Elettronica In 126 2008-04.pdf

(12479 KB) Pobierz
Elettronica
Innovativa
dell’
Ing.
Mirco Segatello
Permette di verificare l’efficienza dei servocontrolli analogici per
modellismo. Grazie ai due programmi di test automatico e
alla modalità manuale, consente di identificare con facilità la
posizione di neutro nonché controllare la velocità di risposta
ed il buono stato del gruppo ingranaggi del servo in test.
Gestito tramite tre pulsanti, visualizza i parametri di
funzionamento su un display alfanumerico.
uello del modellismo radiocomandato è un hobby
entusiasmante che coinvolge persone di tutte le età
e di tutti i livelli di capacità: i giovanissimi, il più delle
volte, all’inizio si accontentano di modelli più semplici
sia da realizzare che da pilotare (tipicamente automobi-
line da corsa o fuori strada), così da potersi impratichire
nella guida in tempo breve.
I professionisti e gli “anziani” del settore, invece, spesso
dedicano dieci e più anni della propria vita per realizzare
modelli radiocomandati più complessi (tipicamente navi,
aerei, sommergibili ed elicotteri), talvolta così precisi e
Elettronica In
~ Aprile 2008
raffinati da meritare la medaglia d’oro nei campionati na-
zionali ed internazionali. In mezzo a questi due estremi
troviamo tutto il resto degli appassionati di modellismo
RC, più o meno bravi o impazienti; nonostante le grandi
differenze in termini di modelli, dettagli del modello e
capacità del modellista, esiste, però, una particolare situa-
zione che accomuna tutti gli appassionati. Sia il giovanis-
simo, che ha fatto sacrifici per racimolare (risparmiando
la paghetta settimanale) il necessario per acquistare la
prima macchinina RC, sia colui che ha impiegato lunghi
anni per realizzare un modello fuori dal comune, sono
>
15
terrorizzati dall’idea di perdere o
danneggiare il proprio modello per
colpa di un’anomalia ad uno dei
dispositivi di controllo: stiamo par-
lando dei servomotori, delle riceven-
ti e delle trasmittenti, tutti dispositivi
che, sfortunatamente, talvolta si gua-
stano; il guaio è che si guastano so-
lamente se sono accesi, ossia mentre
si sta facendo muovere il modello...
In questi casi, quanto possa accadere,
soprattutto con aerei, elicotteri, mo-
toscafi o automobiline in movimen-
to e fuori controllo, beh, lo potete
immaginare.
Tra i vari dispositivi, certamente, il
servocontrollo è tra i più delicati in
quanto comprende sia parti elettroni-
che che parti meccaniche, queste ul-
time tanto più delicate e soggette ad
usura quanto più piccolo è il servo:
bene, in queste pagine presentiamo
un circuito molto utile, con il quale
è possibile testare un gran numero di
servocontrolli analogici da modelli-
smo. In questa versione, il test com-
pleto è affidato ad un microcontrollo-
re, gestibile tramite un display LCD e
tre pulsanti: si tratta di un circuito più
completo di quello realizzato con un
semplice NE555, presentato sul fa-
scicolo 116 nell’articolo dedicato al
braccio robot; questa versione, infat-
ti, permette di controllare con estre-
ma precisione il movimento
del servo, visualizzando
sul display la durata del-
l’impulso di controllo
e la corrente assor-
bita durante il fun-
zionamento.
Abbiamo
voluto ag-
giungere
la misu-
ra della
corrente
perché essa forni-
sce un’eccellente indica-
zione sul buon funzionamento
meccanico: un servo in perfette con-
dizioni, infatti, a vuoto assorbe poca
corrente. Se non dovesse essere così,
ciò potrebbe essere sintomatico di
problemi meccanici (quali mancanza
di lubrificazione, grippaggi da polve-
re, ingranaggi con denti rotti, eccete-
ra) che obbligano il motore a rimane-
re sempre “in tiro”; il servo, pertanto,
andrebbe sostituito. Relativamente
al nostro dispositivo, vedremo come
con tre tasti ed alcune semplici im-
postazioni sarà possibile effettuare il
controllo sia manuale che automatico
del movimento del servo: quest’ulti-
ma funzione è particolarmente utile
per verificare il corretto funziona-
mento anche dopo che il servo è stato
installato sul modello.
Ma non è finita: la flessibilità
del circuito permette di effettua-
re la verifica anche dei regolatori di
velocità (Electronic Speed Control)
usati in modellismo, senza la neces-
sità della connessione alla ricevente
radio. Alcune prove “al banco”, poi,
vengono fatte sui motori elettrici da
gara, durante il rodaggio e il test di
trazione: in questi casi un circuito che
comanda con precisione il regolato-
re di velocità è utilissimo. Seguiteci
nelle prossime pagine per scoprire
come è stato realizzato questo versa-
tile tester per servocontrolli.
Schema elettrico
Come potete notare, il circuito è mol-
to semplice ed è costituito essenzial-
mente da un microcontrollore della
Microchip modello PIC16F818 (U2)
e da un operazionale (U3a). Il PIC,
dal costo modesto, è completo di sta-
dio oscillatore interno e di svariati in-
gressi analogici, e queste sono esatta-
mente le funzioni che servono a noi.
