التحكّم بمحرّكات السيرفو عبر الأردوينو

مقدمة:

محرّكات التّيّار المستمرّ DC Motor من أكثر المحرّكات الكهربائيَّة المستخدَمة في مجال الالكترونيّات، والرّوبوت، والألعاب وغير ذلك.
يمتلك المحرّك سلكين للتّغذية بمجرّد  وصلِهما مع مصدر تغذية كهربائيّة (بطاريّة) يبدأ المحرّك بالدّوران.
بالنسبة لسرعة المحرّك يتمّ التّحكّم بها عبر تقنيّة تُسمّى تعديل عرض النّبضة (Pulse Width Modulation PWM)،
أمّا محرّك السيرفو Servo  Motor  فالقصّة مختلفة تماماً، يُعدّ السّيرفو أحد أنواع المُشغّلات  actuator الّتي تُؤمّن تحكّماً عالي الدِّقة في الموضع الزّاويّ angular position .
يتألّف محرّك السيرفو النّموذجيّ من أربعة أجزاء هي: (محرّكDC أو AC – علبة سرعة – جهاز لتحسُّس الموضع والسّرعة – وحدة تحكّم.)

يُستخدَم في تطبيقات الحركة بالغة الدِّقة كروبوتات التّجميع وأجهزة التحكّم الرّقميّة.

 

مخطّط الدّارة:

 

وصْفُ العناصر:

  • الأردوينو أونو Arduino UNO: وحدة المعالجة الرئيسة للمشروع حيث سيتمّ استخدام بعضٍ من ميّزاته كالمحوّل التشابهيّ الرّقميّ(ADC) وتعديل عرض النّبضة (PWM).
  • محرّك السيرفو Tower Pro SG90: أحد أنواع محرّكات التّيّار المستمرّ DC motor والّذي يُستخدم للتّحكّم الدّقيق، وهي مُتاحة بنوعين AC وDC، وكُلٌّ يُستخدَم حسب التطبيق.
    يتكوَّن محرّك السيرفو من: محرّك تيّار مستمرّ صغير ومقاومة متغيِّرة تعمل كمقسم جهد potentiometer لتأمين التّغذية الرّاجعة، بالإضافة لعلبة سرعة لزيادة العزم ،ونظام للتحكّم، بالإضافة لذلك له ثلاثة أسلاك ملوّنة بالأحمر والبرتقالي والبنيّ (قد يختلف الكود اللونيّ من نوع إلى أخر ) حيث أنّ السّلك الأحمر يُستخدَم للتّغذية ،والبنيّ للأرضيّ، أما البرتقالي فيُستخدم لإشارة التحكّم الّتي ستقوم بتحديد موضع محور المحرّك وغالباً ما تكون إشارة PWM.
    يتمّ تشغيل محرّكّ التّيّارالمستمرّ الموجود ضمن محرّك السيرفو من خلال إشارة التحكّم الّتي يستقبلها ووفقاً للتّغذية الراجعة من نظام استشعار الموقع، وعندما يحقّق محرّك السيرفو الموضع المرغوب يتمّ إيقاف محرّك التّيّارالمستمرّ.
    ومن الجدير ذكره أنّ تغذية المحرّك الموجود ضمن السيرفو غير ثابتة، لكنّ الاستطاعة الإجماليّة يجب أن تكون ثابتة، ويتحقّق ذلك من خلال نظام التّحكّم بالاستطاعة.
    السيرفو المُستخدم هنا هو من نوع Tower Pro SG90 البالغ عزمه 8 Kg/cm.

تصميم الدّارة:

كما ذكرنا سابقاً تتكوّن الدّارة بشكل رئيسيّ من محرّك السيرفو والأردوينو أونو، إذ يتمّ توصيل السّلك الأحمر بتغذية خارجيّة 5v، والبنيّ إلى الأرضيّ، أما السّلك البرتقالي الخاص بإشارة التّحكّم يتمّ توصيله إلى أحد أرجل PWM الموجودة على لوحة الأردوينو، وهنا سيتمّ توصيله للرجل رقم 11، كما سنستخدم مقاومة متغيِّرة كمقسم جهد من أجل التّحكّم اليدويّ بموضع السيرفو، حيث يتمّ توصيل الطرف الثاني للمقاومة المتغيّرة ذات القيمة 10K Ohm إلى الرِّجل التشابهيّ A0 في الأردوينو، والأطراف الأُخرى للمقاومة يتمّ وصلها إلى التغذية 5v والأرضيّ.

 

مبدأ العمل:

يهدف المشروع إلى تشغيل محرّك السيرفو باستخدام الأردوينو أونو، ويوجَد طريقتين للقيام بهذا،
الطريقة الأولى:
يعمل الأردوينو على تحريك السيرفو بشكل مستمرّ(180 درجة مع عقارب السّاعة) (180 درجة عكس عقارب السّاعة)،
كما موضّح في المخطّط التّالي:

يتمّ تحميل البرنامج إلى الأردوينو، وعند التّشغيل تُعطى إشارة التّحكّم PWM إلى سلك التحكّم الخاص بالسيرفو (ذو اللون البرتقالي)فيتحرك السيرفو بمقدار 180 درجة مع عقارب السّاعة، وعند وصوله للدِّرجة الـ 180 يعكس اتجاهَه وتستمرّ هذه الحركة حتى إيقاف المشروع.

الكود البرمجي: التحميل من هنا

الطريقة الثانية:
تتضمّن تحكّم يدويّ بمحرّك السيرفو عبر مقاومة متغيِّرة، وأيضاً هنا يمكن تحريك السيرفو (180 درجة مع عقارب السّاعة) (180 درجة عكس عقارب السّاعة)،
كما هو مبيَّن في المخطّط التّالي:

تُوصَل المقاومة المتغيِّرة إلى الرِّجل التشابهيّ A0 ، ويُحدِّد موضع المقاومة دور التّشغيل duty cycle الخاص بإشارة ال PWM.
قِيَم المداخل التشابهيّة تتحوّل باستخدام المحوِّل التشابهيّ الرقميّ إلى رقم يتراوح بين 0 و1023، يتمّ تحويل هذه القيمة إلى قيمة زاويّة بين 0 و180 درجة عبر التابع map، وبهذا يتمّ عبر ضبط موضع المقاومة المتغيّرة التّحكّم بدقّة في زاوية دوران محرّك السيرفو.

الكود البرمجي: التحميل من هنا 

التطبيقات:

  • تُعَد ُّمحرّكات السيرفو أحد المكوِّنات الأساسيّة لأنظمة التّحكّم الدّقيقة.
  • يُمكن استخدام محرّكات السيرفو في النُظُم المعتمِدة على الأردوينو في تطبيقات الروبوتيك الصّغيرة كالتّحكّم بالحركة الزاويّة للكاميرات الأمنيّة.
  • ويُمكن استخدامها أيضاً في نظام تتبُّع الطّاقة الشمسيّة لزيادة كفاءة الطّاقة الشمسيّة.

 

_________________________________________________________________________

المصدر: هنا
ترجمة:  سارة خضر ، تدقيق: رنيم العلي ، تحرير: قحطان غانم ، مراجعة: علي العلي

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *