Manuale uNav

Introduzione
La uNav è una scheda progettata all’interno di un sistema completo di device per il controllo dei motori. Questa può funzionare in modo autonomo oppure insieme ad altre scheda del sistema uXxx. In quest’ultimo caso diversi collegamenti sono stati ottimizzati per ridurre al massimo le interconnessioni ottenendo un hardware più ordinato ed affidabile. Di seguito, laddove siano disponibili collegamenti di questo tipo, verranno descritte le diverse modalità di utilizzo.

La sinergia più spinta si ottiene tra la uNav e la uBridge, scheda che contiene due ponti-H per pilotare due motori, ottenendo in questo modo un sistema completo per controllare ad anello chiuso, ad esempio, un sistema mobile guidato in modalità differential steering. Per questo le due schede saranno descritte insieme evidenziando di volta in volta le diverse modalità.

Le due schede, come si vede nelle immagini, possono essere impilate direttamente. I connettori passanti riportano e collegano le alimentazioni e i segnali tra i due circuiti dove necessario, mentre rendono disponibili ad eventuali altre schede i segnali non utilizzati.
Tower1ruNav uBridge impilate

uNav uBridge impilate

uNav
La uNav è una scheda di 4x4cm che utilizza un DSC (Digital Signal Controller) della Microchip, il dsPIC33FJ128MC804 a 40Mips, specializzato per il controllo dei motori grazie a periferiche PWM avanzate e a QEI (Quadrature Encoder Interface) dedicate all’analisi dei segnali di encoder incrementali in quadratura.

Per ottenere la massima versatilità da questo DSC e delle sue numerose periferiche, nella scheda sono state riportate alcune soluzioni tecnologiche che ne permettono l’utilizzo in moltissime situazioni diverse. Tra le altre, un sistema di alimentazione general purpose ad alta efficienza, amplificatori operazionali per il condizionamento dei segnali analogici, una EEPROM per la memorizzazione permanente di dati e diversi LED di segnalazione.

Caratteristiche tecniche

  • Controllo ad anello chiuso di 2 motori DC (sono necessari encoder esterni e ponti-H)
  • Dimensione 4x4cm
  • Fori e connettori modulo standard 100mil (2,54mm)
  • 256Kb di memorizzazione permanente disponibili su EEPROM in I2C
  • Range di tensione 6-18V
  • Regolatori di tensione integrati da 5 e 3,3V
  • 4 LED di segnalazione
  • Programmazione del DSC tramite ICSP

Controllo motori

  • 2 uscite PWM per il controllo della velocità dei motori
  • Ingresso encoder in quadratura a 2 (A e B) o 3 (A, B e Z) canali
  • Ingresso analogico condizionato per la misura della corrente
  • Ingresso analogico condizionato per la misura della temperatura
  • Segnale di enable per i ponti-H

Comunicazione

  • 2 porte seriali TTL
  • 1 porta I2C
  • 7 I/O general purpose

uNavTopruNavBottomr

Scheme_uNAV44_r1_Sheet_1Scheme_uNAV44_r1_Sheet_2

uBridge
Questa scheda utilizza due ponti-H A4950 della Allegro MicroSystems, adatti per correnti di picco fino a 3,5A con tensioni fino a 40V. Utilizzabili quindi per la maggior parte delle situazioni.
Due sensori di corrente ACS723, ancora una volta della Allegro MicroSystems, sono utilizzati per misurare la corrente assorbita dai motori consentendo, oltre alla verifica dei consumi, anche un sistema ad anello chiuso con controllo di coppia.

uBridgeTopruBridgeBottomr
uBridge1

Alimentazione
Il sistema di alimentazione è basato su regolatori switching ad alta efficienza (fino a 95%) per avere basse perdite di potenza e quindi nessuna necessità di dissipatori oltre ad una forte ottimizzazione dei consumi in un ampio range di tensioni di ingresso. Il circuito è previsto infatti per essere alimentato con pacchi batterie LiPo da 2S fino a 4S, quindi da 7,4V a 14,4V tipici (range massimo 6-18V).
La tensione viene prima regolata a 5V. Questa è resa disponibile sui connettori per essere eventualmente usata dalle altre schede collegate o dagli encoder. Se la sorgente di alimentazione è sufficiente, può essere prelevato fino ad 1A per i dispositivi esterni.
La tensione di 5V è ulteriormente regolata a 3,3V per alimentare il dsPIC33F. Anche questa tensione viene resa disponibile sui connettori per un utilizzo esterno fino ad un limite di 400mA.

Scheme_uNAV44_r1_Sheet_2

Le alimentazioni sono disponibili verso l’esterno sul connettore SV2.

SV2SV2_silk

Per comodità, anche su SV1, in corrispondenza dei pin dedicati agli encoder, è riportata la tensione di alimentazione a loro dedicata (VENC).

SV1Venc_Silk

Tramite il ponticello a saldare J1, la tensione di alimentazione degli encoder può essere scelta tra 3,3V e 5V secondo la necessità.

VencSelector

La uNav può essere alimentata, nel range di tensione indicato, collegando l’alimentatore al connettore JP1
JP1

Se la uNav è usata insieme alla uBridge impilandola sui connettori passanti, le diverse tensioni di alimentazione sono trasferite da una scheda all’altra. Il modo migliore per alimentare il sandwich di schede è tramite il morsetto PS3. In questo modo i ponti-H sono alimentati correttamente, la stessa tensione è presente anche sulla uNav che la regola a 5V e la ritrasferisce ai circuiti della uBridge. La tensione selezionata (3,3V o 5V) per gli encoder è fornita tramite SV1 e la stessa tensione è riportata sui connettori J1 e J2 dedicati.

PS3PS3_Silk_Top
Test di funzionamento
Se tutto è stato collegato correttamente si vedranno …………..

Programmazione
Il dsPIC33FJ128MC804 può essere programmato con gli strumenti standard Microchip (http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/devtools/devtoolsmain/home.html) tramite il connettore ICSP.

ICSP
Se è necessario modificare spesso il firmware della uNav, è conveniente saldare un connettore strip nei fori predisposti.

strip
In alternativa si può usare un collegamento volante.

ICSP

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