PIC18F452 CCS C - Yazılımsal PWM ile Servo Motor Sürme

Bu yazımda daha önce Arduino kullanarak sürdüğümüz servo motoru aynı şekilde PIC ile yapmaya çalışacağız. Bildiğiniz gibi Arduino, kütüphaneleri sayesinde  işimizi çok kolaylaştırmakta fakat aynı durumu PIC için söyleyemeyeceğim. Kütüphane kullanmadan yazılımsal PWM ile servoyu CCS C kullanarak kontrol etmeye çalışacağız.

Öncelikle servo motorlar hakkında detaylı bilgi için Arduino ile yaptığımız uygulamanın yazısını okumanız yeterli olacaktır.Bağlantı linki;

http://arduinotik.blogspot.com.tr/2014/05/arduino-pwm-ile-servo-motor-surme.html




 
Yazılımsal PWM oluşturma mantığımız soldaki gifte görüldüğü gibi olacak. Toplamda 20 ms'lik bir sinyal üretip 0 Derece için 1ms, 180 Derece için 2 ms lik bir duty cycle oluşturacağız. En azından teorik olarak. Çünkü kullandığım servo motor (SG90), 550us-2550 us'lik duty cycle ile çalışmakta. Tabii ki sinyal genişliğimiz yine 20ms olacak.





Yazılım kodlarını atmadan önce yaptığım işlemlerden kısaca bahsetmek istiyorum. Öncelikle servo motor için aç-kapa mantığı ile (led yakıp söndürme ile aynı) bir fonksiyon oluşturdum. Bu açma-kapama süreleri arasında kullandığım gecikme zamanlarını da potansiyometreden okuduğum adc değerleri ile belirledim. Yani servo motor potansiyometreden okundan adc değerine göre açıyı belirleyip konum alacak.

Neden donanımsal PWM kullanmadım ? Çünkü PIC ile 50 Hz'lik donanımsal PWM sinyali oluşturamıyorum. Bu yüzden yazılımsal PWM'i tercih ettim.

#include <main.h>
#include <flexy_lcd.c>
#use fast_io(a)
#use fast_io(d)

unsigned long int i=0,aci=0;

void servo(unsigned long int b,c)
{
 output_high(pin_d7);
 delay_us(550+b);  // PWM Dolu Kısım
 output_low(pin_d7);
 delay_us(19450-b);  //PWM Dolu Kısmı 20 ms'e tamamlayacak kısım
 printf(lcd_putc,"\fAci = %u Derece",c);
 continue;
}

void main()
{ set_tris_a(0x01);
 set_tris_d(0x00);
 output_d(0x00);
 setup_adc(adc_clock_div_16);
 setup_adc_ports(AN0);
 set_adc_channel(0);
 lcd_init();
 while(1)
 {
  i=read_adc();
  aci=i*2/11.1;
  i=i*2;
  servo(i,aci);
 } 
}

LCD kütüphanenizi kendinize göre belirlemeyi unutmayın.

Potansiyometrenin orta ucunuz A0 pinine, Servo motorun PWM ucunu da D7 pinine bağladım.

Ayrıca Servo motoru toprak uçları aynı olmak şartıyla başka bir kaynaktan beslemenizde gerekiyor.

SG90 Tower Pro Servo Motoru  550us-2550us arasında çalışıyor. Yani her şekilde en az 550 mikrosaniyelik bir PWM sinyalimiz olacak ve açı eklemelerimiz bu sürenin üzerine olmalı. En fazla da 2550 mikrosaniye.

Kabaca bir hesapla 10 bitlik ADC kullanarak 1023 değerini elde ettiğimizde PWM sinyalimizin doluluğun 2550 mikro saniye olması gerekiyor. Yani,

550+ADC.X=2550  denkleminde ADC yerine 1023 koyarsak,

X= 1,955 çıkıyor. delay_us fonksiyonunu kullanırken içinin tam sayı olması için bu değeri 2'ye yuvarladım. Ondalıklı değerlerde sıkıntı çıkıyor çünkü.

LCD'de açıyı göstermek için de, servonun her 1 derecelik dönüşünün 11.1 us olduğunu hesapladım. Dolayısıyla 2 ile çarptığım değeri 11.1'e böldüğümde açı değeri çıkıyor.

