Getriebemotoren Ansteuerung

2007-07-18T03:31:57Z

Pink-ink: Tippfehler korrigiert

Hat man sich entschlossen, für seinen Roboter oder andere Konstruktion einen Getriebemotor zu verwenden, so muss man sich Gedanken machen, wie man ihn ansteuert. Gewöhnlich will man die Motoren ja sowohl in Bezug auf Drehrichtung und Geschwindigkeit über eine Programmiersprache steuern. Daher wird in der Regel erst mal ein Controllerboard benötigt. Leider kann man an die wenigsten Controllerboards einen Getriebemotor direkt anschließen, eine der wenigen Ausnahmen ist das [[RN-Control]]-Board und das RNBFRA-Board. Bei beiden Boards ist es einfach, dort müssen die Getriebemotoren einfach nur an die Schraubklemmen angeschlossen werden, danach kann man sofort mit der Programmierung loslegen.

Ich möchte hier aber aufzeigen, wie man Motoren auch bei anderen Boards anschließen kann. Die gleiche Technik läßt sich natürlich auch nutzen, um z.B. mehr als zwei Motoren an [[RN-Control]] anzuschließen.

==Ansteuerung mit Relais==

Die einfachste Methode, um Motoren per [[Microcontroller|Controller]] anzusteuern, erreicht man durch die Verwendung von Relais. Mit einem Relais, das zwei Umschaltkontakte besitzt, lässt sich über einen einzelnen Controllerport bequem die Drehrichtung wechseln.

[[Bild:hbrueckerelais.gif|center]]

Da auch Relais wegen des Strombedarfes nicht direkt vom Controller geschaltet werden können, wurde in dem oberen Beispiel ein Transistor vorangestellt. Die Diode dient nur dazu, die Spannungen, die beim Ausschalten des Relais induziert werden, abzuleiten. Ohne Diode funktioniert das Ganze in der Regel auch, jedoch könnte der Transistor oder sogar der Controller durch die induzierte Spannung beschädigt werden.
Die Schaltung ist also in der Lage, die Drehrichtung umzuschalten, jedoch nicht in der Lage, den Motor zu stoppen. Um den Motor ganz auszuschalten, müsste man noch ein weiteres Relais vorsehen, das die gesamte Motorspannung abschaltet. Ein Schaltbild können wir uns ersparen, da das Ganze recht ähnlich aussieht.
Der große Nachteil von Relaisschaltungen ist, dass die Geschwindigkeit des Motors nicht geregelt werden kann, zudem haben Relais bei sehr vielen Schaltvorgängen einen gewissen Verschleiß.
Vorteil der Schaltung ist jedoch, das man auch sehr große Lasten/Motoren schalten kann.

==Ansteuerung mit MOS-FET==

Wesentlich günstiger und auch beliebter ist die Ansteuerung von Motoren mit MOS-FETs. Also Transistoren, die quasi leistungslos nur durch Spannungen geschaltet werden und extrem hohe Ströme verkraften. Zu diesem Thema findet man unzählige Beiträge im Roboternetz. Eine der interessantesten Schaltungen, die im Roboternetz vorgestellt wurde, dürfte diese sein:

[[Bild:hbrueckemosfet.gif|center]]

Anmerkung: Den 74HC26N gibts wohl nicht , nur die TTL-Version 74LS26, die HC-Mos-Version lautet 74HC03.

Eine sogenannte H-Brücke, die nur aus zwei MOSFETSs und einem Logik-IC besteht. Mit zwei Controllerports kann diese Schaltung sowohl Geschwindigkeit als auch Drehrichtung regeln. Für die Geschwindigkeit ist ein sogenannter [[PWM]]-Port notwendig. Also ein Port, der durch ein gepulstes Signal den Motor etlichemal innerhalb einer Sekunde ein- und ausschaltet und somit quasi die Leistung regelt (siehe [[PWM]]).
Die Schaltung ist so konstruiert, dass immer nur zwei Transistoren durchschalten. Auf diese Weise fließt einmal der Strom von links oben nach rechts unten und einmal von rechts oben nach links unten, der Motor wird also ähnlich wie bei der Relaisschaltung umgepolt.
Bei niedriger [[PWM]]_Frequenz sollte die Schaltung durchaus für einige Ampere geeignet sein, wobei ca. 8 bis 13V ideal sein sollten.

