Система управления двигателем для поездов LGB

В настоящее время я экспериментирую со схемой управления двигателем для своего садового поезда. Я потратил некоторое время, пытаясь изучить основы управления двигателем, а также сделал несколько прототипов. Наконец-то я остановился на дизайне, но у меня есть несколько разных вопросов, на которые я был бы признателен, если бы кто-то из опытных помог мне ответить.

Вопрос состоит из двух частей: (а) обзор системы и (б) несколько вопросов, касающихся дизайна. Я знаю, что это составной вопрос, но я не смог найти осмысленного способа их разделения.

Системный Обзор

Идея состоит в том, чтобы построить простую систему управления садовой железной дорогой. Сад под рукой небольшой, удаленно расположенный. Единственным источником энергии будут батарейки, которые я принесу. Компоновка также со временем будет автоматизирована, но локомотивы будут управляться вручную, вероятно, по радиоканалу.

Фигура:http://avendi.se/stackexchange/dpower-system-overview.png

Путь будет использоваться как силовая шина: к рельсу будет последовательно подключена батарея LiPo или два автомобильных аккумулятора, чтобы обеспечить питанием весь подвижной состав, а в будущем — лампы, выключатели и так далее.

Локомотивы будут питаться от пути, но будут получать команды по радио. Надеемся, что в будущем локомотивы будут полностью автоматизированы.

Локо-Контроль

Каждый локомотив будет оснащен небольшой схемой управления. Цель состоит в том, чтобы иметь возможность управлять двигателем постоянного тока, а также управлять приводом. Драйвер сосредоточен на схеме H-моста (L6202), а управление - на микроконтроллере (ATmega328).

Фигура:http://avendi.se/stackexchange/dpower-loco-control.png

Поскольку неизвестно, как локомотив был размещен на пути, выпрямитель стоит первым в очереди, чтобы изначально дать нам линию питания постоянного тока. Затем эта мощность подается на два разных регулятора напряжения. Один из них — поддержка ATmega328 и любого другого радиорешения, которое будет выбрано, а другой — поддержка драйвера двигателя.

Вопросы

Теперь, когда я объяснил всю систему, вот вопросы:

  1. Регулятор напряжения для микроконтроллера (LM2937) должен снизить напряжение примерно с 20 В постоянного тока до 5 В постоянного тока. Я предполагаю, что большая часть его будет превращена в тепло. Есть ли способ избежать этого?

  2. Микроконтроллер не будет потреблять много тока, но двигатель будет, и я предполагаю, что могут быть шумы и переходные процессы при запуске и остановке двигателя. Нужно ли защищать микроконтроллер (или его регулятор напряжения) от этого? Если да, то как?

  3. Как я могу защитить LiPo от короткого замыкания или других проблем? Я не хочу возгорания LiPo.

Думаю, это самые важные вопросы. У меня много коротких вопросов, но я думаю, что большие вопросы. Если вы обнаружите какие-либо другие проблемы или улучшения, сообщите мне об этом.

Почему бы вам не использовать DCC - это то, для чего он разработан и дает вам массу возможностей. en.wikipedia.org/wiki/Digital_Command_Control
Эта мысль пришла мне в голову, и я осознал, что довольно близок к нормальной работе DCC в своей конструкции. Прямо сейчас я просто хочу быть действительно простым и понятным. Я хочу собрать электронику самостоятельно, и хотя я мог бы построить декодер DCC, мне было бы гораздо труднее построить командную станцию ​​DCC и усилитель. Теоретически я мог бы получить готовый компонент, но цена значительно выше, чем я готов заплатить прямо сейчас, и мне нужно найти решение, которое не требует электрической розетки на 220 В переменного тока в саду. Спасибо, что поделились!
DCC не должен быть таким сложным, как вы думаете: usuaris.tinet.cat/fmco/dccgen_en.html , особенно учитывая, что у вас все еще есть «радиоприемник» в качестве черного ящика. Вы также можете изучить «Hornby Zero One», раннюю (конец 1970-х) британскую систему, которая была простым предшественником DCC.
Спасибо, это была очень ценная ссылка! Я обязательно посмотрю на это. Если это так просто, как кажется, я мог бы преобразовать управление локомотивом в настоящий декодер DCC. :-)
Радиоприемник, вероятно, будет моим старым радиопередатчиком и приемником Hitec RC. Микроконтроллеру нужно будет просто декодировать сервоимпульс для одного из каналов, чтобы определить скорость и направление.

