Speisung von Mikrocontroller und Linearaktuatoren (Motoren) mit der gleichen Stromversorgung

Ich habe bereits ein Diagramm mit einer Motorsteuerung erstellt.

Die Details der Aktuatoren sind:

  • Eingangsspannung: 12 VDC
  • Maximale Belastung: 750 N (168,607 lbs)
  • Schlaglänge: 16 Zoll
  • Fahrgeschwindigkeit: 12 mm/s
  • Einschaltdauer: 25 %.

Könnten Sie bitte überprüfen, ob es in Ordnung ist?

Einige meiner Bedenken sind:

  • Stellen Sie sicher, dass die Einspeisung von 12 Volt für die Motoren und 5 Volt für Arduino korrekt sind und wie gezeigt zusammenleben können.

  • Stellen Sie sicher, dass die Verdrahtung für Arduino, Treiber und Motoren korrekt ist, da es ziemlich einfach aussieht.

Diagramm1Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich möchte wissen, ob dies der natürliche Ansatz ist, indem ich es mit einem Spannungsregler zur Speisung des Arduino und mit einer 12-V-10-A-Stromversorgung zur Speisung der Motoren mache, oder ob es andere, bessere Möglichkeiten gibt, die Schaltung nur mit einer Stromversorgung zu speisen (12V, 10A).

Link zum MDD10-Datenblatt: https://www.robotshop.com/media/files/content/c/cyt/pdf/cytron-10a-7-30v-dual-channel-dc-motor-driver-shield-datasheet.pdf

AKTUALISIEREN

Ich habe die Stromversorgung auf 13 A erhöht und den linearen Spannungsregler (7805) in einen Schaltspannungsregler (OKI-78SR-5) geändert. Was halten Sie von diesem Ansatz?

Diagramm2Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Oder sollte ich es mit dem 12-V-DC-Vin von Arduino versuchen (ich verstehe, dass es mit einem linearen Spannungsregler funktioniert)? Bei dieser Option könnte es vielleicht mit einer Spannungsvorregulierungsstufe (von 12 V auf 9 V zum Beispiel) oder vielleicht direkt an der Buchse angeschlossen werden.

Diagramm3 Geben Sie hier die Bildbeschreibung einDanke, Mit freundlichen Grüßen.

Ich füge ein viertes Diagramm hinzu.

Diagramm4Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die orange Farbe wird verwendet, um einen dicken Draht darzustellen, der von der 12-V-Stromversorgung zur Masse des Motortreibers führt, von der Masse des Motortreibers geht ein normales Kabel zur Arduino-Masse und von der Arduino-Masse ein normales Kabel zu C2 dann an Masse des Spannungsreglers dann an C1.

Dies soll Rauschen vermeiden, das durch den Motortreiber zum Arduino und zum Spannungsregler verursacht wird.

Du brauchst Kondensatoren am Regler. Siehe Datenblatt. Und das MDD10?
@LeonHeller, MDD10 ist die Teilenummer des Motortreibers. Ich habe diesen Teil bearbeitet (eliminiert), um Verwirrung zu vermeiden und mich auf die Schaltkreisfütterung zu konzentrieren, danke.
Ein Arduino UNO hat einen eigenen Regler, der besser ist als Ihr Versuch. Sie sollten nicht extern auf 5 V regeln und dies in eine Ausgangsleistung einspeisen , sondern den Vin-Pin einspeisen. Wenn Sie die thermische Last verteilen möchten, können Sie dies möglicherweise jedoch extern auf 8 V oder 9 V regeln.
Was Ihre Frage betrifft - abgesehen davon könnte ot funktionieren, aber angesichts der wenigen Details kann niemand wirklich sagen. Fragen zur Designüberprüfung, insbesondere solche, die kein bestimmtes Anliegen hervorheben und die unterstützende Dokumentation bereitstellen, werden hier nicht wirklich empfohlen.
Ihr niedriger Strombedarf sollte direkt an der Batterie angeschlossen werden; Es ist eine sehr schlechte Idee, eine Verkabelung (bei ungefähr 1 uH / Meter) mit den hohen Spikey-Motoranforderungen zu teilen -----. Warum? V = L * dI/dT und 1uH * 1amp/uS = 1 Volt Hochgeschwindigkeit, die Linearregler nicht entfernen können; nur LC- oder RC-Filter können diese Entfernung durchführen.
Schauen Sie sich dies für Ideen an: electronic.stackexchange.com/questions/456825/…
@ChrisStratton, dann kann ich das 12-V-10-A-Netzteil direkt an die Arduino-Gleichstrombuchse (7 - 12 V) anschließen? Auf diese Weise kann ich die 12-V-Stromversorgung für das Arduino und für die Motoren verwenden?
@analogsystemsrf, danke, ich werde das überprüfen.
@punkcode - dieser spezielle Filter ist wirklich für einen anderen Zweck gedacht und wird in Projekten, wie Sie sie versuchen, nicht häufig verwendet. Die Person, die Sie darauf hingewiesen hat, neigt seit langem dazu, Dinge zu posten, die nicht ganz falsch, aber nicht sehr relevant und voller Komplexität sind, die sie raffiniert aussehen lassen, während sie ihre Irrelevanz verbergen. Ohne Angaben zu Ihren Antrieben kann Ihnen jedoch niemand einen fundierten Rat geben. Die Tendenz unterspezifizierter Fragen, irrelevante Antworten hervorzurufen, ist ein wesentlicher Grund dafür, warum unklare Fragen hier nicht erlaubt sind.
Die Details des Aktuators sind: Eingangsspannung: 12 VDC, Max. Belastung: 750 N (168,607 lbs), Hublänge: 16 Zoll, Fahrgeschwindigkeit: 12 mm/s, Einschaltdauer: 25 %. Ich werde diese Informationen dem Beitrag hinzufügen. Danke

