IT Lab艾鍗學院技術Blog: 馬達控制

顯示具有 馬達控制 標籤的文章。顯示所有文章

2020年7月27日星期一

DYNAMIXEL Motor 控制使用TTL

DYNAMIXEL Motor

Dynamixel智能馬達是模組化形式，採用菊鏈多串接方式。這讓用戶可以輕鬆地更改和添加馬達關節，以獲得所需的扭力和自由度。

DYNAMIXEL Motor 有的是使用TTL,有的是使用RS485的訊號來做控制

而XL430-W250 則是使用TTL訊號來做控制

控制器 <----------TTL-------------> DYNAMIXEL Motor (XL430-W250 )

TTL 共有3個Pin

Data ---- 5V

VDD ---12V

GND

所謂TTL 訊號控制可以看成是UART的半雙工模式，即出去(TX)和進來(RX) 都是走同一個TTL 的Data訊號

UART TX -----------------------> TTL Data

UART RX <----------------------- TTL Data

展開全文 » » »

2016年6月18日星期六

L293D馬達驅動板

The shield contains two L293D motor drivers and one 74HC595 shift register. The shift register expands 3 pins of the Arduino to 8 pins to control the direction for the motor drivers. The output enable of the L293D is directly connected to PWM outputs of the Arduino.

The Motor Shield is able to drive 2 servo motors, and has 8 half-bridge outputs for 2 stepper motors or 4 full H-bridge motor outputs or 8 half-bridge drivers, or a combination.

模組板規格

2 connections for 5V 'hobby' servos connected to the Arduino's high-resolution dedicated timer - no jitter!
4 H-Bridges: L293D chipset provides 0.6A per bridge (1.2A peak) with thermal shutdown protection, internal kickback protection diodes. Can run motors on 4.5VDC to 25VDC.
Up to 4 bi-directional DC motors with individual 8-bit speed selection (so, about 0.5% resolution)
Up to 2 stepper motors (unipolar or bipolar) with single coil, double coil or interleaved stepping.
Pull down resistors keep motors disabled during power-up
Big terminal block connectors to easily hook up wires (18-26AWG) and power
Arduino reset button brought up top
2-pin terminal block and jumper to connect external power, for separate logic/motor supplies
Tested compatible with Arduino Mega 1280 & 2560, Diecimila, Duemilanove, and UNO
Download the easy-to-use Arduino software library, check out the examples and you're ready to go!

http://www.kidmakers.org/-for-the-galileo/

Motor shield Motor電源與Arduino Vin 關係

展開全文 » » »

2015年7月2日星期四

Raspberry Pi2: 用 Python 透過 I2C 控制 16 頻道 PWM 模組 (PCA9685)

==========
前言:
==========

PWM訊號是一個非常重要的主題，MCU 透過 PWM 訊號來控制馬達轉速、 LED 亮度、伺服馬達的角度控制。在 Maker 的角度來看，幾乎是重中之重的主題。馬達要轉動車輪，螺旋槳要拉起四軸飛行器，伺服機要帶動機械手臂...難怪 Arudino 和 Raspberry Pi 上的PWM模組向來是熱銷項目。

PWM 的輸出，在 Raspberry Pi 上面只有一組，Arduino 上面似乎有六個...不夠不夠不夠~~~~好用的東西怎麼都不夠~~~~。所以這篇文章裡面介紹了一個好東西，PCA9685，它是一個具有16個PWM頻道的12-bit PWM控制器 (I2C界面)。PAC9685 內建oscillator為25 MHz且具有 4096 steps (12-bit PWM)

介紹:
============

Raspberry Pi 的 Linux 系統要使用 Python 去存取 I2C 介面的話要先載入核心模組 i2c-bcm2708 和 i2c-dev 這兩個模組，讓和i2c介面溝通的系統裝置檔 /dev/i2c-1 出現。

> sudo modprobe i2c-bcm2708

> sudo modprobe i2c-dev

--------------
Python & I2C:
--------------

Python 操作 I2C 通訊介面需要用到 smbus 這個模組，所以沒有安裝的話記得用apt-get 指令安裝 python-smbus。

> sudo apt-get install python-smbus

下面的 Python 範例 code 主要是透過使用

read_i2c_block_data(addr, cmd, len)

和

write_i2c_block_data(addr,cmd,[data,...])

