MakerPot.com


90


30


0

دليل المحركات الكامل للروبوتات الخطوة الخامسة: جسر H

2017-04-19

جسرH H bridge هو دارة الكترونية تسمح للجهد الكهربائي بأن يمر عبر الحمل في كلا الاتجاهين، هذه الدارات تستعمل غالبا في الروبوتات وغيرها من التطبيقات لتسمح لمحركات DC بأن تسير إلى الأمام وللخلف.

وجسر H، هو دارة مبنية على ترانزستور قادرة على قيادة المحركات حسب اتجاه عقارب الساعة وعكسها. وهي دارة منتشرة جدا وشائعة، وهي تُستعمل في كل الروبوتات القادرة على الحركة في اتجاه الأمام والخلف، وأساسا فان جسر H يتكون من أربع ترانزستورات بخطي دخل و منفذي خرج (ملاحظة: يجدر الذكر أن جسر H جيدة النوع قد تحتوي على الديود المُعيد flyback diodes، والمقاومات الأساسية وقادحات سميدث Schmidt triggers).

اضف وصف الصورة هنا

ولفهم هذا، علينا أن نقسم مفهوم جسر H إلى جزأين أو لنصفي جسر. وسنقول أن Q1 وQ2 يمثلان لنا نصف الجسر الأول بينما Q3 و Q4 سيمثلان لنا نصف الجسر الآخر.

كل واحد من نصفي الجسر قادر على ايصال جانب واحد من محرك BDC إما إلى مولد الطاقة أو إلى الأرضي، وعندما يعملQ1 وQ2 مطفأ على سبيل المثال فإن الجسر الأيسر من المحرك سيكون موصولا بمولد الطاقة. و تشغيل Q4 وإطفاء Q3 سيجعل الجانب المقابل من المحرك موصولا بالأرض. وعناصر التوصيل ( التحويل ) Q1..Q4) ) هي عادة ترانزستورات ثنائية القطب أو من حقلية نوع FET، وفي حالة تطبيقات خاصة تتطلب جهد عالي فإنها تكون من نوع IGBTs.

مع الملاحظة أن الديودات (D1..D4) توصل بجانب كل ترانزستور من الترانزستورات.

هذه الصمامات الثنائية (الديودات) تقوم بحماية الترانزستورات من الارتفاع المفاجئ للتيار والتي يولدها BEMF عندما تكون الترانزستورات مطفأة. ويكون طرف قمة الجسر موصولا بمولد الطاقة ( البطارية على سبيل المثال ) بينما الطرف الأسفل موصولا بالأرض.

ويمكن أن تستعمل المكثفات بالتوازي مع الديود لكنها خيار وحسب، وسعة هذه المكثفات تتراوح عموما في مجال الـ 10 pF وهدفها يتمثل في الحد من اشعاعات الـ RF التي تنتجها العاكسات.

ومبدأ العمل الأساسي لجسر H بسيط فعلا: فلو كان Q1 و Q4 مفعلان، فإن الجهة اليسرى للمحرك ستوصل بتغذية الطاقة بينما سيكون الجزء الأيمن موصولا بالأرض، سيبدأ التيار بالتدفق نحو المحرك ويمده بالطاقة في الاتجاه الأمامي ويبدأ محور المحرك بالدوران. أما إن كان Q2 وQ3 مفعلان فالعكس هو ما سيحصل سيمد المحرك بالطاقة في الاتجاه المعاكس ويبدأ محور المحرك بالدوران نحو الخلف.

و في أداة الجسر لا ينبغي عليك اطلاقا أن تغلق معا كلا من Q1 و Q2 ( أو Q3 و Q4 ) في نفس الوقت، ولو فعلت ذلك ستصنع مسار بمقاومة ضعيفة بين مولد الطاقة و الـأرضي GND، وسيتكون لديك دارة قصر تتلف تغذية الطاقة. وتدعى هذه الحالة بحالة ( الاطلاق – عبر ) ‘shoot-through’ وهي طريقة مضمونة لإتلاف أداة الجسر أو أي عنصر آخر في الدارة.

هناك أنواع كثيرة من موديلات والشركات المصنعة لدارة لجسر H الخاص بالدارات المتكاملة وهي متوفرة، لكن الأكثر شيوعا هو L293NE أو SN754410 ( من شركة Texas Instruments ) أو L298 من شركة STMicroelectronics .