Antworten (2)

Ich schlage vor, dass Sie einen 9-V-Linearregler als "Vorregler" verwenden, um den Arduino über den Vin-Pin oder die DC-Eingangsbuchse mit Strom zu versorgen. Auf diese Weise muss jedes Rauschen auf der 12-V-Versorgung zwei Regulierungsstufen durchlaufen, bevor es den Arduino beeinflussen kann.

Die DC-Eingangsbuchse des Arduino Uno hat eine Diode in Reihe zum Verpolungsschutz. Dies hat den Vorteil, dass die Leistungsaufnahme kurzzeitig auf Null abfallen kann, ohne den Eingangskondensator zu entladen. Die gleiche Technik kann auf dem Vorregler verwendet werden. Die Schaltung würde so aussehen: -

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Die Masse des Spannungsreglers sollte direkt mit der Masse des Arduino und dann mit der Masse des Motortreibers verbunden werden, wobei ein weiterer dicker Draht von der Stromversorgung zur Masse des Motortreibers führt. Dadurch wird verhindert, dass Motorstrom durch das Erdungskabel zwischen Regler, Arduino und Treiber fließt, was zu Störungen oder Schlimmerem führen könnte.

Hallo @Bruce, ich habe verstanden, dass es gleich oder sogar besser ist, es direkt an die 12-V-Buchse von Arduino anzuschließen, als den im Diagramm gezeigten handgefertigten Vorregler zu verwenden. Könnte also meine Option sein, die 12-V-Buchse des Arduino direkt mit der Stromversorgung 12 V / 10 A zu verwenden?
Ja, das könnte man machen.
Hallo @Bruce Abbott. Ich habe meine Frage aktualisiert, weil ich den Schaltplan geändert habe, indem ich anstelle des Linearreglers einen Schaltregler hinzugefügt habe. Ich habe auch die von Ihnen erwähnte Option hinzugefügt, auf 9 V vorzuregulieren und eine Verbindung zu Arduino Vin herzustellen. Könnten Sie es bitte überprüfen, mir sagen, ob es richtig ist und welche Option Ihrer Meinung nach besser ist, danke
Der untere Kreis sieht am besten aus. Die Verwendung eines Vorreglers (linear oder schaltend) in Reihe mit dem integrierten Regler des Arduino bietet einen besseren Schutz vor Spannungsspitzen und Ausfällen in der Stromversorgung. Außerdem wird die Spannung zwischen den Reglern aufgeteilt, damit sie kühler laufen (wichtig, wenn Sie dem Arduino einen erheblichen Strom entnehmen).
Danke Bruce. Ich bin mir in Bezug auf diesen Teil etwas unklar: "Die Masse des Spannungsreglers sollte direkt mit der Masse des Arduino und dann mit der Masse des Motortreibers verbunden werden, wobei ein weiterer dicker Draht von der Stromversorgung zur Masse des Motortreibers führt". Unterscheidet sich die Verdrahtung auf meinem unteren Schaltplan davon?. Beifall.
Ein Schaltplan zeigt in der Regel nur die Anschlüsse, nicht die physikalische Verdrahtung. In der Praxis kann es aufgrund des Widerstands und der Induktivität der Drähte einen Unterschied machen, wie die Verdrahtung von einer Komponente zur anderen geführt wird. Der Motorstrom verursacht einen Spannungsabfall entlang der Drähte, durch die er fließt. Sie möchten nicht, dass diese Spannung zwischen zB erscheint. die Reglermasse und die Arduino-Masse, da dies Rauschen in den Arduino einspeisen würde. Sie möchten auch, dass Drähte, die Motorstrom führen, einen großen Durchmesser haben, um den Spannungsabfall gering zu halten. Andere Drähte können dünner sein, wenn sie weniger Strom führen.
