360°-Servo mit Hallsensoren

Beschreibung

Es begann eigentlich alles mit diesem thread

Das System teilt sich auf in zwei Teile:

Der Sensor im Sender:

Basiert auf dem Sensor AS5043. Der Sensor bietet direkt einen Analogausgang an, die restliche Beschaltung beschränkt sich daher prinzipiell auf die Abblockkondensatoren und ein Widerstand am Ausgang. Da im Auslieferungszustand der Sensoren der Verstärungsfaktor der integrierten OpAmps nicht festgelegt ist, müssen noch zwei weitere Widerstände auf die Platine, um einen Ausgangspegel von 0-5V zu erhalten.

Ausgangsbeschaltung:

Graupner D14: 10k am Out

Die Servoelektronik

Da auf der Modellseite eh ein Mikrocontroller nötig ist, wird hier der Winkel digital aus dem Sensor ausgelesen. Verwenden werden können die meisten Sensoren von AustriaMicrosystems, im konkreten Fall wurde der Sensor AS5145 verwendet. Er bietet 12Bit Auflösung, die Software verwendet allerdings nur 8 Bit. Damit kommt das System auf eine Winkelauflösung von ca. 1,4°. Möglich wären bis zu 10Bit, das ist die Auflösung des im Senders verwendeten Sensors. Die Berechnungen der Soll-/Ist-Positionen sowie der Differenz und der Richtung lassen sich in 8 Bit einfacher berechnen, da man so die Überläufe nutzen kann, bei größeren Zahlen (10-, bzw. 12Bit) muß man auf 16 Bit erweitern oder die Überläufe selbst erzeugen.

Als Mikrocontroller wird ein ATMega88 vom Atmel verwendet. Als Leistungsstufe für den Servomotor dient die integrierte H-Brücke Si9987 von Vishay Damit lassen sich übliche Standart-Servos betreiben, der maximale Dauerstrom beträgt 1A Für größere Motoren wäre NCV7729 von OnSemiconductor eine Lösung, damit wären bis zu 8A möglich. Dafür wäre ein angepasstes Layout nötig.

Kalibrierung

Am Sender ist keine Kalibrierung nötig/möglich, dieser Punkt betrifft also nur die Elektronik im Modell.

kalibriert werden müssen folgende 4 Werte:

maximale Impulslänge des Empfängersignals
minimale Impulslänge des Empfängersignals
Impulslänge des Empfängersignals bei Steuerrad auf 0°
gewünschte Servostellung bei Steuerrad auf 0°

Die Werte werdem im EEProm des Controllers gespeichert, die Kalibrierung muß also nur vorgenommen werden, falls sich an diesen Werten etwas geändert hat (andere Fernsteuerung, neue 0°-Position, usw.) oder falls die Elektronk das erste Mal in Betrieb genommen wird

Ablauf:

Wenn keine Werte im EEProm vorhanden sind, bleibt das Programm am Beginn stehen und wartet, bis der Benutzer den Kalibrier-Jumper abgenommen hat, dabei blinken abwechseln die beiden Leuchtdioden mit 1Hz.

Durch Abnehmen des Jumpers startet die Kalibrierung:
die grüne LED blinkt kurz mit ca. 25Hz, während dessen wird die aktuelle Impulslänge aufgezeichnet und als 0°-Impulslänge gespeichert. Sobald die grüne LED erloschen ist werden die Minimal-/Maximalwerte aufgezeichnet, am Sender sollte dazu das Steuerrad mehrmals im Kreis gedreht werden.
Wenn das erldedigt ist, kann der Jumper wieder aufgesteckt werden, die Kalibrierung der Senderwerte ist damit abgeschlossen.

Diese Prodzedur kann jederzeit wiederholt werden, indem vor Einschalten der Empfängerstromversorgung der Jumper abgenommen wird. Dabei sollte darauf geachtet werden, daß das Steuerrad auf 0° steht, sowie der Sender angeschaltet ist.

Die 0°-Position des Servos wird folgend eingestellt: Im laufenden Betrieb, also bei eingeschaltetem Sender und Empfänger, wird der Jumper abgezogen. Jetzt kann die gewünschte Position des Servos über den Sender eingestellt werden. Durch Aufstecken des Jumpers wird die Position gespeichert.

Schaltplan

Der Schaltplan V1.0

Layout

erstes Layout, einlagig

Teileliste

Bauteile

Servoelektronik

Name	Wert	Package
C1	330µF	C-10.5
C2	100nF	0805
C3	100nF	0805
C4	100nF	0805
C5	22pF	0805
C6	22pF	0805
C7	100nF	0805
C10	1µF	1206
C11	10µF	1206
IC1	MEGA88-PU	DIL28
IC2	MCP1702-3.3V	TO92
IC3	SI9987	SO8
LED1	ROT	LED5MM
LED2	GRUEN	LED5MM
Q1	8MHz	QUARZ_OCS-5
R1	200	0805
R2	200	0805
R3	1k	0805
R4	1k	0805
R5	1k	0805
R6	100k	0805
R7	100k	0805
T1	IRLML6401	SOT23
TR1	10k	LIEGENER_TRIMMER
TR2	10k	LIEGENER_TRIMMER
X1	AVR-ISP-6P-W	2X3_WANNE
X2	Servo_Motor	SCHRAUBKLEMME-5MM
X3	PPM-In	CON-1X3_PINH
X4	Sensor	CON_2X5_WANNE
X5	VCC_Motor	SCHRAUBKLEMME-5MM
X6	Jumper	CON-1X2_PINH
X7	UART-Debug	CON-1X4_PINH