mini project embedded : Brushless Motor & R/C Servo Control for R/C Car: การปฎิบัติงานครั้งที่ 1

อุปกรณ์ที่ใช้

ชื่ออุปกรณ์	รูปอุปกรณ์
1. บอร์ด ESL-Arduino 5V , 16MHz
2. R/C Servo ที่ใช้ไฟเลี้ยง 5 V.
3. ESC
4. Dc Motor
5. Breadboard
6. Osiloscope
7. Trimpot 10K หรือ 20K
8. ตัวตานทาน
9. DC Power Supply ( Lipo 11 – 12 V. )
10. โมดูล 16 x 2 LCD Display
11. สายไฟ

แนะนำอุปกรณ์เพิ่มเติม

R/C Servo

หลักการทำงานของ Rc servo คือการเปลี่ยนคำสั่งที่เป็นสัญญาณไฟฟ้าจากรีซีฟเวอร์ให้เป็นการเคลื่อนที่ของแขนเซอร์โว ซึ่งโดยปกติแล้วสายสัญญาณของเซอร์โว จะเสียบไว้ที่ช่องใดช่องหนึ่งของรีซีฟ เพื่อใช้บังคับส่วนต่างๆของเครื่องบิน ดังนั้นแล้วการเคลื่อนที่ ของเซอร์โวจึงขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของสติ๊กที่ตัววิทยุนั่นเอง

องค์ประกอบพื้นฐานของเซอร์โว

องค์ประกอบหลักของเซอร์โว โดยทั่วไปแล้วจะมีส่วนประกอบหลักดังนี้คือ

Servo Case ซึ่งส่วนใหญ่จะทำมาจากพลาสติก

Motor ซึ่งเป็นส่วนให้กำลังในการหมุนของเซอร์โว

Control Circuit มีหน้าที่ในการถอดรหัสสัญญาณควบคุมจากรีซีฟซึ่งส่งมาเป็นแบบ PWM และส่งการควบคุมไปสั่งการทำงานของมอเตอร์ให้หมุนแขนของเซอร์โวให้อยู่ใน ตำแหน่งที่ได้ถอดรหัสมา

Potentiometer คือส่วนที่ตรวจวัดตำแหน่งของเซอร์โวและส่งสัญญาณกลับไปยัง Control Circuit เพื่อแก้ใขตำแหน่งให้ถูกต้องตามสัญญาณที่ได้เซ็ตไว้

Drive Gear คือชุดทดรอบจากการหมุนของมอเตอร์เพื่อให้ได้แรงบิดที่สูง

Output Spline คือส่วนที่ปัองกันการเสียดสีระหว่าง Servo Case และ Output shaft ซึ่งอาจใช้อุปกรณ์ประเภท Baring เพื่อช่วยลดแรงเสียดทานที่ดี

Servo wire คือสายไฟของเซอร์โวซึ่งมีรายละเอียดดังนี้
สายไฟของเซอร์โวจะมีอยู่สามเส้นซึ่งจะติดเป็นชุดเดียวกัน ซึ่งจะมีหน้าที่คือ
เส้นที่ 1 : จ่ายไฟกระแส + DC ซึ่งแรงดันปรกติจะอยู่ที่ 5-6 โวลท์
เส้นที่ 2 : เป็นสาย Ground หรือเป็นขั้ว – DC
เส้นที่ 3 : เป็นสายสัญญาณ โดยที่รีซีฟจะส่งสัญญาณลักษณะ on/off pulsed

