دائرة التحكم عن بعد كوادكوبتر بدون MCU

دائرة التحكم عن بعد كوادكوبتر بدون MCU

على الرغم من أنه يمكن شراء دوائر التحكم عن بعد كوادكوبتر بسهولة من السوق أو من أي متجر على الإنترنت ، لا يُسمح أبدًا للهواة الإلكتروني المتعطش بمعرفة كيف تعمل هذه الوظائف بالفعل وما إذا كان يمكن بناؤها في المنزل أم لا؟



في هذه المقالة سنحاول بناء ملف بسيطة كوادكوبتر دائرة التحكم عن بعد باستخدام المكونات المنفصلة واستخدام وحدات التحكم عن بعد RF ، ودون إشراك الدوائر المعقدة القائمة على MCU.

سيجعل الدليل التدريجي في الواقع الهواة المهتمين يفهمون كيف يمكن التحكم ببساطة في طائرة رباعية باستخدام مفهوم PWM.





لقد تعلمنا بالفعل أساسيات كوادكوبتر ، دعنا الآن نتحرى عن قسم التحكم عن بعد والذي سيساعد في نهاية المطاف على تحريك الوحدة عن بُعد

الوحدات الأساسية مطلوبة

يتم إعطاء المكونات الرئيسية التي قد تكون مطلوبة للمشروع على النحو التالي:



سنطلب بشكل أساسي مراحل الدوائر الثلاث التالية:

1) 4 طريقة RF للتحكم عن بعد Tx ، Rx وحدات - 1 مجموعة

2) دوائر مولد IC 555 القائمة على PWM - 4nos

3) دوائر تحكم المحرك BLDC - 4nos

نظرًا لأنه إصدار محلي الصنع ، يمكننا توقع بعض أوجه القصور في التصميم المقترح ، مثل عدم وجود عصا تحكم لعناصر التحكم ، والتي يتم استبدالها بأواني أو مقاييس الجهد ، ومع ذلك يمكن توقع قدرة النظام على العمل على قدم المساواة مع الوحدات المهنية.

ستتألف وحدة الإرسال PWM المحمولة بشكل أساسي من وحدة التحكم عن بعد Tx المدمجة مع 4 دوائر تحكم PWM منفصلة ، بينما ستحتاج الطائرة الرباعية إلى أن تكون محاطة بدائرة 1 Rx متكاملة مع 4 دوائر تشغيل BLDC منفصلة.

لنبدأ بدوائر المحرك الرباعية ، ونرى كيف يجب تكوين وحدة التحكم في محرك BLDC وإرفاقها بدائرة Rx.

حلبة استقبال كوادكوبتر PWM

في إحدى المنشورات السابقة ، تعلمنا كيف يمكن بناء وحدة تحكم محرك BLDC متعددة الاستخدامات باستخدام شريحة واحدة ، ولكن هذا التصميم غير مصمم لتشغيل محركات أثقل نسبيًا من كوادكوبتر ، وبالتالي قد لا يكون مناسبًا للتطبيق الحالي.

لحسن الحظ ، يتوفر خيار 'الأخ الأكبر' للدائرة أعلاه ويصبح مناسبًا تمامًا لقيادة محركات كوادكوبتر. بفضل TEXAS INSTRUMENTS ، لتزويدنا بوحدات دوائر محددة رائعة لتطبيق رقاقة واحدة.

لمعرفة المزيد حول IC لبرنامج تشغيل BLDC الحالي العالي هذا ، يمكنك الرجوع إلى ورقة بيانات pdf التالية الخاصة بها

https://homemade-circuits.com/wp-content/uploads/2015/10/slwu083a.pdf

يعرض الإعداد أدناه مخطط الدائرة الكاملة لوحدة التحكم في محرك كوادكوبتر باستخدام DRV11873 IC وهي دائرة محرك BLDC ذات تيار منخفض محتواة ذاتيًا تتكون من جميع ميزات الحماية المطلوبة مثل الحماية من الحمل الزائد والحماية الحرارية وما إلى ذلك. لوحدة كوادكوبتر الحالية.

لمزيد من المعلومات حول هذا التصميم وتفاصيل PCB ، يمكنك الرجوع إلى المستند الأصلي أدناه:

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv11873.pdf

كوادكوبتر PWM القائم على دائرة التحكم عن بعد

كيف تعمل

إن دبابيس FS و FG الخاصة بـ IC مخصصة لتحسين IC مع عناصر تحكم إضافية من خلال الدوائر الخارجية ، نظرًا لأننا لا نستخدم هذه الميزات في تصميمنا ، فقد تظل هذه المسامير غير مستخدمة وتنتهي إلى الخط الإيجابي من خلال المقاوم 100K.