(2550-550) / 180 = 11.1 us

void servo fonksiyonu ile de  minimum 550us'lik lojik-1 ve bunu 20000us (20ms) ye tamamlayacak lojik-0  (20000-550=19450 us) değelerinden; lojik-1'e  2 ile çarptığımız ADC değerini ekler, lojik-0'dan da bu değeri çıkarırsak servomuzu sürebiliriz. 
PWM sinyalimizin frekansının  her zaman 50Hz, periyodunun da 20ms olduğuna dikkat ediniz.

Bu arada kullanmış olduğum

header dosyasının kodları da aşağıda ve siz direkt yazılımın başına ekleyebilirsiniz dilerseniz. Ya da benim kullandığım gibi ana programın olduğu klasöre atıp include edebilirsiniz.

#include <18F452.h>
#device adc=10

#FUSES NOWDT                  //No Watch Dog Timer
#FUSES HS                     //High speed Osc (> 4mhz for PCM/PCH) (>10mhz for PCD)
#FUSES NOPUT                  //No Power Up Timer
#FUSES NOPROTECT              //Code not protected from reading
#FUSES NODEBUG                //No Debug mode for ICD
#FUSES NOBROWNOUT             //No brownout reset
#FUSES NOLVP                  //No low voltage prgming, B3(PIC16) or B5(PIC18) used for I/O
#FUSES NOCPD                  //No EE protection
#FUSES NOWRT                  //Program memory not write protected
#FUSES RESERVED               //Used to set the reserved FUSE bits

#use delay(clock=20000000)

Uygulamanın videosu;

PIC16F877A CCS C - PWM ile DC Motor Sürme

Arduino ile DC motor sürmüştük. Aynı uygulamayı PIC ile yapmak isteyenler için bu yazıyı oluşturdum. 
0-1023 arası okunan ADC değerini, 0-255 arasında bir değere dönüştürerek motoru istediğimiz hızda süreceğiz.
Şemada npn,pnp ve mosfet kullanarak oluşturulmuş bir sürücü devresi var. İsterseniz Arduino ile yaptığımız uygulamadaki sürücü devresi ile de bu uygulamayı gerçekleştirebilirsiniz.2N2222 transistörünü kullanabilirsiniz. Tek transistörlü sürücü devresi için,

Arduino ile DC Motor Sürme

Uygulama kodlarına geçmeden önce belirtmek istediğim birşey var. LCD kütüphanesini ben kendime göre ayarlamıştım. LCD devresini oluştururken kablolamaları kendi kütüphanenize uygun olarak bağlayın ve yazılımın LCD ile alakalı yerlerini de yine aynı şekilde kendinize göre oluşturun . 

#use fast_io(a) 
#use fast_io(c)
unsigned long int data,k; //data=adc değeri, k pwm değeri olacak
#include <flexy_lcd.c> // kendi LCD kütüphanenizi yazın
void main()
{
   setup_adc_ports(NO_ANALOGS);
   setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2);
   setup_psp(PSP_DISABLED);
   setup_spi(SPI_SS_DISABLED);
   setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1);
   setup_timer_1(T1_DISABLED);
   setup_timer_2(T2_DIV_BY_16,255,1); // PWM için timer2 kullanılıyor, maksimum değeri 255 olarak ayarladık
  
  
   set_tris_a(0x01);
   set_tris_c(0x00);
   setup_ccp1(CCP_PWM); //17 nolu pin, RC2   
   setup_adc(adc_clock_div_32);
   setup_adc_ports(AN0); // AN0 'ı ADC portu olarak ayarladık
   lcd_init();
   set_adc_channel(0); //ADC kanalını setledik
   set_pwm1_duty(k); // PWM'i setledik
   delay_us(20);  
   while(1)
   { 
   data=read_adc();     //Datayı okuyoruz.
   k=(data*0.249266862); //0-1023 arası okunan değeri 0-255 arası değere çeviriyoruz
   set_pwm1_duty(k);  //PWM sinyalini gönderiyoruz.
   printf(lcd_putc,"\fADC=%Lu \nPWM=%Lu",data,k); // LCD'ye yazdırıyoruz.
   delay_ms(100); 
      }
}

Projeyi oluşturduğumuz klasörün içerisinde bir de .h uzantılı bir dosyamız var. Onun içinde bir kaç değişiklik yapmamız gerekiyor. 8 olan ADC değerini 10 yapmak gibi.

