Controladora de Motor y Tarjeta de Distribución de Energía Para Chasis Romi

Este controlador de motor y placa de distribución de energía está diseñado específicamente para el chasis de Romi como una forma conveniente de impulsar los motores del chasis y alimentar el resto de la electrónica que componen su robot. Cuenta con dos controladores de motor DRV8838, uno para cada uno de los motores del chasis y un potente regulador step-down que puede suministrar cotinuamente 2,5 A a 5 V o 3,3 V. La placa tiene ranuras para soldar en las pestañas de contacto de la batería del chasis Romi, e incorpora la funcionalidad de conmutación y distribución de potencia dentro de la placa de distribución de potencia, por lo que ofrece todas las mismas características: protección de voltaje inverso, varias opciones de conmutación de potencia basadas en el circuito del Pushbutton Power Switch de Pololu y fácil acceso a los distintos buses de potencia.

La placa tiene un pequeño pulsador ya instalado para controlar la potencia (un empuje enciende la alimentación y otro se apaga) y ofrece puntos convenientes para conectar un pushbutton externo o los interruptores táctiles en paralelo. También ofrece varias opciones de conexión de pulsador alternas que dan como resultado una operación de una solo presión y las entradas adicionales permiten otras opciones de control de energía, como permitir que su robot apague su propia energía. Alternativamente, la placa puede reconfigurarse para desactivar el circuito de pulsador y dar control al interruptor deslizante pequeño.

Las clavijas de control y los buses de alimentación de la placa son accesibles a través de un conjunto de clavijas de 0,1″ que son compatibles con los conectores macho estándar de 0,1″, los buses de potencia también son accesibles a través de un conjunto más grande de agujeros que son compatibles con 3,5mm (se puede combinar un bloque de 2 pines y un bloque de 3 pines en un solo bloque de 5 pines que abarca los tres orificios de alimentación y dos orificios de tierra).

Se incluyen dos tornillos # 2-56 de # 1/4 «y dos tuercas # 2-56 para montar la placa al chasis Romi, y dos cabezales hembra de bajo perfil están incluidos para conectar los motores a la placa.

Usando la placa

Instalación

Antes de instalar el controlador del motor y la tarjeta de distribución de energía en un chasis Romi, debe soldar cualquier cabecera, bloque de terminales, cables u otros conectores que planea usar en la placa. Usted tiene algunas opciones para conectar los motores del chasis Romi a la placa:

• Si planea utilizar el kit de par de encoders Romi con sus motores, le recomendamos que soldar los cabezales hembra incluidos en los juegos de agujeros exteriores (más cercanos a los bordes de la placa) directamente debajo de donde estarán los motores. Con los encoders Romi montados en sus motores y sus clavijas de cabezal macho incluidos instalados hacia abajo, se conectarán directamente a estos cabezales hembra cuando conecte los motores en los clips del motor.
• Si no tiene la intención de usar encoders Romi, recomendamos soldar los cables del motor e instalar bloques de terminales de paso de 3,5 mm en los orificios de salida del motor a lo largo del borde frontal de la placa. Estos bloques de terminales le permitirán hacer conexiones temporales entre sus motores y la placa de control del motor. Sugerimos conectar el cable delantero de cada motor a la salida del motor + (positivo) para que las direcciones del motor coincidan con el comportamiento descrito a continuación.

Lea detenidamente el resto de esta página para determinar qué conectores adicionales desea y dónde deben instalarse.

Es posible extraer posteriormente la placa del chasis para soldar conexiones adicionales y algunos de los orificios pasantes pueden soldarse a través de las ranuras del chasis mientras la placa está montada, pero la soldadura previa es más fácil y evita el riesgo de fundir inadvertidamente el chasis con su soldador.

Los cuatro terminales de la batería deben soldarse a la placa después de montarla en el chasis, como se describe en las instrucciones de montaje del chasis. Podrá retirar los contactos de la placa y la batería del chasis como una sola pieza después de soldar.

