C-BISCUIT: Schematischer Aufbau für den RCB-Microcontroller, Motorcontroller

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Anonim

C-BISCUIT: Schematischer Aufbau für den RCB-Microcontroller, Motorcontroller


In diesem Artikel werden wir zwei Abschnitte der benutzerdefinierten Steuerplatine für den C-BISCUIT Demo-Bot genauer unter die Lupe nehmen.

Die C-BISCUIT-Serie

  1. C-BISCUIT: Eine Robotik-Plattform für Hacker und Hobbyisten
  2. C-Biscuit: Design-Entscheidungen und Begründung
  3. C-BISCUIT Leistung: 5V 3A Buck Regler für Wandboard
  4. C-BISCUIT Power: Crowbar-Schutzschaltung für 5V-Regler
  5. C-Biscuit: Die Gehirne der Operation
  6. C-BISCUIT Power: Montage und Prüfung von Regulator- und Crowbar-Stromkreisen
  7. C-BISCUIT: Überwachung der Gesundheit Ihres Roboters
  8. C-BISCUIT: Robotersystemarchitektur
  9. C-BISCUIT: Schematischer Aufbau für den RCB-Microcontroller, Motorcontroller
  10. C-BISCUIT: Schematischer Entwurf für die RCB-Power, Stepper
  11. C-BISCUIT: Layout und Montage für das Robot Control Board
  12. C-BISCUIT: Systemintegration und Testen

Auffrischung und Intro

Im vorherigen C-BISCUIT-Artikel (Robot System Architecture) habe ich die aktualisierte und verbesserte Systemarchitektur für den Roboter besprochen, die zum Testen und Demonstrieren der C-BISCUIT-Plattform verwendet wird. Eine der wesentlichen Komponenten in dieser Architektur ist das Robot Control Board (RCB), eine kundenspezifische Leiterplatte, die Folgendes ausführen kann:

  • Daten an das Wandboard übertragen und Daten davon empfangen
  • erzeugen Ansteuersignale für die zwei bürstenbehafteten DC-Motoren, die das Tri-Track-Robotergehäuse bewegen
  • stellen Sie eine geregelte 5-V-Versorgung für das Wandboard und eine geregelte 3, 3-V-Versorgung für logische Schaltkreise auf dem RCB bereit
  • Überwachen Sie die Akkuspannung und ergreifen Sie Maßnahmen, um eine übermäßige Entladung zu verhindern

Die zentrale Komponente des RCB ist ein EFM8UB2-Mikrocontroller von Silicon Labs. Dieses 48-Pin-Gerät ist kompakt und erschwinglich, aber sehr leistungsfähig; Er ist dafür verantwortlich, fast alles, was an der Tafel passiert, zu initiieren, durchzuführen oder zu überwachen. Das folgende Diagramm zeigt die Architektur des RCB:

Der Mikrocontroller hat einen integrierten Oszillator, der ziemlich genau ist, aber ich entschied mich für einen externen Oszillator (U8), falls eine höhere Frequenzgenauigkeit benötigt wird. Der LTC6930 ist ein "Silizium-Oszillator" - dieser eher vage Begriff bezieht sich auf einen Oszillator-IC, der kein piezoelektrisches Element benötigt. Mit diesen Geräten sind bestimmte Vorteile verbunden. Hier können Sie mehr über Silizium-Oszillatoren lesen.

Die restlichen Komponenten sind die folgenden:

  • J5 : Ein Header, mit dem wir den Mikrocontroller mit einem Silicon Labs USB Debug Adapter debuggen und programmieren können
  • LED1 : drei allgemeine LEDs (rot, grün und blau) in einem Paket
  • FB1 : Eine Ferritperle, die hilft, das Rauschen der Stromversorgung zu unterdrücken
  • D1 und D2 : ESD-Schutzdioden für die USB-Signale
  • J1 : Ein USB-Micro-B-Anschluss, über den der EFM8 mit einem USB-Host-Gerät kommunizieren kann
  • C3 und C4 : Ausgangskondensatoren für die interne Spannungsreferenz des EFM8
  • Verschiedene Filter- / Bypass-Kappen für die Stromschienen

Hilfe von den Experten: Der MAX14870

Der nächste schematische Auszug zeigt einen DC-Motorantriebs-IC und zugehörige Komponenten.