Guten Tag Bruce, ausgezeichnet! Ich verstehe, dass die Diagrammverbindungen in Ordnung sind? In der Physik müssen wir jedoch sicherstellen, wie sie angeschlossen werden, und die Art der Verkabelung, da dies ihre Rolle spielt. Trotzdem ist mir die physikalische Verbindung, die Sie mir angeben, immer noch nicht klar. Ich denke, mein Zweifel besteht darin, dass Sie erwähnen, dass es vom Boden des Arduino zum Boden des Motortreibers gehen muss, aber gleichzeitig Sie erwähnen, dass ein schweres Kabel von der Masse der Stromversorgung zur Masse des Motortreibers führt (ich habe das Gefühl, dass die Verkabelung dupliziert wird). Beifall,
Ausgehend von der Stromversorgung: - schweres Kabel zur Motorsteuerungsmasse, dann leichteres Kabel zu Arduino, Regler und Kondensatoren. Der „gemeinsame“ Anschlusspunkt der Erdung befindet sich an der Motorsteuerung. Um dieses Layout auf dem Schaltplan anzuzeigen, platzieren Sie die Batterie auf der rechten Seite und machen Sie die Batteriekabel dicker.
Hallo Bruce, ich habe den Beitrag aktualisiert und ein Diagramm4 hinzugefügt. Ich habe versucht, den körperlichen Zusammenhang darzustellen. Von der 12-V-Stromversorgung ein dicker Draht zur Motortreibermasse, dann ein normales Kabel zur Arduino-Masse, von der Arduino-Masse ein normales Kabel zu C2, von C2 ein normales Kabel zur Reglermasse und von der Reglermasse ein normales Kabel zu C1 . Erscheint es richtig? Danke ! Guten Tag.
Ja das ist es!
Danke :) Sollte ich auch ein schweres Kabel verwenden, beginnend vom Plus der Stromversorgung (+12 V) zum Plus des Motortreibers (VB+)?
Es wird empfohlen, Spannungsverluste zu reduzieren und eine zu starke Erwärmung der Verkabelung zu verhindern. Ich würde den gleichen Drahtdurchmesser sowohl für positive als auch für negative Leitungen verwenden.
Hallo Bruce, ich habe das Motor's Driver Shield for Arduino-Datenblatt überprüft und bin auf Folgendes gestoßen: "SHIELD-MDD10 verfügt über einen integrierten 5-V-Abwärtsregler, um den Arduino standardmäßig mit Strom zu versorgen. Wenn Sie den Arduino mit Strom versorgen möchten der andere Source, schneiden Sie die Spur ab, um den Regler vom Arduino 5V-Pin zu trennen. " Angesichts dessen interpretiere ich, dass ich das Arduino direkt vom Treiber mit Strom versorgen kann und die externe Schaltung, die ich entworfen hatte, um das Arduino Vin mit Strom zu versorgen, nicht mehr benötige. Was denkst du?, Beste Grüße.
Ja, Sie können den Arduino von diesem Schild aus mit Strom versorgen. Wenn wir das nur gewusst hätten!

Wann immer Sie es mit Point-of-Load-Konvertern zu tun haben, beginnen Sie immer mit der Last, die Sie einspeisen werden. Sobald Sie Ihre Ladung und ihre Anforderungen verstanden haben, können Sie sich wieder zurückarbeiten. Zu den Lastanforderungen können die maximale Spannungswelligkeit, das maximale Toleranzband usw. gehören. Hier gibt es noch mehr zu beachten, aber für den Hobbygebrauch reicht dies aus, um mit einem guten POL-Design zu beginnen.

