Ir para o conteúdo

Ligação de um Servomotor

Um servomotor é um pequeno motor com caixa de velocidades e electrónica de controlo. Pode dizer-lhe para que posição rodar o veio.

Em dispositivos semelhantes ao iDryer, um servomotor pode abrir um amortecedor, mover um pequeno trinco, pressionar um comutador mecânico ou redirecionar o fluxo de ar.

O erro principal com servomotores: pensar que é uma "coisa pequena" e pode alimentá-la a partir de qualquer pino 5V do controlador. Um servomotor pode desenhar corrente significativa, especialmente no arranque, movimento repentino ou quando o mecanismo se prende.

Três fios

Um servomotor hobby típico tem três fios:

  • alimentação: geralmente 5V ou 6V;
  • massa: GND;
  • sinal: pulsos de controlo do controlador.

Cores comuns:

  • vermelho - alimentação;
  • preto ou castanho - massa;
  • amarelo, laranja ou branco - sinal.

Mas não pode confiar cegamente nas cores. Diferentes fabricantes podem usar esquemas de cores diferentes. Antes de ligar, verifique a marcação, página de produto ou ficha técnica.

Alimentação separada, sinal separado

O fio de sinal não alimenta o servomotor. Apenas diz ao servomotor para onde rodar.

O servomotor desenha energia do fio de alimentação.

A lógica correta é:

  • o controlador fornece apenas o sinal de controlo;
  • o servomotor é alimentado por uma fonte de 5V/6V que possa lidar com a sua corrente;
  • a massa do controlador e a massa de alimentação do servomotor estão ligadas em conjunto.

Servo wire color code

Source: SparkFun Electronics, CC BY-SA 4.0

Porque não pode alimentar a partir de 5V fraco

Muitas placas têm um pino 5V. Isto não significa que um servomotor possa ser alimentado com segurança a partir dele.

Ao mover, um servomotor pode desenhar muito mais atual do que seu tamanho sugere. Se a alimentação for insuficiente, aparecem sintomas típicos:

  • controlador reinicia;
  • ecrã cintila;
  • ligação USB cai;
  • servomotor se move aos solavancos;
  • Wi-Fi em ESP32 cai;
  • servomotor zumbe mas não se move;
  • alimentação diminui no início do movimento.

Para um pequeno servomotor, a alimentação fornecida pela placa por vezes funciona se a placa e a fonte forem explicitamente classificadas para essa corrente. Mas para um dispositivo real com um amortecedor, trinco ou mecanismo, é melhor usar uma fonte de alimentação DC-DC ou fonte de alimentação separada de 5V/6V com margem.

Massa comum

Se o servomotor for alimentado por uma fonte separada, é necessária uma massa comum.

Sem uma massa comum, o controlador e o servomotor não têm um nível de sinal comum. O servomotor pode não responder, pode se mover aos solavancos ou pode comportar-se aleatoriamente.

Ligação simples:

  1. +5V ou +6V da fonte de alimentação vai para a alimentação do servomotor.
  2. GND da fonte de alimentação vai para a massa do servomotor.
  3. A GND do controlador está ligada à mesma massa.
  4. O pino PWM/GPIO do controlador vai para o fio de sinal do servomotor.

A alimentação do servomotor e a alimentação do controlador podem ser diferentes, mas a massa deve ser comum.

Que sinal é necessário

Um servomotor hobby posicional típico é controlado por pulsos.

Sinal típico:

  • pulso aproximadamente a cada 20 ms;
  • cerca de 1 ms - um extremo do intervalo;
  • cerca de 1.5 ms - meio;
  • cerca de 2 ms - outro extremo do intervalo.

Isto não é PWM típico para brilho LED ou velocidade de ventilador. Aqui, a largura do pulso em microsegundos é importante.

Os limites reais de um servomotor específico podem diferir. Alguns funcionam com segurança não de 0 a 180 graus mas menos. Portanto, posições extremas precisam de teste cuidadoso.

Não prenda um servomotor contra o mecanismo

Um servomotor tenta manter a posição ordenada.

Se um amortecedor bate no alojamento, um braço se prende ou o mecanismo atinge uma paragem física antes do comando terminar, o servomotor continua a empurrar. Nesse ponto, a corrente sobe, o motor aquece, a caixa de velocidades se desgasta.

Isto é especialmente crítico para amortecedores e trincos.

Antes de operação permanente, verifique:

  • o mecanismo se move livremente em todo o intervalo;
  • nenhum desalinhamento;
  • nenhuma vinculação de ligações;
  • o servomotor não zumbe na posição final;
  • ângulos extremos no firmware não forçam o mecanismo contra uma paragem;
  • com a alimentação desligada, o dispositivo permanece seguro ou volta via mola, conforme pretendido.