Dispone anche di un’uscita PWM,
ma, sfortunatamente, non può esse-
re usata in quanto di risoluzione non
adeguata. Il generatore PWM inter-
no, infatti, ha una risoluzione massi-
ma di 10 bit, che permettono di avere
un duty-cycle (ciclo utile) dell’onda
quadra in uscita variabile tra 1023 va-
Aprile 2008 ~
Elettronica In
• Visualizzazione: tramite display alfanumerico “2 righe x 16 caratteri”.
• Impostazione: tramite i tre pulsanti “P+”, “P-” e “Enter”.
• Modalità di test: manuale e automatico.
• Test automatici: Slow e Fast.
• Parametri modificabili: valore minimo e massimo degli impulsi di controllo.
• Verifiche possibili sul servocontrollo:
- verifica dell’estensione della rotazione;
- identificazione della posizione di neutro;
- misura della corrente assorbita a riposo (max. 1 A);
- misura della corrente assorbita in movimento,
sia a vuoto che a carico (max. 1 A);
- verifica dello stato degli ingranaggi tramite il test “Slow”;
- verifica della velocità di risposta tramite il test “Fast”.
• Alimentazione: 9÷12 Vdc, 100 mA minimo, 1 A massimo. La corrente
massima è circa uguale a quella assorbita dal servocontrollo.
Specifiche tecniche
16
lori. Per gestire correttamente un ser-
vo, il segnale di controllo deve essere
un impulso a onda quadra di durata
compresa tra 1 e 2 ms, che si ripete
ogni 20 msec: a seconda della durata
dell’impulso, il servo assumerà una
determinata posizione tra ±60° (nota:
l’angolo di movimento dipende dal
tipo di servocontrollo). Disponendo
di 1023 step da 19,5 µs (20 msec /
1023 = 19,5 µs circa) per gestire gli
impulsi da 1 a 2 msec utilizzerem-
mo solamente 51 step (51 x 19,5 µs
= 1 msec). Programmando, invece,
il PIC per generare un impulso di
durata variabile tramite la funzione
PULSOUT del compilatore PicBa-
sic, si ottiene una precisione doppia
in quanto questa istruzione ha una
risoluzione di 10 µs, corrispondenti a
cento step ogni millisecondo.
Torniamo ora al circuito, progettato
per essere alimentato con un econo-
mico adattatore di rete non stabiliz-
zato da 9-12 volt da 10-20 W. Lo
stadio di alimentazione è formato da
un diodo di protezione contro l’inver-
sione di polarità (D1) e da uno stabi-
lizzatore di tensione 7805 (U1) per
l’alimentazione del circuito e del ser-
vo a 5 volt. Come potete notare dallo
schema, sono previste due alimenta-
zioni denominate +5V, per il micro e
il display, e +Vcc per l’alimentazione
dell’operazionale: più avanti vi spie-
gheremo il perché di questa seconda
tensione di alimentazione.
Il PIC gestisce direttamente sia il
display LCD (il cui contrasto viene
regolato tramite il trimmer R1) che i
tre pulsanti (collegati alle linee RA1,
RA2 e RA3) necessari per l’utilizzo
mentre la lettura della corrente as-
sorbita dal servo avviene tramite un
amplificatore operazionale ed una
resistenza di shunt realizzata col pa-
rallelo di cinque resistenze da 1 ohm.
Con il termine “shunt” viene indicata
una resistenza di piccolo valore po-
sta in serie all’elemento del quale si
vuole misurare la corrente. La cadu-
ta di tensione su questa resistenza,
proporzionale alla corrente assorbi-
Elettronica In
~ Aprile 2008
SCHEMA ELETTRICO
ta, deve essere di valore modesto ri-
spetto alla tensione di alimentazione
totale del circuito (ad esempio 1/20).
Il perché siano state utilizzate cinque
resistenze in parallelo è presto detto:
occorre una resistenza di valore pic-
colo, in grado di sopportare una cor-
rente massima di 1 ampere, di buona
precisione così da rendere il circuito
di misura sufficientemente preciso
senza la necessità di regolazioni ag-
giuntive. Le resistenze di potenza,
economiche e facilmente reperibili,
hanno una tolleranza del 10%, non
adeguata per la nostra applicazione.
Utilizzando cinque resistenze da 1/4
W al 5% poste in parallelo, invece,
si ottengono una precisione e una
potenza cinque volte superiori (teo-
ricamente 1% e 1,25 W). La caduta
di tensione sullo shunt (poche cen-
tinaia di millivolt sempre positivi,
riferiti a massa) è, però, troppo pic-
cola per essere letta direttamente dal
PIC, quindi va amplificata. Per fare
ciò, utilizziamo l’amplificatore ope-
razionale U3a, un LM358 in grado di
funzionare a tensione singola riferita
a massa e di amplificare segnali che
partono da zero volt (sempre riferiti
a massa). In questo modo, dimensio-
nando opportunamente le resistenze
di retroazione, è possibile prelevare
dall’uscita di U3a una tensione com-
presa tra 0 e 5 V, idonea per essere
applicata all’ingresso analogico del
microcontrollore.
A questo punto, però, occorre tenere
presente un particolare molto impor-
tante: la tensione minima prelevabile
>
17

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin