Circuito de controle remoto quadcopter sem MCU

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Embora os circuitos de controle remoto de um quadricóptero possam ser facilmente adquiridos no mercado ou em qualquer loja online, um entusiasta da eletrônica nunca pode aprender como realmente funcionam e se podem ou não ser construídos em casa?

Neste artigo, tentaremos construir um circuito de controle remoto quadcopter simples usando componentes discretos e usando módulos de controle remoto RF, e sem envolver os complexos circuitos baseados em MCU.



O guia passo a passo fará com que os entusiastas interessados ​​entendam como um quadricóptero pode ser controlado de forma simples usando um conceito PWM.

Já aprendemos o básico do quadcopter , agora vamos investigar a seção de controle remoto que, em última análise, ajudará a voar a unidade remotamente.



Módulos básicos necessários

Os principais ingredientes que podem ser necessários para o projeto são fornecidos conforme abaixo:

Iremos fundamentalmente exigir os seguintes 3 estágios do circuito:

1) Módulos Tx, Rx de controle remoto RF de 4 vias - 1 conjunto

2) Circuitos geradores PWM baseados em IC 555 - 4nos

3) Circuitos do controlador do motor BLDC - 4nos

Por ser uma versão caseira, podemos esperar algumas ineficiências com o design proposto, como a ausência de joysticks para os controles, que são substituídos por potenciômetros ou potenciômetros; no entanto, a capacidade de trabalho do sistema pode ser esperada para estar no mesmo nível do unidades profissionais.

A unidade transmissora PWM de mão consistirá basicamente no módulo remoto Tx integrado com 4 circuitos de controle PWM discretos, enquanto o quadricóptero precisará ser incluído com 1 circuito Rx integrado com 4 circuitos de driver BLDC discretos.

Vamos começar com os circuitos do motor do quadcopter e ver como o controlador do motor BLDC precisa ser configurado e conectado ao circuito Rx.

Circuito receptor PWM Quadcopter

Em uma das postagens anteriores, aprendemos como um controlador de motor BLDC versátil poderia ser construído usando um único chip; no entanto, esse projeto não foi projetado para operar motores relativamente mais pesados ​​de um quadricóptero, portanto, pode não ser adequado para a presente aplicação.

Felizmente, está disponível uma opção 'irmão mais velho' para o circuito acima e torna-se perfeitamente adequada para a condução de motores quadricópteros. Obrigado à TEXAS INSTRUMENTS, por nos fornecer módulos de circuitos específicos de aplicação de um único chip tão maravilhosos.

Para saber mais sobre este driver IC de alta corrente BLDC, você pode consultar a seguinte folha de dados em pdf do mesmo

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

A configuração abaixo mostra o esquema completo do circuito do controlador do driver do motor quadcopter usando o IC DRV11873, que é um circuito do motor BLDC de baixa corrente independente que consiste em todos os recursos de proteção necessários, como proteção contra sobrecarga, proteção térmica, etc. Este módulo basicamente forma o ESC para a nossa unidade quadcopter atual.

Para obter mais informações sobre este design e detalhes de PCB, você pode consultar o documento original abaixo:

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

Circuito de controle remoto baseado em Quadcopter PWM

Como funciona

As pinagens FS e FG do IC são para aprimorar o IC com controles adicionais através de circuitos externos, uma vez que não estamos usando esses recursos em nosso projeto, esses pinos podem ser mantidos sem uso e terminados na linha positiva por meio de um resistor de 100K.

A pinagem RD do IC decide a direção de rotação do motor. Conectar este pino ao Vcc por meio de um resistor de 100K permite uma rotação no sentido anti-horário no motor, enquanto deixá-lo desconectado faz o oposto e permite que o motor gire no sentido horário.

O pino # 16 é a entrada PWM usada para injetar uma entrada PWM de uma fonte externa, variando o ciclo de trabalho do PWM altera a velocidade do motor de forma correspondente.

As pinagens FR, CS também são irrelevantes para nossa necessidade e podem, portanto, ser deixadas sem uso como mostrado no diagrama e terminadas na linha positiva por meio de um resistor de 100K.

As pinagens U, V, W são as saídas do motor que precisam ser conectadas ao respectivo motor quadricóptero BLDC trifásico.

A pinagem COM é para conectar o fio comum do motor trifásico, se o seu motor não tiver um fio comum, você pode simplesmente simulá-lo conectando 3 nos de 2k2 resistores aos pinos U, W, W e depois juntar seus comuns termina com o pino COM do IC.

O esquema também mostra um IC 555 configurado no modo de circuito astável PWM. Isso se torna uma parte do módulo do circuito e a saída PWM de seu pino nº 7 pode ser vista conectada com a entrada PWM do circuito DRV IC, a fim de iniciar os 4 motores com uma velocidade base constante e permitir que o motor fique em constante flutuação velocidade em um determinado ponto.

Isso conclui o circuito ELC principal ou o circuito driver BLDC para o design de quadricóptero.

Precisaremos de quatro desses módulos para os quatro motores em nosso design de quadricóptero.

Ou seja, 4 desses DRV IC junto com o estágio IC 555 PWM precisarão ser associados a cada um dos 4 motores do quadricóptero.

