Владимир Макаров.

Сервотестер.

Аннотация:
 

В радиолюбительской практике, особенно в радио-моделизме, часто используются сервоприводы. От точной настройки сигналов, подаваемых на сервоприводы, зависит поведение модели в пространстве. Поэтому так важно заранее определить характеристики сервоприводов до запуска модели в полет, в плавание, на трассу. Для проверки сервопривода «на земле» предназначены устройства, называемые сервотестерами.
В настоящей статье описано как изготовить сервотестер своими руками.

О сервоприводе.

В настоящей статье описан сервотестер для проверки работоспособности аналоговых сервоприводов. Поэтому последующее изложение касается исключительно аналоговых сервоприводов.
На рисунке ниже показан образец сервопривода, который будет проверяться сервотестером.

Его заводские характеристики:

•   Пластиковые шестерни

•   Напряжение питания: 4.8V-6V

•   Скорость: 0.12сек/60° при 4.8В, 0.10сек/60° при 6В

•   Крутящий момент: 1.3кг. при 4.8В, 1.5kg. при 6В

•   Размер: 22.3х11.8х26.3, вес: 9g

Характеристики сигналов, подаваемых на сервопривод, в коммерческом описании, как правило, отсутствуют.
Считается, что на сервопривод необходимо подавать сигнал в виде прямоугольных импульсов с периодом около 20 мс и изменяемой скважностью. При этом ширина импульса должна варьироваться от 1мс до 2мс.
В этом диапазоне ширины импульсов вал сервопривода должен принимать положение от 0 до 180 градусов.
Структура управляющего сигнала, унифицированного для аналоговых сервоприводов, приведена на рисунке ниже:

Такой сигнал называется сигналом широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
Для того чтобы повернуть вал сервопривода на угол 0 градусов необходимо подать серию импульсов шириной 1мс.
Для поворота вала сервопривода на 180 градусов от нулевого положения необходимо подать серию импульсов шириной 2мс.
Поворот вала сервопривода может быть выполнен на любой угол в диапазоне он 0 до 180 градусов при подаче импульсов, имеющих ширину в диапазоне от 1мс до 2мс.

Однако, сервоприводы разных производителей и разной ценовой категории - имеют существенную погрешность в точности выполнения принимаемых сигналов. Иногда отклонения столь существенны, что поведение сервопривода под воздействием «стандартных сигналов» оказывается далеким от требуемого.

Предлагаемое в статье устройство позволяет точно определить предельные (крайние) положения вала сервопривода и характеристики управляющих импульсов, приводящих вал в эти положения, проверить работу сервопривода в автоматическом и ручном режимах управления в заданных пределах ширины управляющих импульсов.
Проверку работы сервоприводов и определение характеристик управляющих импульсов можно проводить также непосредственно на радиоуправляемой модели.
В результате разработки получилось вот такое устройство:

Демонстрацию его работы можно посмотреть здесь:
 

Схема сервотестера.

Схема электрическая принципиальная показана на рисунке ниже:

Устройство собрано на микроконтроллере ATmega8A.
Фьюзы: HIGH = D9, LOW = E1. Такая установка фьюзов обеспечивает подачу тактовых импульсов на МК с частотой 1 МГц от внутреннего RC – генератора.
Тем не менее, на схеме показан кварцевый резонатор на 1 МГц и конденсаторы обвязки C3 и C4.
В демонстрируемом устройстве кварцевый резонатор не установлен, хотя разводка печатной платы позволяет его установить. Это сделано для того случая, когда получаемая точность измерения окажется недостаточной и потребуется установка кварцевого резонатора.
Напряжение питания устройства (+V)должно соответствовать планируемому напряжению питания сервопривода.
Напряжение +V подается на сервопривод и на регулятор напряжения (DA1), который обеспечивает питание устройства напряжением +3.3V.
На выводе 15 (OC1A) формируется ШИМ-сигнал (PWM) управления сервоприводом.

Смена режимов устройства осуществляется кнопкой «Установка». Изменение параметров сигнала в режимах «Левый [предел]» и «Правый [предел]»осуществляется кнопками «+(увелич.)» и «-(уменьш.)».

Потенциометр R5 предназначен для ручного управления ШИМ-сигналом (режим «Ручной») в диапазоне, установленном в предыдущих режимах («Левый»,«Правый»).
Сигнал потенциометра поступает на вход аналого-цифрового преобразователя МК, оцифровывается и используется для вычисления итоговой ширины управляющего импульса.
В режиме «Авто» на сервопривод подается ШИМ-сигнал с плавно изменяющейся шириной импульса. При этом вал сервопривода в цикле плавно поворачивается от одного граничного положения к другому и обратно.
Текущий режим устройства и установленные параметры сигналов отображаются на жидкокристаллическом дисплее LCD1 Nokia 5110.
Светодиоды VD1 иVD2 индицируют достижение сервоприводом установленных граничных значений.
Цепочка R1C1 служит для сброса МК при включении устройства.

Конструкция.

Печатная плата со стороны деталей показана на рисунке ниже:

В оригинальном устройстве кнопки вынесена переднюю панель корпуса устройства.
Разводка платы под кнопки SA1, SA2 и SA3 может быть использована для установки кнопок при безкорпусном варианте устройства.

Разводка печатной платы приведена на рисунке:

Расположение деталей внутри устройства показано на следующем рисунке.

LCD Nokia-5110 устанавливается на две гребенки разъемов PLS, что обеспечивает достаточную жесткость крепления дисплея на плате поверх остальных радиодеталей устройства.
Разъемы подключения питания и сервопривода показаны на рисунке:

Удачи вам в творчестве!

Приложение.

ServoTester.dch   схема электрическая в DipTrace.

ServoTester.dip   печатнаяплатавDipTrace.

ServoTester.rar   проектв Atmel Studio 7.

ServoTester.hex   прошивка МК.

Приложение.