------( میکروالکترونیک )------( الکترونیک دیجیتال )------( سفارش طراحی و برنامه نویسی پروزه های شما )------( الکترونیک مقدماتی )--------(www.project-esisis.com)------	تقویم ابزار های وبلاگ نویسی نمایشگر تاریخ به صورت فارسی

عنوان ‍ﭘروژه :کنترل و راه اندازی سروموتورهای الکتریکی و موتور DC و موتور ﭘله ای با اعمال موج PWM و سرومکانیسم ها از طریق ارتباط کامپیوتر (رابط RS232 پورت COM)- با استفاده از پروتکل USART در میکرو - برنامه نویسی رابط گرافیکی LabVIEW با سخت افزار مدار از طریق رابط RS232

شرح پروژه:

در این پروژه ابتدا تنظیم های لازم برای کنترل هر یک از موتور های توسط pc رابط گرافیکی به میکرو داده شده میکروکنترلر با توجه به مقدار سرعت و چرخش هر یک از موتور ها پالس لازم را به تراشه های درایور داده تا این تراشه ها با توجه به سرعت انتخاب شده موتور ها را راه اندازی نمایند برای Backup گیری از موتور dcنیاز به یک انکودر یا آشکار ساز می باشد که سرعت چرخش را برای ارسال پالس PWM به میکرو برمیگرداند لازم به ذکر است که کلیه تغییرات فوق هم زمان بر روی LCD نمایان خواهد شد تا رابط کاربری مناسبی داشته باشیم. همچنین میتوانیم دو رله را در دوحالت NC و NO کنترل نمائیم تا اگر موتورهای dc برای توقف نیاز به کنتاکت قطع اینورتر داشته باشن از این رله ها استفاده نمائیم

هدف از پروژه:

1. کنترل موتور های الکتریکی تا 4 آمپر
2. کنترل دوعدد موتور DC در دو حالت راست گرد و چپ گرد و تنظیم سرعت موتور ها توسط پالس PWM و اینکدر
3. کنترل سروموتورها servomotor
4. کنترل موتور Stepper
5. استفاده از LCD 2*16 برای نمایش فرایند
6. رابط کاربری مناسب و آسان
7. راه انداز رله خروجی در دوحالت NC و NO برای استفاده برای راه اندازی اینورتر موتور ها و .....
8. استفاده از پرتکل USART (رابط RS232 پورت COM)
9. برنامه نویسی رابط گرافیکی LabVIEW و PC
10. محاسبه سرعت برحسب دور بر ثانیه و دور بر دقیقهRPM-RPS
11. تنظیم زاویه سروموتور در صفر درجه تا 360 درجه
12. ارتباط با servomotor SG5010
13. تغذیه کاملا جدا و محافظت شده
14. کنترل همزمان هر سه موتور با یک رابط کاربری

ساختار پروژه در تصویر زیر آورده شده است

برای دیدن در ابعاد واقعی بر روی عکس کلیک کنید.

راهنمای کامل و گزارشکار آماده و تایپ شده در Microsoft Office Word 169 صفحه 7 قسمت بهمراه فایل پایانامه تایپ شده و ویرایش شده آماده برای پرینت و فیلم آموزش عملکرد مدار

موتور های DC:

موتورهایی که انرژی الکتریکی DC را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند، موتور DC نامیده می شوند. ساده ترین موتور DCاز یک حلقه سیم که حول محور ثابتی دوران می کند تشکیل شده است. قسمت دوار این ماشین روتور و قسمت ساکن آن استاتور نام دارد. حلقه سیم روتور داخل یک شیار که بر روی هسته ی فرو مغناطیس کنده شده است، قرار دارد. فرض کنید یک باتری به موتور متصل شود هنگامی که کلید بسته شد جریان از حلقه می گذرد و اطراف آن یک میدان مغناطیسی تولید می شود و از انجا که استاتور از یک ماده مغناطیسی ساخته شده است و یک میدان مغناطیسی دارد بر اثر تعامل این دو میدان گشتاوری در حلقه ایجاد می شود که متناسب با حاصلضرب شار مغناطیسی در جریان عبوری از حلقه است. برای اینکه روتور به چرخش خود ادامه دهد عمل کموتاسیون اجرا می گردد

کموتاسیون فرایند تبدیل ولتاژها و جریان ها AC در رتور ماشین DC به ولتاژ ها و جریان های DC در پایانه های آن است. در واقع با اعمال گشتاور ،رتور تا رسیدن به قطب بعدی می چرخد حال قطب آن عوض می شود در همین لحظه قطعه ای به نام جاروبک اتصالات حلقه رتور را تغییر می دهد و باعث چرخش دوباره رتور می شود .

آزمايشات فارادي اساس پديد آمدن ژنراتورهاي DC است. در سال 1832 در دانشگاه «padua» در كشور ايتاليا از حركت يك آهنربا در مقابل سيم پيچ توانستند جريان الكتريكي را در هادي برقرار كنند. اين آزمايش باعث ايجاد جرقه هايي براي پيشرفت در زمينه ساخت ژنراتورهاي DC گرديد. در سال 1879 اولين ژنراتور DC از لحاظ عملي توسط «ThomasEdison» ساخته شد. اين ژنراتور داراي مشخصات زير بود 1200 دور در دقيقه، 110 ولت، 5 كيلووات. به همراه گسترش منابع DC تحقيقات روي موتورهاي DC و ساخت آنها شروع گرديد. اولين موتور DC بصورت عملي در سال 1886 توسط «Eliha Thompson»‌ ساخته شد، توان موتور مذكور به اسب بخار بود.

اساس كار موتور DC

وقتي كه از يك هادي در ميدان مغناطيسي جريان الكتريكي عبور كند. بر اين هادي نيرويي وارد مي شود كه طبق قانون دست راست فلمينگ مي توان جهت حركت هادي را تعيين نمود. قانون دست راست فلمينگ بيان مي كند اگر انگشت اشاره جهت ميدان مغناطيسي را نشان دهد و انگشت مياني به جهت عبور جريان اشاره كند، در اين صورت انگشت شصت جهت حركت هادي را نشان مي دهد و مي توان مقدار نيروي وارد بر هادي را تعيين نمود.

در صورتيكه يك حلقه در داخل ميدان مغناطيسي وجود داشته و جريان الكتريكي از آن عبور كند حلقه قادر است يك دوران 1800 انجام دهد. بنابراين براي چرخش مداوم حلقه لازم است تا به نحوي جهت جريان الكتريكي حلقه بعد از دوران 1800 الكتريكي عوض شود. براي اين منظور از وسايلي استفاده مي كنيم كه جهت جريان را عوض كنند. به اين وسايل كموتاتور گفته مي شود. در يك موتور DC براي داشتن يك حركت يكنواخت لازم است از تعداد زيادي حلقه استفاده شود و كموتاتورها بگونه اي عمل كنند كه جريان در هر حلقه در زمان عبور آن از زير قطب مغناطيسي برقرار شود. در شكل زیر نحوة عملكرد كموتاتور و گشتاور اعمال شده به حلقه رسم شده است.

محور خنثي

وقتي كه حلقه اي موازي خطوط ميدان مغناطيسي حركت مي كند ولتاژ القايي در دو سر حلقه صفر است بنابراين خط عمود بر خطوط ميدان مغناطيسي را محور خنثي گويند. روي محور خنثي ذغالها قرار مي گيرند تا تعويض جهت جريان در حلقه انجام گيرد.

اثر تغيير محور خنثي

همان طور كه گفته شد ولتاژ القايي روي محور خنثي صفر است و تغيير جهت جريان در هاديهاي روتور توسط ذغالهايي كه روي اين محور قرار گرفته اند انجام مي گيرد. در اثر عبور جريان از حلقه هاي روتور ميدان مغناطيسي ديگري بوجود مي آيد كه باعث عدم تقارن ميدان مغناطيسي مي شود و محور خنثي تغيير مي كند. در اين حالت بايد مكان ذغالها تغيير كند زيرا در روي محور خنثي قبلي ولتاژ القايي وجود دارد و تغيير جهت جريان در حلقه ها باعث بوجود آمدن جرقه و كوتاه شدن عمر كموتاتورها و حتي ذوب آنها مي شود. اثر ديگري كه تغيير مكان محور خنثي دارد كم شدن شار متوسط زير قطبهاست. با كم شدن شار قطبها سرعت موتور افزايش مي يابد.

كموتاسيون

تغيير جهت جريان در هاديهاي روتور را كموتاسيون گويند. بعلت تغيير محور خنثي، كموتاسيون با جرقه همراه خواهد بود كه براي اصلاح آن از روشهاي زير استفاده مي كنيم. - انتقال ذغالها به مكان محور خنثي جديد - استفاده از قطبهاي كمكي - استفاده از سيم پيچهاي جبران كننده

انواع مختلف موتور DC

در اثر عبور جريان الكتريكي از هادي در ميدان مغناطيسي، هادي به حركت در مي آيد. اساس عملكرد موتور نيز روي عبور جريان از سيم پيچهاي روتور كه در ميدان مغناطيسي استاتور قرار گرفته اند، مي باشد. به روشهاي گوناگون مي توان ميدان ناشي از سيم پيچهاي استاتور را بوجود آورد. براساس نحوه توليد ميدان تحريك، موتورهاي DC طبقه بندي مي شوند انواع مختلف ميدان تحريك عبارتند از:

تحريك جداگانه (مستقل)

با اتصال يك منبع جداگانه DC به هاديهاي استاتور همواره ميدان تحريك ثابتي خواهيم داشت. جريان ميدان تحريك در اين روش مستقل از جريان بار است. اين روش احتياج به دو منبع مستقل DC دارد.

