芯耀
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該電機(jī)驅(qū)動(dòng)器能夠通過 I2C 接口使用 PID 算法控制電機(jī)，精確控制電機(jī)從未如此簡(jiǎn)單。
項(xiàng)目描述
這是一款智能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（又稱 SAMI），設(shè)計(jì)用于運(yùn)行微型齒輪電機(jī)，該電路板的目標(biāo)是通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)速反饋對(duì)該電機(jī)實(shí)施 PID 控制。板子上包含了所有必需的組件，因此可以自行工作運(yùn)行。
供電和命令發(fā)送都是通過 I2C 接口。
主機(jī)控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間通過 I2C 進(jìn)行通信，發(fā)送包括電機(jī)速度、轉(zhuǎn)向在內(nèi)的命令。SAMI 自動(dòng)實(shí)現(xiàn) PID 控制。SAMI 上的電路板執(zhí)行具體的電機(jī)控制算法，從而減輕了主機(jī)控制器的負(fù)荷。您還可以通過 I2C 讀取電機(jī)的狀態(tài)并對(duì)它進(jìn)行配置。
SAMI 能夠驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使軸上負(fù)載走完所需的距離或達(dá)到一定的角度，然后在達(dá)到目標(biāo)值時(shí)自動(dòng)停止。這是機(jī)器人技術(shù)的理想選擇，簡(jiǎn)化了執(zhí)行精確運(yùn)動(dòng)控制所需的許多艱苦工作。而且，可以把多個(gè)模塊連接到同一條 I2C 總線上，注意，這里的多個(gè)模塊是指很多電機(jī)！
對(duì)于任何人來說，制作先進(jìn)的機(jī)器人從來沒有這么簡(jiǎn)單過！現(xiàn)在，只需要把 SAMI 這個(gè)模塊和你的電機(jī)連接到一起即可。
項(xiàng)目細(xì)節(jié)
這是一款設(shè)計(jì)用來控制微型齒輪電機(jī)的智能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（也稱為 SAMI），這塊電路板的目標(biāo)是使用霍爾效應(yīng)傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)速反饋，輕松地在 SAMI 上實(shí)現(xiàn) PID 控制。SAMI 有自己的微控制器和 H 橋，能夠自己完成電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)操作。
主機(jī)上的微控制器（或者任何支持 I2C 端口的系統(tǒng)）通過 I2C 和智能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通信，發(fā)送包括電機(jī)速度、轉(zhuǎn)向在內(nèi)的命令。SAMI 自動(dòng)實(shí)現(xiàn) PID 控制算法，保持速度，并在電機(jī)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行中增加或減少功率以控制轉(zhuǎn)矩和速度。
此外，該控制器能夠驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸上負(fù)載走完所需的距離或角度，然后在達(dá)到目標(biāo)值時(shí)自動(dòng)停止。因此，如果用來驅(qū)動(dòng)一個(gè)輪子，你必須同時(shí)制定輪子的直徑和變速比等參數(shù)。
為了感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，我使用了磁編碼器盤，它沿著磁盤表面極化。因此霍爾效應(yīng)傳感器可以檢測(cè)磁盤磁場(chǎng)的變化并將信號(hào)發(fā)送到微控制器上。微控制器使用定時(shí)器和中斷計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速，微控制器利用轉(zhuǎn)速作為反饋，運(yùn)行 PID 控制算法，并處理和主機(jī)的通信。
這款智能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的主要設(shè)計(jì)思想是用在機(jī)器人中，通過使用它來控制機(jī)器人的輪子，無論表面是否光滑，電池電量是否充足還是機(jī)器人負(fù)荷重量發(fā)生了變化，都可以進(jìn)行精確的運(yùn)動(dòng)控制。
