Område 5 · 11 mars – 8 april

Drivning: motorer, kraft och ström

Hittills har allt som rört sig varit ett servo, och servot har haft sin egen elektronik inbyggd. Nu tar vi bort den. En naken likströmsmotor drar tiotals gånger mer ström än en pinne får lämna, ger ifrån sig en spänningsspik när den stängs av, och orkar nästan ingenting utan en växel. Området handlar om de tre problemen och deras lösningar.

Områdets kortaste, och det med minst nytt Fyra pass i stället för fem eller sju, och det är med flit. Mekaniken — moment, utväxling och friktion — hade du i din tidigare kurs, så den är repetition som ska sättas i arbete på ditt eget bygge, inte ny teori. Det nya är den elektriska halvan: varför motorn inte får sitta på en pinne, hur en transistor och en drivkrets löser det, och vad PWM egentligen gör. Där ligger också djupet i guiderna.

Guiderna

Läs dem i ordning. De tre bygger på varandra: den första visar varför motorn behöver något mellan sig och kortet, den andra byter ut den enda transistorn mot en färdig drivkrets med riktning och fart, och den tredje lämnar elektroniken och räknar på kraften.

Lektion 25 · 11 mars Varför motorn inte får sitta på en pinne

20 mA mot 600 mA. Transistorn som strömbrytare, med basmotståndet räknat. Frihjulsdioden och spiken på tusen volt.

Lektion 26 · 18 mars Motordrivare och PWM

H-bryggan och dess fyra lägen. L298N mot TB6612 och vad två volt kostar. analogWrite är ett medelvärde, inte en spänning.

Lektion 27 · 1 april Utväxling och kraft

Tandtal, varvtal och moment. Effekten som kontroll, och vad varje kuggingrepp kostar. Här kravställs bygge 4.

Lektion 28 · 8 april · bygge Bygge 4 – motor med drivkrets och utväxling

En givare bestämmer, en drivkrets bär strömmen, en utväxling ger kraften. Kursens fjärde bedömda system och den sista övningen före slutprojektet.

Påsklovet ligger mitt i området

Det här är områdets viktigaste praktiska detalj, och den är lätt att missa i schemat. Lovet ligger inte mellan kravlistan och bygget, som det gjorde i område 4 — det ligger före kravlistan. Torsdagen den 25 mars är påsklov, så mellan PWM-passet och utväxlingspasset ligger två veckor, och sedan bara en vecka till bygget.

Pass	Vad som händer	Vad du ska ha med dig
Lektion 25 · 11 mars genomgång	Ström, effekt och pinnens gräns. Transistorn. Frihjulsdioden.	Kitet och multimetern.
Lektion 26 · 18 mars genomgång	Drivkretsen, PWM och strömförsörjningen. Efter det här passet kan du få motorn att gå åt två håll med reglerbar fart.	Kitet, och gärna din motor med uppmätta strömmar.
Påsklov. Två veckor med kitet hemma. Använd dem till att koppla drivkretsen och leta fram kugghjul — inte till att vänta på kravlistan.
Lektion 27 · 1 april genomgång	Kugghjul, moment och varvtal, med räknade exempel. Sista 25 minuterna kravställs bygge 4.	Dina uppmätta strömmar och de tandtal du har hemma.
Lektion 28 · 8 april bygge	15 min samråd, 55 min bygge parvis, 15 min dokumentation.	Ett halvbyggt system som rör sig, ett ritat schema och en konkret fråga.

Bara ett pass till bygget, och 55 minuter av det. Det är kursens kortaste byggtid, och den räcker till felsökning och färdigställande men inte till att bygga från noll. Mekaniken ska vara ihopskruvad innan du kommer. Fastnar du under lovet: skriv ned exakt var, med de tal du mätte, och ta med anteckningen.

De tre delarna i bygge 4

Ett mekatroniskt system sammanför mekanisk struktur, elektroteknik och styrteknik. I bygge 4 är alla tre lika tunga, och för första gången i kursen bär hela kedjan verklig kraft.

Del	I bygge 4	Guiden som lär ut den
Mekanisk struktur	kugghjulen, axlarna, trumman och fästena	Utväxling och kraft
Elektroteknik	drivkretsen, matningen och den gemensamma nollan	Varför motorn inte får sitta på en pinne och Motordrivare och PWM
Styrteknik	givaren, beslutsregeln och PWM-styrningen	Motordrivare och PWM

Kedjan börjar fortfarande i en sensor Bygge 4 är inte "en motor som snurrar". Det centrala innehållet kräver ett system från sensor, via styrenhet, till aktuator, och det betyder att något ska mäta, något ska besluta och något ska röra sig. En motor som går så länge en knapp hålls in är ett reglage, inte ett mekatroniskt system. Givaren från område 4 följer alltså med hit.

Områdets centrala innehåll

Fyra punkter ur ämnesplanen hävdas här. De två första är områdets kärna:

Tekniska lösningar i vardagen för omvandling av energi, materia eller information. En motor gör elektrisk energi till rörelse, och området handlar lika mycket om vad som inte blir rörelse: värmen i en transistor som inte mättar, de två volten i en L298N, de fem procenten i varje kuggingrepp.
Grundläggande mekaniska begrepp. Moment, kraft, varvtal, utväxling och friktion — repetition från din tidigare kurs, satt i arbete på en mekanism du själv dimensionerar.
Uppbyggnad av mekatroniska system från sensor, via styrenhet, till aktuator. Samma kedja som i bygge 3, men med en aktuator som orkar något.
Elarbete, mekaniskt arbete och enklare programmering av styrenheter. Alla tre samtidigt, i ett och samma bygge.

När området är klart

Då kan du mäta vad en motor drar i drift och i stopp, välja en drivkrets som klarar det, räkna ut ett basmotstånd och avgöra om transistorn du har duger, koppla en frihjulsdiod åt rätt håll och säga varför, styra riktning och fart från kod, räkna om ett PWM-värde till en medelspänning, och välja en utväxling baklänges ur kravet på vad mekanismen ska orka. Du kan också känna igen brownout och den gemensamma nollans frånvaro på symtomen, vilket sparar fler timmar än något annat i det här området.

Nästa område är slutprojektet. Där finns ingen kravlista skriven av mig — du kravställer själv, mot samma fem förmågor. Bygge 4 är den sista generalrepetitionen.

Alltid till hands

Språkreferens – C++ i ordnad följd. Inget nytt kapitel öppnar med det här området; Tid och Villkor är de som används mest.
Dokumentationsmall – vad som krävs på E, C och A. Bygge 4 bedöms mot alla fem förmågorna.
Samrådsunderlag – de tre frågorna du fyller i innan du ber om handledning.
Område 4 – givarna, medelvärdet och kalibreringen. Bygge 4 börjar i en sensor, så kalibreringsguiden är fortfarande i bruk.
Servoguiden i område 2 – brownout och den gemensamma nollan står förklarade där, och förklaringen gäller ordagrant här.