Serwomechanizm - rozbudowane wcielenie silnika elektrycznego do sterowania różnymi procesami fizycznymi
Co to jest serwo (serwomechanizm)? Serwa wykorzystywane w pojazdach zdalnie sterowanych, mają standaryzowane wymiary - od micro, przez medium i standard, aż po rozmiar mega. Niezależnie od rozmiaru, typowa konstrukcja serwa wykorzystuje zjawisko sprzężenia zwrotnego, tzn. na zadany sygnał sterujący dostarczony do serwomechanizmu, musi on zareagować w sposób proporcjonalny, zgodnie z oczekiwanym rezultatem. Mechanizm serwa jest połączony z potencjometrem, na którego wał montowany jest orczyk. Na orczyk są montowane popychacze, poprzez które jest przekazywany napęd z serwa na docelowy element z niego sterowany.
Podłączenie serwomechanizmu - to nie takie trudne!
Większość serwomechanizmów wykorzystuje 3-pinowe złącze JST typu żeńskiego o rastrze wyprowadzeń 2,54 mm. Do złącza są doprowadzone 3 przewody - są to: przewód do masy (koloru czarnego lub brązowego), przewód do plusa zasilania (koloru czerwonego) oraz przewód dla sygnału sterującego (najczęściej koloru żółtego). Kolory izolacji poszczególnych przewodów serwa mogą się różnić w zależności od specyfikacji producenta, ale kolejność rozmieszczenia przewodów w złączu jest taka sama. Jeśli długość przewodu serwomechanizmu jest niewystarczająca, wówczas możesz zastosować przewody przedłużające z kompatybilnymi złączami.
Serwomechanizm - Sterowanie
Trzecie wyprowadzenie w złączu serwa, służy do dostarczania sygnału sterującego, który ma za zadanie ustawić położenie wału silnika w żądanej pozycji. Sygnał sterujący ma przebieg prostokątny o zmiennym wypełnieniu (PWM). Częstotliwość sygnału PWM jest standardowa i wynosi 50 Hz, co oznacza, że pojedynczy okres sygnału trwa 20 ms. Wypełnienie sygnału w ciągu jednego okresu zawiera się w przedziale od 1 ms do 2 ms. Podanie impulsu o wypełnieniu 1 ms powoduje obrót wału serwa skrajnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, a dla impulsu o wypełnieniu 2 ms, serwo obraca się w skrajne przeciwne położenie. Aby wał serwomechanizmu wrócił w położenie neutralne, należy podać do serwa sygnał o wypełnieniu 1,5 ms. Jednym z najprostszych sposobów sterowania serwem, jest użycie jednego z kanałów sprzętowego PWM na pokładzie płytki Arduino. Arduino - sterowanie serwem dzięki temu minikomputerowi staję się banalnie proste.
Zasilanie serwomechanizmów
Serwomechanizm - zasada działania i zasilanie. W pojazdach zdalnie sterowanych, baterie pracują na napięciu znamionowym wynoszącym najczęściej 4,8 V, a stosując większe serwa, będzie konieczne użycie baterii o napięciu 12,0 V. Natomiast dla aplikacji o stacjonarnym charakterze pracy, optymalne będzie użycie zasilacza sieciowego o napięciu wyjściowym odpowiadającym wymaganiom producenta serwomechanizmu. Niezależnie od wybranego sposobu zasilania, silnik serwa pobiera zwiększoną ilość prądu wraz ze wzrostem obciążenia mechanicznego. Źle dobrany serwomechanizm wskutek dostarczania niewystarczającego momentu obrotowego, może spowodować zwiększenie strat energii w układzie zasilania, a nawet przyczyniać się do błędnego działania sterownika. Dzięki odpowiedniemu zasilaniu i minikomputerowi Arduino serwomechanizm staję się w pełni funkcjonalnym urządzeniem do naszych projektów.
Serwa o pełnym zakresie kąta obrotu
Standardowy serwomechanizm może wykonywać obrót wału maksymalnie o kąt 90° w lewo lub prawo. W przypadku bardziej rozbudowanych aplikacji warto sięgnąć po serwa o zakresie kąta obrotu wynoszącym 360°. Takie serwa mogą pracować jako zwykły silnik elektryczny o stałej prędkości obrotowej. Maksymalna prędkość obrotowa serwa o pełnym zakresie kąta obrotu wynosi najczęściej 60 obr/min. Jeśli potrzebujesz do swojej aplikacji wyższych wartości prędkości obrotowej, wówczas lepszym rozwiązaniem będzie użycie zwykłego silnika elektrycznego prądu stałego, przy czym do zadań precyzyjnych najlepiej użyć silnika krokowego. W odróżnieniu od konwencjonalnych serwomechanizmów, serwa 360° mają na wyposażeniu niewielki potencjometr, który umożliwia skalibrowanie serwa do sygnału sterującego. Dla serw o pełnym zakresie kąta obrotu impuls o wypełnieniu 1,5 ms spowoduje zatrzymanie silnika serwa, a impulsy o dłuższym bądź krótszym czasie trwania, spowodują obracanie wału serwa odpowiednio w kierunku zgodnym bądź przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.
