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Circuito de controle de velocidade do motor CC sem fio

Neste post vamos construir um circuito de controle de velocidade do motor DC sem fio que pode ser controlado usando qualquer controle remoto baseado em IR. O projeto proposto tem dois objetivos principais; o primeiro é o controle de velocidade sequencial de 5 etapas de um motor de 12V DC usando IC 555 (PWM) e controlando o PWM / velocidade do motor totalmente estático / em estado sólido.

A maioria dos circuitos de controle de velocidade do motor DC na internet utiliza algum tipo de componente mecânico, como um potenciômetro ou um potenciômetro, mas nenhum deles explicou como podemos controlar o PWM estaticamente, neste post vamos aprender como podemos obter o controle estático do PWM em evergreen IC 555.

Diagrama de bloco

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O projeto do circuito de controle de velocidade do motor CC sem fio proposto será baseado nos blocos acima; iremos explorar cada um deles agora.

  • O primeiro bloco é um sensor IR que detecta os sinais IR de entrada do seu controle remoto.
  • O próximo bloco é um estágio de buffer que é essencialmente um amplificador inversor usando um único transistor PNP para emitir um sinal amplificado forte e também para evitar o efeito de carregamento no sinal fraco detectado do sensor IR.
  • O sinal detectado é passado para um circuito de depuração que filtra os pulsos excedentes e emite um pulso de clock limpo para o próximo estágio.
  • A próxima etapa consiste em um par de IC 4017s que são responsáveis ​​por mudar a velocidade do motor de 1 para 5 (velocidades).
  • O próximo estágio consiste em cinco divisores de resistores que são conectados ao IC 555; selecionando um divisor de resistor de cada vez controlará a velocidade do motor / PWM.
  • A saída do IC 555 é alimentada a um MOSFET de canal N para controle de velocidade eficiente do motor de 12 Vcc.

Agora vamos mergulhar no diagrama do circuito e vamos entender o funcionamento real do circuito.

Estágio do Sensor IR

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O circuito acima encapsula três estágios: o sensor, o amplificador de buffer e o estágio de debouncing. O circuito utiliza o módulo receptor IR TSOP1738 para detectar os sinais de entrada de um controlador remoto baseado em IR.

O sinal que recebemos no pino de saída do TSOP1738 contém informações codificadas na forma de pulsos estreitos e largos, no entanto, não precisamos dessa informação codificada, mas precisamos apenas detectar um botão pressionado no controle remoto IR.

Para se livrar dos sinais codificados, conectamos um capacitor eletrolítico de 10uF no pino de saída e 5V IN, isso fornecerá um pulso limpo.

A saída do TSOP1738 é fraca e precisa de amplificação. Para amplificar a saída do TSOP1738 utilizamos um transistor PNP de baixa potência (BC558 / 557). Um transistor do tipo PNP foi escolhido porque o sensor IR emite sinal “ativo baixo” e apenas um tipo PNP liga o sinal “ativo LOW” e também para inverter o sinal “ativo baixo” para “ativo alto” para que o sinal amplificado é compatível com a próxima etapa.

Um resistor pull-down de 10K é conectado no terminal coletor do transistor PNP para que, em marcha lenta, a saída permaneça em nível BAIXO. Um indicador LED é fornecido para indicar que o sensor IR recebeu um sinal.

A próxima etapa é um circuito de rebote construído em torno do IC 555; este circuito emite um pulso por um período de tempo predeterminado, independentemente das múltiplas vantagens recebidas pelo estágio IR. Este estágio é responsável por fornecer um pulso de clock limpo para o próximo estágio, sem o estágio de debounce, a velocidade do motor pode saltar vários níveis devido a várias rajadas de pulsos IR recebidos pelo sensor.

O circuito de debouncing nada mais é do que um multivibrador monoestável que é acionado quando aplicamos um sinal LOW momentaneamente ao pino #2. A largura do pulso de saída ou a duração da saída é determinada pelos resistores e capacitores conectados ao IC 555. A fórmula para calcular o pulso de saída é a seguinte:

T = 1,1 x R1 x C1

Como, uma vez que um potenciômetro é utilizado no circuito, você pode ajustar a duração do pulso de saída usando este potenciômetro de 100K. Nossa recomendação é definir a saída para 1 segundo, para que quaisquer cliques excedentes / rajadas de IR excedentes transmitidas pelo controle remoto sejam ignoradas pelo circuito por 1 segundo. Um botão de teste é fornecido para testar/definir a duração do pulso de saída.

Fonte de energia

O projeto proposto usa 12V DC como entrada de energia, mas o estágio IR funciona em 5V, então precisamos diminuir a tensão usando um circuito regulador conforme mostrado abaixo.

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Isso conclui os estágios de recepção e filtragem IR para o circuito de controle de velocidade do motor DC sem fio; agora vamos entender a etapa de controle de velocidade do motor.

Estágio de controle de velocidade PWM sem fio

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O circuito acima é responsável por controlar a velocidade do motor DC. Vamos começar pelo IC 555.

O IC 555 é configurado como multivibrador astável, o pino de saída é alimentado a um MOSFET de canal N que amplifica os pulsos quadrados fracos do IC 555 e aciona um motor de 12V DC. Um diodo de silício é conectado ao terminal do motor na configuração de polarização reversa para interromper os picos de alta tensão que surgem ao ligar e desligar o motor.

A velocidade do motor é controlada ajustando o ciclo de trabalho do IC 555, ou seja, Modulação por largura de pulso (PWM). O PWM do IC 555 pode ser controlado aplicando tensão no “pino de controle nº 5”.

Observe que, ao aplicar uma tensão no pino 5, não apenas altera o ciclo de trabalho da onda quadrada de saída, mas também altera sua frequência. Observamos a mudança de frequência de 1 KHz para 10 KHz em nossa configuração prática.

No entanto, desde que a frequência esteja razoavelmente bem acima (digamos, 500 Hz), as mudanças na frequência terão uma influência insignificante na velocidade do motor e o ciclo de trabalho será o único fator que determinará a velocidade.

Os cinco divisores de resistores têm diferentes valores de resistores e a seleção de um divisor de resistor específico aplicará um nível de tensão único no pino de controle do IC 555, portanto, diferentes níveis de velocidade do motor podem ser alcançados.

Em qualquer instante, apenas um divisor de resistor é aplicado com alimentação (+Ve e -Ve) e os quatro divisores de resistor permanecem sem energia, isso é obtido utilizando dois IC 4017s, um IC 4017 para cinco diodos que permite apenas alimentação +Ve em 5 resistores superiores e outro IC 4017 para cinco transistores NPN permite apenas alimentação –Ve para 5 resistores inferiores.

Ao aplicar o sinal de clock no pino #14 de ambos os IC 4017s, podemos selecionar um divisor de resistor, assim, nossa velocidade desejada pode ser alcançada. Se você deseja personalizar a faixa de velocidade de acordo com sua preferência, pode usar a seguinte fórmula do divisor de potencial para corrigir os resistores. O resultado será diretamente proporcional à saída PWM:

Vout (@pin#5) = Resistor Inferior / (Resistor Superior + Resistor Inferior)

Aqui os resistores inferiores são R6 a R10, e os resistores superiores são R1 a R5.

NOTA: Observe que você pode usar qualquer valor de resistor fixo para obter diferentes velocidades de rotação, os valores de resistor fornecidos são arbitrários. Em nosso protótipo usamos potenciômetros no lugar de resistores de R1 a R10 para atingir diferentes velocidades.

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FONTE


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