مشخصه خروجي موتور شنت:

عكس العمل آرميچر باعث كاهش شار متوسط زير قطبها و افزايش سرعت موتور مي شود، بنابراين نمودار گشتاور – سرعت موتور شنت را در دو حالت با درنظر گرفتن عكس العمل آرميچر و بدون عكس العمل آرميچر را مي توان به صورت زير در نظر گرفت.

موتور كمپوند DC

موتور كمپوند تركيبي از موتور سري و موتور شنت است. در صورتيكه شار ميدان شنت شار ميدان سري را تقويت كند به آن كمپوند اضافي و در صورتيكه شار ميدان سري، شار ميدان شنت را تضعيف كند به آن كمپوند نقصاني گفته مي شود. هر يك از كمپوندهاي اضافي يا نقصاني به دو دسته ديگر بنام كمپوند بلند و يا كمپوند كوتاه تقسيم مي شوند. در موتور كمپوند بلند جريان ميدان شنت مستقل از تغييرات جريان بار است ولي در كمپوند كوتاه تغييرات جريان بار باعث تغييرات جريان ميدان شنت مي شود. مدار معادل موتورهاي كمپوند بلند و كمپوند كوتاه در زير رسم شده است.

مقايسه كلي بين موتورهاي DC و AC

بعلت اينكه موتورهاي DC داراي كموتاتور و جاروبك هستند، هزينه بيشتري براي تعمير و نگهداري آنها بايد صرف شود. معمولاً بين كموتاتورها در موتورهاي DC جرقه زده مي شود بنابراين در مكانهايي كه خطر اشتعال وجود دارد از آنها استفاده نمي شود. در كارهائيكه احتياج به تنظيم سرعت دقيق داريم معمولاً از موتور شنت استفاده مي شود و براي راه اندازي بارهاي سنگين نيز موتور سري بكار مي رود.

مزيت عمده موتورهاي AC نسبت به موتورهاي DC در هزينه تعمير و نگهداري آنها و هم چنين احتياج نداشتن به يك منبع DC است. در كارهائيكه احتياج به يك سرعت ثابت با راه اندازي بارهاي سنگين داريم موتورهاي AC بهتر از موتورهاي DC هستند. يكي از مهمترين مسائل موتورها، راه اندازي موتورها در شروع كار است. در هنگام راه اندازي جريان شديدي از موتور عبور مي كند و ممكن است باعث اختلال در كار دستگاههاي ديگر بشود. همان طور كه قبلاً‌ ذكر شد موتورهاي القائي جريان راه اندازي در حدود 5 تا 7 برابر جريان نامي از شبكه دريافت مي كنند. در موقعيتهايي كه جريانهاي راه اندازي ايجاد مشكل مي كنند از موتورهاي القايي روتور سيم پيچي شده استفاده مي كنيم. مزيت عمده اين نوع موتورها، جريان راه اندازي كم و گشتاور راه اندازي زياد آنها است. روش عمده اي كه در موتورهاي DC براي كم كردن جريانهاي راه اندازي استفاده مي شود، بكار بردن مقاومتهايي سري با مدار آرميچر است كه به تدريج از مدار آرميچر خارج مي شوند، اين روش تلفات زيادي را بهمراه دارد. امروزه با پيشرفت در عناصر نيمه هادي و المانهاي قدرت سعي مي شود كه بيشتر از موتورهاي AC استفاده شود تا هزينه تعمير و نگهداري را كاهش دهند. موتورها معمولاً در قدرتهاي متفاوتي ساخته مي شوند، استاندارد موتورهاي توان بالا موجود است. با بالا رفتن توان احتياج به جريان و ولتاژ بيشتري براي موتور خواهيم داشت، در صورتيكه ولتاژ ترمينالهاي موتور را افزايش دهيم جريان مورد نياز موتور كم مي شود. كاهش جريان موتور نيز باعث كاهش قطر سيم پيچهاي موتور مي شود و هزينه ساخت كاهش مي يابد. البته عوامل مختلف ديگري در طراحي موتورهاي با قدرت بالا مؤثر هستند و ولتاژ استاندارد موتورهاي القايي بزرگ موجود است. با توجه به محيط كارخانه سيمان و اثر گرد و غبار روي عملكرد موتورهاي DC و پيشرفتي كه در زمينه كنترل موتورهاي القايي در صنعت صورت گرفته است، در صنعت سيمان از موتورهاي القايي بيشتر استفاده مي شود كه در بخش بعدي به بررسي آنها مي پردازيم. هر چقدر توان موتور بالا مي رود، لازم است كه ولتاژ اعمال شده نيز به موتور افزايش پيدا كند. معمولاً موتورهاي 380 تا 460 ولت را فشار ضعيف و موتورهاي 460 تا 2300 ولت را فشار متوسط و موتورهاي بالاتر از 2300 ولت را فشار قوي مي نامند. در صورتيكه گشتاور راه اندازي و گشتاور ماكزيمم مناسب بخواهيم از موتورهاي القايي استفاده مي كنيم. موتورهاي القايي در مقايسه با موتورهاي DC داراي حجم و وزن كمتري هستند و نگهداري و تعميرات موتورهاي القايي نيز به مراتب كمتر از موتورهاي DC است. در مكانهايي كه لازم است سرعت دقيقي داشته باشيم در گذشته از موتورهاي DC استفاده مي شود ولي اكنون با استفاده از كنترل كننده AC سعي مي شود از موتور القايي استفاده شود. مزاياي مهم كنترل كننده هاي AC را مي توان به صورت زير برشمرد: - براحتي مي توان از آنها استفاده نمود. - استفاده از نمايشگرهاي ديجيتالي كه امكان مشاهده پارامترهاي مختلف را فراهم مي كنند. - قابليت برنامه ريزي و مدل كردن كنترل كننده هاي PI و PID - ايجاد كنترل روي سيستمهاي گشتاور ثابت، توان ثابت و سيستمهاي ترتيبي (سيستمهاي متوالي) - قيمت پائين در مقايسه با كنترل كننده هاي آنالوگ - قابليت اطمينان زياد - استفاده از المانهاي قدرت مانند ترانزيستورهاي IGBT كه مي توانند با فركانس زيادي قطع و وصل شوند تا بدين صورت كنترل سيستم بهتر صورت گيرد. - قابليت كنترل فركانس از 01/0 تا 500 هرتز بدين ترتيب مي توان كنترل دقيقي روي سرعت موتور انجام داد و انرژي را صرفه جويي كرد. - مشخصه ديناميكي مناسب كه امكان كنترل سرعت و شتاب را به خوبي فراهم مي كند. - استفاده از رگولاتورهاي جريان براي حالتهاي گذرا - استفاده از روشهاي كنترل سرعت برداري براي كنترل دقيق و بهينه سيستم

کنترل سرعت

همانطور که در مقدمه نیز توضیح داده شد موتورهای DC دارای کنترل سرعت خوبی هستند و می توان سرعت آنها را در زیر یا بالای سرعت مبنا کنترل کرد. همچنین سیستم های کنترل سرعت موتورهای DC ارزان تر از سیستم های کنترل سرعت موتورهای AC است. اولین سیستم کنترل سرعت موتورهای DC به سیستم کنترل واردلئونارد معروف است اما امروزه به جای این سیستم از مبدل های الکترونیکی که از عناصر نیمه هادی تشکیل شده اند استفاده می شود.

موتور DC قطعه ای پرکاربرد در پروژه ها

یکی از قطعه های پرکاربرد که در بسیاری از پروژه ها مورد استفاده قرار می گیرد موتور DC است که در زیر توضیحاتی در مورد آن ارائه شد. موتور الکتریکی وسیله ای است که جریان الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می نماید. اغلب موتورهای الکتریکی حرکت مکانیکی را به صورت دورانی ایجاد می نمایند. همانگونه که می دانیم، به سیم حامل جریان در میدان مغناطیسی نیرو وارد می شود. اساس عملکرد موتورهای الکتریکی نیز استفاده از این نیرو برای دوران دادن شافت موتور به دور خود می باشد. موتورهای الکتریکی انواع مختلفی دارند و براساس نحوه حرکت، نوع جریان مورد نیاز، نوع سیم پیچ ها و ... طبقه بندی می شوند. یک موتور DC عادی از یک آرمیچر از آهنربای الکتریکی، یک سوئیچ برای تعویض جهت جریان آرمیچر بنام کموتاتور و یک آهنربای دائمی تشکیل می شود. سرعت چرخش موتورهای DC وابسته به ولتاژ برق ورودی به آن ها و قدرت این موتورها نیز وابسته به جریان عبوری از آن ها می باشد.