Esses módulos irão garantir que normalmente todos os 4 motores sejam ajustados em uma velocidade predeterminada aplicando um sinal PWM fixo e idêntico a cada um dos CIs de controlador DRV relevantes.

Agora vamos aprender como o PWM pode ser alterado por meio de um controle remoto para alterar as velocidades do motor individual usando um controle remoto comum de 4 canais.

O Módulo Receptor RF (Decodificador PWM)

O circuito acima mostra o circuito de RF remoto do receptor que deve ser acomodado dentro do quadricóptero para receber dados PWM sem fio externos do aparelho transmissor remoto do usuário e, em seguida, processar os sinais de forma adequada para alimentar os módulos controladores de DRV que os acompanham, conforme explicado no seção anterior.

As 4 saídas nomeadas como PWM # 1… .PWM # 4 precisam ser conectadas ao pino PWM # 15 do DRV IC conforme indicado no diagrama anterior.

Essas pinagens PWM da unidade receptora RF são ativadas sempre que o botão correspondente é pressionado pelo usuário em seu aparelho transmissor.

Como o transmissor de RF precisa ser conectado (codificador PWM)

Na seção acima, discutimos o Rx ou o circuito do receptor remoto e como suas 4 saídas precisam ser conectadas aos módulos de driver ESC do motor quadcopter.

Aqui vemos como o transmissor de RF simples precisa ser criado e conectado com circuitos PWM para transmitir os dados PWM sem fio para a unidade receptora de quadricóptero, de modo que as velocidades do motor individual sejam controladas simplesmente com o pressionamento de um botão, o que acaba causando o quadcopter para mudar de direção ou velocidade, de acordo com as preferências do usuário.

O circuito mostrado acima exibe os detalhes da fiação do módulo transmissor. A ideia parece bastante simples, o circuito transmissor principal é formado pelo chip TSW434 que transmite os sinais PWM codificados para a atmosfera, e o HT12E que se torna responsável por alimentar os sinais codificados para o chip TSW.

Os sinais PWM são gerados por 4 estágios de circuito IC 555 separados, que podem ser idênticos ao que foi discutido anteriormente no módulo controlador DRV.

O conteúdo PWM dos 4 ICs pode ser visto terminado nas respectivas pinagens do codificador IC HT12E através de 4 botões discretos indicados como SW1 ---- SW4.

Cada um desses botões corresponde e alterna a pinagem idêntica do módulo receptor que discutimos anteriormente e indicado como PWM # 1, PWM # 2… ..PWM # 4.

Significa que pressionar SW1 pode fazer com que a saída PWM # 1 da unidade receptora esteja ativa e isso começará a alimentar os sinais PWM decodificados recebidos do transmissor para o módulo DRV associado e, por sua vez, fará com que o motor relevante mude sua velocidade de acordo.

Da mesma forma, pressionar SW2,3,4 pode ser usado para influenciar as velocidades dos outros 3 motores quadcopter de acordo com o desejo do usuário.

Circuito IC 555 PWM

Os 4 circuitos PWM mostrados no aparelho transmissor de RF acima podem ser construídos referindo-se ao seguinte diagrama, que é exatamente semelhante ao que foi visto em nosso circuito ESC do controlador DRV.

Lembre-se de que o potenciômetro de 5K pode ter a forma de um potenciômetro normal e este potenciômetro pode ser usado adicionalmente com os botões para selecionar diferentes velocidades nos motores correspondentes.

Ou seja, manter um botão selecionado pressionado e mover simultaneamente o 5KPWMpot correspondente pode fazer com que o quadricóptero aumente ou diminua sua velocidade na direção pretendida.

Alternativamente, o PWM pode ser definido inicialmente em algum nível superior ou inferior e, em seguida, o botão correspondente pressionado para permitir que o motor quadcopter correspondente atinja a velocidade preferida, de acordo com a configuração PWM.

Especificação de Motor Quadcopter

O circuito de controle remoto Qiadcopter explicado acima deve ser usado apenas para fins de exibição e não pode ser usado para levantar cargas ou uma câmera. Isso implica que os motores usados ​​no projeto devem ser preferencialmente do tipo de baixa corrente.

O DRV11873 IC é projetado para opear motores classificados em 15 V, 1,5 amperes ou cerca de 20 watts do motor ... portanto, qualquer motor BLDC trifásico classificado em 15 a 30 watts pode ser usado para esse propósito.

A bateria para este design de quadricóptero pode ser qualquer bateria 12v Lipo pr Li-ion capaz de fornecer 15V de pico a 1,5 ampères de corrente contínua.

Detalhes de Especificação

Motor CC em miniatura Outrunner 1306N sem escova

Tipo: Micro Motor

Construção: Ímã Permanente

Comutação: sem escova

Velocidade (RPM): 2200rpm / v

Corrente contínua (A): 1,5 ~ 2,6A

Tensão (V): 7,4 ~ 11,1V

motor DC miniatura: AX-1306N

peso: 8g

diâmetro do eixo: 1,5 mm

Bateria LI-PO: 2-3 s

corrente operacional: 1,5 ~ 2,6A

eficiência máxima: 67%




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