Automação do Controle de Servo Motor de Posição Acionado por um Sensor

Automatização do Controle de Servo de Posição acionável por um sensor de luminosidade LDR, chaveado por transistor

RESUMO

Com o uso cada vez mais frequente de sistemas eletrônicos, e a necessidade de se controlar cargas como servo motores, foi desenvolvido várias técnicas de controle e uma delas é através da modulação PWM (Pulse Width Modulation), que nada mais é que o controle da modulação da largura de pulso de uma onda quadrada, podendo ser representada pela tensão ou potência.

Este trabalho apresenta a solução para a variação de uma carga utilizando modulação PWM, com acionamento através da presença e ausência de luz, o sensor LDR, chaveando um transistor com um temporizador astável.

Essa modulação pode ser utilizada para diversas aplicações onde se queira controlar a variação de velocidade, iluminação, tendo uma ampla aplicação em sistemas eletrônicos. Em nosso circuito ela será responsável por variar os passos do servo motor.

Para realizar a variação da largura de pulso do circuito será utilizado o controlador 555, que atuará como oscilador, a frequência do circuito será fixa e a variação da largura de pulso se dará através da presença e ausência de luz, acionando o 555 astável, que por sua vez irá chavear o transistor, utilizado com um interruptor, acionando um relé que controlará o servo motor.

Palavras-Chave: PWM, Servo motores, LDR, 555 e transistor.

1. INTRODUÇÃO

Com o aumento da automação, cada vez mais é presente o uso de servo motores em indústrias, eles estão presentes nos braços e garras dos robôs por exemplo que fazem o transporte de cargas pesadas nas maiorias das fábricas atendendo requisitos legais de saúde e segurança no trabalho. Este tipo de motor atua quando é aplicado tensão girando até que alavanca e o cursor do potenciômetro seja igual a sua tensão de entrada. 

Para acionar nosso servo motor será montado um circuito com um temporizador 555 que é uma combinação de comparadores e flips flops digitais. Pode ser configurado de duas maneiras diferentes, como temporizador monoestável e como temporizador astável.

De acordo com Boylestad e Nashelsky (2004) o temporizador 555 atuando como monoestável atua quando o sinal na entrada de disparo apresenta borda negativa, já em modo astável ele funcionara como um circuito de clock para o circuito. Para o acionamento do clock, será controlador por um LDR, responsável pela verificação de Luz no ambiente, para que possa chavear o transistor, como um interruptor. Com a ausência de luz, o astável desliga, deixando o transistor em corte, acionando o relé, controlando o servo motor.

2. OBJETIVOS DO TRABALHO

Montar o circuito de controle de posição de servo motor através do acionamento automático de um sensor de luz, proposto como projeto 2, na matéria de projetos de sistemas eletrônicos.

3. ARQUITETURA PROPOSTA

O principal componente para realizar este circuito é o integrado 555, que tem como característica ser um temporizador. Possui 8 pinos, conforme é ilustrado na Figura 1. Possui duas características que operação que serão utilizadas em nosso circuito são elas: Astável e Monoestável.

Figura 1: CI 555.

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A tensão de alimentação do CI 555 pode variar de 5 a 18V e sua saída pode fornecer ou drenar correntes de até 200mA. Essa corrente permite acionar reles e outras cargas, basta configurar o CI como buffer.

Quando a saída do 555 está no nível alto, o CI consegue drenar uma corrente de até 10 mA. No entanto, no estado nível baixo a corrente drenada pelo 555 é de apenas 1 mA.

          Com o diagrama de blocos do CI 555, conforme na imagem 2, podemos identificar melhor o princípio de funcionamento do componente.

Figura 2: Diagrama de blocos.

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Os principais componentes representativos da arquitetura proposta neste trabalho para um sistema de controle automático de posição de servo motor são mostrados na Figura 3.

Figura 3: Componentes da arquitetura proposta.

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A função do bloco intitulado por astável, apresentado na Figura 3, pode ser executada como um oscilador para o circuito, tendo em vista que esta parte do circuito são inseridos dois resistores e um capacitor para fixar o intervalo de temporização do sinal de saída.

No circuito astável podemos alterar o tempo Tm (no intervalo positivo +Vs) e o Ts (no intervalo em 0V).

 O capacitor carrega sua carga tendendo ao valor de Vcc através dos resistores RA e RB, quando a tensão do capacitor ultrapassa o valor 2Vcc/3, o comparador 1 dispara o flip-plop levando a saída do pino 3 a nível baixo.

Com 1/3 da tensão de alimentação ocorre nova mudança de estado e temos um novo clico de carga. O capacitor carrega-se através dos dois resistores que estão em série (R1+R2), mas descarrega-se apenas pelo resistor R2.

Este circuito, representado pela figura 4 é capaz de produz um sinal que tem uma duração maior quando a saída está no nível alto do que quando está no nível baixo, devido ao valor do resistor R2 ser sempre maior que a soma dos resistores R2+ R1 que estão em série.

Figura 4: 555 no modo astável.

[pic 7]

O cálculo do período é dado pela formula:

[pic 8]

Já a frequência do circuito astável é dado pela formula:

[pic 9]

Já a função denominada de bloco monoestável na Figura 3, é executada como um disparador, a borda negativa que é acionada quando o sinal na entrada é acionado, faz com que o comparador 2 dispare o flip-flop gerando uma tensão na saída em nível alto.

No modo Monoestável, representado pela figura 5, os pinos 6 e 7 que correspondem ao sensor de nível e terminal de descarga do capacitor. São interligados e ligados a uma rede RC, fazendo com que o capacitor e um resistor que serão ligados externamente vão definir o tempo de acionamento do circuito.

A entrada de disparo, que corresponde ao pino 2, deve ser mantida sob uma tensão maior que 2/3 da tensão de alimentação.

Nesse modo a saída do circuito pino 3 se mantém no nível de 0 V. Os pinos 4 e 8 que correspondem ao reset e alimentação devem ser mantidos com a tensão de alimentação, o pino 1 deve ser aterrado.