這兩個 API 來讀寫 PCA9685 裡面的暫存器數值控制 16 個 PWM。
=============
控制 PCA9685:
=============
從官方 Datasheet 所述，PCA9685 的 I2C 位置預設為 x40。在知道 I2C 位置之後，控制 PCA9685就只剩下三個重點:

設定PWM訊號頻率 (PWM Frequency)

進入與離開睡眠模式

分別設定 16 個 PWM 頻道

----------------
設定PWM訊號頻率:
----------------

PCA9685 的 16 個 PWM 頻道的 PWM 頻率是一樣的，設定 PWM 頻率(PWM Frequency) 的方法為直接設定 PCA9685 的 PRESCALE 暫存器。

PRESCALE 暫存器位置為 0xFE

PRESCALE 暫存器設定值和 PWM 頻率 (Hz) 的換算公式為:

PRESCALE_value = 25000000 / ( 4096 * PWM_Frequency - 1.0)

所以這裡我們使用 PWM 頻率為 50Hz (用來控制伺服馬達)，換算 PRESCALE 值約為 121。所以利用smbus提供的API的設定方法如下:

bus.write_i2c_block_data(addr , 0xFE, [121])

---------------
進入與離開睡眠模式
---------------

PCA9685 接上電之後的狀態會是處在睡眠模式(SLEEP)之下。SLEEP模式之下，所有的PWM頻道輸出都會被關掉。所以一開始在設定好PRESCALE的值之後，必順離開SLEEP模式 PCA9685 才會有辦法輸出PWM訊號。

PCA9685 進入睡眠模式的方法為設 MODE1 暫存器(暫存器位置:0x00)的 SLEEP bit (第4個 bit)為 1 ，將其設為 0 的話就醒來。

--code--


def set_sleep(addr):
    reg_mode1 = 0x00
    sleep_bit = 0x01 << 4
    old_mode1_val = bus.read_i2c_block_data(addr, reg_mode1, 1)
    bus.write_i2c_block_data(addr, reg_mode1, [old_mode1_val | sleep_bit])

def unset_sleep(addr):
    reg_mode1 = 0x00
    sleep_bit = 0x01 << 4
    old_mode1_val = bus.read_i2c_block_data(addr, reg_mode1, 1)
    bus.write_i2c_block_data(addr, reg_mode1, [old_mode1_val &~(sleep_bit)])

--code--

-------------------
設定 16 個 PWM 頻道

-------------------

PCA9685 控制每個 PWM 訊號需要設定兩個值: 訊號電壓上升(ON: 由0V變5V)時間點、訊號電壓下降(OFF: 由5V變0V)時間點。

PWM 為一個固定週期的方形電波，而在PCA9685模組裡面透過PRESCALE設定時間週期的長短，而一個週期會被分成 4096 等份。所以 PWM 訊號電壓上升(ON)和下降(OFF)兩個時間點設定值的範圍均為 0 ~ 4095。然而，要儲存這樣的值需要 12 個 bit 的記憶體空間。

所以一個時間點的設定值需要用到兩個暫存器，一個用來存放值的第 0 ~ 7 bit 稱之為 low byte (L)暫存器，另一個用來存放值的第 8 ~ 11 bit 稱之為 high byte (H)暫存器。而 high byte 暫存器的第0~3 bit 被拿來存放值的第 8 ~ 11 bit，所以high byte 暫存器還剩下第 4 ~ 7 bit ，其中第 4 bit 如果被設為1的話該頻道的PWM輸出會被關掉，剩下的第 5 ~ 7 bit 則棄之不用。

所以每個PWM訊號的暫存器名稱(定義在datasheet中):

LEDx_ON_L : PWM訊號電壓上升時間點的low byte暫存器。x值(0~15)為PWM頻道的號碼。

LEDx_ON_H : PWM訊號電壓上升時間點的high byte暫存器。x值(0~15)為PWM頻道的號碼。

LEDx_OFF_L: PWM訊號電壓下降時間點的low byte 暫存器。x值(0~15)為PWM頻道的號碼。

LEDx_OFF_H: PWM訊號電壓下降時間點的high byte暫存器。x值(0~15)為PWM頻道的號碼。

這一系列的暫存器是按照 LEDx_ON_L, LEDx_ON_H, LEDx_OFF_L, LEDx_OFF_H 的順序照PWM頻道號碼依 0 ~ 15 的順序排列下去。而 LED0_ON_L 暫存器位置為 0x06，所以剩下的暫存器位置可以用下面四個簡單的公式算出來:

LEDx_ON_L = 0x06 + 4 * x

LEDx_ON_H = 0x07 + 4 * x

LEDx_OFF_L = 0x08 + 4 * x

LEDx_OFF_H = 0x09 + 4 * x

下面寫成兩個 function 來方便設定:


def set_PWM_ON(addr , ch, value):
    low_byte_val  =   value & 0x00FF 
    high_byte_val = ( value & 0x0F00 ) >> 8
    reg_low_byte = 0x06 + 4 * ch 
    bus.write_i2c_block_data(addr, reg_low_byte    , [low_byte_val ])
    bus.write_i2c_block_data(addr, reg_low_byte + 1, [high_byte_val])

def set_PWM_OFF(addr, ch, value):
    low_byte_val  =   value & 0x00FF 
    high_byte_val = ( value & 0x0F00 ) >> 8
    reg_low_byte = 0x08 + 4 * ch
    bus.write_i2c_block_data(addr, reg_low_byte    , [low_byte_val ])
    bus.write_i2c_block_data(addr, reg_low_byte + 1, [high_byte_val])

總之，如果只是想要用PWM訊號控制馬達之類的，那可以不用管所有的 LEDx_ON_L 和 LEDx_ON_H 暫存器，都給它用預設值0就好，也就是每一個週期(20ms)一開就會是ON了,接下來是什麼時間點要OFF而已，也就是只要去控制 LEDx_OFF_L 和 LEDx_OFF_H這兩個暫存器就好了。

所以，PCA9685上電後，設好PRESCALE，離開睡眠模式之後就可以開始使用了。

配合上面的範例code 使用如下:

--code--


import smbus
pca9685_addr = 0x40
bus = smbus.SMBus(1)

def set_PWM_ON(addr , ch, value):
    low_byte_val  =   value & 0x00FF 
    high_byte_val = ( value & 0x0F00 ) >> 8
    reg_low_byte = 0x06 + 4 * ch 
    bus.write_i2c_block_data(addr, reg_low_byte    , [low_byte_val ])
    bus.write_i2c_block_data(addr, reg_low_byte + 1, [high_byte_val])

def set_PWM_OFF(addr, ch, value):
    low_byte_val  =   value & 0x00FF 
    high_byte_val = ( value & 0x0F00 ) >> 8
    reg_low_byte = 0x08 + 4 * ch
    bus.write_i2c_block_data(addr, reg_low_byte    , [low_byte_val ])
    bus.write_i2c_block_data(addr, reg_low_byte + 1, [high_byte_val])

# 設定PRESCALE PWM frequency = 50Hz
bus.i2c_write_i2c_block_data(pca9685_addr, 0xFE, [121])   

# 離開睡眠模式
bus.i2c_write_i2c_block_data(pca9685_addr, 0x00, [0x01])

# 設定第 0 個 PWM 頻道輸出 dutycycle = 1024/4096
set_PWM_OFF(pca9685_addr, 0, 1024)

--------

還是覺得太麻煩的話就下載下面這個 github 的專案。

https://github.com/onionys/python_code

裡面有一個寫好的 PCA9685.py 可以在命令列下這樣使用:

重設並啟動 PCA9685 (i2c 位置設定為 0x40)
> sudo PCA9685.py reset
顯示目前所有PWM頻道的狀況
> sudo PCA9685.py info
設定 PWM 頻道 1 其 duty-cycle 為 996/4096
> sudo PCA9685.py ch 1 996

相關文件:
1) PCA9685 DataSheet

2) 關於伺服馬達控制

0°~180° Servo

利用PWM控制角度

Most servo motor will work well on 50 Hz of PWM frequency;

this mean the PWM signal should have a period of 20ms.

This servo can operate 180° when given a pulse signal ranging from 600usec to 2400usec.

