Návrh řešení HW verze 2.0

 

Od zveřejnění první HW verze mého pozicionéru k motorové jednotce Egis EPR-203 v květnu 2020 uběhly už téměř 2 roky. Za tu dobu jsem sbíral zkušenosti z provozu a přemýšlel, co mi na první verzi vadí, jak tuto jednotku upravit a vylepšit. Ukázalo se, že nových funkčností by mohla být celá řada.

Hlavním důvodem pro vznik nové verze byla potřeba řídit rychlost otáčení motorů. Při přímém připojení / odpojení plného napětí 24V k motorům docházelo při jejich rozběhu a zastavení k velkým mechanickým rázům. Měl jsem obavy, že větší hmotnost paraboly a upevňovacího držáku by mohla mechaniku Egisu poškodit. První návrh impulzní regulace jsem zde zveřejnil už v listopadu 2020. Postupem času se ale tento návrh významně změnil, proto jsem tehdejší článek nahradil touto přepracovanou verzí.

Ve srovnání s původním provedením HW ver.1.0 došlo v novém návrhu k těmto změnám:

  1. Spínací relé napájení motorů byla nahrazena elektronickou verzí s obvodem L6203
  2. Bylo doplněno ovládání třetího stejnosměrného motoru
  3. Bylo doplněno čtení informací z případných čidel třetího motoru
  4. Bylo doplněno ovládání dvou servomotorů
  5. Byla prověřena možnost propojení pozicionéru a motorů kabely dlouhými alespoň 10 m
  6. Z konektoru RPI byly vyvedeny signály SPI a I2C na samostatné svorky

HW verze 2.0 nebude softwarově kompatibilní s HW verzí 1.0. Důvodem je to, že dva výstupy z RPI určené pro hardwarové řízení impulzní regulace PWM (GPIO 12, 19) byly původně použity na něco jiného. Proto jsem musel přerozdělit dostupné piny GPIO. S tím souvisí i použití varianty RPI. Verze 3B by měla stačit, protože má k dispozici 4 HW PWM kanály. Dokumentace je ale poněkud zavádějící, protože popisuje sdružení kanálů PWM do dvojic. Zatím mi není zcela jasné, jestli jsou tyto kanály vzájemně nezávislé, nebo jaké má vzájemná závislost důsledky. V každém případě volbou RPI 3B+ nic nepokazíte.

Raspberry Pi3

Obr. 1 - Počítač Raspberry Pi

Důvody změny podle bodu 1) už byly vysvětleny. Jen doplním, že u paraboly větších rozměrů je důležité její přesné nasměrování. A to se mi s rychlým chodem motorů moc nedařilo. Po zpomalení pohybu paraboly bude její přesné nasměrování mnohem snazší. Ukázalo se, že použitý spínaný zdroj MEAN WELL LRS-75-24 s výkonem 75W je dostatečně dimenzovaný i na to, aby napájel případný třetí doplňkový motor.

 MEAN WELL LRS-75-24

Obr. 2 - Modul spínaného zdroje MEAN WELL LRS-75-24

K bodu 2) mě vedl fakt, že když se parabolou nepohybuje po polární dráze, je potřeba při příjmu lineární polarizace nastavovat skew LNB. Při procházení různých webových stránek jsem nacházel konstrukce mechanických polarizérů se stejnosměrným motorkem. Nechal jsem se inspirovat řešením s motorem z webových stránek www.dcmotory.cz. Tyto motory lze vybírat z mnoha výkonostních variant a pro různá napájecí napětí. Jde je doplnit planetovou převodovkou s různými stupni převodu. Dále je možné přidat i senzor otáčení s dvěma hallovými snímači, pro které jsou připraveny vstupy podle bodu 3). Já jsem si pro své pokusy vybral motor PG320-24-264-BE.

Jeho označení znamená:

  • PG320 = síla a rozměry motoru
  • 24 = napájecí napětí 24V
  • 264 = včetně převodovky s převodem 1:264
  • B = kuličková ložiska
  • E = včetně snímače otáček

 L6203Thumb

Obr. 3 - Motor PG320-24-264-BE

K bodu 4) mě vedl fakt, že existují různá satelitní příslušenství ovládaná servomotorem. Jako příklad uvedu Chaparral corotor nebo mechanický polarizér Hirchmann CSP 1210 C. Stejně tak pro vlastní konstrukci mechanického polarizéru lze použít servomotor. Nějaký čas jsem uvažoval o modelářském servu MG996R, jak je zřejmé z diskuze pod článkem. Proto jsem se rozhodl doplnit můj pozicionér o možnost řízení dvou servomotorů.

