Tutorial: Testeador de Servos con 555

Testeador de Servos con 555
El siguiente circuito permite controlar un Servo_motor con un potenciómetro.
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 Palabras Claves  Servo, 555, Testeador, Diseño Circuito
 Versión – Fecha  1.0 – 14/01/2014
  Licencia  Creative Commons 3 (por defecto)
 Autores / Colaboradores  Sphinx
 Nivel Tutorial  Fácil, Amateur
 Notas Tutorial
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Testeador de Servos con 555

El siguiente circuito permite controlar un Servo_motor con un potenciómetro.
Es un circuito sencillo y rápido de hacer. Para los que trabajéis con servos a menudo, os ahorrareis dolores de cabeza cuando no sepáis el porqué no funciona cuando lo conectáis a vuestro microcontrolador.

Para realizar el circuito vamos a utilizar un circuito integrado muy famoso, el 555, configurado como multivibrador astable. Así que primeramente explico estas 2 cosas básicas:

  • Lo mínimo que necesitamos conocer para manejar un servo.
  • Cómo se hace un multivibrador astable con un 555.

 

Notas básicas sobre Servos

Básicamente, un servo necesita una señal de onda cuadrada de una frecuencia de entre 50 a 60 Hz (o dicho en unidades de tiempo se trata de un periodo o duración de ciclo de entre 20 a 16,66 milisegundos, respectivamente) , donde el pulso alto de la señal tenga una duración de entre 1 a 2 milisegundos, que es el que comanda la posición del servo de la siguiente manera:

  • Cuando el pulso es de 1ms, el servo se sitúa a 0 grados, en la posición inicial.
  • Cuando el pulso tiene una duración de 1,5 ms el servo se situará a 90 grados de su posición inicial.
  • Cuando el pulso es de 2ms, el servo girando en sentido horario situándose 180º de la posición inicial.

En la imagen encontrarás la misma descripción visual de lo que acabo de escribir. Es lo que necesitamos conocer de momento para crear este circuito.

Grafico-posición-servos

Si quieres más saber como funciona un servo por dentro te recomiendo este enlace

 

Servomotor-señales

 

Notas básicas sobre Multivibradores Astables

Para generar una señal de onda cuadrada, nos vamos a basar en el C.I. temporizador 555. Este circuito integrado lo podemos utilizar como multivibrador astable.

Cien mil páginas en internet hablan de los multivibradores astables y el 555. Así que nada de comerse el coco. Nada más sencillo que ir a la «hoja técnica» de los fabricantes (p. ej. STMicroelectronics, National Semiconductor o Fairchild) para encontrar los datos de como configurar el C.I. como astable, con sus ecuaciones correspondientes. Los datos son básicamente los siguientes:
Esquema_basico_astable_izqForma_de_onda_mejor

A la izquierda el esquema de conexión del integrado, y a la derecha, la forma de onda en la patilla 3 (Salida).
En este caso la salida que se muestra, tiene dos tiempos:

  • T1 a nivel alto.
  • T2 a nivel bajo.

Si comparamos esta forma de onda con la que pintábamos más arriba que necesita el servo, vemos que el pulso T1 a nivel alto tiene mayor duración, que T2, nivel bajo. Esto siempre va a ser así como se puede ver en las hojas del fabricante, debido a los tiempos de carga y descarga del condensador C1.

Las ecuaciones muestran lo mismo (extraídas de las hojas del fabricante):

T1(pulso a nivel alto)= 0,693 x (RA+RB) x C1

T2(pulso a nivel bajo)= 0,693 x RB x C1

En estas se ve claramente que T1 se obtiene con las suma de las 2 resistencias RA y RB (tiempo de carga del condensador), mientras que T2 tan solo con RB (tiempo de descarga del condensador). Por tanto, siempre, T1 > T2.

 

Detalles adicionales para el probador de servos

Dicho lo anterior, para nuestro probador de servos, tenemos además que hacer lo siguiente:

  • Necesitamos invertir esa señal, para que T2 sea el nivel alto y T1 el nivel bajo.

SOLUCIÓN: Nada más sencillo que poner un transistor NPN para invertir la señal.

  • Además, no queremos que el ancho del pulso T2 sea fijo, si no variable.

SOLUCIÓN: Para conseguir eso introducimos un potenciómetro entre ambas resistencias, y su patilla central la llevamos al pin 7 del 555 para variar el tiempo de descarga del condensador (el tiempo de carga siempre será el mismo, como se ha dicho : T1(carga) = 0,693 x C1 x (RA + RB) , la suma total de las resistencias no va a variar). De modo que ahora para nuestros cálculos tenemos que RA y RB tiene la siguiente disposición:

 

Ahora tenemos que resolver los valores de R1, R2, C1 y el Potenciómetro.

