba może zostać, bo nawet przy spadku 2V, silniki dostaną ok 5V. Czy pakiet Redox, który podałem w poprzednim poście wystarczy?

[Treker (Damian Szymański)]

Wszystko zależy od tego ile prądu będzie pobierała logika. Musisz to wstępnie oszacować. Ogólnie rzecz biorąc stabilizator LDO będzie lepszy w każdej sytuacji.

[damian92]

Myślę, że gdybym zrezygnował z serwa, czyli zostałaby ATmega, sonar, mostek i bluetooth, zmieściłbym się spokojnie w 500mA. Dodatkowo dochodzi prąd pobierany przez silniki (znalazłem tylko wartość prądu na biegu jałowym 70mA) i obawiam się czy ogniwo, które podałem wystarczy.

[Treker (Damian Szymański)]

Wszystko zależy od tego jak długiej pracy na baterii oczekujesz o wydajność lipoli nie musisz się martwić.

[damian92]

Czas pracy nie musi być jakiś przesadnie długi, chciałbym jednak, żeby przynajmniej pół godziny czy godzinę pojeździł. Mam więc pozostać przy tych elementach które podałem? Czy może masz jakieś inne propozycje? np. co do firm pakietów. Skoro LDO, w takim razie LM2940 nada się do Li-Pol'a?

[Treker (Damian Szymański)]

Tutaj znajdziesz wszystko na temat lipoli: https://www.forbot.pl/forum/topics20/dla-poczatkujacych-akumulatory-litowo-polimerowe-li-po-lipol-kompendium-vt6720.htm

Po lekturze sam wyliczysz potrzebne parametry 😉

[damian92]

Widziałem ten temat. Zerknę zatem jeszcze raz 🙂 . W takim razie nie ma znaczenia jakiej firmy pakiet kupię? Podliczę dokładnie jakiej wydajności prądowej potrzebuję i wtedy podejmę decyzję 😉. Radzisz pozostać przy L293D i 7805? MirekCz polecał wybór innego mostka. Myślę, że 7805 dałby radę, tylko mógłby się trochę grzać.

[marek1707]

Masz wątpliwości, czy akumulator 500mAh/20C czyli o max. prądzie rozładowania 10A wystarczy??? To ja uważam, że prędzej ścieżki które zrobisz na PCB nie wytrzymają.

Być może masz wątpliwości co do pojemności, ale nie podałeś żadnych planowanych osiągów tego robota. Jak długo ma pracować, jaki będzie cykl pracy? Czy głównie jeżdżenie, czy jednak tylko stanie i operowanie serwami a może i to nie. Prąd w silnikach DC rośnie liniowo z momentem a ten rośnie odwrotnie proporcjonalnie do obrotów - popatrz na wykresy jakiegoś dowolnego silnika tego typu. Możesz całkiem dobrze oszacować wymagania napędów na podstawie przyjętych reguł pracy. Przyśpieszenia, podjazdy, opory ruchu itp. Weź zapas pojemności by starczyło energii na najcięższy mod pracy i wyjdzie. Nie ma co strzelać na oślep.

W sumie Twój projekt nie wychodzi ani odrobinę poza tutejsze typowe konstrukcje, więc mógłbyś przejrzeć kilka i miałbyś jasność. Z drugiej strony zastanawianie się jaki stabilizator będzie potrzebny do zrobienia 5V z napięcia LiPola2S (8.4 do 6V) słabo wróży. Przecież 7805 w żaden sposób tego nie uciągnie przy 1V różnicy. Z kolei 2940 to konstrukcja LDO sprzed chyba 20 lat, na głównym tranzystorze typu PNP, mająca wszystkie wady pierwszych tego typu pomysłów. Postaraj się bardziej.

W sprawie źródła zasilania: dobrze, że zdecydowałeś się na gotowy pakiet, bo jeszcze nikomu nie wyszło na zdrowie stosowanie jakichś koszyczków z bateriami. To jest dobre do zasilania chińskiej zabawki, ale kontakty zawsze Cię zawiodą i stracisz zasilanie w najmniej oczekiwanym momencie.

Jestem zdecydowanym przeciwnikiem stosowania stabilizatorów do zasilania mostków, bo daje to ułudę stabilnej pracy silników jakby nie było zmiennych oporów przekładni, komutatorów, nieliniowości samych silników itp w zamian za dodatkowe straty energii w regulatorze napięcia, niechby i najlepszym. Zwykle i tak jego sprawność nie przekracza 80%. To mostki są elementem regulacyjnym i niech to one męczą się nad dozowaniem prądu do silników. A procesor jest od tego, żeby wiedzieć jak je wysterować. Chcesz mieć stabilną pracę napędu i utrzymywać obroty wg zadanej krzywej? Użyj sprzężenia zwrotnego w postaci enkoderów na osiach silników lub na kołach. Dzisiaj w zasadzie bez tego nie ma sensu wchodzić w napędy DC. Roboty typu LF mają sprzężenie zwrotne od trasy a o Twoim nie wiemy nic. Kto Ci polecił ten mostek? Przecież to niemożliwe, by ludzie planujący jakieś projekty i zaglądający do katalogów lub sklepów wysyłkowych z elektroniką zawsze trafiali na to badziewie i na tym poprzestawali? Sortowałeś po cenie czy jak? Weź znajdź coś lepszego i nie baw się w straty ponad 2V przy dysponowalnym napięciu 7V bo to urąga Twojemu zdrowemu rozsądkowi.

Osobiście radziłbym od razu zacząć myśleć o 3S i nawet mając silniki na 6V przyzwyczajać się do myśli o dużym zapasie i odczepić się od obaw czy napęd popychany z marnych 4V (6V-2V mostka) pod koniec pracy LiPola będzie jeszcze w ogóle się ruszał.

Tak, kontrola napięcia akumulatora jest obowiązkowa.

[damian92]

To będzie mój pierwszy robot, stąd też moje pytania mogą wydawać się trochę kolokwialnie mówiąc "laickie". Dlaczego 7805 i L293D? Dlatego, że w wielu konstrukcjach podobnych do moich oba elementy są wykorzystywane. Zdaję sobie sprawę z ograniczeń jakie niosą, więc chcę się upewnić czy mój tok rozumowania jest poprawny. Dziękuję za cenne wskazówki.