L293D

الجسر من نوع L293NE/SN754410 هو نوع أساسي جدا من الجسر H ، ويحتوي على جسرين، واحد في الجانب الأيسر من الشريحة والآخر على الجانب الأيمن ويمكنه أن يتحكم بمحركين، ويمكنه أن يوجه تيار قدره1 amp ويتحمل جهد ما بين 4.5V و36V.

وتُستعمل محركات DC الصغيرة عادة في حركة سير الروبوت والتي تعمل بشكل آمن بجهد ضعيف لهذا فإن جسر H سيقوم بعمل جيد في هذه الحالة.

ويملك جسر H المنافذpins والمميزات التالية :

  • المنفذ 1 (1,2EN) وهو يسمح بتشغيل وتعطيل المحرك بإعطائه قيمة مرتفعة أو منخفضة HIGH or LOW
  • المنفذ 2 (1A) وهو منفذ منطقي خاص بالمحرك ( المُدخل ذو قيمة عليا أو منخفضة ).
  • المنفذ 3 (1Y) هو خاص بأحد طرفي المحرك.
  • المنفذ 4،5 خاص بالأرضي.
  • المنفذ 6 (2Y) خاص بالطرف الآخر للمحرك.
  • المنفذ 7 (2A) وهو رأس منطقي خاص بالمحرك ( المُدخل ذو قيمة عليا أو منخفضة ).
  • المنفذ 8 (VCC2) هو تغذية الطاقة الخاصة بالمحرك، وينبغي أن يقوم بتقديم جهد مناسب للمحرك.
  • المنافذ 9..11 يبقى غير متصلة ما دمت ستستعمل محركا واحدا كما في هذه التجربة.
  • المنافذ 12،13 خاص بالأرضي.
  • المنافذ 14،15 غير متصلين.
  • المنفذ 16 (VCC1) متصل بـ 5V، وفي المخطط البياني لجسر H هنا تظهر لنا الرؤوس و مهامها في تجربتنا هذه.

ويتضمن المخطط البياني جدول الحقيقة الذي يوضح كيف سيعمل المحرك بالنسبة لحالة المنافذ المنطقية ( والذي تم اعداده بلوحة الأردوينو خاصتنا).

اضف وصف الصورة هنا

وليكن في علمك أن هذه المحركات متوفرة بأحجام مختلفة.

تُصمم المحركات الصغيرة للتطبيقات والمشاريع التقنية أين تكون الصلابة والهيكلية المتراصة أكثر أهمية من شدة عزم الدوران. أما عن وجود محركات صغيرة بشدة عزم دوران عالية فهذه ستكون غالية الثمن لأنها تستخدم في مكوناتها مغانط أرضية نادرة و درجة تحمل عالية وغيرها من المزايا التي تزيد من ارتفاع ثمنها. ويمكن للمحركات الأكبر أن تنتج عزم دوران أعلى لكنها ستتطلب أيضا شدة تيار أعلى وهذه المحركات ستتطلب سعة بطارية أعلى وأوسع ودارات تحكم أكبر لا تسخن بسرعة أو تحترق تحت ضغط الحمل. لهذا يجب العمل على المناسبة بين حجم المحرك وباقي الروبوت، فلا تربط روبوتا صغيرا بمحرك كبير عندما لا تحتاج إلى حجم كبير. وأثناء اختيارنا لحجم المحرك علينا أن نقارن عزم الدوران المتاح بالنسبة إلى أي مسنن تعشيق تقليص الحركة gear reduction، لأن مسننات التعشيق تزيد دائما عزم الدوران وهذه الزيادة متناسبة مع حجم مسنن التعشيق، فلو كان مسنن التقليص بنسبة 3:1 فإن عزم الدوران سيزيد ثلاثة أضعاف ( لكن ليس بدقة كبيرة إذا ما احتسبنا الاحتكاكات ).

ولأجل التعرف أكثر على جسرH الخاص بالدوائر المتكاملة وأنواعه يمكنكم زيارة الراوبط التالية:

https://www.sparkfun.com/search/products?term=h%20bridge%20ic

http://makerpot.com/robotics/motors/gearmotor.html

0


Test User