==Ansteuerung mit Treiber IC L293 D==

Dies ist ohne Zweifel die am häufigsten genutzte Ansteuerung bei Roboter-Bastlern: Man nimmt einfach das IC L293D, denn darin sind sogar zwei H-Brücken enthalten. Also mit einem IC lassen sich ohne weiteres externe Bauteile gleich zwei Motoren ansteuern. Zwar nur bis ca. 600mA, aber das reicht oft schon für kleinere bis mittlere Roboteranwendungen aus.

[[Bild:L293Pinout.JPG|center]]

[[Bild:hbrueckel293d.gif|center]]

Wie aus dem Schaltbild zu ersehen ist, werden für die Ansteuerung jedes Motors 3 Ports benötigt. Die Enable-Leitung führt man oft auf einen PWM-Port welcher wie bei der MOS-FET Schaltung oben die Geschwindigkeit regelt. Die beiden anderen Ports geben die Drehrichtung an. Immer wenn die Ports unterschiedliche Polarität haben dreht der Motor in eine bestimmte Richtung, je nachdem wo Low und High anliegt. Das Besondere ist, dass wenn an beiden Ports der gleiche Pegel anliegt, also zweimal Low oder High, dann wird nämlich der Motor kurzgeschlossen - das fungiert als Bremse. Das Bremsen kann bei Robotern durchaus nützlich sein. Zudem ist bei schnellen Richtungswechseln immer zu empfehlen zuerst kurz zu bremsen, um nicht den Motor oder Motortreiber zu stark zu belasten.

==Ansteuerung mit dem Schaltkreis L298==

Der Schaltkreis L298 ist quasi der große Bruder des L293D. Er beinhaltet auch zwei komplette H-Brücken, kann also auch zwei Motoren ansteuern. Die Pinbelegung ist ebenfalls dem L293D sehr ähnlich, jedoch verfügt er über eine andere Bauform:

[[Bild:L298Pinout.JPG|center]]

Der wichtigste Unterschied besteht jedoch darin, dass jede H-Brücke bei L298 bis zu 2A belastet werden kann. Damit lassen sich also schon wesentlich größere Motoren ansteuern. Ein weiterer Vorzug sind die sogenannten SENSE-Ausgänge, über die der komplette Strom fließt. Oft wird hier ein Hochlastwiderstand angeschlossen, um aus der abfallenden Spannung den genauen Strom berechnen zu können. Dies machen sich Steuerungen wie [http://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=2741 RN-Motor] oder aber andere Schrittmotoransteuerungen zunutze, um den Strom genau zu regeln. Benötigt man keine Strommessung, so müssen die Sense-Ausgänge immer direkt mit GND verbunden werden.

[[Bild:hbrueckel298.gif|center]]

Ein weiteres Schaltbild gibt es hier [http://www.roboternetz.de/bilder/schaltung298getriebe.gif]

==Ansteuerung mit L6205==
Der Schaltkreis L6205 stellt eine etwas modernere Alternative zur L298 Ansteuerung dar. Die Ansteuerung ist praktisch identisch, der Schaltungsaufbau in etwa gleich. Beim L6205 sind keine Freilaufdioden mehr notwendig, dafür ist ein Kondensator und zwei Dioden für die interne Spannungserzeugung notwendig.
Ein großer Vorteil ist auch das kein extra Kühlkörper mehr notwendig ist. Viele integrierte Schutzfunktionen im L6205 sorgen dafür das der Chip nicht so einfach zerstört werden kann. In der Praxis sind die angegeben 2,8A jedoch mit Vorsicht zu geniesen. Bei Testlayouts erwärmten sich die IC´s bereits bei 2A Dauerstrom (PWM) oft so stark das die automatische Temperaturabschaltung reagierte, somit wird man vermutlich ohne Kühlung oder großes Kühllayout auf er Platine auch nicht mehr als beim L298 erreichen.

[[Bild:l6205ic.gif]] [[Bild:l6205pinbelegung.gif]]

[[Bild:l6205.gif|center]]

==Noch mehr Power gewünscht?==

Obwohl der L298 schon einiges abdeckt, so kommt er spätestens bei den Scheibenwischermotoren langsam an seine Grenzen. Bei starker Belastung können solche Motoren kurzzeitig bis ca. 10 A und mehr ziehen. Für solch starke Motoren gibt es jetzt einen ganz interessanten Motorchip aus dem KFZ-Bereich: vnh3sp (Datenblatt im Roboternetz Download-Bereich).
Mit ihm lassen sich sogar recht große Motoren ansteuern; vorausgesetzt, man kühlt ihn entsprechend, so verträgt der Chip bis zu 30A. Aber selbst ohne Kühlung bietet er bedeutet mehr Leistung als der L298. Das Schöne, die Ansteuerung ist kaum anders als beim L298 und L293D.