يقرر pinout RD الخاص بـ IC اتجاه دوران المحرك. يسمح توصيل هذا الدبوس بـ Vcc عبر المقاوم 100K بالدوران عكس اتجاه عقارب الساعة على المحرك بينما يؤدي تركه غير متصل إلى عكس ذلك ويسمح للمحرك بالدوران في اتجاه عقارب الساعة.

Pin # 16 هو إدخال PWM يستخدم لحقن مدخل PWM من مصدر خارجي ، وتغيير دورة عمل PWM يغير سرعة المحرك في المقابل.

كما أن دبابيس FR و CS ليست ذات صلة بالحاجة الخارجية وبالتالي يمكن تركها غير مستخدمة كما هو موضح في الرسم التخطيطي ، وتنتهي إلى الخط الإيجابي من خلال المقاوم 100K.

إن نهايات U ، V ، W هي مخرجات المحرك التي يجب توصيلها بمحرك رباعي الطور BLDC ثلاثي الطور.

دبوس COM مخصص لتوصيل السلك الشائع للمحرك ثلاثي الطور ، إذا لم يكن لمحركك سلكًا مشتركًا ، يمكنك ببساطة محاكاته عن طريق توصيل 3 مقاومات 2k2 إلى دبابيس U و W و W ثم ضمهم المشترك ينتهي برقم COM الخاص بـ IC.

يُظهر التخطيط أيضًا IC 555 تم تكوينه في وضع الدائرة المستقرة PWM. يصبح هذا جزءًا من وحدة الدائرة ويمكن رؤية خرج PWM من طرفه رقم 7 متصلًا بإدخال PWM لدائرة DRV IC من أجل بدء المحركات الأربعة بسرعة أساسية ثابتة ولتمكين المحرك من التحويم المستمر السرعة في مكان معين.

هذا يخلص إلى دائرة ELC الرئيسية أو دائرة سائق BLDC لتصميم كوادكوبتر خارج.

سنحتاج إلى أربع وحدات من هذا القبيل للمحرك الأربعة في تصميمنا المروحي الرباعي.

بمعنى أن 4 مثل DRV IC جنبًا إلى جنب مع مرحلة IC 555 PWM ستحتاج إلى أن تكون مرتبطة بكل من المحركات الأربعة للطائرة الرباعية.

ستضمن هذه الوحدات أن جميع المحركات الأربعة يتم ضبطها عادةً على سرعة محددة مسبقًا من خلال تطبيق إشارة PWM ثابتة ومتطابقة على كل من وحدات التحكم في DRV ذات الصلة.

دعونا الآن نتعلم كيف يمكن تغيير PWM من خلال جهاز تحكم عن بعد من أجل تغيير سرعات المحرك الفردي باستخدام جهاز تحكم عن بعد عادي مكون من 4 قنوات.

وحدة استقبال الترددات اللاسلكية (وحدة فك ترميز PWM)

تُظهر الدائرة أعلاه دائرة RF عن بُعد للمستقبل والتي من المفترض أن يتم استيعابها داخل كوادكوبتر لاستقبال بيانات PWM لاسلكية خارجية من جهاز الإرسال البعيد للمستخدم ثم معالجة الإشارات بشكل مناسب من أجل تغذية وحدات تحكم DRV المصاحبة كما هو موضح في القسم السابق.

المخرجات الأربعة المسماة PWM # 1…. يجب توصيل PWM # 4 مع دبوس PWM رقم 15 من DRV IC كما هو موضح في الرسم البياني السابق.

يتم تنشيط دبابيس PWM هذه من وحدة مستقبل التردد اللاسلكي عندما يتم الضغط على الزر المقابل من قبل المستخدم في سماعة جهاز الإرسال.

كيف يجب أن يكون جهاز إرسال RF سلكيًا (PWM Encoder)

في القسم أعلاه ، ناقشنا دائرة Rx أو دائرة الاستقبال عن بُعد وكيف يجب توصيل مخرجاتها الأربعة بوحدات محرك ESC ذات المحرك الرباعي.

هنا نرى كيف يجب إنشاء جهاز إرسال RF البسيط وتوصيله بدارات PWM لنقل بيانات PWM لاسلكيًا إلى وحدة مستقبل كوادكوبتر بحيث يتم التحكم في سرعات المحرك الفردي ببساطة بضغطة زر ، مما يؤدي في النهاية إلى حدوث كوادكوبتر لتغيير الاتجاه أو سرعته حسب تفضيلات المستخدم.

