Kurs elektroniki II - #9 - czujnik przeszkód, sterownik serwa

[Maticz]

Dzieki za rzetelna odpowiedz !

[Maticz]

Mam pytanie odnosnie servo motorka, dlaczego przy kreceniu potencjometrem, w jedna strone do oporu serwo mocno drzy i robi szybkie ruchy lewo prawo natomiast po przeciwnej stronie pokretla od potencjometru mam juz plynny ruch, od czego to zalezy ?

[Treker (Damian Szymański)]

@Maticz drżenie serwa wynika z niedoskonałości tego elementu oraz z tego, że przy maksymalnym skręceniu potencjometru prawdopodobnie wychodzisz już trochę poza jego zakres. W środku serwa znajduje się przekładnia, mechaniczna blokada i potencjometr, który sprawdza jego aktualną pozycję. Może być tak, że wewnętrzny potencjometr informuje, że do osiągnięcia skrajnej pozycji jeszcze trochę brakuje, silnik próbuje się jeszcze trochę obrócić, ale blokuje go mechaniczna blokada i stąd drżenie. W praktyce taki problem niweluje się przez minimalne ograniczenia zakresu ruchu serwa, można też kupić 2-3 razy droższe serwa, które są wykonane precyzyjniej i wtedy taki efekt będzie zminimalizowany - jednak do większości testów wystarczają takie standardowe microserwa. Do zestawów dodajemy obecnie serwa SG-90, czyli jeden z najpopularniejszych modeli 🙂

[tomekk06]

@szymo092 @Prosper Za mały rezystor przy led1 ir musi być jak najbardziej zbliżony , miałem ten sam problem po wymianie na właściwy r1 działa jak potrzeba. !!! Sprawdz kąt padania fal od nadajnika  do odbiornika . Fala po odbiciu od przeszkody powinna trafić w odbiornik . To jest główny  problem. !!!!😁

[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

[Gieneq]

@tomekk06 witam na forum 🙂 możesz doprecyzować o czym piszesz?

Edytowano Grudzień 29, 2020 przez Gieneq

[szeryf]

Układ czujnika przeszkód działa z odległości około 10 cm, ale nie wiem czemu przestaje działać, kiedy zbliżam przeszkodę nawet o 2-3 cm. 

Układ z serwem też działa, przy czym przy zmniejszaniu rezystancji potencjometru poniżej 0,3 kΩ serwo zaczyna kręcić się dookoła. Dołożyłem szeregowo z rezystorem 1 kΩ rezystor 330 Ω i problem kręcenia się dookoła zniknął, ale jest to kosztem zmniejszenia kąta obrotu serwa o jakieś 20-30 stopni. Czy taki efekt to coś normalnego?

Edytowano Styczeń 4, 2021 przez szeryf

[Treker (Damian Szymański)]

13 godzin temu, szeryf napisał:

Układ czujnika przeszkód działa z odległości około 10 cm, ale nie wiem czemu przestaje działać, kiedy zbliżam przeszkodę nawet o 2-3 cm. 

@szeryf to wszystko jest kwestią tego jak ułożony jest względem siebie nadajnik i odbiornik. Nawet drobne zmiany położenia będą tutaj odgrywały duże znacznie. Większość gotowych czujników odległości ma też jakiś minimalny zakres działa. Po prostu, jeśli obiekt jest zbyt blisko to wiązka z diody "nie ma miejsca", aby odbić się i polecieć do odbiornika. Jeśli chcesz coś tutaj poprawić to możesz delikatnie zmienić położenie diody i/lub regulować kartonową przesłonę, która jest między elementami.

13 godzin temu, szeryf napisał:

Układ z serwem też działa, przy czym przy zmniejszaniu rezystancji potencjometru poniżej 0,3 kΩ serwo zaczyna kręcić się dookoła. Dołożyłem szeregowo z rezystorem 1 kΩ rezystor 330 Ω i problem kręcenia się dookoła zniknął, ale jest to kosztem zmniejszenia kąta obrotu serwa o jakieś 20-30 stopni. Czy taki efekt to coś normalnego?

To znak, że w Twoim zestawie trafił się trochę inny serwomechanizm (z wyglądu i oznaczenia identyczny jak ten z kursu, ale czasami producenci zmieniają coś w środku). Konkretnie trafiłeś taki serwomechanizm, który nie ma mechanicznej blokady - to po prostu trochę inny element. Jeśli Ci to przeszkadza to zgłoś sprawę do Botlandu - na pewno będę mogli jakoś pomóc (np. wymieniając serwo na takie z blokadą).

[enikan]

Czy dobrze to liczę: że jeżeli sygnał zmienia się 50 x na sekundę czyli co 20ms, a wypełnienie trwa 1,5ms, to będzie 0,075%?