اساس کار درایور موتور به کمک مدار پل H

بطور کلی در ساده ترین ربات ها از موتور الکتریکی برای چرخش چرخ ها و یا حرکتی خاص استفاه شده است. از زمانی که موتورهای الکتریکی به جریان الکتریکی بیشتری نیاز پیدا کردند، میکروکنترلرها می توانند این جریان را تامین کنند. در میکروکنترلرها جریان ضعیف دریافت می شود و به جریان مناسب برای فرمان موتور تبدیل می شوند. در کل این فرایند را با عنوان درایور موتور شناسایی می کنند.

یک درایور موتور در حقیقت یک تقویت کننده ی جریان است. یک جریان ضعیف را از میکروکنترلر دریافت می کند و متناسب با همان فرکانس جریانی قوی تر که توانایی کنترل موتور را دارد، تحویل می دهد. در اکثر موارد یک ترانزیستور می تواند به عنوان یک سوئیچ ایفای نقش کند. که کمک می کند موتور به صورت مجزا قابل کنترل باشد. به عنوان مثال در درایور موتورتکی برای روشن و خاموش کردن موتور فقط به یک سوئیچ نیاز است. خب تا اینجا متوجه شدیم که به سادگی می توان به یک موتور فرمان روشن و خاموش ارسال کرد، حال اگر بخواهیم موتور مورد نظر دوران برعکس داشته باشد چه کنیم؟

ساده ترین پاسخ این است که قطب های آن را برعکس کنیم. این عمل با چهار سوئیچ قابل دست یابی است. البته کمی نیاز به هوشمندی طراح مدار دارد، تا علاوه بر روشن و خاموش کردن موتور بتوان جهت چرخش موتور راهم کنترل کرد. بین بسیاری از شیوه های کنترل موتور، یک روش متداول و هوشمندانه طراحی شده، روش پل H می باشد. علت نام گذاری این مدار این است که ترانزیستورها طوری در کنار هم قرار می گیرند که شبیه حرف H می شوند.

به عنوان مثال در درایو پل H:

1. اتصال سوئیچ A و سوئیچ D باعث می شود موتور در جهت عقربه های ساعت دور بزند.
2. اتصال سوئیچ B و سوئیچ C باعث می شود موتور در خلاف جهت عقربه های ساعت دور بزند.
3. اتصال سوئیچ A و سوئیچ B باعث می شود موتور از حرکت بایستد. (ترمز گیری)
4. اگر تمام سوئیچ ها از حالت اتصال خارج شوند، موتور بدون هیچ نیروی محرکی به حرکتش ادامه می دهد تا بایستد.
5. اتصال همزمان سوئیچ های A و C و همچنین سوئیچ های B و D باعث بروز اتصالی در مدار می شوند، پس از این کار خودداری کنید!

مدار پل H می تواند با استفاده از رله ها و ترانزیستورهای اثر میدانی (FET) ، ترانزیستورهای اتصال دوقطبی (BJT) و... ساخت.

اما اگر جریان مورد نیاز برای موتور خیلی زیاد نیست و فقط می خواهید یک موتور DC کوچک را در دو جهت به گردش در آورید، آنچه که پاسخ گوی نیاز شما است یک آی سی L293D می باشد. این آی سی با قیمت نه چندان گران نه تنها می تواند به یک موتور، بلکه به دو موتور DC می تواند فرمان دهد.

مشخصات تراشه L298N

بطورکلی این تراشه دارای مشخصات ویژه به شرح زیر می باشد که شما می توانید برای اطلاعات بیشتر از دیتاشیت این تراشه که ضمیمه می باشد استفاده نمائید:

1. ولتاژ عملیاتی درایور تا 46 ولت است .
2. بیشترین جریان مستقیم تا 4 آمپر است .
3. ولتاژ اشباع پایینی دارد
4. محافظ حرارتی بالایی دارد
5. ورودی منطقی 0 تا 1.5 ولت دارد پس میزان نویز پذیری آن کم است .

توضیحات تراشه :

درایور L298 یک مدار مجتمع و یک پارچه ای است که به دو مدل multiwatt15 و powerso20 طراحی شده است. این درایور با ولتاژ بالا و آمپراژ بالا و دو خروجی (پل درایور) طراحی شده است که بتواند TTL های استاندارد منطقی و بارهای القایی مانند رله ها سولنوئید و موتورهای پله ای و DC را براحتی درایو کند. دو پایه ورودی برای فعال یا غیر فعال کردن خروجی درایور با سیگنال ورودی مستقل است. خروجی پایه های ضعیفتر ترانزیستورها ی هر پل درایور به یکدیگر متصل میشوند و پایه های دیگر خروجی میتوانند برای اتصال به حسگر از مقاومتی خارجی استفاده شود. پایه ورودی تغذیه اضافه شده برای مواقعی استفاده می شود که مدار منطقی در ولتاژ پایین کار کند

اطلاعات کاربردی

پایه های خروجی :

درایور L298 دارای دو پایه خروجی A , B است. خروجی توان دارای پیکربندی پل مانند است و خروجی آن می تواند کنترل کند بارهای القایی ساده یا تفاضلی - دیفرانسیلی را که البته این بستگی به ورودی درایور دارد. جریان عبوری از میان بار از میان پایه تحریک خروجی عبور میکند. یکی دیگر از مزایایL298 وجود حسگر جریان است مقاومت خارجی اجازه تغییر شدت این جریان را مشخص میکند . پایه مذکور که با عبارت Current Sensing A-B مشخص شده می تواند توسط یک مقاومت 1 اهم وات بالا که به زمین متصل شده جریان موتورها را بدست آورد یعنی ولتاژ دوسر این مقاومت ها جریان عبوری از هر یک از این دو موتورها می باشد.

پایه های ورودی :

هر پل درایو بوسیله 4 گیت منطقی که دارای پایه های in1 , in2 برای فعال کردن قسمت اول یا A است و پایه های in3 , in 4 برای فعال کردن قسمت دوم یا B است. برای فعال شدن هر بخش باید پایه های مربوطه که ذکر شد فعال یا همان 1 منطقی شوند . گیت های منطقی بکار رفته در درایور TTL اند. همچنین از پایه Ven می توان بعنوان ورودی پالس PWM استفاده نمود تا سرعت موتور ها را مشخص کرد.

کنترل با موجPWM :

PWM مخفف واژه‌ی Pulse Width Modulation و به معنای "مدولاسیون پهنای پالس" است. همانطور كه گفتیم PWM تكنیكی برای كنترل ولتاژ خروجی است.

در بسياري از موارد، ما نياز به كنترل ولتاژ بر روي پايه‌هاي خروجي ميكروكنترلر را داريم. مثلاً اگر بخواهيم سرعت موتور را كنترل كنيم، بايد ولتاژي كه بر روي موتور اعمال مي‌شود را كنترل كرد. در حقيقت سرعت موتور تقريباًً تابع مستقيمي از ولتاژي است كه بر روي آن اعمال مي‌شود. يعني اگر ولتاژ كاريِ موتوري (ولتاژ استاندارد براي فعال سازي موتور كه بر روي بدنه‌ي آن نوشته مي‌شود 12 ولت باشد، با اعمال ولتاژ 6 ولت روي آن، مي‌توانيد سرعت چرخش آن(rpm) را حدوداً به نصف كاهش دهيد.

نمونه مدار آزمایشی پل H بوسیله تراشه L298

كنترل سرعت ربات، در همه‌ي سطوح رباتيك اهميت بسيار زيادي دارد، از ربات‌هاي مسيرياب ساده گرفته تا ربات ‌هاي فوتباليست. ما تا كنون ياد گرفته‌ايم كه چگونه مي‌توان به موتور دستور حركت يا توقف داد، اما راهي براي كنترل سرعت موتور ياد نگرفته‌ايم.

همانطور كه مي‌دانيد سطح ولتاژ پايه‌هاي خروجي ميكروكنترلر منطقي است، يعني يك پايه‌اي كه براي كنترل موتور ربات استفاده مي‌شود فقط مي‌تواند 0 يا 1 باشد. ما 2 پايه از ميكروكنترلر را به حركت ربات اختصاص مي‌دهيم، براي صدور دستور حركت، بايد يك پايه را 0 و پايه‌ي ديگر را 1 كنيم، در اين حالت بين 2 پايه‌ي موتور اختلاف پتانسيل برقرار مي‌شود و حركت مي‌كند. اگر هم بخواهيم موتور معكوس بچرخد، بايد پايه‌اي كه 1 بود 0 ، و پايه‌اي كه 0 بود را 1 كنيم؛ و براي توقف موتور، بايد هر دو پايه را 0 يا هر دو پايه را 1 كنيم (تا بين 2 پايه‌ي موتور اختلاف پتانسيل 0 ولت باشد). در نتيجه در حالت عادي ما فقط 2 فرمان "حركت" و "توقف" را مي‌توانيم به موتورها بدهيم، و ما هيچ كنترلي بر روي سرعت موتور نداريم. PWM تكنيكي است كه به كمك آن مي‌توانيم ولتاژ پايه‌هاي خروجي ميكروكنترلر، و در نتيجه سرعت موتور يا ساير قطعات جانبي كه به ميكروكنترلر متصل مي‌شود را كنترل كنيم.مي‌دانيم كه ولتاژ در پايه‌هاي خروجي ميكروكنترلر يا 0 است يا 5 ولت، اما براي كنترل سرعت موتور، بايد بتوانيم حداقل ولتاژ يكي از پايه‌ها را بين 0 تا 5 تغيير دهيم. PWM روشي است تا ما بتوانيم با استفاده از همين پايه‌ي خروجي معمولي، به نوعي ولتاژ را بين 0 تا 5 ولت تغيير دهيم. در اين روش، ما با سرعت بالايي سطح ولتاژ خروجي را 0 و بلافاصله 1 مي‌كنيم(مثلاً هزار بار در ثانيه)، نمودار ولتاژ خروجي بر حسب زمان به شكل زير مي‌شود. در شکل زیر مشاهده می کنید که توسط موج PWM یک موج سینوسی را بوجود آورده ایم:

کنترل موتور های DC توسط حلقه بسته(Closed Loop Control) :

برای کنترل دور موتورها باید از موقعیت شفت / میلگردان (Shaft) یا محور موتور مطلع شویم. سپس می توان با اجرای یکی از روش های کنترل توان الکتریکی مثل PWM سرعت موتور را به اندازه مطلوب برسانیم و جهت حرکت کردن آن را تعیین کنیم. بلوک دیاگرام شکل زیر چکونگی انجام این اعمال را به صورت الگوریتمی نشان می دهد:

سرعت مرجع در این نمودار، سرعتی است که می خواهیم موتور با آن سرعت بچرخد. سرعت مرجع دلخواه تنظیم می شود. کنترل طوری انجام می شود که در نهایت موتور به همان سرعتی که تعیین شده است، به چرخش در می آید. سرعت موتور حتی اگر بار متصل به شفت آن در محدوده مجاز تغییر کند، باز هم ثابت می ماند. برای اندازه گیری سرعت چرخش محور موتور معمولاً از روش دور شماری استفاده می کنیم. این عمل با استفاده از صفحه سوراخ دار به نام انکدر که به انتهای محور موتور متصل می شود و یک شمارشگر نوری اپتو کانتر Optocounter انجام می گیرد. موتور های انکدر دار را می توان به سهولت در بازار یافت. در اینگونه موتور ها شفت از قسمت انتهایی بیرون آمده و انکدر به آن متصل شده است. شمارشگر نوری نیز از یک دیود فرستنده و یک دیود یا ترانزیستور گیرنده مادون قرمز تشکیل شده است. این شمارشگر نوری باید طوری قرار گیرد که شکافهای موجود روی انکدر در حال چرخش به طور صحیح از مقابل شکاف ارسال و دریافت پرتو مادون قرمز موجود روی شمارشگر نوری عبور کند و در غیر این صورت نمی توان عمل تولید پالس و شمارش را به درستی انجام داد. شکل زیر چگونگی اتصال پایه های شمارشگر نوری و نمای ظاهری آن را نشان می دهد:

زمانی که پرتو مادون قرمز از فرستنده به گیرنده می رسد ترانزیستور نوری نشان داده شده در شکل به اشباع می رود. هنگامی که جسمی بین شکاف و شمارشگر نوری قرار می گیرد و مانع رسیدن پرتو به ترانزیستور گیرنده می شود، ترانزیستور به حالت قطع می رود و درنتیجه پایه Int میکرو به حالت صفر منطقی رفته و یک پالس ثبت می شود. به این ترتیب با چرخش انکدر و عبور شکافهای روی آن از مقابل شکافهای شمارشگر نوری یک قطاری از پالس مربعی در پایه موردنظر ایجاد می شود. فرکانس این موج مربعی با سرعت چرخش محور رابطه مستقیم دارد. تنها کاری که باید انجام داد در مدت زمانی معین شمارش تعداد پالسهای تولید شده در خروجی شمارشگر نوری است به این ترتیب می توان سرعت چرخش محور را که معمولا برحسب انکدر ها متفاوت است برای مثال می توان می توان سرعت چرخش محور را که معمولا برحسب دور بر دقیقه RPM یا دور بر ثانیه RPS محاسبه نمود و بدست آورد.

تعداد شیارها روی انکدر ها متفاوت است برای مثال می توانید انکدر های با چند ده تا چندصد شیار را بسته به دقت کاری که انجام می دهیم انتخاب کنید. حال بعنوان مثال فرض کنید در موتوری با اینکدر 60 شیار در مدت یک دقیقه 1200 پالس شمارش شده است. با توجه به اینکه در هر دور 60 پالس تولید شده است نتیجه میگیریم که این موتور با سرعت 20RPS درحال چرخش است.

تولید موج PWM:

شکل زیر نحوه ایجاد یک موج PWM را نشان می دهد یک موج مثلثی با فرکانس ثابت دوره تناوبT که به یک سطح DC تلاقی دارد نتیجه تولید پالس PWM مطابق شکل است، دوره تناوب پالس PWM تولید شده ثابت و برابر با دوره تناوب موج مثلثی T است. برای تولید پالس PWM می توان از یک OpAMP در حالت مقایسه کننده استفاده کرد، البته می توان غیر از موج مثلثی از موج دندانه اره ای یا حتی موج سینوسی نیز بهره گرفت. آنچه که تاکنون گفته شد در واقع نوعی PWM آنالوگ محسوب می شود، البته روش دیگری برای تولید pwmوجود دارد که می توان آن را توسط میکروکنترلرها پیاده سازی کرد. اساس کار این روش زمان سنجی و استفاده از تایمر هاست. در این روش موج مثلثی یا دندانه اره ای با استفاده از شمارش تایمرها تولید می شود و مقدار DC عددی است که لحظه به لحظه با مقدار موجود در تایمر مقایسه می شود و درصورت برابر شدن دو مقدار مذکور، حالت منطقی یکی از پایه های میکروکنترلر تغییر خواهد کرد و به عبارتی دیگر موج PWM تولید می شود.

در این روش با توجه به ماهیت دیجیتال میکروکنترلر ها، سیگنال PWM تولید شده در حوزه زمان کسسته خواهد بود؛ به این معنی که برای یک سیگنال PWM که توسط یک تایمر 8 بیتی تولید می شود، تنها 256 سطح بین کمترین و بیشترین مقدار قابل دسترسی است. به همین ترتیب، در مورد یک تایمر 10 بیتی متوان 1024 سطح مختلف برای سیگنال تولید شده به دست آورد. بعنوان مثال فرض کنید که تایمری 8 بیتی داریم که با فرکانس 50KHZ شمارش می کند، تایمر ابتدا از 00 HEX تا FF Hex به صورت صعودی افزایش می یابد و به محض رسیدن به FF Hex به صورت نزولی تا 00 Hex کاهش پیدا می کند و این عمل به طور متوالی انجام می شود. با توجه به فرکانس کاری تایمر در هر 0.02 ms مقدار آن یک واحد اضافه می شود.

مدار نمونه در تصویر زیر آورده شده است

برای دیدن در ابعاد واقعی بر روی عکس کلیک کنید.

در شکل زیر فرم PCB مدار آورده شده است

موتور های پله ای ( استپر موتور) Stepper_Motor :

موتور پله ای (Stepper Motor) یکی از انواع موتورهای الکتریکی است که حرکت آن کاملاً دقیق و از پیش تعریف شده می باشد و با ارسال بیتهای 0,1 به سیم پیچهای آن می توان آنرا حرکت داد. هر پله با دادن انرژی به یک سیم پیچ یا بیشتر در درون موتور کنترل می شود که با آهنرباهای ثابتی متصل به شافت بریکدیگر تاثیر متقابل دارند. روشن و خاموش کردن این سیم پیچ ها با ترتیب سبب چرخش رو به جلو یا چرخش برعکس موتور خواهد شد. از زمان تاخیر بین هر پله سرعت موتور شناسانده می شود. پله ها یا همان گام ها می توانند با ارسال تعداد پالس های گام مناسب به هر موقعیت مطمئن مطلوبی حرکت داده شوند. از موتور های پله ای می توان برای روبات های با قابلیت راه رفتن که دارای اندام حرکتی هستند استفاده نمود. این نوع موتور به روبات این قابلیت را می دهد تا به هر میزان از زاویه و سرعت که لازمه حرکتش می باشد جابجایی داشته باشد.

با پيشرفت روز افزون علم و فناوري همواره نياز هاي جديد به وسايل و دستگاه هاي جديد تر جهت هماهنگي همه بخشهاي صنعت با اين پيشرفت ، به وجود مي آيند. بدين منظور شناخت و طراحي راه كارها و وسايل جديد امري است اجتناب ناپذير.از جمله اين پيشرفت ها ساخت نوع جديد و پيشرفته تري از موتورهاي الكتريكي به نام استپ موتور ها يا موتورهاي پله اي است كه با كاهش انواع هزينه ها در صنایع كم كم جاي مكانيزم هاي پيچيده مكانيكي را خواهند گرفت.