Ответы (2)

Я бы не стал беспокоиться о потерях от регулятора напряжения микроконтроллера. Да, большая часть энергии уходит на выработку тепла. Но ток, необходимый микроконтроллеру, будет настолько мал по сравнению с двигателями, что, вероятно, не стоит беспокоиться. Подробнее о том, как рассчитать, сколько тепла будет, см. в разделе Мой линейный регулятор напряжения очень быстро перегревается .

Я бы посоветовал отказаться от регулятора напряжения для двигателей. Двигатель с ШИМ-управлением уже является понижающим преобразователем , поэтому, пока вы не превышаете максимальное напряжение драйвера, вы, вероятно, в безопасности. Номинальное напряжение для двигателей обычно представляет собой максимальное длительное напряжение, которое они могут выдержать, но пиковое напряжение намного выше, ограничиваясь в основном только изоляцией обмоток. Пока ваш контроллер двигателя выполняет свою работу по ограничению тока и, следовательно, мощности и тепла для двигателя, привод двигателя с более высоким напряжением подходит. Добавление регулятора в систему просто делает ее более неэффективной.

Двигатель будет издавать шум. Уменьшите его, включив множество обходных конденсаторов, от маленьких вокруг каждой микросхемы до больших для питания двигателя. Кроме того, расположите печатную плату и кабели так, чтобы минимизировать площадь контура, через который проходит ток двигателя. Это сведет к минимуму индуктивность этой петли и, таким образом, уменьшит ее индуктивную связь со всем остальным в вашей цепи. Помните, что ток двигателя протекает не только через положительный источник питания, но и через землю. Держите эти токи подальше от земли микроконтроллера. Ваш двигатель достаточно мал, поэтому вам не потребуется никаких экстраординарных мер, кроме хорошей компоновки и стандартной практики, чтобы поддерживать уровень шума на приемлемом уровне. У меня есть предыдущий ответ о шумес некоторыми более подробно. Кроме того, линейный стабилизатор обычно лучше подавляет шум источника питания, чем понижающий преобразователь: еще одна причина сохранить стабилизатор на 5 В.

Я недостаточно эксперт по батареям, чтобы решить ваши проблемы, кроме простых советов, таких как включение предохранителя. Это похоже на то, что вы могли бы легко выделить в отдельный вопрос и получить хороший совет, если после проведения некоторых базовых исследований вам потребуются дополнительные разъяснения.

Спасибо за ответ! Дополнительный вопрос: в случае, когда локомотив простаивает, а единственное, что потребляет энергию на пути, - это локомотив, выдержит ли микроконтроллерный регулятор напряжения?
Не понимаю, почему бы и нет.
Согласно связанной статье о регуляторах напряжения, я нахожусь в похожей ситуации. У меня падение напряжения 19В, а ток около 200 мА. LM2937 — это линейный стабилизатор. Обменять ли его на коммутируемый?
Используйте импульсный регулятор, если у вас есть место, конечно. Я предполагал, что отдача будет больше похожа на 1 мА для микроконтроллера, и забыл посчитать радиоприемник.
@DavidPettersson 200 мА звучит как много для радиоприемника и микроконтроллера. Я бы сначала попытался уменьшить это, но если это невозможно, начинает иметь смысл импульсный стабилизатор.

  1. Используйте понижающий преобразователь, чтобы избежать потери мощности при понижении напряжения. У Dimension Engineering есть несколько хороших модулей, и отличное введение здесь .

  2. Это зависит от вашего конкретного регулятора, но проще всего поставить несколько конденсаторов как на источник питания двигателя, так и на шины чувствительной электроники.

  3. Предохранитель — самый простой способ защиты, но его необходимо заменять каждый раз, когда происходит короткое замыкание на шинах. Прерыватель постоянного тока защитит ваши батареи и сбрасывается после короткого замыкания.

Система управления двигателем для поездов LGB
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v