此外，它還可以防止因?yàn)橥蝗患铀倩蛘咧苿?dòng)造成齒輪脫載，并避免電流沖擊，這樣可以保證您寶貴的電機(jī)的安全。
提供了一個(gè) Arduino 庫，幫助你方便地使用該智能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。你可以快速、方便地把它插入到大量電機(jī)上使用。
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特征
安裝在微型直流電機(jī)的背面，安裝方便；
可以輕松控制電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)向；
達(dá)到既定距離或角度時(shí)自動(dòng)停止；
支持多種控制模式，包括帶有或者不帶自動(dòng)停止功能的簡(jiǎn)單 PWM 控制或 PID 控制；可添加安全的方向轉(zhuǎn)變功能；
通過 I2C 進(jìn)行通信，可以通過軟件更改地址；
可同時(shí)控制很多電機(jī)，最多支持在同一條 I2C 總線上掛載 128 個(gè)模塊；
可以通過軟件啟動(dòng)或禁用 I2C 的內(nèi)部上拉電阻；
可以把配置保存在 EEPROM 中；
讀取電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，并檢查是否發(fā)生了故障；
完全可配置；
易于使用的高精度電機(jī)控制；
尺寸?。?/p>
提供可用的 Arduino 庫。
技術(shù)規(guī)格
電機(jī)電壓可達(dá) 11v；
最大電機(jī)連續(xù)電流峰值高達(dá) 1.7A 和 1.8A；
邏輯電壓范圍為 3-5v；（稍后的版本經(jīng)測(cè)試后可支持到 1.8v 范圍）
默認(rèn) I2C 地址為 0x24；
過流保護(hù)和過熱保護(hù)；
要復(fù)位默認(rèn)的 I2C 地址，請(qǐng)?jiān)谏想姇r(shí)將 MCLR 焊盤連接到地上；
標(biāo)準(zhǔn) 1mm 5 針 JST 連接器。
優(yōu)點(diǎn)
獨(dú)立進(jìn)行電機(jī)控制；
可實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)、更精確的動(dòng)作控制；
具有電機(jī)保護(hù)功能；
解決方案方便易用；
內(nèi)置電機(jī)速度反饋；
高響應(yīng)速度的 PID 控制算法，保持電機(jī)速度恒定；
避免出現(xiàn)可能損壞電源或電池的瞬態(tài)電流峰值；
如果事先指定，可自動(dòng)停在所需的距離或角度上；
與 IMU 等其他傳感器結(jié)合使用時(shí)，可實(shí)現(xiàn)性能強(qiáng)大的機(jī)器人導(dǎo)航解決方案；
開源設(shè)計(jì)。
安裝
要將 SAMI 安裝到電機(jī)上，只需要把它和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)線、反饋線焊接在一起，并如下視頻所示放置編碼器。
重要提示：您的電機(jī)軸上必須留出足夠的位置，以便放置編碼器！
管腳
通過 JST 連接器和 SAMI 進(jìn)行通信；
ICSP 管腳用于更新固件；
MCLR 管腳用于復(fù)位模塊的默認(rèn) I2C 地址。
PCB 布局
PCB 厚 0.8mm，尺寸為 10 mm x 20 mm，雙層板。
這是一個(gè)還在開發(fā)階段的項(xiàng)目，也是一個(gè)開源項(xiàng)目，如果您有任何能夠改進(jìn)它的想法，隨時(shí)歡迎修改。你還可以自行調(diào)整硬件和軟件設(shè)計(jì)，以支持更大功率的電機(jī)，你還可以增加第二個(gè)編碼器，甚至可以用它來運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)。
本文源自 Hackaday.io，原文可打開鏈接查看：https://hackaday.io/project/158429-smart-motor-driver-for-robotics
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有人說硬件技術(shù)將很快達(dá)到極限，而在我們看來，硬件創(chuàng)新，尤其是中國硬件工程師的創(chuàng)新，還遠(yuǎn)未走到盡頭，而只是剛剛開始。作為致力于為全球硬件開發(fā)者提供技術(shù)共享服務(wù)的平臺(tái)，與非網(wǎng)母公司 SupplyFrame 旗下最大的全球硬件開發(fā)者社區(qū) Hackaday.com 已連續(xù)五年舉辦全球硬件開發(fā)者大賽 Hackadayprize，有超過 3000 多個(gè)硬件團(tuán)隊(duì)在這個(gè)賽事中互動(dòng)交流、切磋技藝。
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