با درك میدان های مغناطیسی و كشف آنكه می توان انرژی الكریكی را به انرژی مكانیكی تبدیل نمود تحولی عظیم در تاریخ بشری بوجود آمد، بگونه ای كه بشر روز به روز به تفكر و طراحی و ساخت وسایلی كه بتوانند با استفاده از انرژی الكتریكی، انرژی مكانیكی تولید نمایند روی آورد. از این رو انواع موتور های الكتریكی به صحنه وجود آمده و همچنان سیر تكمیلی خود را طی نمودند تا به امروز كه می توان برای هر نوع كاربری ، نوع خاصی از موتورها را بكار برد. اما ساخت اسپ موتور با امكاناتی كه به طراحان و سازندگان ماشین آلات میدهد ، به گونه ای برجسته سبب كاهش هزینه ها در همه زمینه ها می شود. یكی از چندین مزایای بسیار زیاد این نوع الكتروموتورها تبدیل مكانیزم های بسیار پیچیده مكانیكی، به تنها یك محرك استپی می باشد. در ادامه با این پدیده جالب آشنا تر خواهیم شد.

موتور پله ای موجی و كامل و نيم پله

در حالت عادي ميزان چرخش موتور به تعداد پالسهاي اعمالي و گام موتور بستگي دارد. هر پالس يك پله موتور را مي‌چرخاند. با تحريك دو فاز مجاور در موتور مي‌توان موتور را به اندازه نيم پله حركت داد. به اين ترتيب تعداد پله‌هاي موتور دو برابر مي‌شود و در نتيجه دقت چرخش موتور هم دوبرابر مي گردد. جدول های زیر پالس های راه اندازی موتور پله ای را نشان می دهند : برای راه اندازی موتورهای پله ای روش های مختلفی وجود دارد که عبارتند از:

1. راه اندازی موجی (Wave Drive)
2. راه اندازی کامل (Full Step Drive)
3. راه اندازی نیم پله (Half Step Drive)
4. راه اندازی ریز پله (Microstepping Drive)

راه اندازي موتور پله‌اي

تراشه L297 يك راه انداز مناسب براي موتور پله‌اي است. مدارهاي راه‌انداز متنوعي براي استفاده از موتورهاي پله‌اي وجود دارد. در اينجا از مدارمجتمع L297 و L298 براي راه‌اندازي موتور پله‌اي استفاده مي‌شود. كه طريقه بستن آن در شكل زير نشان داده شده است. چون میکرو کنترلر نمی تواند جریان کافی برای راه اندازی موتور پله ایsteper motor را تامین کند لذا از درایور یا راه انداز استفاده میگردد. به عنوان درایور می توان از ترانزیستور یا از تراشه هایی چونوULN2803 , ULN2001A , ULN2002A , ULN2003A , ULN2004A , L293D ,L298 , … جهت کنترل موتور به قابلیت هایی همچون حرکت به عقب و جلو، کنترل سرعت، کنترل جریان و توقف آنی موتور احتیاج داریم و این نیازها را درایور مورد نظر ما یعنی L298 براحتی تامین می نمايد. L298 یک آیسی پل-H دوتایی ( DUALH-Bridge) دارای ۱۵ پایه مي‌باشد که قادر است وظایفی چون چرخش موتور به عقب و جلو، کنترل سرعت، کنترل جریان و توقف آنی موتور را انجام دهد. كنترل موتور به اين شرح است كه پس از محاسبه ميزان چرخش موتور براي جابجايي مورد نظر با استفاده از ميكرو كنترلر به تعداد مورد نظر پالس به پايه راه انداز ارسال مي‌كنيم. يك پايه براي تعيين جهت چرخش (ساعتگرد و پاد ساعتگرد) مورد استفاده قرار مي‌گيرد. پايه Enableمدار راه‌انداز را فعال و غير فعال مي‌نمايد

اگر حتی همه القا ها متوقف شده و هیچ جریانی به موتور وارد نشود ، به علت وجود آهنرباهای دائمی در روتور بازهم مقداری جاذبه میان قطب ها و دندانه ها وجود دارد. از این رو حتی هنگامی هم که هیچ تغذیه ای به موتور متصل نیست ، بازهم قدری ((گشتاور نگه دارنده)) در موتور باقی می ماند. از شکل 2 می توان مشاهده نمود که موتور زاویه استپینگ یا زاویه مرحله 30 درجه دارد و برای کامل کردن یک چرخه به 12 استپ یا مرحله نیاز دارد. تعداد مرحله ها در هر دور در یک موتور استپی با اضافه کردن دندانه های بیشتر روی روتور می تواند افزایش یابد و با اضافه کردن دندانه هایی به دندانه های استاتور ، زاویه استپینگ یا زاویه طی مرحله یک موتور استپی را می توان تا حد 1.8 درجه کوچک کرد به طوری که برای طی یک چرخه دویست مرحله نیاز باشد.برنامه القای پیچه ها در شکل 2 به القای تک فاز معروف است ; از آنجا که در هر زمان فقط یکی از چهار پیچه فعال است. در هر مرحله دندانه های روتور دقیقا رد مقابل دندانه های فعال استاتور قرار می گیرند. با این حال راه اندازی موتور با دو پیچه حامل جریان در یک زمان امری ممکن است (القای دو فازی). در این حالت دندانه های روتور خود را در میان دوتا از دندانه های فعال استاتور قرار می دهند. جدول 2 برنامه کاری و موقعیت روتور را برای القای دو فاز و تک فاز نشان می دهد.توجه داشته باشید که زاویه مرحله یا همان Stepping Angle برای دو نوع القا یکی است بجز اینکه موقعیت های روتور با نصف زاویه مرحله تعیین می شوند. اگر القای تک فاز و دو فاز با هم ترکیب شوند ، یک حالت نیم مرحله (Half Step mode) حاصل می شود. در این حالت تعداد مراحل یا استپ ها در هر چرخه دو برابر است ; به طوری که اگر موتوری در حالت مرحله کامل یا Full – Step برای کامل کردن چرخه به دویست دور نیاز داشته باشد ، در حالت نیم مرحله یا Half – Step به چهارصد دور برای تکمیل آن نیاز دارد. جدول 3 توالی کارکرد برای حالت نیم مرحله نشان می دهد.

کاربرد استپر موتور در خودرو ها:

استپر موتور قطعه ای است که هر از چند گاهی دردسر ساز می شود و برای عیب یابی مشکلات موتور خودرو آشنایی با اساس کار آن ضروری است. استپر که تعمیر کاران به آن استاپ موتور و استپ موتور هم می گویند برای کنترل دور آرام موتور خودرو مورد استفاده قرار می گیرد. مسیر هوای موتور دارای یک دریچه پروانه ای است که بوسیله یک کابل و فنر باز و بست می شود که با کابل باز می شود و با فنر بسته می شود. این دریچه پروانه ای با محور خود به مقاومتی متغییر و یک سوئیچ متصل است که بوسیله این مقاومت متغییر موقعیت دریچه هوا به ECU ارسال می گردد. وقتی که پدال گاز را رها می کنید این دریچه بسته می شود و سوئیچ هم عمل می کند و به ECU اطلاع می دهد که دریچه بسته است و هوای مورد نیاز باید از طریق مسیری موازی تامین شود که این مسیر را استپر کنترل می کند. این همان مسیری است که هوای موتور خودرو را در دور در جا یا دور آرام تامین می کند.

معمول ترین استپ موتوری که وجود دارد یک پیستون است که که به سمت داخل و خارج حرکت می کند. با داخل و خارج رفتن پیستون می توان دبی هوای دور آرام موتور را کنترل کرد. در شکل زیر نمایی ساده و قابل درک از یک استپر را می بینید که در خودرو کاربرد دارد.

در این شکل می توانید پیستون را ببینید که روی یک شفت قرار گرفته است این شفت خود بر روی دو بیرینگ قرار گرفته است و با فشار فنر در موقعیت خود ثابت شده است. روی شفت یک هسته فریت قرار دارد و این هسته فریت از داخل دو سیم پیچ می گذرد. این سیم پیچ های مسی که دو سیمه هستند در نهایت به ترمینال ها متصل شده اند که در ادامه بیشتر درباره آن صحبت خواهیم کرد. ECU استپر موتور را بوسیله چهار ترانزیستور کنترل می کند. دو ترانزیستور برای حرکت به جلو و دو ترانزیستور برای حرکت به عقب استفاده می شود. با سوئیچ کردن این ترانزیستور ها جریانی در سیم پیچ ها جاری می شود که میدانی مغناطیسی تولید می کند. که این میدان نیرویی تولید می کند و پیستون را در جهت جلو یا عقب حرکت می دهد. ECU با توجه به دما و بار موتور خودرو استپ ها یا پله های مختلف را تکرار می کند تا دور را تنظیم کند. و زمانیکه موتور به دمای مورد نظر رسید ECU استپر را در بسته ترین حالت تنظیم می کند تا هوای کمتری به سمت موتور هدایت شود.