#define MIN_PULSE_WIDTH       600     // the shortest pulse sent to a servo
#define MAX_PULSE_WIDTH      2400     // the longest pulse sent to a servo
#define DEFAULT_PULSE_WIDTH 1500     // default pulse width when servo is attached
#define REFRESH_INTERVAL    20000     // minumim time to refresh servos in microseconds

--------------

360° Servo

利用PWM控制轉的方向與轉速

360° servo 是藉由0.5~2.5ms HIGH PULSE

50Hz的脈波訊號做控制霢1.5ms HIGH PULSE是

位於停止的狀態；小於1.5ms 時順時霢轉動霢愈

小愈快；大於1.5ms 時霢時霢轉動霢愈大愈快。

2015年5月29日星期五

直流無刷馬達BLDC

最近四軸飛行器很流行, 很多發行器裝的都是直流無刷馬達(BLDC). 所以拿來玩玩看, 其實CD ROM等光碟機、硬碟機裡面使用的馬達也是直流無刷馬達。

BLDC 之所以稱無刷直流馬達，是因為 BLDC 無須透過電刷進行電流換相，且馬達特性與 DC Motor 相同，轉速同樣由繞組線圈的電壓決定，與 DC Motor 相比少了噪音與電刷磨損的問題。

BLDC規格:

A2217 (1750KV)

1750KV值的意義為何? 愈大的KV值表示其轉速愈快。1750KV表示每1伏特為1750 RPM (無負載時), RPM : 1分鐘幾轉; 若是10伏特,則有17500轉 (無負載時)。相關規格如下

工作電壓 : 6.5V~12V

電壓電流推力

8V 18.6A 816克

7.5V 16.9A 739克

7V 15.1A 653克

6.5V 13.6A 578克

11.1V 30A 1000克

BLDC為1750KV

線圈在內旋轉時不動

BLDC驅動電路板:

另外, BLDC 沒有辦法像DC馬達可直接通電旋轉，需透過驅動電路將單一直流電轉換成三相電流。底下這個BLDC驅動電路板, 給它PWM 訊號就可以由它送出三相訊號來控制BLDC.

BLDC工作頻率和一般伺服馬達Servo 工作頻率一樣, 50HZ (週期為20000us), 試了一下這個驅動電路板, 一開始必須先送出一個pulse , 寛度是1000us就會進入初始狀態,也就是可以開始工作了, 接著再送出其他不同的pulse寛度就會旋轉,以這一顆BLDC, 實驗的結果是pulse 寛度為 1300us~2000us。當pulse 寛度1300us開始旋轉, 愈接近2000us轉速愈快。若pulse 小於1300us 則停止轉動

BLDC驅動電路板 (3線連接馬達隨便接; 另外粗的2條是馬達電源接電源供應器; 3條細線給控制板電源, 其中白色為PWM訊號線)

驅動電路板拆解後正面, 控制板MCU為PIC

驅動電路板拆解後背面

DEMO
利用Raspberry Pi 搭配艾鍗擴充應用板上的16 channel PWM 來輸出PWM訊號以控制BLDC

艾鍗Pi擴充應用板,具16 channel PWM 輸出功能

2015年4月7日星期二

使用 Raspberry Pi 操作伺服馬達機械手臂

實驗名稱

使用 Raspberry Pi 操作伺服馬達機械手臂

相關文章: Raspberry Pi2: 用 Python 透過 I2C 控制 16 頻道 PWM 模組 (PCA9685)

實驗目的

在高度工業化與資訊化的現代，機械人與機械手臂在各方面的應用越來越受到重視，並且在物聯網、大數據所組成的工業4.0的未來世界裡，將扮演一個極度重要的角色。

以往研究控制機械人與機械手臂控制系統是一門高成本且高技術門檻的領域，非相關人員的一般民眾在自行開發與研究上難以入門。但是隨著科技的發展，SoC 嵌入式系統的性能越來越高，價格越來越低，使得進入該領域的門檻開始慢慢降低，而使得一般民眾開始可以在車庫裡發展該方面的應用。

在 Raspberry Pi 的 Linux 環境底下，撰寫程式控制伺服馬達組成的機械手臂。並使用市面上的遊戲機搖桿來操作機械手臂。藉此研究整個訊號控制流程與程式結構設計，建立相關研究的基礎。