Cálculos

Lo más sencillo es tomar las mismas hojas del fabricante y con las gráficas de valores de condensador versus frecuencia, escoger un valor de partida del condensador para hacer los cálculos. Tomamos C1 = 80 nF

Ahora tenemos 2 casos: T2 = 1 ms (para posicionar el servo a 0º) y T2 = 2 ms (para posicionar el servo a 180º):

Esos dos extremos, representan las posiciones extremas del potenciómetro.

Introduciendo las fórmulas de T1 y T2 para ambos casos mencionados (T2 = 1ms y T2 = 2ms) en una hoja de cálculo tenemos esta tabla con los valores de resistencias y potenciómetro requeridas:

TablasCalculoastable555g

 

En la tabla, como en el diagrama anterior:

RA = R1 + Rpot (parte de arriba)

RB = Rpot (parte de abajo) + R2

Cuyos valores varían según varía la posición del potenciómetro. Las resistencias reales son R1 y R2 como se mostraba en el diagrama anterior.

El potenciómetro es de 22 K Ohms. IMPORTANTE que el potenciómetro sea lineal.

Luego, los valores de R1 y R2 se muestran en columnas aparte (Sus valores se han fijado a valores posibles de obtener con resistencias comerciales).

El valor del potenciómetro se muestra en porcentaje (columna 2) y valor en K Ohms (columna 3) que tiene entre la patilla 7 del integrado y la patilla que va a R2.

El tiempo de T2 entonces varia entre aproximadamente 0,9 ms y 2,1 ms , ¡¡ PERFECTO PARA MANEJAR EL SERVO !!

El efecto colateral es que T1 no varia, y como T = T1 + T2, tenemos que para todo el recorrido del potenciómetro T va a variar, y por tanto la frecuencia F. Como se ve en la tabla esta variación va desde unos 55,6 Hz a unos 52 Hz. Pero aún así el servo va a entender los trenes de pulsos sin problemas.

La gráfica de la derecha representa en barras azules la anchura del pulso en milisegundos, en relación con el % del valor del potenciometro (como en la columna 2).

El circuito

Este es el circuito resultante. No incluye fuente de alimentación en el diagrama:

Astable555probadorServos

Los valores comerciales tanto del condensador C1 como de las resistencias R1 y R2 se obtienen con las siguientes combinaciones:

C1 = 80 nF = 33 nF + 47 nF (esto son dos condensadores conectados en paralelo)

R1 = 16,2 K Ohms = 15 K Ohms + 1,2 K Ohms (esto son dos resistencias conectadas en serie. También este conjunto se puede sustituir por un trimmer de 20K para ajustar bien el circuito. Pero esto solo te lo recomiendo si tienes osciloscopio).

R2 = 270 K Ohms

El transistor T1 puede ser cualquiera de propósito general, a no ser que vayamos a colgar muchos servos del mismo conector. Por tanto se puede usar un SC107B, o un BR337, etc…

Las resistencias R3 y R4 se fijan a 10 K Ohms ambas.

 


 Trucos finales:

La alimentación se puede proporcionar o bien con baterías o con una fuente externa.

Yo lo he montado en una placa de topos, y lo he encerrado en una caja de toma telefónica que queda muy compacto:

Probadorservoscon555_004Probadorservoscon555_001

 


 Bibliografías

 


 

Agradecimientos:

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  1. Modo Manual
  2. Modo Neutral
  3. Modo Automático

Modo Manual

Mueve el potenciómetro a diferente velocidad y posición para colocar a los servos en una posición y ver su tiempo de reacción.

Modo Neutral

Coloca los servos en la posición neutral, generalmente el centro.

Modo Automático

De forma automática recorren todo el ángulo posible de movimientos, como un limpia parabrisas. Si consumen demasiada intensidad, de forma automática salta al modo Manual.

 

 

Especificaciones
Consumo voltaje: DC4.8-6V
Tamaño: 48x42x17mm
Caja original: no
Color: azul
Tamaño del artículo: 48*42*17mm
Peso neto: 7g

Contenido del paquete
1 x multi Servo Tester (Sin servo)

Información adicional

Peso 7 g
Dimensiones 4.8 × 4.8 × 1.7 cm
Material

,

Color

,

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