[marek1707]

 

15 minut temu, enikan napisał:

to będzie 0,075%?

Żle liczysz albo masz jakiś kłopot z procentami. Sygnał aktywny przez 1.5ms okresu 20ms ma wypełnienie 7.5%, a w przypadku standardowych serwomechanizmów impuls może zmieniać się w granicach od 1 do 2ms (czyli wsp. wypełnienia 5 do 10%).

[enikan]

No tak mi się właśnie zdawało, że coś z tymi procentami... Dzięki @marek1707 😉

Bo w innym dziale tego kursu (Kurs elektroniki II – #6 – sterowanie sygnałem PWM) przeczytałem zdaniem:

Cytat

Widać tutaj sygnał o częstotliwości 20,2 kHz, w którym stan wysoki trwa 14,6 μs, a stan niski 34,8 μs. Z tego wynika więc, że okres sygnału to 49,4 μs, a jego wypełnienie to 14,6 / 49,4, czyli ~30%.

A więc wydawało mi się, że analogicznym będzie, gdy policzę: 1,5 / 20 = 0,075 😄
A to przecież ma być jeszcze x 100...
Dziś już chyba za długo nad tym siedzę...

Edytowano Styczeń 22, 2021 przez enikan
Jeszcze mi w głowie miesza multimetr, bo ustawiony na "HZ Duty" pokazuje od 0,7% do 18,3%...

[Fea]

Czujnik działa jak powinien choć przyprawił mnie o ból głowy. Trzy razy go składałam, w końcu nawet popatrzyłam na Waszą instrukcję, a on ciągle nic.

Sprawdziłam czujnik i diodę i wszystko gra, a razem nie chciało, olśnienie przyszło później. Dioda nadawała sygnał w górę do sufitu, więc szansa na dobre odbicie i trafienie w odbiornik była upiornie mała. 

Zmieniłam ustawienie diody (pochyliłam ją) i zaczęło grać. 

Najlepiej oczywiście dioda/czujnik radzą sobie z płaskimi powierzchniami, wówczas szansa na prawidłowe wykrycie wzrasta, zaokrąglenia nie sprzyjają, ale tutaj winę ponosi prawo odbicia, któremu podczerwień chce czy nie chce musi się poddać i zwyczajnie nasz promień nie trafi do czujnika.

Z serwem poszło szybciej, po takiej ilości montowań do NE555 przy czujniku IR, tutaj była to bułka z masłem 🙂

Na widok wzorów przeliczyłam częstotliwość nadawania (chyba tak można by to nazwać) i z obliczeń wychodzi trochę mniej oporu niż zastosowaliśmy, ale różnica w kHz jest właściwie nieistotna (176Hz więcej).

Dzięki, pozdrawiam.

[Treker (Damian Szymański)]

@Fea no niestety, czasami trzeba trochę posiedzieć nad tym, aby wyeliminować pewne błędy. Fajnie, że ostatecznie się udało i nic się po drodze nie uszkodziło 😉

[slaw992]

Hej,  mógłby mi ktoś pomoc przekształcić te wzory na stan niski i stan wysoki generatora a stabilnego bo męcze się pół dnia i chyba coś źle robię. Lubię wiedzieć skąd co się bierze,  wiem ze mógłbym użyć kalkulatora ale chce mieć gotówce pod ręką na Ra i Rb w układzie astabilnym. 

1.Ustalam częstotliwość

częstotliwość np. 36kHz to  1s/36000 ,wyjdzie mi liczba która jest stanem niskim + stanem wysokim

1s/36000=0.00002777s

2.Dziele ta liczbę na  stan wysoki i niski. Czyli ustalam sygnał PWM jaki chce mieć na wyjściu out, np. chce otrzymać 70% sygnału dodatniego i 30% sygnału ujemnego. 

0.00002777•70/100=0.000019439s stan  wysoki

0.00002777•30/100=0.000008331s stan niski

Dobierz rezystor stanu niskiego Rb wstawiając wybrany dowolny kondensator. 

Rb=s/In(2) •C za s wstawiam czas trwania sygnału niskiego

Rb=0.000008331s/0.693•10nF=

=1202ohm,  dlaczego w projekcie jest 1kohm?? 

 

4.Dobieram rezystor stanu wysokiego,  stan wysoki to  Ra+Rb więc muszę  odjąć czas wysoki od czasu ujemnego,bo stan ujemny już obliczylem.  