Servomotor MG996R

Obr. 4 - Součásti ovládané servomotorem

K bodu 5) mě přinutila nepříjemná zkušenost s utopením první konstrukce řídící jednotky. I když byla umístěna ve vodotěsné krabici, nebyla tato krabice dostatečně „vzduchotěsná“. V průběhu času docházelo ke kondenzaci vzdušné vlhkosti v krabici a během několika měsíců tato voda zcela vyřadila jednotku z provozu. Proto jsem se rozhodl pro možnost připojení motorů a čidel dostatečně dlouhými kabely, aby bylo možné pozicionér umístit do prostředí bez přímého působení počasí. Jednotka pak nemusí být uzavřená ve vodotěsné krabici a tím se usnadní její větrání a chlazení výkonových prvků.

6) Když jsem si prohlédl připojení nového HW k RPI, všiml jsem si, že jsem použil všechny samostatné univerzální GPIO porty. Zbyla už jen čtyři specializovaná rozhraní.

  • I2C EEPROM pro seriové číslo výrobku a podobné informace podle specifikace HAT
  • UART
  • I2C sběrnice pro obecné využití
  • SPI sběrnice pro obecné využití.

První sběrnici pro identifikační EEPROM používat nebudu. Nejsem průmyslový výrobce a nepotřebuji instalovat do linuxu žádné zpeciální ovladače podle specifikace HAT. Všechna potřebná identifikační data lze uložit do souboru na disk. O použití sběrnice UART také neuvažuji. Tyto piny se spíš mohou hodit jako další dva univerzální porty GPIO. Pro jistotu jsem je zatím nepoužil. Sběrnice I2C a SPI mi připadají celkem užitečné. Proto jsem se rozhodl je vyvést na samostatnou externí svorkovnici pro budoucí snadné použití. Už dnes existuje spousta konstrukcí, které využívají těchto rozhraní k připojení nejrůznějšího HW k Raspberry Pi. Například meteostanici. Stále častější nás meteorologové varují před silným nebo  nárazovým větrem. To jsou informace, které majitele velké paraboly jistě nenechají klidným. A tak by mohlo být zajímavé umístit poblíž paraboly snímač rychlosti a směru větru a pomocí bezdrátového modulu 433 MHz jej připojit právě přes sběrnici SPI k pozicionéru. Jako doplňková informace by to mohlo být docela efektní. Ale to je už hudba budoucnosti.

05Modul433mhzThumb

Obr. 5 - Modul Wi-Fi 433 MHz

Tak toto je zhruba moje představa o nové konstrukci ovládací jednotky. Pokud byste k ní měli nějaké rady, dotazy nebo připomínky, neváhejte napsat do komentářů na konci článku. Pokud byste se chtěli pustit i do rozsáhlejší diskuze, zkuste diskuzní fórum tady.

 

Komentáře   

# Servomotor,Onačila 2020-11-25 08:34
Dúfam, že bude spoľahlivý. Moje skúsenosti so servami pre modely nie su dobré. Mechanika je síce výborná, kovová, ale motorčeky nevydržia. Mne už odišli dva - poškodí sa komutátor. Preto som nekupoval ďalšie, ale vymenil som samotné motorčeky (po určitej úprave). Použil som motorčeky k mechanikám CD/DVD prehrávačom, ktoré sú na pohon vretena a tie už držia. Iná kategória spoľahlivosti sú serva priamo používané v mechanických polarizéroch Chaparral, alebo aj iných. Jedno také mi otáča s LNB už pár rokov. Tie modelárske odišli po niekoľkých mesiacoch.
Odpovědět
# Odp.: Servomotor,Hugocz 2020-12-03 11:28
Ještě je otázka, jak často je potřeba s LNB otáčet. Pokud je to náhrada polarizační výhybky, pak by mohl motorek dostávat dost zabrat při neustálém přepínání mezi H a V polarizací. Já budu natáčet LNB jen jako kompenzaci při otočení paraboly na jinou pozici. A to už bude výrazně menší provozní zatížení. No, motorek mám koupený, tak to s ním zatím zkusím a uvidím.
Odpovědět
# Odp.: Servomotor,Hugocz 2020-11-26 07:18
Díky za poznámku. Já jsem nikdy nemodelařil, tak tyto motorky neznám. Myslel jsem, že kovové převody a kroutící moment jsou dostatečnou zárukou kvality. Už proto, že je tak moc zatěžovat nehodlám.

Chaparral už mám nachystaný na C-band, takže vím, že servo do něj se dá koupit i samostatně. To modelářské bude možná dostupnější. Ale to nemusí být důležité. Nejspíš půjde použít jakékoliv servo. Prověřím na prototypu.

V CD/DVD přehrávačích jsou serva? Nejsou to krokové motory? Ty mají jiný způsob ovládání. Nejen HW rozhraní, ale i ovládací program by musel být jiný.
Odpovědět
# motorky CD/DVDOnačila 2020-12-02 19:37
u bežných prehrávačoch sú to obyčajné komutatorové motorčeky. U lepších značiek sú používané viacfázové motorčeky, ale tie na to nie sú vhodné, zbytočná komplikácia s ovládaním.
Odpovědět