Una vez que haya soldado sus conexiones, siga las instrucciones dadas en la Guía del usuario del chasis Romi para terminar de montar el chasis, montar la placa de control y soldar en los contactos de la batería. (Los diagramas de estas instrucciones muestran el montaje con la tarjeta de control Romi 32U4 más grande, pero los mismos pasos se aplican al controlador de motor más pequeño y a la placa de distribución de energía).

Controladores de motor

El controlador del motor y la placa de distribución de energía tiene dos controladores de motor Texas Instruments DRV8838 que pueden alimentar los motores del chasis de Romi. Recomendamos una lectura cuidadosa de la datasheet DRV8838 (1MB pdf) para obtener información sobre los controladores.

Por defecto, el voltaje del motor (VM) de los controladores es suministrado por la tensión conmutada de la batería de la placa, VSW, y su voltaje lógico (VCCMD) es suministrado por la salida del regulador de a bordo, VREG (5 V por defecto). Si desea personalizar estos voltajes, puede cortar los puentes denominados VM = VSW y VCCMD = VREG y conectar los suministros apropiados a los pines VM y VCCMD.

El DRV8838 ofrece una interfaz de control PHASE / ENABLE simple de dos pines, que esta placa pone a disposición para cada motor como DIR y PWM, respectivamente. El pin DIR determina la dirección del motor (baja impulsa el motor hacia delante, la alta impulsa hacia atrás) y el pin PWM puede suministrarse con una señal PWM para controlar la velocidad del motor. Las entradas de control DIR y PWM se tiran hacia abajo a través de resistencias de desconexión interna débiles (aproximadamente 100 kΩ). Cuando el pin de PWM es bajo, las salidas del motor están en cortocircuito a tierra, lo que da como resultado un frenado dinámico de un motor conectado.

Los pines SLEEP de los dos controladores (etiquetados SLP) están conectados por defecto y se pueden bajar para poner a los conductores en un modo de reposo de baja potencia y desactivar las salidas del motor, lo que es útil si se desea que los motores se desplacen. Las clavijas SLEEP se tiran a través de resistores de pull-up de 10 kΩ en la placa para que los controladores estén «despiertos» por defecto. En la mayoría de las aplicaciones, estos pines pueden dejarse desconectados; si desea un control independiente de SLEEP en cada lado, puede cortar el puente etiquetado SLP L = R. Los dos pines SLEEP no deben ser accionados por separado sin cortar este puente.

La siguiente tabla muestra de manera simplificada cómo funciona cada controlador:

Conexiones del Encoder

El controlador de motor y placa de distribución de energía están diseñados para permitir que el Kit de encoders Romi se conecten directamente a las cabeceras del encoder. Los encoders pueden usarse para rastrear la velocidad de giro y la dirección de las ruedas motrices del robot. Proporcionan una resolución de 12 conteos por revolución del eje del motor al contar ambos bordes de ambos canales, lo que corresponde a aproximadamente 1440 conteos por revolución de las ruedas de Romi.

Para un uso típico, un conjunto de agujeros en cada lado de la tarjeta de alimentación y distribución del motor se rellenará con la cabecera hembra para la placa del encoder; recomendamos utilizar el juego exterior en cada lado para este propósito. El conjunto restante de agujeros se puede utilizar para hacer conexiones a las señales del encoder.

Para ambos encoders, el canal B conduce el canal A cuando el motor está girando en la dirección hacia delante; es decir, B se eleva antes de A se levanta y B cae antes de que A caiga. Tenga en cuenta que esta descripción designa las señales A y B como se indican en el controlador del motor y en la placa de distribución de energía, que pone A delante de ambos lados.

Por defecto, tanto la tensión lógica para los codificadores (VCCENC) como la tensión de arranque para las salidas de encoder de drenaje abierto (VPU) son suministradas por la salida del regulador de a bordo, VREG (5V por defecto). Si desea personalizar estos voltajes, puede cortar los puentes denominados VCCENC = VREG y VPU = VREG y conectar apropiadamente a los pines VCCENC y VPU.