اصول كار موتور پله‌اي

استپ موتور نوعي موتور مثل موتورهای DC است که حرکت دورانی تولید می کند. با این تفاوت که استپ موتورها دارای حرکت دقیق و حساب شده تری هستند. این موتورها به صورت درجه ای دوران می کنند و با درجه های مختلف در بازار موجود هستند. موتورهای پله ای موجود در بازار معمولا در دو نوع ۵ یا ۶ سیم يافت مي شود. موتور ديسك سخت يك نمونه موتور پله‌اي است. كاربرد اصلي اين موتورها در كنترل موقعيت است. اين موتورها ساختار كنترلي ساده‌اي دارند. لذا در ساخت ربات كاربرد زيادي دارند. بطوريكه به تعداد پالسهايي كه به يكي از پايه‌هاي راه ‌انداز آن ارسال مي‌شود موتور به چپ يا راست مي‌چرخد. توان خروجي اين موتورها كمتر از دو نوع قبلي است. استفاده از موتور پله‌اي مشکلاتي از جمله وزن زیاد، قیمت بالا و قدرت بسیار کم را بدنبال دارد.

واژه پله به معنی چرخش به اندازه درجه تعریف شده موتور است. مثلاً موتور پله‌اي با درجه ۱.۸ باید ۲۰۰ پله حركت كند تا ۳۶۰ درجه یا یک دور کامل بچرخد: ۱.۸X۲۰۰ =۳۶۰ یک استپ موتور با درجه ۱۵ فقط باید ۲۴ پله برای یک دور کامل انجام دهد : ۲۴X۱۵=۳۶۰ به اين ترتيب هرچه تعداد پله هاي يك موتور بيشتر باشد دقت چرخش آن افزايش مييابد. مكانيسم كنترلي موتور پله اي طوريست كه امکان کنترل سرعت به سادگي ميسر مي شود.

موتور پله ای موجی و كامل و نيم پله

در حالت عادي ميزان چرخش موتور به تعداد پالسهاي اعمالي و گام موتور بستگي دارد. هر پالس يك پله موتور را مي‌چرخاند. با تحريك دو فاز مجاور در موتور مي‌توان موتور را به اندازه نيم پله حركت داد. به اين ترتيب تعداد پله‌هاي موتور دو برابر مي‌شود و در نتيجه دقت چرخش موتور هم دوبرابر مي گردد. جدول های زیر پالس های راه اندازی موتور پله ای را نشان می دهند : برای راه اندازی موتورهای پله ای روش های مختلفی وجود دارد که عبارتند از:

در این روش نیز برای طی کردن پله های بیشتر باید چندین بار چرخه بالا را تکرار نماییم و برای حرکت در جهت مخالف لازم است که ترتیب پله ها را عوض کنیم. این راه اندازی را گاهی یک بیتی نیز مینامند زیرا همانند جدول در هر لحظه تنها یک سیم پیچ روشن است و درنتیجه می توان پالسهای راه اندازی را با چرخش یک بیت در طول بایت تولید کرد.

موتور های سرو ( موتور کنترل ) Servomotor :

سروموتور چیست ؟

سروموتور به انگلیسی: Servomotor یا موتور کنترل به انگلیسی: Control motor نوعی از موتورهای الکتریکی است که با هدف بکارگیری در سیستم‌های کنترل فیدبک طراحی می‌شود. لختی (اینرسی) در این موتورها پایین بوده و در نتیجه تغییر سرعت در این موتورها بسیار سریع است. معمولا قطر این موتورها کم اما درازای آنها زیاد می‌باشد.

سرو موتور یک دستگاه کوچکی است که یک محور (shaft) خروجی دارد. این محور قادر است تا در یک موقعیت و زاویه ای خاص با ارسال سیگنال رمزی قرار گیرد. در واقع چگونگی حرکت و موقعیت های زاویه ای این محور خروجی توسط دسته ای از سیگنالهای رمزی که برای سیم کنترل آن تعریف می شود کنترل می شود. برای طول مدت زمانیکه یک سیگنال فعال بوده و یک پالس برروی خط ورودی آن قرار دارد این محور خروجی در موقعیت خاص زاویه ای که مختص آن سیگنال است قرار می گیرد و با تغییر سیگنال رمزی موقعیت زاویه ای تغییر می کند. در عمل سرو موتورها در صنایع رباتیک وتولیدات صنعتی مانند موتورهای کنترل کننده هواپیماها کنترل موقعیت سطوح ( مانند آسانسورها و … ) و… کاربرد وسیعی دارند .

سرووموتور صنعتی:

در کاربردهای مـدرن ، واژه سرو یا مکانیــسم سرو به یک سیستم کنـترلی فیدبک که متغیر کنترل شونده ، موقعیت یا مشتق موقعیت مکانیکی به عنوان سرعت و شتاب است، محدود می شود. یک سیستم کنترلی فیدبک ، سیـستم کنـترلی است که به نگهـداشتن یک رابطه مفروض بین یک کمیت کنـترل شده و یک کمیـت مرجع ، با مقایسه توابع آنها و اسـتفاده از اختلاف به عنوان وسیله کنترل منجر می شود.

سیستم کنـترلی فیدبک الکتریکی ، عموما برای کار به انرژی الکتـریکی تکیه می کند . مشخصـات مهمی که معمولا برای چنین کنترلی مورد نیاز است ، عبارتند از :

1. پاسخ سریع ،
2. دقت بالا ،
3. کنترل بدون مراقبت
4. کارکرد از راه دور

نیاز های چنین کنترلی عبارتست از :

1. وسیله آشکار سازی خطا ،
2. تقویت کننده و
3. وسیله تصحیح خطا ،

هر عنـصر هدف ویژه ای در هماهنگ کردن کمیت مرجع با کمیت کنترل شده ایفا می کند . وسیله آشکـــارسازی خـطا هنــگامی که کمیـت تنظیم شده متفاوت از کمیت مرجع است ، خطا را آشکار می کند . سپـس یک سیگنـال خطا به تقویت کنـنده ای که قــدرت وسیله تصـحیح خطا را فراهم می کند می فرسـتد . با این تـوان وسیـله تصـحیح خطا ، کمـیت کـنترل شـده را آنـچنـــان تغییر می دهد که با ورودی مرجع هماهنگ گردد . به موتورهـایی که به سرعـت به سیگنال خطا پاسخ می دهنـد و سریعا به بار شتاب می دهنـد سرو موتور گفته می شود. نسبت گشتاور به اینرسی (T/J) یک جنبه بسیار مهم یک سرو مـوتور است ، زیرا موتور با این فاکتور شتاب می گیرد .

مشخصات اصلی که در هر سرو موتور دیده می شود عبارتست از

گشتاور خروجی موتور باید متناسب با ولتاژ بکار گرفته شده آن باشد . -جهت گشتاور سرو موتور باید به پلاریته لحظه ای ولتاژ کنترل بستگی داشته باشد . سرو موتور به دو دسته کلی سرو موتورهای AC و سرو موتورهای DCتقسیم می گردد . سرو موتورهای AC عموما به سرو موتورهای DCترجیح داده می شوند ، بجز برای استفاده در سیستمهای با قدرت خیلی بالا، سرو موتورهایAC به دلیل اینکه نسبت به سرو موتورهای DCدارای بازده بیـشتری هستنـد ترجیـح داده می شونــد . اگــر چه تلفـات تـوان نگــرانی اصـلی در سرومکانیسمها نیستند ، یک موتور پربازده از تلفات بیش از اندازه

سرو موتورهای DC :

در بین سرو موتورهای DC مختلف ، موتورهای سـری ، موتورهای سری چــاکدار ، موتور کنترل موازی ، و موتور موازی مغناطیس دائم ( تحریک ثابت ) قرار دارند. این واحدها توان خروجی بالایی نسبت به اندازه آنها تحویل می دهند و در مورد موتــور موازی با تحریک کنترل شده ، توان کنترلی کمی مورد نیاز است. موتور سری دارای گشتــاور راه اندازی بالایی است و جریان زیادی می کشد و تنظیم سرعت کمی دارد . کارکرد معکوس می تـواند با معکـوس کــردن پلاریتـه ولتاژ میدان با سیم پیچ میدان سری ( یعنی یک سیم پیچ برای هرجهت چرخش ) به دست آید . مــــورد اخیـــر بازده موتور را کاهش می دهد

موتور سری چاکدار می تواند به عنوان یک موتور تحریک مستقل با میدان کنترل شده به کار گرفته شود . آرمیچر باید از یک منبع جریان ثابت تغذیه شود . یک منحنی گشتاور سرعت نوعی ، گشتاور ایستای بالا و کاهش سریع گشتاور با افزایش سرعت را نشان می دهد . این امر میرایی خوب و خطای سرعت بالا را نتیجه می دهد . نوع موازی سروموتور DC از سایر موتورهای موازی برای کارکرد عمــومی متفاوت نیست . این موتور دو سیم پیچی مجزا – سیم پیچی میدان که روی استاتور قرار داده شده و سیم پیچی آرمیچر که روی روتور قرار داده شده – دارد.

هر دو سیم پیچی به یک منبع تغذیه DC متصل شده اند . در یک موتور DC موازی معـمولی ، دو سیم پیچی به صورت موازی به تغذیه DC اصلی متصل شده اند . اما در یک کارکرد سرو ، سیم پیچی ها با منابع DC جداگانه ای تغذیه می شوند ،جهـت چرخـش موتـور اگر پلاریـته میـدان معـکوس شود عکس می شود.آرمیچر موتور با سیگنال تقویت شده خطا ومیدان از یک منبع جریان ثابت تغذیه می شوند .