#include <16F877A.h>
#device ADC=10  //ADC değeri genelde 8 oluyor burda , 10 yapıyoruz

#FUSES NOWDT                    //No Watch Dog Timer
#FUSES HS                       //High speed Osc (> 4mhz for PCM/PCH) (>10mhz for PCD)
#FUSES NOPUT                    //No Power Up Timer
#FUSES NOPROTECT                //Code not protected from reading
#FUSES NODEBUG                  //No Debug mode for ICD
#FUSES NOBROWNOUT               //No brownout reset
#FUSES NOLVP                    //No low voltage prgming, B3(PIC16) or B5(PIC18) used for I/O
#FUSES NOCPD                    //No EE protection
#FUSES NOWRT                    //Program memory not write protected
#FUSES RESERVED                 //Used to set the reserved FUSE bits
#FUSES XT

#use delay(clock=4000000) //delay fonksiyonunu kullanmak için OSC frekansını girdik.

Kolay gelsin :)

Arduino - PWM ile Servo Motor Sürme

PWM ile DC motor sürmüştük. Şimdi ise aynı yöntemle Servo motor süreceğiz.Fakat transistörlü anahtar kullanmayacağız.Çünkü servo motor kendi içerisinde PWM sinyalini algılayabilecek ekipmana sahip.





Servo Motor Nedir ?
Servo motor özellikle robotik uygulamalarda kullanılan bir motor çeşitidir. Servo motorlar da çıkış; mekaniksel konum, hız veya ivme gibi parametrelerin kontrol edildiği bir düzenektir. 
PWM sinyal ile DC motorun hızını kontrol ederek sürmüştük. Servo motor ise DC motor gibi sürekli dönen bir yapıya sahip değildir. 360 veya 180 derece dönebilen motorlardır ve mühim olan bu motorlarda hız değil açı değeridir. PWM ile servo motor kaç derece dönmesi gerektiğini algılar ve sinyalin istediği derece kadar döner. Uygulamamızda bunu daha iyi anlayacağız.


Towerpro SG90 Servo Motoru
Piyasada bulunan en ucuz servo motor Towerpro SG90 markalı motorudur. Motor 180 derece dönebilmekte ve ekipmanları da fena değil. Kablolarının bağlantıları da aşağıdaki resimde.

PWM yazan kabloyu Arduino'muzun 9 nolu pinine takacağız ve potansiyometre ile ölçtüğümüz analog değeri açıya dönüştürüp PWM ile motoru süreceğiz.

!!! Programı yazarken Servo'yu 170 derece döndürebildim. 180 derece döndürmek için map komutunu ya da açı değerini float olarak girmeme rağmen bu sorunu çözemedim.

Arduino Komutlarımız ;

#include  //Arduino'nun kendi Servo Kütüphanesi var

int potPin = 0;  
int servoPin = 9;
Servo servo;  // servo ismiyle servo motorumuzu tanıttık

void setup() 
{ 
  servo.attach(servoPin);  // Servo'nun sinyali alacağı Arduino Pinini belirledik
} 

void loop() 
{ 
  int okunan = analogRead(potPin);     // 0'dan 1023'e, Pottan okunan değer
  int aci = okunan / 6;              // 0'dan 180 dereceye Açıya dönüştürülüyor.
  servo.write(aci);  

} 

Bu uygulamayı PIC ile de yapmanızı şiddetle tavsiye ediyorum. Çünkü Servo.h kütüphanesi ile tüm uygulamayı basite indirgeyebiliyoruz. İşin arka planını görmek isteyenler mutlaka PIC ile de denemeliler. 

Uygulamamızın resmi ve videosu ;

Arduino - PWM ile DC Motor Sürme

Darbe genişlik modülasyonu (PWM) ile ilgili uygulama gerçekleştirmiştik. Bu yazımda ise bu konuyu biraz daha aralayacağız ve bu modülasyon ile transistörün anahtarlama özelliğinden faydalanarak DC motor hızını kontrol edeceğiz.

PWM'den bahsetmeden önce gerekli olan malzemelerden bahsetmek istiyorum.

• 2N2222 Transistör
• 1N4001 Diyot
• 5K ya da 10K Pot
• DC Motor (9V'luk ya da daha küçük)
• 470 Ώ direnç

PWM NEDİR ?
PWM en basit haliyle bir sinyal modülasyon tekniği olarak tanımlanabilir. Sinyal bilgisinin aktarım için uygun hale çevirilmesi amacının yanı sıra güç kontrolü sağlamak ve elektrik makineleri,güneş pili şarj üniteleri gibi özel devrelere destek olmak amacı da taşır. 


Bu kontrol de tamamen anahtarlama ile sağlanır. Anahtarlama ne kadar hızlı yapılırsa, PWM ile aktarılan sinyalin gücü o kadar da artar. Örneğin bir lambaya gönderilen sinyalde PWM tekniğine ihtiyaç duyuluyorsa, bu teknik 120 Hz frekans değerinde uygulandığında maksimum verim elde edilebilir. 

