Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Czas czytania: 2 min.

Co to jest PWM i w jaki sposób można go odczytywać?

Pod pojęciem PWM kryje się anglojęzyczny skrót „Pulse Width Modulation”, który oznacza modulację szerokości impulsów. Jest to nic innego jak metoda sterowania układami elektronicznymi przy pomocy manipulacji samym sygnałem sterującym, a konkretniej jego parametrami technicznymi. Wynika to z samej charakterystyki fizycznej sygnału PWM, który składa się ze wspomnianych wcześniej impulsów. Ich podstawowe parametry dotyczą czasu pozostania w stanie wysokim (wartość logiczna 1) oraz częstotliwości przełączania sygnału PWM. Co to dokładnie oznacza?

Mianem szerokości określa się stosunek czasu, w którym podczas jednego impulsu PWM do podłączonego odbiornika dostarczany był ładunek elektryczny. Przykładowo, jeśli pomiar sygnału PWM wykaże częstotliwość wynoszącą 300 Hz, to czas poszczególnego pełnego impulsu wyniesie 1/300 sekundy [3,(3) milisekundy]. Analogicznie przeliczyć można czas, przez jaki w ciągu jednego impulsu PWM zostanie podany prąd – wystarczy tylko otrzymany wcześniej wynik przemnożyć przez wypełnienie.

Zatem jak odbywa się pomiar sygnału PWM? Najprościej można dokonać tego, badając go przy pomocy oscyloskopu laboratoryjnego. Uzyskuje się wtedy także jego bezpośrednią interpretację graficzną.

Prąd będzie płynąć przez dany układ skokowo, a szerokość poszczególnego impulsu wyznaczać będzie współczynnik wypełnienia ilustrujący czas, w którym do odbiornika podane zostało zasilanie. Im poszczególne „górki” będą szersze, tym dłużej podawana będzie energia.

Z kolei, jeśli pomiar sygnału PWM na oscyloskopie laboratoryjnym pokaże linię ciągłą (zakładając większą niż 0 wartość), to znaczy, że do podłączonego odbiornika ciągle płynie prąd, a tym samym współczynnik wypełnienia wynosić będzie 100%.

Sygnał PWM
Przykładowy przebieg sygnału PWM o współczynniku wypełnienia 50%

Gdzie PWM znajduje swoje zastosowanie?

Sygnał PWM stosowany jest między innymi w zasilaczach impulsowych, które dzięki niemu są w stanie sterować podłączonymi do niego urządzeniami. Najczęściej jednak tego typu sygnały odpowiadają za precyzyjną regulację prędkości obrotowej silnika elektrycznego, chociaż może on także pełnić funkcję sterownika oświetleniowego. Stosując do sterowania sygnał PWM o niskim współczynniku wypełnienia otrzymujemy efekt spowolnienia pracy silnika lub efekt ściemnienia w przypadku źródeł oświetlenia. Zwiększając jego wartość silnik obraca się szybciej, a dioda LED emituje więcej światła.

Równie często impuls PWM jest stosowany w wentylatorach. Pozwala to na dostosowanie wydajności przepływu przetłaczanego przez nie powietrza, przy jednoczesnej minimalizacji hałasu generowanego przez poszczególne łopaty wiatraka.

PWM można także spotkać we wzmacniaczach impulsowych, a także układach sterowniczych, których podstawowym zadaniem jest zarządzanie pracą serwomotorów. To właśnie dlatego precyzyjny pomiar sygnału PWM jest tak ważny w projektach opartych o mikrokomputery z rodziny Arduino oraz Raspberry Pi.

W jaki sposób zastosować modulację sygnału PWM?

Wiesz już, gdzie stosowany jest sygnał PWM. Co to wszystko jednak oznacza w praktyce? Związek z tym mają wszelkiego rodzaju odbiorniki prądu, takie jak między innymi silniki elektryczne, żarówki, diody LED, a także serwomotory. Wszystkie tego typu urządzenia mogą być sterowane dzięki zastosowaniu zjawiska modulacji szerokości impulsów.

Dlatego też sygnał PWM stanowi serce wielu projektów opartych o płytki rozwojowe z rodziny Arduino. Przy pomocy minikomputerów tego rodzaju możliwy jest nie tylko sam pomiar sygnału PWM, lecz również jego praktycznie dowolna generacja. Wystarczy tylko, posiłkując się funkcjami „pwmCounter” oraz „pwmValue”, napisać stosunkowo prosty kod, którego celem będzie zarządzanie zewnętrznymi modułami i urządzeniami podłączonymi do minikomputera Arduino. Najprościej rzecz ujmując, określony pin wyjściowy płytki będzie naprzemiennie podawał i odcinał napięcie w ściśle określonym, niewielkim odstępie czasu. W praktyce oznacza to, że średnia wartość napięcia na danym pinie, zmniejszy się adekwatnie do parametrów zastosowanego sygnału PWM. 

Zatem jak wykorzystać sygnał PWM w praktyce? Przy jego pomocy można w łatwy sposób dostosować jasność diody LED wykorzystywanej np. do doświetlania otoczenia znajdującego się w kadrze kamery podłączonej do mikrokomputera. W tym przypadku należy jednak pamiętać, by częstotliwość generowanego sygnału PWM pokrywała się z parametrem przesłony aparatu – w przeciwnym wypadku obraz będzie narażony na powstawanie charakterystycznych artefaktów pogarszających jakość zapisywanego filmu.

Jak oceniasz ten wpis blogowy?

Kliknij gwiazdkę, aby go ocenić!

Średnia ocena: 5 / 5. Liczba głosów: 9

Jak dotąd brak głosów! Bądź pierwszą osobą, która oceni ten wpis.

Podziel się:

Share on facebook
Share on linkedin
Share on twitter
Maciej Figiel

Maciej Figiel

Wszechstronny, chętnie podejmuje się wyzwań, bo uważa, że jest to najszybsza droga ku rozwojowi. Ceni sobie kontakt z naturą i aktywny wypoczynek. Pasjonat motoryzacji i nowych technologii.

Zobacz więcej:

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.