میدان این موتور عموما بالاتر از زانوی مشخصه اشباع کار میکند ( جهت حفظ گشتاور با حساسیت کمتر نسبت به تغییرات جزیی در جریان میدان ) . همـچنین چگـالی شـار میـدان بالا ، حســاسیت گشتـاور موتـور را افزایـش می دهد ، زیـــرا برای تغییـرات کوچـک در جـریان آرمیچر، گشتاور با حاصلضرب جریان در شار متناسب است . پاسخ دینامیکی درموتور نوع کنترل شده میدان سریعتر است ، زیرا مـدار آرمیچـر لزومـا یک مـدار مقاومتی است وثابـت زمانی کوتاهـتری دارد . اگر پلاریـته سیگنـال خطا معـکوس گردد ، موتور در جهت معکوس می چرخد . موتور مغنـاطیس دائـم یک موتور تحریک ثابت موازی است که میـــدان با یک مغناطیس دائم تغذیه می شود . کارکرد شبیه به موتور با مـیدان ثابت و آرمیچر کنترل شده است.

کاربرد ها :

عامل حرکتی محور های دستگاه CNC : یکی از پر کاربرد ترین قطعات در دستگاه های CNC سروموتور ها می باشند که AC Brushless Servo Motor ها بهترین گزینه در این گونه دستگاه ها می باشند. در این کاربرد حرکت گشتاور تولیدی توسط شفت موتور به وسیله بال اسکرو و راک و پینیون ها به حرکت خطی دقیق و سریع تبدیل می شوند. کنترلر دستگاه دستورات Gcode را به صورت پالسی به درایور موتور ارسال می کند و درایور، موتور را در دقیق ترین موقعیت خواسته شده قرار می دهد. دقت حرکت به تعداد تقسیمات انکدر و کیفیت ساخت سروموتور و درایور آن بستگی دارد. تغذیه دستگاه پرس : در این کاربرد ، ورقـه های فلز به داخل دستگاه پرس تغذیه می شوند که در آنجا به وسیله یک تیغه چاقو به طول بریده می شونـد . ورقـه های فلزی ممکن است دارای یک آرم یا دیگر تبلیغات باشند که باید علائم با نقاط برش هماهنگ شوند . در این کاربــرد سرعت و موقعیت ورقه فلز باید با نقاط برش صحیـح همزمان شود . سنـسور فیدبک می توانـد یک باشد که با یک سنسور فتوالکتـریک برای تشخیص موقعـیت فلز کوپل شود . یک تابلو اپراتوری نصب شده ، آنچنــان که اپراتور می تواند سیــستم را برای حفاظت از برخورد تیغه ها جلو یا عقب ببرد یا عمل بارگذاری نورد جدید را انجام دهد . تابلو اپراتوری همچـنین می تواند برای احضـار پارامتـرهای درایو مطابق با نوع فلز ، استفاده شود . همچنین سیستم می تواند با یک کنترل کننده قابل برنامه ریزی یا دیگر انــواع کنترل کننده کامل شود و تابلو اپراتوری می تواند برای انتخاب نقاط صحیح برش برای هر نوع فـلز استفاده شود . پر کردن بطری در خط : در این کاربرد چنـد پر کنـنده با بطریها به صورتی که آنها در طی یک خط پیوسته حرکت کنند ، در یک خط قرار گرفته است . هر کـدام از پرکنـنده ها باید با یک بطری هماهنگ شوند و بطری را در حال حرکت آن تعقیب کنند . محصول هنبامی که نازل با بطری حرکت می کند ، توزیع می شود . در ایـن کــاربرد ۱۰ نـازل روی یـک نـوار قـرار گـرفته اند که با یک مکانیسم توپ – پیچ حرکت می کنـند . وقـتی موتـور شفـت را حـرکت می دهد ، نـوار به صورت افقی در طول شفت شروع به حرکت می کند . این حرکت صاف خواهد بود آنچنانکه هر کدام از نازلها بتواند محصـول را در داخل بطزیها بدون سرریز پخش کند . سیـستم درایو سرو از یک کنتـرل کنـنده موقـعیت با نرم افزار استفــاده می کند که اجازه می دهد موقعیت و سرعت همانطور که خط بـطریها را حـرکت می دهد ، دنبال شود . Encoder اصـلی بطریها را هنگامی که در طی خط حرکت می کنند ، تعقیب می کند . همچــنین برای اطمینان از اینـکه اگر یک بطری گم شده یا فاصله زیادی بین بطریها ظاهر شود ، هیچ محصولی از نازل پخش نشود یک آشکار ساز به سیستم متصل می شود . سیستم درایو سرو ، موقعیت بطریها را از Encoder اصلی با سیـگنال فـیدبک مـقایـسه کرده که موقعیت نوار پرکننده ها را نشان می دهد . تقویت کننده سرو سرعت نوار را آنچنان که نازلها دقیقا با بطریها همسرعت شوند ، افزایش یا کاهش می دهد.

راه اندازی ی سرووموتور SG5010 با avr :

سرو ها دارای سه سیم هستن که 2 تا جهت تغذیه سرو و یک سیم جهت اعمال پالس به سرو میباشد . این پالس موقیت قرار گیری اهرم سرو را مشخص میکند اگر شما تغذیه سروو را به 5 ولت متصل کنید و سیم پاسل سروو را به ارامی لمس کرده و انگشتتان را به ارامی روی ان حرکت دید باعث حرکت کرد اهرم سروو به طور نامشخص میشد . لمس کردن بابه باعث اعمال پالس به ان میشود.اما سروو با هر پالسی حرکت نمیکند ! این پالس باید دارای یک طول موج خواص و فرکانس خواص خود خود باشد.

برای راه اندازی ی سرو نیاز به پالسی داریم که طول موج ان بین 1.25ms تا 1.75ms (در بعضی منابع 0.5ms تا 2 ms) این مقدار به مدل و شرکت سازنده بستگی داره ومعمولا در سروو های معمولی غیر استاندارد rc مقدار این بازه دقیق نیست مثلا اگه پالس 175 بهش بدید روی +90 درجه قرار نمیگیره و روی 80+ قرار میگیره پس باید یک قدار طول موج رو بیشتر کرد مثلا 190ms باید بهش بدید (به همین دلیله که در بازه ی 180 درجه ی تمام نمیچرخند) مقدار دقیق پالس max و min سروو های غیر استاندارد رو باید با آزمون و خطا به دست اورد . برای قرار گیری ی اهرم در مکان مشخص فقط اعمال یک پالس کافیس اما یک مدار برای تست اراعه شده که با ic 555 کار میکنه (که جناب صدری اون رو تو تاپیک مدار ساده جهت تست و کنترل سرووها " به اون اشاره کردن) این مدار به طور مداوم به سروو پالس اعمال میکنه و از اوجایی که کاملا انالوگ هست پالس قبلی با پالس بعدی از نظر طول موج کاملا با هم برابر نیست و همیشه اهرم سروو در حال ارزش است اما همین پالس رو میشه با avr به سادگی با چند روش به سرو اعمال کرد.

تراشه MAX232

این آی سی به دليل اينكه سطوح ولتاژ براي منطق 0 و1 در ميكرو و كامپيوتر متفاوت است براي تبديل اين سطوح ولتاژ از يك مبدل سطح ولتاژ استفاده مي كنيم .كه يكي از اين مبدل ها max232 هست.

در ميكرو منطق 0 معادل با ولتاژ 0 و منطق 1معادل ولتاژ 5 است.ولي در كامپيوتر درگاه RS232 منطق 0 معادل با ولتاژ 3 تا 25 ولت است و منطق 1 معادل با ولتاژ 3- تا 25- ولت است و محدوده 3- تا 3 ولت غير مجاز است. Max232 ازولتاژ5 ولت برای تغذیه استفاده می کند.پایه 5 پورت سریال به زمین متصل می شود.

شماره پین های مربوط به ارسال و دریافت RS232 :

با توجه به جهت فلش ها به نوع پین ها که ورودی یا خروجی هستند.،می توانید پی ببرید. این آی سی را جهت ارسال و دریافت استاندارد RS232 به خاطر داشته باشید. مربوط به ارسال و دریافت RS232 و 4 پورت دیگر مربوط به خروجی های و ورودی های این آی سی به سخت افزار ها یا آی سی های دیگر موجود در مدار است.منظور از ورودی این است که گاهی ممکن است اطلاعات از جاهای دیگر به کامپیوتر ارسال شود نه فقط از کامپیوتر به سخت افزارهای دیگر،پایه 2 ورودی مثبت ولتاژ و پایه 6 ورودی منفی ولتاژاست امادربیشترموارد اگر شما تنها سطح مثبت ولتاژ را دارید واز سطح منفی استفاده نمی کنید می بایست پایه آی سی مربوط به سطح منفی ولتاژ را که پایه 6 است را با یک خازن الکترولیت به زمین هدایت کنید به گونه ای که سر مثبت خازن در زمین و سر منفی خازن در پایه 6 باشد.یکی از مزایای این آی سی قیمت ارزان آن است.برای این آی سی از خازن های الکترولیت 1 میکروفاراد نیز می توانید استفاده کنید.