Kleiner Nachteil: Da es ein SMD-Chip mit 1mm Kontaktabstand ist, muss man schon eine geeignete Platine (spezielles Layout mit Kühlflächen) und etwas Löterfahrung besitzen. Inzwischen gibt es aber schon verschiedene RN-Projekte mit dem Chip (RN-Power, RN-Mini H-Bridge), Platinen und Chip können über den [http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/index.php Robotikhardware.de-Platinenservice] bezogen werden.

[[Bild:minihbridge_ansteuerung.gif|center]]

Alternativ zum [[SMD]]-Chip VNH3SP30 gibt es noch die Alternative VNH2SP30. Dieser Chip erlaubt zwar nur Motorspannungen zwischen 6 und 16 Volt, jedoch hat er einen wesentlich geringeren Innenwiderstand und wird deshalb nur etwa halb so warm wie der VNH3SP30.
Aus diesem Grund eignet er sich auch ideal für kleine Doppelmotorsteuerungen.
Natürlich gibt's auch hierfür ein Projekt und eine Bauanleitung, siehe [[RN-VNH2Dualmotor]]

Das Schöne ist, dass es dieses RN-Projekt jetzt auch auch als Fertigmodul gibt!

[[Bild:rndualmotoransteuerung.jpeg|center]]

==Endstufen mit I2C-Bus / RS232==
[[Bild:motctrl.png|thumb|Motoransteuerung über RS232, I2C, RC]]Verwendet man eine der oben vorgestellten H-Bridges, so wird immer vorausgesetzt das ein PWM-Signal und mehrere Ports zur Ansteuerung bereitstehen. Ist dies nicht der Fall weil diese vielleicht schon belegt sind, so lassen sich Endstufen durch einen zusätzlichen Microcontroller auch um beliebige Schnittstellen erweitern. Insbesondere über I2C lassen sich dadurch mehrere Motorboards über einen einzigen Bus ansteuern. Ein Beispiel ist der programmierte Controller MOTCTRL, der speziell für diese Aufgabe gedacht ist. Die Grundscháltung sieht man in der rechten Skizze.

==Und nie vergessen Motoren zu entstören==

Das Entstören dient dazu, das sogenannte "Bürstenfeuer" zu verhindern, wodurch Störungen hervorgerufen werden könnten. Und so wirds gemacht:

[[Bild:entstoerung.gif|center]]

==Siehe auch==
* [[Getriebemotoren]]
* [[RN-VNH2Dualmotor]]

==Weblinks==
* [http://www.roboternetz.de/phpBB2/motordrehmoment.php Drehmoment Berechnung]
* [http://www.roboternetz.de/motoruebersicht.html Motoren Übersicht]
* [http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/index.php?cPath=65 Bauteilesets]
* [http://www.roboternetz.de/robotertutorial.html Roboter-Tutorial]
* [http://www.roboternetz.de Roboternetz Forum]

[[Category:Robotikeinstieg]]
[[Category:Praxis]]
[[Category:Grundlagen]]
[[Category:Motoren]]
[[Category:Elektronik]]

Leiterplatten Entwicklung - Programme

2007-03-06T01:37:38Z

Pink-ink:

== Vorwort ==
Leiterplatten Entwicklung war früher ein, für den Hobbyanwender, recht mühsames unterfangen.
Entweder wurden die Leiterbahnen und "Pad's" direkt auf die Kupferschicht, mit einem ätzfesten Stift gezeichnet oder zunächst auf Folie/Papier gezeichnet und dann mittels Fototransfer auf die Platine übertragen.

Heute stehen hierfür sehr umfangreiche aber dennoch mehr oder weniger leicht bedienbare Programme zur Verfügung, welche einen Entwurf von Leiterplatten erleichtern.

Oft stehen verschiedene Versionen z.T. auch kostenlose Testversionen oder Versionen für den Hobby-Anwender zur Verfügung.

Hier eine Liste von freien und kommerziellen Programmen welche es erlauben Leiterplatten mit dem Computer zu designen.