"Duty Cycle" yani görev döngüsü olarak tanımlanan bir kavram bulunuyor ve PWM tekniğinde de sıkça karşımıza çıkıyor. Görev döngüsü kavramı aslında yapılan işlemin periyodunu belirtiyor. Bu döngü düşük seviyelerde ise aktarılan güç düşük olurken, döngünün yüksek seviyelerinde yüksek güç aktarılıyor. 

Basitçe soldaki Duty Cycle grafikleri ile PWM'i şu şekilde anlatabiliriz. 10 bitlik bir ADC ile analog değerimiz 0-255 arasında değer alır. Bu yeni dijital değer ile anahtar olarak kullanacağımız transistörün bazına bu sayısal değerler ile PWM uygularız. Sayı ne kadar büyük ise "Pulse Width" yani "Darbe Genişliği" o kadar büyük olur.

Bir pervaneyi elimizle çevirdiğimizi düşünelim. Ne kadar çok çevirip az dinlenirsek pervanemiz o kadar çok dönecektir. Çevirim kısmını 1,dinlenme kısmını da 0 olarak düşünürsek 1'ler ne kadar çoksa pervane de o kadar çok hızlı dönecektir. İşte bu 1'ler transistörümüzün bazına uyguladığımız PWM sinyalinin Darbe Genişliği demek oluyor.

DC MOTOR SÜRMEK

Edindiğimiz bilgiler ile DC Motor sürmek artık kolay. İhtiyacımız yüksek akım kapasiteli bir transistör, PWM üretecimiz ki biz bunu Arduino'muz ile yapacağız ve 1 motor ile diyot.

Soldaki devreyi Arduino'muz ile kuracağız.Transistörün 2N2222 veya muadili olmasına dikkat etmekte fayda var hakeza BC547 vs. gibi transistörler ile bu iş mümkün değil.Çünkü motoru döndüren güç akımdır ve yüksek akım geçiremeyen transistörler ile motor süremeyiz.
Direnç olarak 1k Ώ da kullanabilirsiniz fakat ben 470 Ώ kullandım, bu konuda sıkıntı yok.

Çok kısa da olsa kullanacağımız transistörden de bahsetmek istiyorum. Tüm transistörlerin C,B,E bacakları standart değildir. O yüzden devreyi tamamlerken sağdaki resme bir göz atmanızda fayda görüyorum. Ben ilk seferde transistörü ters taktım ne yazık ki :D ve  transistör o kadar çok ısındı ki elimi yaktım. O yüzden dikkat !





ARDUINO ile DEVRE BAĞLANTISI
Arduino ile sadece motoru yavaşlatıp hızlandırmayacağız. Analog girişe taktığımız potansiyometre değerine göre motorumuzu süreceğiz ve bu işi en kısa yoldan yapmamızı sağlayan bir kod da öğrenmiş olacağız, map.
"map" komutu ile istediğimiz bir çıkış değerini, bağlı olan giriş değerine göre anında değiştirebiliriz.Örnek vermek gerekirse ki bu kodu motor sürme devremizde de kullandık;

motordegeri = map(potdegeri, 0, 1023, 0, 255);

Bu yukardaki kod ile "motordegeri" isimli değerimizi, potun durumuna bağlı kıldık ve okunan analog değeri 10 bit ile sayısal değere çevirdik ve bunu da çıkışa 8 bit olarak yansıttık. Bu sayede motorumuzun hızını potansiyometrenin değeri ile kontrol edebiliyoruz.

Devreyi kurarken motoru harici bir pil ya da adaptör ile sürmenizde fayda var yoksa motoru arduino üzerinden süremezsiniz. Kodlarımız ;

int potPin = A0;
int motorPin = 3;
int potDegeri = 0;
int motorDegeri = 0;
void setup() {
 Serial.begin(9600);
}
void loop() {
 potDegeri = analogRead(potPin);  
 motorDegeri = map(potDegeri, 0, 1023, 0, 255);
 analogWrite(motorPin, motorDegeri);  
 Serial.print("Potansiyometre = " );     
 Serial.print(potDegeri);
 Serial.print("\t motor = ");
 Serial.println(motorDegeri);
 delay(2);    

}

Devreyi çalıştıtırken Seri Haberleşme Monitörüne bakmayı da ihmal etmeyin :).
Bu da devremizin son halinin resmi ve videosu.