Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica Materia: Comunicaciones analógicas Practica 4 Servomotor Profesor: Alexis Cruz Vargas Nombre: Avila Maciel Erick Daniel Grupo: 5CV3 1 Índice C Conclusión.............................................................................................................................................................................. 9 D Desarrollo .............................................................................................................................................................................. 7 I Indice ..................................................................................................................................................................................... 2 Introducción ........................................................................................................................................................................... 3 O Objetivo ................................................................................................................................................................................. 7 2 Introducción PWM son las siglas de Pulse Width Modulation (Modulación por ancho de pulso). Para transmitir una señal, ya sea analógica o digital, se debe modular para que sea transmitida sin perder potencia o sufrir distorsión por interferencias. PWM es una técnica que se usa para transmitir señales analógicas cuya señal portadora será digital. En esta técnica se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una senoidal o una cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga. El ciclo de trabajo (duty cycle) de una señal periódica es el ancho de su parte positiva, en relación con el período. Está expresado en porcentaje, por tanto, un duty cycle de 10% indica que está 10 de 100 a nivel alto. Duty cycle = t / T t = tiempo en parte positiva T = Periodo, tiempo total Básicamente, consiste en activar una salida digital durante un tiempo y mantenerla apagada durante el resto, generando así pulsos positivos que se repiten de manera constante. Por tanto, la frecuencia es constante (es decir, el tiempo entre disparo de pulsos), mientras que se hace variar la anchura del pulso, el duty cycle. El promedio de esta tensión de salida, a lo largo del tiempo, será igual al valor analógico deseado. En este caso: Por ejemplo, si con una tensión Vcc de 5V queremos una señal PWM de 1V, se generará una señal que el 20% del tiempo valdrá 5V y el 80% restante 0V. 3 Fig. 1 Señales PWM Esta modulación es muy usada para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga, es una técnica utilizada para regular la velocidad de giro de los motores, regulación de intensidad luminosa, controles de elementos termoeléctricos o controlar fuentes conmutadas entre otros usos. La mayoría de los automatismos, incluido Arduino, no son capaces de proporcionar una señal analógica. Sólo pueden proporcionar una salida digital de -Vcc o Vcc. (por ejemplo, 0V y 5V). Entonces, para conseguir una señal analógica, la mayoría de los automatismos usan PWM. Se usa esta técnica porque como se ve en los ejemplos anteriores, no siempre quieres un valor digital de la señal (ON/OFF), si no que necesitaremos proporcionar un valor analógico de tensión que usarán para las aplicaciones deseadas. 4 Un servomotor es un motor eléctrico al que podemos controlar tanto la velocidad, como la posición del eje que gira (también llamada dirección del eje o giro del rotor). Los servomotores no giran su eje 360º (aunque ahora hay algunos que si lo permiten) como los motores normales, solo giran 180º hacia la izquierda o hacia la derecha (ida y retorno). Fig. 2 Señales PWM Gracias a esto, con los servomotores podemos crear toda clase movimientos de una forma controlada, por ejemplo, en robótica para el control del movimiento del brazo de un robot o en los sistemas de radio control. La mayoría de los servomotores que se utilizan son de corriente continua pero también existen en corriente alterna. Las características principales de un servomotor son el par y la velocidad. El par: fuerza que es capaz de hacer en su eje( el par también se puede llamar torque) Se suele expresar en Kg/cm, por ejemplo 3Kg/cm. A mayor par mayor corriente de consumo del servo, pero no suelen consumir mucho, depende del tipo de servomotor. Velocidad: velocidad angular o de rotación. Normalmente la tensión de alimentación de los servos en c.c. está entre 4 y 8V (voltios). 