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Durch die Aufnahme des Sense-Widerstands und die Verbindung des COM-Knotens mit dem SNS-Pin des MAX14870 ermöglichen wir die interne Stromregulierungsfunktionalität. Der MAX14870 möchte, dass die Spannung am SNS-Pin unter 100 mV bleibt; Wenn diese Spannung zu hoch wird, wird der Motorantriebsstrom unterbrochen, um die SNS-Spannung unter 100 mV zu halten. Somit ist der maximale Motorantriebsstrom durch die folgende Gleichung gegeben:

$$ I_ {MAX} = \ frac {100 \ mV} {R_ {SENSE}} $$

Der C-BISCUIT Motorsteuerkreis hat einen 0.068 Ω Messwiderstand; dies bedeutet, dass der Motorantriebsstrom auf etwa 1, 47 A begrenzt ist. Das Datenblatt für die Tri-Track-Motoren zeigt an, dass der Anlaufstrom etwa 1, 5 A beträgt, so dass 1, 47 A ein konservativer Grenzwert ist, der den Motor weiterhin normal starten lässt. Aber da ich keine Erfahrung mit diesem Motor oder dem MAX14870 habe, wäre ich nicht überrascht zu finden, dass 0, 068 Ω nicht der optimale Wert für R SENSE ist .

Eine wichtige Sache, die man beachten sollte, ist, dass dieser Sinnwiderstand einige ernsthafte Energie verbraucht. Dies ist ein einfacher Ort, um einen nichttrivialen Fehler zu machen, da Niederspannungsentwickler oft nicht sorgfältig über Widerstandsleistungswerte nachdenken müssen. Obwohl der Anlaufstrom höher ist als der stationäre Strom, nehmen wir an, dass dieser Widerstand für lange Zeit 1, 5 A ausgesetzt sein kann, um auf der sicheren Seite zu sein. Das bedeutet zu

$$ P_ {MAX} = (1.5 \ A) ^ 2 \ mal0.068 \ \ Omega = 0.153 \ W $$

Ich mag einen Sicherheitsfaktor von zwei Faktoren, daher sollte die Nennleistung des Widerstands mindestens 1/4 W betragen. Ich wählte einen 1/2 W-Teil, weil das mir zusätzliche Sicherheit gibt, dass der Widerstand nicht brennen wird Designerfehler.

Wenn Sie keine automatische Stromregelung benötigen, können Sie diese Funktion deaktivieren, indem Sie einfach den SNS-Pin mit Masse verbinden, was (natürlich) dafür sorgt, dass die Spannung an SNS niemals 100 mV überschreitet. Der MAX14870 hat immer noch seinen generischen Überstromschutz, aber dieser tritt erst ein, wenn der Strom, der durch eine der Motortreiberleitungen fließt, länger als 1 μs länger als etwa 6 A ist.

Motorstrom - Das EFM8 sollte es wissen

Da ich mich entschloss, einen Messwiderstand für die automatische Stromregelung einzubauen, könnte ich auch einige zusätzliche Komponenten hinzufügen, die es dem EFM8-Mikrocontroller ermöglichen, Informationen darüber zu erhalten, wie viel Strom die Motoren unter verschiedenen Betriebsbedingungen benötigen. Dafür ist die Operationsverstärker-Schaltung da - es ist nur ein Zehnerverstärker, der als Zwischenschaltung zwischen der Spannung über R SENSE und der ADC-Schaltung des EFM8 dient.

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Diese Motorstromdaten könnten sogar über das Wi-Fi des Wandboards an einen PC übertragen werden, um eine Fernüberwachung in Echtzeit zu ermöglichen.

Eine große Kappe und drei kleine

Die 1 μF- und 0, 1 μF-Kondensatoren sind typische Bypass-Komponenten für die Stromversorgung. Aber warum die riesige Kappe "/ projects / c-biscuit-schematic-design-für-die-rcbpower-stepper /" rel = "next"> C-BISCUIT: Schematische Gestaltung für die RCB-Power, Stepper