Circuito de interruptor de alimentación

De forma predeterminada, el pulsador de a bordo puede usarse para alternar la alimentación: presionando una vez enciende y otro lo apaga. Alternativamente, se puede conectar un pulsador independiente a los pines BTNA y BTNB y utilizarlo en su lugar. Pueden conectarse múltiples pulsadores en paralelo para múltiples puntos de control, y cada uno de los pulsadores paralelos, incluido el de la placa, podrá encender o apagar el interruptor. El circuito de enclavamiento realiza algún rebote de botón, pero los botones con rebote excesivo (varios ms) pueden no funcionar bien con él.

Para el correcto funcionamiento del pulsador, el interruptor deslizante de la placa debe dejarse en su posición de apagado. (Si desliza el interruptor a la posición Encendido, la alimentación de la placa se enganchará y el interruptor volverá a la posición de apagado antes de que se pueda apagar la placa con el botón).

Alternativamente, para desactivar el pulsador, puede cortar el puente de botón etiquetado Btn Jmp; esto transfiere el control de la potencia de la tarjeta al conmutador deslizante integrado en su lugar. Se puede conectar un interruptor de palanca o deslizador independiente al pin GATE y en su lugar.

Las opciones de control más avanzadas están disponibles a través de los pines de conexión del botón y cuatro entradas de control:

Distribución de poder

El siguiente diagrama muestra el diseño de los buses de distribución de energía y los puntos de acceso en la placa.

• VBAT se conecta al contacto de la batería con la etiqueta BAT1 + y proporciona una conexión directa a la alimentación de la batería. De forma predeterminada, VBAT es el lado superior de las seis pilas de baterías AA del chasis en serie, aunque esto puede reconfigurarse con el puente de la batería.
• VRP proporciona acceso a la tensión de la batería después de la protección de voltaje inverso.
• VSW es ​​la tensión de la batería después de la protección inversa y el circuito del interruptor de alimentación. De forma predeterminada, proporciona energía a los motores (VM) a través de los controladores de motor a bordo.
• VREG es la salida del regulador de tensión de paso a bordo. De forma predeterminada, es de 5 V y proporciona alimentación lógica a los controladores del motor (VCCMD) y conectores del encoder (VCCENC y VPU).
• BAT2+ proporciona acceso al lado superior de dos pilas AA en serie. Esto puede ser útil si reconfigura la placa para proporcionar dos fuentes de batería separadas como se describe a continuación.

Regulador de voltaje

Un convertidor de buck de conmutación MP4423H regula la tensión de batería conmutada (VSW) para proporcionar una salida regulada, VREG. La salida regulada es de 5 V por defecto, pero se puede cambiar a 3,3 V cortando el puente con la etiqueta VREG Select. Bajo condiciones típicas, se puede obtener hasta 2 A de corriente desde la salida VREG.

Configuración del suministro de la batería

La configuración predeterminada del controlador del motor y de la distribución de alimentación eléctrica proporciona energía de batería, VBAT, de las seis pilas AA del chasis en serie (nominalmente 7,2 V con pilas recargables o 9 V con pilas alcalinas). Sin embargo, el puente de batería de la placa, llamado Bat Jmp, le permite reconfigurar las conexiones de la batería para proporcionar dos fuentes independientes: BAT1, con 4 celdas en serie (nominalmente 4,8 V recargables o 6 V alcalinas) y BAT2, con 2 celdas en serie (nominalmente recargable de 2,4 V o alcalina de 3 V). El corte de la conexión entre las almohadillas BAT1 y BAT2 + separa los dos juegos de baterías, y utilizando la soldadura para puentear las pastillas BAT1 y GND establece un terreno común entre los dos nuevos suministros.

Advertencia: No puentee las almohadillas BAT1 y GND sin desconectar primero BAT1- de BAT2 +. Si no lo hace podría crear un cortocircuito a través de las baterías BAT2.

Esquemático

Un diagrama esquemático simplificado de esta placa está disponible para la transferencia directa: Diagrama esquemático del conductor del motor y placa de distribución de energía para el chasis Romi (272k pdf)