Ra=s(czas stanu wysokiego-czas stanu niskiego)/In(2) •10nF 

Ra=  0.000019439s - 0.000008331s / In(2) •C

Ra= 1602ohm

Bardzo prosze o poprawe wzoru, słaby bylem z matmy a zależy mi żeby iść dalej,  świetny kurs, Pozdrawiam ;) 

 

[Gieneq]

@slaw992 witam na forum 🙂 

Fajnie że chcesz się wgryźć w ten temat, jest to o tyle przydatne, że znając wzory da się dobrać nie tylko wartości stałych elementów ale i potencjometr żeby wiedzieć w jakim zakresie będzie możliwa regulacja. Dlatego się nieco rozpiszę... Na początku będzie złe podejście do tematu, a później lepsze 😉 

Wstęp

Na początek uświadom sobie jak w konfiguracji astabilnej płynie prąd - jak jest ładowane i jak rozładowywany kondensator, w ten sposób zrozumiesz skąd biorą się 2 wzory na czas stanu wysokiego T_H i czas stanu niskiego T_L.

Wzory podane w kursie i w dokumentacji to:

T_H = ln(2)*(R_A + R_B) * C = ln(2)*(R_A + R_B) * C

T_L = ln(2)*R_B* C

W drugim wzorze jest tylko R_B, bo tylko on bierze udział w rozładowaniu kondensatora.

Teraz tak jak piszesz:

17 godzin temu, slaw992 napisał:

częstotliwość np. 36kHz to  1s/36000 ,wyjdzie mi liczba która jest stanem niskim + stanem wysokim

Pisząc dokładniej okres tego sygnału: T= 1/f to suma czasów niskiego i wysokiego, czyli:

T =  T_H +T_L 

T = ln(2)*(R_A + R_B) * C + ln(2)*R_B* C = ln(2)*(R_A + 2*R_B) * C

Podejście proste

Twoje założenia to:

• f = 36 kHz
• wypełnienie tj. T_H/T = 70%

Pierwsze co warto zauważyć to że da się wyprowadzić wzór na wypełnienie, bo jak podzielisz to logarytm i C się skrócą:

T_H/T = (R_A + R_B)/(R_A + 2*R_B) = 70%

oraz

f = 1/T = 1/(ln(2)*(R_A + 2*R_B) * C) = 36 kHz

a także wiemy z dokumentacji że suma R_A + R_B < 3,4 M oraz R_A > 2k

Pokrywa się to z dokumentacją:

3 niewiadome, 2 równania = nie ma jednoznacznej odpowiedzi 😞 są jakieś ograniczenia ale i tak trzeba sparametryzować jedną zmienną. Oznacza to że będziemy do niej podstawiać wartość i sprawdzać jak się ma reszta.

17 godzin temu, slaw992 napisał:

1s/36000=0.00002777s

Zauważyłem, że dość szybko zacząłeś podstawiać liczby. Na tym etapie nie ma to większego sensu bo jak widzisz, dopiero po kilku przekształceniach mamy wzory w których wyciągamy wnioski, a dopiero później podstawiamy liczby 🙂 

Wracając, weźmy najpierw wypełnienie, uznajmy że wybierzemy sobie jakieś RA i wyprowadźmy wzór na RB. Żeby nie pisać tego "Symbolu" wypełnienia to oznaczmy to jako:

Δ = T_H/T

i teraz przekształcamy wzór i wychodzi:

R_B = (R_A*(Δ-1)) / (1-2*Δ)

Weźmy teraz podstawmy coś, np R_A = 10k, Δ = 70% = 0,7. Mamy:

R_B = 10⁴ * (0,7-1) / (1-2*0,7) = 7,5k

Wypełnienie jest, to teraz dobierzmy do tego częstotliwość wybierając kondensator:

przekształćmy wzór:

C = 1 / (ln(2) * (R_A + 2*R_B) * f)

Podstawiamy dane i wyniki poprzedniego kroku:

C = 1 / ( ln(2) * (10⁴ + 2*7,5 * 10³) * 36 * 10³) ≈ 1,6 * 10^-9 F = 1,6 nF

Aj nie był to dobry pomysł. Ani nie ma takiego kondensatora, składanie własnego mija się z celem, a regulowane kondensatory widziałem 10 lat temu w radioodbiorniku.

 

Lepsze podejście

Zatem lepiej jest najpierw wybrać kondensator (C jest parametrem, a później wybrać resztę 🙂 ), R_A można uznać że jest stały, a R_B złożyć z potencjometru i dostroić.

Weźmy C = 100nF i sprawdźmy czy dla R_A np 10k, R_B będzie mieć sens. Przekształćmy wzór na częstotliwość wyciągając R_B i podstawiamy:

R_B = 0,5 * (1/(ln(2) * f * C) - R_A)

widzimy od razu, że wypada aby rezystancja nie była ujemna czyli mamy tu warunek:

(ln(2) * f * C) - R_A) > 0 czyli 400 Ω > R_A

Coś z tego wyznaczymy, R_B wyjdzie pół złamanego oma. 10k to w ogóle zły pomysł... to co jest nie tak? 