تعرض الدائرة الموضحة أعلاه تفاصيل الأسلاك لوحدة الإرسال. تبدو الفكرة بسيطة للغاية ، حيث تتكون دائرة الإرسال الرئيسية من شريحة TSW434 التي تنقل إشارات PWM المشفرة إلى الغلاف الجوي ، و HT12E الذي يصبح مسؤولاً عن تغذية الإشارات المشفرة إلى شريحة TSW.

يتم إنشاء إشارات PWM بواسطة 4 مراحل منفصلة لدائرة IC 555 والتي قد تكون متطابقة مع تلك التي تمت مناقشتها سابقًا في وحدة تحكم DRV.

يمكن رؤية محتويات PWM الخاصة بـ 4 دوائر متكاملة منتهية إلى نقاط التوصيل الخاصة بجهاز التشفير IC HT12E من خلال 4 أزرار دفع منفصلة يشار إليها باسم SW1 ---- SW4.

يتوافق كل زر من هذه الأزرار ويقوم بتبديل التوصيلات المتطابقة لوحدة الاستقبال التي ناقشناها سابقًا والمشار إليها باسم PWM # 1 ، PWM # 2 ... ..PWM # 4.

قد يؤدي الضغط على SW1 إلى تنشيط خرج PWM # 1 لوحدة المستقبل وسيبدأ هذا pinout في تغذية إشارات PWM المستلمة من جهاز الإرسال إلى وحدة DRV المرتبطة ، وبالتالي يتسبب المحرك المعني في تغيير سرعته وفقًا لذلك.

وبالمثل ، يمكن استخدام الضغط على SW2،3،4 للتأثير على سرعات المحركات الثلاثة الأخرى ذات المروحيات الرباعية وفقًا لرغبة المستخدمين.

حلبة IC 555 PWM

يمكن بناء دوائر PWM الأربعة الموضحة في سماعة جهاز إرسال التردد اللاسلكي أعلاه من خلال الرجوع إلى الرسم التخطيطي التالي ، والذي يشبه تمامًا الدائرة التي شوهدت دائرة ESC لوحدة التحكم DRV.

يرجى تذكر أن وعاء 5K يمكن أن يكون في شكل وعاء عادي ويمكن استخدام هذا القدر بشكل إضافي مع الأزرار لاختيار سرعات مختلفة على المحركات المقابلة.

بمعنى أنه من خلال الاستمرار في الضغط على الزر المحدد وتحريك 5KPWMpot في نفس الوقت ، يمكن للمرء أن يتسبب في زيادة أو تقليل سرعة المروحية الرباعية في الاتجاه المقصود.

بدلاً من ذلك ، يمكن ضبط PWM مبدئيًا عند مستوى أعلى أو أدنى ثم الضغط على الزر المقابل لتمكين محرك كوادكوبتر المقابل من الوصول إلى السرعة المفضلة ، وفقًا لإعداد PWM.

مواصفات محرك كوادكوبتر

تم توضيح دائرة التحكم عن بعد Qiadcopter الموضحة أعلاه لاستخدامها لغرض العرض فقط ، ولا يمكن استخدامها لرفع الأحمال أو الكاميرا. هذا يعني أن المحركات المستخدمة في التصميم يجب أن تكون من النوع المنخفض الحالي بشكل مفضل.

تم تصميم DRV11873 IC لتكوين المحركات المصنفة بجهد 15 فولت أو 1.5 أمبير أو حوالي 20 واط ... لذلك يمكن استخدام أي محرك BLDC ثلاثي الأطوار بقدرة 15 إلى 30 واط لهذا الغرض.

يمكن أن تكون البطارية الخاصة بتصميم المروحية الرباعية هذه عبارة عن أي بطارية ليثيوم أيون 12 فولت من نوع Lipo pr قادرة على توفير ذروة 15 فولت بتيار مستمر 1.5 أمبير.

تفاصيل المواصفات

1306N محرك تيار مستمر مصغر بدون فرش

النوع: مايكرو موتور

البناء: مغناطيس دائم

التخفيف: فرش

السرعة (دورة في الدقيقة): 2200 دورة في الدقيقة / الخامس

التيار المستمر (أ): 1.5 ~ 2.6 أمبير

الجهد (V): 7.4 ~ 11.1V

محرك تيار مستمر مصغر: AX-1306N

الوزن: 8 جرام

قطر العمود: 1.5 مم

بطارية LI-PO: 2-3s

تيار التشغيل: 1.5 ~ 2.6A

أقصى كفاءة: 67٪




زوج من: حلبة سائق محرك BLDC بدون استشعار التالي: دائرة تحكم السخان باستخدام أزرار الضغط