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: '''Hier soll nicht der Umgang (Bedienungsanleitung) mit den beschriebenen Programmen sondern die Verfügbarkeit von verschiedenen Programmen und deren Usability im Vordergrund stehen.'''

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== Die wohl bekanntesten PCB Programme: ==
:* EAGLE
:* TARGET
:* Sprint-Layout
:* PCB-POOL®Edition
:* ORCAD
:* KiCAD
=== Weitere Programme ===
'''z.T. kommerzielle, limitierte, freie und z.T nicht mehr verfügbare Cad Programme'''
:* Protel
:: nicht mehr verfügbar (jetzt Altium)
:* Altium Designer
:* PROTEUS
:* ULTIBOARD
:* EASY PC
:* EDWIN
:* QUICK ROUTE
:* ARIADNE
:* AUTOENGINEER
:* BPECS32
:* CADSTAR
:* CADint
:* CIRCUIT LAYOUT
:* CIRCUIT CREATOR
:* CIRCAD

Diese Liste kann noch weitergeführt werden, was allerdings leicht dazu führt den Überblick zu verlieren.
Diese Liste wird/kann im Laufe der Zeit mit Kommentaren und Erfahrungswerten versehen bzw. aktualisiert werden.
Auch Streichungen und Erweiterungen sind gestattet (bitte nicht übertreiben).

== AddOns für diese Programme ==
:* Eagle3D
:: eine kostenloses 3D Zusatzprogramm für Eagle

== Bewertungen und Infos zu den gelisteten Programmen ==
''Info, Empfehlungen und Kritik zu den vorgestellten Programmen''

::* EAGLE
::** Dieses Programm kann man hier im Roboternetz wohl als 1. Wahl bezeichnen, da die meisten Anwender hier hiermit arbeiten. Die kostenlose Version erlaubt Platinen bis zu 80mm x 100mm mit Schaltplan und Autorouter auf zwei Signal-Ebenen (Dual-Layer) zu erstellen. Auch eine sog. Studenten-Version (aber nicht nur diese) ist zu sehr guten Konditionen zu erwerben.
::** Nachdem die Einarbeitungsphase überwunden wurde, sehr gut zu bedienendes Tool.
::** Der Autorouter liefert (wie viele andere Programme auch) nur teilweise brauchbare Ergebnisse.
::** Gut ist die Verlinkung von Schaltplan und Board. Änderungen, die man im Schaltplan macht, werden automatisch auch in der Board-Ansicht vorgenommen. Dadurch bleiben Schaltplan und Board konsistent (funktioniert aber nur, wenn beide Ansichten geöffnet sind).
::* Eagle3D
::** bereits in der Entwurfsphase kann einem dieses Tool bei Design-Fehlern (LookOut) gute Dienste leisten
::** leider ist das erstellen von eigenen Bauteilen (noch) etwas aufwendig.
::** Auch eine Animation (Flug über die Platte) soll möglich sein...
::** Sieht einfach klasse aus und macht auch Spaß damit zu 'Spielen'
::: '''INFO:''' Benötigt weitere Zusatzsoftware (auch als Freeware/GNU), mehr dazu auf der Homepage

== Weblinks ==
'''Programme'''
* [http://www.cadsoft.de/ Eagle Homepage von CadSoft]
* [http://www.ibfriedrich.com/home.htm Target 3001 Homepage von Ing.-Büro FRIEDRICH]
* [http://www.abacom-online.de/html/demoversionen.html Sprint-Layout Homepage von ABACOM Ingenieurbüro GbR]
* [http://www.pcb-pool.de/html_de/de_service_1.htm free PCB-POOL Homepage von Beta LAYOUT GmbH]
* [http://www.altium.com/Products/AltiumDesigner/ AltiumDesigner Homepage von Altium Limited.]
* [http://www.lis.inpg.fr/realise_au_lis/kicad/ KiCAD-Homepage]
'''AddOn's'''
* [http://www.matwei.de/doku.php?id=de:eagle3d:eagle3d Eagle3D Homepage von Matthias Weißer]


--[[Benutzer:Darwin.nuernberg|Darwin.nuernberg]] 12:39, 3. Feb 2007 (CET)
{{Ausbauwunsch|Was Euch noch dazu einfällt, Erfahrungen mit diesen Programmen usw., Kommentare}}

==Siehe auch==
* [[Leiterplatten herstellen]]
* [[CAD]]
* [[PCB]]

[[Kategorie:Grundlagen]]
[[Kategorie:Praxis]]
[[Kategorie:Software]]

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