Schauen wir uns unsere Anforderungen an

  • Uno max. Strom = 20 mA bei maximaler Taktfrequenz (Bauen Sie immer ein Kissen ein, wenn Sie können! ATMEGA_Datasheet
  • Versorgungsspannung von 5 V (basierend auf Datenblatt)
  • Tiefpassgefilterte VCC-Versorgung für AVCC (Dies impliziert, dass hierfür eine niedrigere Ripple-Spannung erforderlich ist)

In Ordnung, jetzt, wo wir unsere Anforderungen verstehen, können wir rückwärts arbeiten.

Denken Sie ERST daran:

Liner-Regler (LDO)

Vorteile:

Einfach, zuverlässig, geringe Welligkeit

Nachteile:

Ineffizient, kann heiß werden (Vin-Vout)*Laststrom = Leistung (diese Zahl wird schnell groß

Umschalter

Vorteile:

Effizientes, viel besseres Lasttransientenverhalten

Nachteile:

Kann kompliziert werden, höhere Teileanzahl

Okay, jetzt, wo das verstanden wurde, schauen wir uns Ihr System an.

Der 12V -> Umschalter (5V) ->Uno

  1. Sie möchten den Ausgang dieses Wandlers glätten, daher müssen Sie sowohl am Eingang als auch am Ausgang etwas Kapazität hinzufügen. Wie viel? Schauen Sie hier Ich persönlich empfehle Keramik. Lassen Sie sich von der Mathematik nicht entmutigen! Arbeite dich einfach durch. Du kannst es schaffen. Die TI APP-Notiz leistet hervorragende Arbeit und führt Sie durch alles.
  2. Wenn Sie jetzt eine Uno-Dev-Karte füttern, würde ich empfehlen, auf 9 V herunterzuregeln. Dies spiegelt den Standpunkt aller anderen wider, das zu verwenden, was Ihnen bereits zur Verfügung gestellt wird. Sie müssen nicht mehr arbeiten als nötig! Wenn Sie einen ATMEGA-Chip direkt speisen, sollten die 5 V in Ordnung sein. Stellen Sie einfach sicher, dass Sie Ihre Spannungswelligkeit beobachten.
  3. In Bezug auf den Linearregler Dieser Ansatz wäre in der Tat "am saubersten/einfachsten", ABER vergessen wir nicht, wie Linearregler funktionieren! (12V-5V) 0,02A = 140mW. (Danke Chris)* Als nächstes lasst uns die Temperatur ansteigen lassen. 140 mW * 65 C/W = 9,1 Grad Temperaturanstieg, in diesem Fall nicht schrecklich, aber wie Sie sehen können, wenn Ihr Strom ansteigt, können Sie sehr schnell sehr heiß werden. Beachten Sie, dass 65C/W die Verbindung zu Ambient dieses LDO ist

Schließlich sind Motoren EXTREM laut. Ich persönlich würde die Motoren nur ungern mit der gleichen Masse wie Ihr Arduino verbinden. Ich würde eine Ferite-Perle oder zumindest einen Widerstand zwischen der Arduino-Masse und der Motormasse platzieren. Vor allem, wenn der Motorantriebschip und der Uno dieselbe Platine teilen. Bruce's Answer erwähnt dies ebenfalls.

"Ich persönlich würde die Motoren nur ungern an dieselbe Masse anschließen wie Ihr Arduino." Ich sehe diesen Teil, dann ist mein letztes Diagramm (Diagramm 3) nicht gut verbunden? Was muss ich ändern?
Nun, es tut mir leid, @punkcode, ich konnte den vollständigen Schaltplan des MDD10 nicht finanzieren, aber ich spreche dies aufgrund allgemeiner Designrichtlinien als bedenklich an. Immer wenn ich eine Leiterplatte mit einer Stromquelle zu einem IC und einem Motor entwerfe, versuche ich immer, die "laute Motormasse" von der analogen Masse zu isolieren. Ich würde für dieses Setup empfehlen, dass Sie mindestens einen 1-Ohm-Widerstand oder eine Ferritperle zwischen die Masse des IC und die Bus-Masse legen, wenn sich dieser auf einer Leiterplatte befindet. Wenn dies nicht der Fall ist, empfehle ich Ihnen, den Ratschlägen von Bruce Abbots zu folgen.
Speisung von Mikrocontroller und Linearaktuatoren (Motoren) mit der gleichen Stromversorgung
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