5 Un servomotor es un sistema compuesto por: - Un motor eléctrico: es el encargado de generar el movimiento, a través de su eje. - Un sistema de regulación: formado por engranajes, que actúan sobre el motor para regular su velocidad y el par. Mediante estos engranajes, normalmente ruedas dentadas, podemos aumentar la velocidad y el par o disminuirlas. - Un sistema de control o sensor: circuito electrónico que controla el movimiento del motor mediante el envío de pulsos eléctricos. - Un potenciómetro: conectado al eje central del motor que nos permite saber en todo momento el ángulo en el que se encuentra el eje del motor. Recuerda que un potenciómetro es una resistencia eléctrica variable. Puede venir todo en una caja formando el servo, pero normalmente el servo no trae incluido el sistema de control. Si pone enconder incluido, quiere decir que si viene el sistema de control incluido en el servo. Para posicionar un servomotor tenemos que aplicarle un pulso eléctrico cuya duración determinará el ángulo de giro del motor. Recibe los pulsos de entrada y ubica al motor en su nueva posición dependiendo de los pulsos recibidos. Un pulso es sencillamente enviar corriente eléctrica al motor durante un tiempo determinado. Puedo enviar un corriente durante 0,5ms (un pulso) o durante 1,5ms (otro pulso diferente). Para el pulso de 0,5ms el eje del motor estará en una posición y para un pulso de 1,5ms el eje del motor estará en otra posición. Veamos un ejemplo: En el caso de la figura, para tiempos de 1ms el eje del motor estará en la posición izquierda, para pulsos de 1,5ms se colocará en el medio, y para pulsos de 2ms se moverá hasta el extremo derecha, posición final del servomotor. Fig. 3 Señal PWM para servo 6 Objetivo Conocer cómo es posible utilizar una salida analógica PWM para controlar un Servomotor y hacer una secuencia de movimientos. Y observar las señales analógicas que se ocupan Materiales: 1 Arduino nano 1 Protoboard 3 Servomotor 4 Jumpers (cables) macho-macho Desarrollo 1.- Conectamos el cable rojo (positivo del servomotor) al pin 5V de la placa de Arduino, el cable negro (negativo del servomotor) al pin GND de la placa de Arduino y el color amarillo al pin analógico PWM 9 de la placa de Arduino como se muestra en la figura 1. Fig. 4 Esquema de conexiones 7 2.- Programación en Arduino IDE En primer lugar, se importa la librería a utilizar <Servo.h> y se inicializa el objeto llamado servomotor. Además se configura el pin analógico PWM 9 a utilizar por el servomotor. Esta configuración se establece en la función setup(), ya que solamente se ejecuta una vez. Por otro lado, al ejecutar el código se recorre 18 veces el cambio de ángulo por 10º esperando una décima de segundo. De esta forma el servomotor se desplazará hasta la posición 90º, esperara medio segundo y se moverá a la posición 180° Y como tiene que regresar se vuelve a crear un bucle pero en este caso la variable irá decrementando de 10º en 10º. Fig. 5 Programa Servo 8 3.- Al ejecutar el código se crea una variable encargada de almacenar el ángulo del servomotor, que por defecto empezará en su posición de 0º. A continuación se repite 18 veces el cambio de ángulo por 10º esperando una décima de segundo. De esta forma el servomotor se desplazará hasta la posición 180º. Y como tiene que regresar se vuelve a crear un bucle pero en este caso la variable irá decrementando de 10º en 10º. Análisis de señales La señas PWM es una comunicación analogía ya que usa la variación del periodo. Aunque no es una señal analógica como tal se le puede hacer un análisis de la señal. Su amplitud es constante pero su periodo puede variar y es aquí donde podemos encontrar su uso. Es un sistema muy útil en la comunicación analógica - digital. El servomotor es un ejemplo, ya que por medio del potenciómetro el conoce la posición de su eje y hacia donde se tiene que mover dependiendo del ancho de pulso que llegue a su entrada Conclusión El servomotor es muy útil cuando necesitas movimientos muy exactos, que se pueden lograr gracias al potenciómetro que tiene incluido o enconder, ya que así conoce su posición y por medio de la señal PWM le damos el dato de la posición nueva que deba tomar. 9
