H-siltojen ohjauspiiri : radio-ohjaus kahdelle moottorille

Abstract

Tämän työn tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa akkukäyttöinen ohjauspiiri kahdelle tehokkaalle DC-moottorille. Ohjauspiirin tuli pystyä ohjaamaan yli 20 ampeerin virtoja, vaihtamaan suuntaa sekä säätää moottoreiden pyörimisnopeuksia, jos ohjaussignaali sen mahdollistaa.

Moottoreiden ohjaus toteutettiin kahdella n-feteillä toteutetulla H-sillalla. Fettejä ohjattiin puolestaan kahdella HIP4081 H-siltaohjaimella, joista kumpikin ohjasi omaa H-siltaansa. Siltaohjaimet saivat ohjaussignaalinsa AND-porttipiirin kautta, mikä mahdollisti jokaiselle ohjaussignaalille oman rajakytkimen lisäämisen, jos tarve näin vaatisi.

Signaalin tuottamiseen käytettiin kaupallisesta radio-ohjattavasta veneestä purettua hieman muokattua vastaanotinta sekä sen omaa ohjainta, johon piti myös tehdä pieni muutos.

Ensimmäisessä osiossa keskitytään ohjauspiirin piirikaavion suunnitteluun, käytössä olleisiin ohjelmistoihin, tasavirtamoottoreiden ohjauksen toteutustapoihin sekä sopivien komponenttien valintaan.

Toisessa osiossa keskitytään itse piirilevyn valmistukseen, sen aiheuttamiin rajoituksiin ja muutoksiin suunnittelussa, komponenttien koteloiden vaikutukseen suunnittelussa sekä piirikortin lopulliseen kasaukseen. Lisäksi osiossa käsitellään ohjauspiirin mittauksia, virheen etsintää ja pohditaan mahdollisia virheitä ja parannuksia.

The objective of this thesis was to design and manufacture a battery powered control circuit for two high power DC motors. The control circuit had to be able to control currents over 20 amperes, change the rotating directions of the motors, and to adjust the speeds of the motors, if only the controlling signal allows doing so.

Control of the motors was designed to be based on two H-bridges, made from four n-fets each. They are controlled by two HIP4081 H-bridge control circuits, one for each H-bridge. Control circuits get their control signals via an AND-gate circuit, which allows each signal to have its own border switch, if necessary.

Signals were created by a controller that was taken from a commercial radio controlled boat and its slightly modified receiver.

In first section of the thesis, the focus is on designing the circuit diagram, available programs, the ways of implementing direct current motor controls and in choosing suitable components.

In the second section, the focus is on manufacturing the circuit board, on restrictions and changes to the design that manufacturing causes, on the influence of the component’s casing on design, and on the final assembly of the control circuit. In addition, there are measurements of the circuit and some error detection. There is also some analysis of possible defects and discussion of potential improvements to the circuit.