Chodzi w tym o to, że dla 100nF nie uzyskamy takiej częstotliwości bo układ jest za wolny. Trzeba mniejszą pojemność. Patrz w kursie jest 10nF 😉 

Dobra to podstawiamy 10 nF i co teraz mamy?

4007,5 Ω > R_A, super! To weźmy R_A = 2x1k i co z tego wyszło? R_B = 1003,7 Ω

Offtop: dla sprawdzenia podstaw dane z kursu czyli 10 nF, RA = 1,66k i sprawdź jaki RB wyjdzie 😉 

Nie wyjdzie na pewno idealny ale układ TSOP jest przystosowany do pewnego pasma częstotliwości więc nie będzie marudzić.

A jakie wypełnienie z tego mamy?

Δ = (R_A + R_B)/(R_A + 2*R_B) = 75%, no prawie 🙂 Jak to zrobić lepiej?

 

Bez zgadywania!

Mamy teraz układ 2 równań i 2 niewiadomych i parametr C, można zatem je jednoznacznie rozwiązać, trochę zaokrąglę i podstawię wartości:

R_B = 0,5 * (1,44*10⁵ / 36 - R_A)

R_A +2*R_B = 4000 Ω

i z drugiego (nieco uproszczonego):

1-0,7 = R_B/(R_A + 2*R_B) Stąd:

3*R_A = 4*R_B  → R_A = 4/3*R_B

Rewelacja 🙂 Teraz tylko wyznaczamy odpowiedź i zrobione:

R_A = 1200 Ω, RB = 1600 Ω no i C = 10 nF

Sprawdzamy:

f = 36067 Hz

Δ = 0,7 

Oczywiście składanie tego jest trochę nierealne. Bo rezystory mają swoje tolerancje. Więc np taki RA złożymy pewnie z rezystorów 1k o 220R z tolerancją 5% i wtedy potencjometrem RB doprecyzujemy.

 

Zakres

Jeszcze zadajmy sobie pytanie, jeżeli dam RB złożone z potencjometru 5 k i rezystora 330R to jaki uzyskam zakres częstotliwości i wypełnień?

Trzeba wyznaczyć to co wyżej dla R_Bmin = 330R i R_Bmax = 5,33k:

f(RBmin) = 136619 Hz

Δ(RBmin) = 85% 

oraz:

f(RBmax) = 8459 Hz

Δ(RBmax) = 57%

Czyli jak widać uzyskamy dość szeroki przedział, regulacji.

[Dawek]

Cześć,

na wstępie napiszę, że udało się złożyć oba układy i oba działają (mniej lub bardziej prawidłowo).

Z czujnikiem przeszkód miałem identyczny problem co Fea - mianowicie dioda IR świeciła w sufit więc pomimo wielkich chęci ciężko było skierować wiązkę na odbiornik, który najlepiej reaguje od przodu. Sprawdziłem, że oba układy działają (pilot + kamera w telefonie), potem wartości rezystorów aby sprawdzić częstotliwość (też ok) i na samym końcu zobaczyłem zdjęcie układu ze zgiętą diodą. Zazwyczaj składam wszystko wyłącznie ze schematów dlatego chwilę mi to zajęło (może warto dodać w artykule, tam gdzie opisane są możliwe błędy, że dioda powinna być odgięta?). Zakładałem, że dioda porównywalna jest z tymi z pilotów, których używaliśmy w poprzednim ćwiczeniu, a wtedy wiązka odbija się nawet od ścian (doczytałem potem na forum jaka jest między nimi różnica bo ktoś pytał o to samo).

Z kolei serwo szaleje mi również przy skrajnej wartości potencjometru i wpada w drgawki (tak jak forumowiczowi Maticz), ale to zostało już wyjaśnione niedoskonałością mechanizmów. Zauważyłem jednak, że serwo wychyla się tylko o 90 stopni. Wszystko wydaje się działać prawidłowo bo w zależności od wychylenia potencjometru kąt zmienia się z 0 (maks lewo) na 45 (środek) i 90 stopni (maks prawo). Tak jakby zakres całego serwo wynosił tylko 0-90 stopni. Spotkaliście się może już z czymś takim? Przeleciałem przez układ jeszcze raz i wszystko wydaje się być odpowiednio podłączone. Jedyne co mi przychodzi do głowy to wysyłka złego serwo mimo, że na opakowaniu oznaczone jest prawidłowo jako 180 stopni (chociaż ciężko stwierdzić po samym serwo jaki ma zakres obrotu).

Ps. wydaje mi się, że znalazłem kolejny, mały błąd w kursie. Na tej grafice źle opisany jest prawy górny kondensator ceramiczny - wstawione jest 220 µF powinno zaś być 100 nF. Lewy górny kondensator ceramiczny także powinien być opisane skoro opisano wszystkie pozostałe.

Pozdrawiam!
Dawid