Se um servomotor zumbe em repouso, frequentemente sinaliza carga, uma paragem ou geometria de alavanca errada.

Corrente de arranque e travamento

Um servomotor tem corrente de funcionamento normal e corrente quando o came está bloqueado. A última é frequentemente chamada de corrente de trabalho.

Uma corrente de travamento aparece quando o servomotor tenta se mover, mas o eixo está bloqueado ou o mecanismo é muito pesado.

Este modo frequentemente causa:

  • diminuição de alimentação;
  • reinicialização do controlador;
  • aquecimento do fio;
  • sobraquecimento do DC-DC;
  • ruptura da caixa de velocidades.

Se a ficha técnica lista a corrente de travamento, escolha a fonte de alimentação contabilizando este valor e margem de segurança. Se não houver ficha técnica, não pode assumir que um servomotor é seguro para executar "à vista".

Condensador junto ao servomotor

Às vezes um condensador electrolítico entre +5V e GND junto ao servomotor ajuda.

Não substitui uma fonte de alimentação adequada, mas pode suavizar uma breve queda no início do movimento.

Para um pequeno servomotor: centenas de microfarads, como 470 uF ou mais, com classificação de tensão acima da tensão de alimentação.

A polaridade do condensador eletrolítico é importante:

  • positivo do condensador para +5V;
  • negativo do condensador para GND.

Se o dispositivo precisar ser confiável, primeiro escolha a alimentação e as fibras condutoras, depois use um condensador como medida adicional.

Exemplo de configuração Klipper

Em Klipper, um servomotor é descrito com uma secção [servo].

Exemplo:

[servo chamber_damper]
pin: PA8
maximum_servo_angle: 180
minimum_pulse_width: 0.001
maximum_pulse_width: 0.002
initial_angle: 90

Comandos:

SET_SERVO SERVO=chamber_damper ANGLE=0
SET_SERVO SERVO=chamber_damper ANGLE=90
SET_SERVO SERVO=chamber_damper ANGLE=180

Os nomes de pinos aqui são típicos. Num dispositivo real, verifique o esquema de pinos da sua placa.

Para mecânica, não comece com 0 e 180 logo. Primeiro teste um intervalo seguro como 60, 90, 120, depois expanda os ângulos.

Exemplo de lógica Arduino/ESP32

A abordagem do Arduino normalmente usa a biblioteca Servo:

#include <Servo.h>

Servo damper;

void setup() {
  damper.attach(9);
  damper.write(90);
}

void loop() {
}

Este é apenas um exemplo da lógica do sinal. A alimentação do servomotor ainda precisa ser concebida separadamente. Mesmo que o fio de sinal esteja ligado ao Arduino ou ESP32, o motor do servomotor não deve sobrecarregar a alimentação do controlador.

O que verificar após a ligação

Antes de montar no alojamento:

  • servomotor recebe a tensão correcta;
  • fonte de alimentação pode lidar com corrente do servomotor;
  • massa do controlador e massa do servomotor são comuns;
  • fio de sinal está ligado ao pino correcto;
  • servomotor se move na direcção correcta;
  • ângulos extremos não quebram o mecanismo;
  • mecanismo não se prende;
  • servomotor não zumbe continuamente;
  • fios não pegam na alavanca ou engrenagens;
  • alimentação não diminui após movimento;
  • controlador não reinicia.

Teste mecânica descarregada e sob carga real. Um amortecedor que se move facilmente à mão pode se prender após montagem no alojamento.

Erros comuns

  • alimentar servomotor a partir de GPIO;
  • alimentar servomotor a partir de um pino fraco 5V da placa;
  • esquecer massa comum;
  • confiar nas cores do fio sem verificar;
  • ligar alimentação ao contrário;
  • usar fios demasiado finos;
  • não contabilizar corrente de arranque e travamento;
  • forçar servomotor a empurrar contra uma paragem mecânica;
  • usar ângulo 0 ou 180 quando o mecanismo real funciona com segurança apenas num intervalo menor;
  • montar servomotor perto de calor sem verificar temperatura de funcionamento;
  • tratar um servomotor de rotação contínua como um servomotor posicional regular.

Pontos-chave

  • Um servomotor tem três linhas: alimentação, massa e sinal.
  • O sinal não alimenta o servomotor.
  • Dispositivos reais frequentemente precisam de uma fonte de alimentação separada de 5V/6V.
  • Massa do servomotor e massa do controlador devem ser comuns.
  • A carga mais perigosa é travamento ou vinculação mecânica.
  • Ângulos extremos precisam de selecção cuidadosa, não 0 e 180 imediatos.
  • Se o controlador reinicia quando o servomotor se move, primeiro verifique a alimentação e a massa comum.

Leitura relacionada