کابل RS232

در این نوع از استاندارد ارسال ودریافت از طریق کامپیوتر، پین 5 زمین یا گراند است.در این استاندارد تنها سه پین خروجی وجود دارند.این سه پین عبارتند از DTR پین 4،TXD پین 3 ،RTS پین 7 به شکل پینها واسامی آنها در زیر توجه کنید.

 

اصول تبادل سریال :

وقتی یک ریز پردازنده با دنیای خارج تبادل اطلاعات می کند بسته های داده را به ابعاد بایت فراهم می کند . در بعضی موارد همچون چاپگر ها ، اطلاعات به راحتی از گذرگاه داده 8 بیت اخذ شده و به گذرگاه داده 8 بیت چاپگر تحویل داده می شود . در این روش اگر کابل زیاد طولانی نباشد عملی است زیرا کابل های طولانی ، سیگنال ها را تضعیف و حتی تغییر شکل می دهند . بعلاوه مسیر 8 بیت گران هم هست . بنابر این در تبادل داده بین دو سیستم با فاصله ای تا صد ها فوت یا میلیون ها کیلو متر از اتصال سریال استفاده می شود .

انتقال تمام دو طرفه (Full Duplex)در این انتقال دستگاه جانبی و کامپیوتر به صورت همزمان قادر به دریافت و ارسال هستند.بطور کلی در انتقال داده اگر بتوان داده را ارسال و دریافت کرد گوییم انتقال دو طرفه است .این بر خلاف انتقال ساده همچون چاپگرهاست که در ان کامپیوتر فقط داده ارسال می کند.ارسال می تواند نیمه و یا تمام دو طرفه باشد این بستگی به امکان انتقال همزمان داده در دو جهت دارد. اگر داده در هر زمان فقط در یک جهت ارسال شود به ان نیمه دو طرفه گویند.اگر امکان ارسال دو جهته همزمان داده وجود داشته باشد ان را تمام دو طرفه می نامند. البته تمام دو طرفه علاوه بر خط زمین نیاز به خط داده دارد که یکی برای ارسال و دیگری برای دریافت می باشد. بدین طریق ارسال و دریافت بطور همزمان صورت می گیرد. ارتباط سریال USART یکی از پروتکل هایی است که توسط انواع کامپیوترها نیز حمایت می شود و لذا برای بر قراری ارتباط بین میکروکنترولر و کامپیوتر غالبا از این روش استفاده می شود و به این دلیل مطالعه ی ان از اهمیت زیادی برخوردار است. بعضی از انواع AVR تنها از ارتباط سریال UART حمایت می کنند،به این معنی که ارتباط سریال تنها به صورت آسنکرون قابل انجام میباشد و انواع پیشرفته تر میکروکنترلر های AVR می توانند به صورت سنکرون و آسنکرون ارتباط برقرار کنند.این دو نوع ارتبا ط سریال از نظر محل بیت ها در داخل رجیستر ها ، نحوه تولید نرخ ارسال، و دریافت اطلاعات و عملکرد بافر مربوط به ارسال اطلاعات کاملا مطابقت دارند و تنها عملکرد بافر مربوط به دریافت اطلاعات در ارتباط سریال USART بهبود یافته است. پس از بدست آوردن سیگنال تقویت شده Ecg ، اولا باید این سیگنال آنالوگ تبدیل به دیجیتال شود تا برای رایانه قابل فهم باشد و ثانیا به دلیل اینكه می خواهیم به صورت سریال این اطلاعات را ارسال كنیم ، پس باید این اطلاعات بصورت سریال كدگذاری شوند بعد عمل ارسال صورت بگیرد.برای انجام این دو كار به راحتی میتوان از میكروكنترلهای AVR استفاده نمود.از آنجایی كه برای برقراری ارتباط سریال با رایانه ناچاریم تا از RS232(پورت سریال) استفاده كنیم،لازم است تا به نحوی بتوانیم سطوحTTL ایجاد شده توسط میكرو و RS232 را به یكدیگر تبدیل كنیم.عموما برای تبدیل این سطوح ولتاژ به یكدیگر از تراشه Max232 یا Max233 استفاده می شود. استفاده از این قطعه بسیار ساده ودر عین حال ضروری است. نکته بسیار جالب این تراشه این است که با تغذیه 5 ولتی در خروجی های MAX232 ولتاژهای 10و10+ ولتی را تولید می کند .انجام این کار بوسیله ی چهار خازن 1تا22 میکروفاراد نیاز دارد که عموما از خازن 22 میکرو فارادی که به پایه های ان متصل می شوند صورت میگیرد.این خازن ها ولتاژها را از داده های قبلی در خود ذخیره کرده وبا جمع انها داده ها را به RS232 تبدیل می کند. در RS232منطق1 با 3 - تا25- ولت تعریف می شود، ضمن اینکه 3+ تا 25+ ولت هم، بیت 0 است.فاصله 3- تا 3+ تعریف نشده است. به این دلیل، برای اتصال هرRS232 به یک سیستم مبتنی بر میکروکنترولر، باید ازمبد ل های ولتاژی همچون MAX232برای تبد یل از سطح TTL به سطح RS232 و بر عکس استفاده کنیم. تراشه های MAX232 بنام راه اندازهای خط و گیرنده خط نام گذاری شده اند. آنچه كه باید در اینجا مورد توجه قرار بگیرد ، این است كه چون ورودی سریال Labview فقط میتواند استرینگ باشد،به همین دلیل خروجی میكرو را نیز باید بصورت استرینگ در نظر گرفت. 3-فیلترینگ و نمایش سیگنال در labview :

بعد از این مرحله متن نوشته شده توسط رابط سریال به میکروکنترلر داده شده و شروع به نمایش کاراکتر ها می کند:

برای دیدن در ابعاد واقعی بر روی عکس کلیک کنید.

این بود از آزمایش عملکرد صحیح برنامه نوشته شده برای میکرو حال باید بخش دریافت سریال را توسط کامپیوتر برنامه نویسی کنیم تا رابط کاربری مناسبی برای ما ایجاد شود نیاز به وارد کردن کدهای بالا نداشته باشیم به همین منظور از نرم افزار Lab View استفاده نموده ایم.

طراحی بخش رابط کاربری برای سخت افزار پروژه :

در ابتدا پنل کاربری زیررا طراحی نموده ایم که تصویر آن در شکل زیر آورده شده و به ترتیب به شرح بخش های مختلف آن خواهیم پرداخت سپس به نحوه کار با برنامه و نوشتن برنامه برای ارتباط با کامپیوتر خواهیم پرداخت:

شرح طراحی با نرم افزار NI LabVIEW 2013

نرم افزار LabVIEW کاربرد های این نرم افزار پر انعطاف در دنیا به خصوص در رشته های مختلفی از جمله مهندسی برق، مکانیک و فیزیک کاربرد دارد. گستردگی LabVIEW به دلیل هزینه پایین آنها در زمینه سخت افزار و همچنین قابلیت انعطاف بالای آن در زمینه نرم افزار کاملاً معروف و شناخته شده اند. زبان گرافیکی این نرم افزار وجه تمایز عمده این زبان از سایر زبانهای برنامه نویسی است. زبان گرافیکی این برنامه باعث شده است تا کار با این نرم افزار و نوشتن برنامه با این زبان بسیار لذت بخش و البته آسان باشد. توانایی بالای نرم افزار در ایجاد ارتباط با کاربران خود و داشتن توابعی قابل فهم برای بیان مفاهیم برنامه نویسی و نیز شباهت زیاد روند برنامه نویسی در این محیط با الگوریتم های دیجیتال باعث ایجاد تفاوت بسیار بین LabVIEW و سایر زبان های برنامه نویسی شده است. نمونه ای از محیط این نرم افزار در تصویر زیر اورده شده است:

برای دیدن در ابعاد واقعی بر روی عکس کلیک کنید.

حال چارت برنامه گرافیکی در کنار محیط نمایش باز می شود:

 

راهنمای بیشتر و کاملتر پس از سفارش پروژه برای شما ارسال می شود لازم بذکر است این خلاصه ای از فایل های راهنمای همراه این پروژه می باشد.

 

برنامه C برای AVR

برای دیدن در ابعاد واقعی بر روی عکس کلیک کنید.

نکته: آموزش نحوه طراحی و برنامه نویسی تراشه میکروکنترلر AVR به زبان C و توضیح خط به خط برنامه به همراه پروژه برای شما ارسال خواهد شد نمونه ای از بخش های این فایل راهنما در شکل ها آورده شده است:

---

(( سفارش پروژه ))

برای سفارش این برنامه با همین شکل و اجزاء و یا تغییر برنامه مورد نظر به دلخواه خود می توانید از روش های زیر اقدام نمائید، کد سفارش پروژه را ارسال کنید:

هزینه طراحی: SMS-> 0911 831 50 58

کد سفارش پروژه: 103p36

سفارش پروژه >>> Project-esisis.com/Content

---

برای ارتباط با مدیر سایت از لینکهای زیر استفاده کنید

آدرس کانال سایت در تلگرام : www.telegram.me/Electronic_iran

آیدی جهت ارتباط در تلگرام: @Electronic_iran

 

---