ตามภาพด้านบน ซึ่งแสดงระบบการทำงานของเซอร์โวโดยที่รีซีฟจะส่งสัญญาณการควบคุมตำแหน่งของเซอร์โวไปยังส่วน Control Circuit ของเซอร์โว โดยสัญญาณที่ส่งมาจะเป็นสัญญาณแบบ PWM ( Pule Width Modulation ) จากนั้น Control Circuit จะถอดรหัสสัญญาณ PWM ที่ได้ให้เป็นตำแหน่งของเซอร์โวที่ถูกต้องโดยเปรียบเทียบค่าตำแหน่งปัจจุบัน กับสัญญาณกลับจาก Potentiometer แล้วจึงส่งแรงดันไฟฟ้าไปยังมอเตอร์ให้ไปหมุนไปในทิศทางที่จะทำให้ตำแหน่งของ Potentiometer มีค่าที่ถูกต้องเท่ากับค่าที่ได้ถอดรหัสมา ซึ่งขณะที่มอเตอร์หมุนก็จะมีเฟืองที่ไปต่อกับแกนของ Potentiometer (ปรกติจะอยู่ในแกนเดียวกับ output shaft ) ด้วยดังนั้นกระบวนการนี้จะเกิดขึ้นซ้ำๆ จนกว่าค่าของ Potentiometer จะมีค่าเท่ากับการถอดรหัสสัญญาณที่ได้รับมาจากรีซีฟการทำงานของมอเตอร์จึงจะหยุด แต่กระบวนการทำงานของ Control Circuit จะยังทำงานอยู่ตลอดเวลาเพียงแต่หากค่าของ Potentiometer มีค่าเท่ากับสัญญาณที่ถอดรหัสมาจากรีซีฟแล้วก็จะไม่มีการส่งแรงดันไฟฟ้าไปยังมอเตอร์ ( ไม่มีการเปลี่ยนแปลงของสติ๊กที่รีโมท ) ซึ่งกระบวนการนี้เรียกว่าการอัพเดทสัญญาณ โดยมีความเร็วที่ 50 ครั้งต่อหนึ่งวินาที เราจึงเห็นเป็นการเคลื่อนที่ของเซอร์โว

แหล่งอ้างอิง : http://www.tdhobby.com/index.php?option=com_content&view=article&id=89:understand-rc-servo&catid=43:2011-01-30-11-45-16&Itemid=79

โมดูล 16 x 2 LCD Display

16x2 LCD (ACM1602B-FL-GBH) โมดูลที่แสดงผลหน้าจอได้ทั้งหมด 32 ตัวอักษร 2 บรรทัด แบ่งเป็นบรรทัดละ 16 ตัวอักษร มีหลอดไฟเป็นแสงสีเขียว สามารถแสดงผลได้แม้อยู่ในที่มีแสงสว่างน้อย

คุณสมบัติ 16x2 LCD (ACM1602B-FL-GBH)

· แสดงผล 16x2 Character

· ใช้ไฟ 5.0 V

· โมดูลขนาด 84.0mm(W) x 44.0mm(H) x 13.0mm(D)

· พื้นที่หน้าจอ 64.5mm(W) x 16.4mm(H)

· ขนาดตัวอักษร 3.00mm(W) x 5.20mm(H)

· หน้าจอสามารถเปิดไฟเป็นแสงสีเขียว (Backlight)

· อุณหภูมิใช้งาน -20ºC ~ 70ºC

ตำแหน่งของขาและหน้าที่การใช้งานของ LCD โมดูล

แหล่งอ้างอิง : http://synes.co.th/product_view.php?product_id=796

1. ส่วน servo

โดยในส่วนนี้เป็นส่วนศึกษาและทำความเข้าใจเรื่องของการสร้างสัญญาณ PWM ที่มีค่า duty cycle ในช่วงต่างๆ ที่จะเป็นสัญญาณในการควบคุมการหมุนของ motor ผ่าน module ESC ซึ่งขั้นตอนแรกจึงเขียน code Arduino ในส่วนของการสร้างสัญญาณ PWM ออกมาเพื่อนำมาทดลองกับอุปกรณ์ Servo เพื่อดูความถูกต้องก่อนนำไปใช้งานกับ ESC ซึ่งทดลองใช้คำสั่งในการกำหนดองศา หรือ มุมของ Servo ซึ่งสามารถกำหนดได้ในช่วง 0 – 180 องศา ซึ่งเมื่อนำเครื่อง Oscilloscope มาเพื่อดูสัญญาณ PWM ที่สร้างนั้นพบว่า ค่าของ duty cycle จะมีค่าอยู่ในช่วง 0 – 12.5 % โดยประมาณ

ภาพรวมขณะทำการทดลอง

1.3 ศึกษาหาช่วงการทำงานของ ESC แลัวกำหนดให้อินพุต = ค่าความต้านทานปรับค่าได้ อ่านค่าเอาต์พุตที่ได้
แล้วสั่งให้แสดงค่าผ่านทาง LED

ผลที่ได้ : ESC จะทำงานในช่วง 0.5 – 2.5 ms