T.C. GEBZE YÜKSEK TEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ Bilgisayar Mühendisliği Bölümü BLDC Motor Driver & Controller Ebubekir AKGÜL Danışman Doç. Dr. Erkan ZERGEROĞLU Ocak, 2014 Gebze, KOCAELİ
T.C. GEBZE YÜKSEK TEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ Bilgisayar Mühendisliği Bölümü BLDC Motor Driver & Controller Ebubekir AKGÜL Danışman Doç. Dr. Erkan ZERGEROĞLU Ocak, 2014 Gebze, KOCAELİ ii
Bu çalışma / /201 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından Bilgisayar Mühendisliği Bölümünde Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Bitirme Projesi Jürisi Danışman Adı Erkan Zergeroğlu Üniversite Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fakülte Bilgisayar Mühendisliği Jüri Adı Murat Şeker Üniversite Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fakülte Bilgisayar Mühendisliği Jüri Adı Burcu Yılmaz Şensoy Üniversite Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fakülte Bilgisayar Mühendisliği iii
ÖNSÖZ Proje Tez çalışma dönemi boyunca çalışmalarımda bana yol gösteren, yardımlarını esirgemeyen ve sorularımı cevaplayan danışman tez hocam Sayın Doç. Dr. Erkan Zergeroğlu na sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Eğitim hayatım boyunca bana her türlü desteği veren aileme ve bana örnek olan hocalarıma saygı ve sevgilerimi sunarım. Ocak, 2014 Ebubekir AKGÜL iv
İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ... IV İÇİNDEKİLER... V ŞEKİL LİSTESİ... VI TABLO LİSTESİ... VII KISALTMA LİSTESİ... VIII ÖZET... IX SUMMARY... X 1. GİRİŞ... 1 1.1 BLDC MOTOR TANIMI VE KULLANIM ALANLARI... 1 1.2 BLDC MOTORLARIN ÇALIŞMA PRENSIBI... 3 1.3 BLDC MOTOR SÜRÜCÜ YAPISI... 7 2. BLDC SÜRÜCÜ DONANIMININ TASARLANMASI... 8 2.1 PLATFORMUN HAZIRLANMASI... 8 2.2 SÜRÜCÜ DEVRESININ HAZIRLANMASI... 9 2.3 DONANIMIN TEST EDILMESI... 10 2.4 SISTEMIN ÇALIŞMA DIYAGRAMI... 10 3. BLDC DEVRESİNİ KONTROL YAZILIMIN TASARIMI... 11 3.1 MCU YAZILIMI... 11 3.2 BILGISAYAR YAZILIMI... 12 4. TASARIMDA KARŞILAŞILAN PROBLEMLER... 16 5. TARTIŞMA VE SONUÇ... 17 6. PROJEDEN ELDE EDİLEN KAZANIMLAR... 18 TABLOLAR... 20 KAYNAKLAR... 20 EKLER... 21 v
ŞEKİL LİSTESİ ŞEKİL 1.1 BLDC motor fazları... 3 ŞEKİL 1.2 Hall sensör durumları ve BLDC faz diyagramı... 4 ŞEKİL 1.3 Fazlar üzerinden akım geçişleri... 5 ŞEKİL 1.4 Back-EMF tablosu ve faz diyagramı... 6 ŞEKİL 1.5 BLDC devresinde transistörlerin konumları... 7 ŞEKİL 2.1 BLDC devresi için oluşturulan PCB... 8 ŞEKİL 2.2 Elde edilen ürünün çalışma diyagramı... 10 ŞEKİL 3.1 Kontrol yazılımı konfigürasyon ekranı... 12 ŞEKİL 3.2 Profil oluşturma ekranı... 13 ŞEKİL 3.3 Anlık hız ve yön izleme ekranı... 13 ŞEKİL 3.4 İstenilen&gerçek hız karşılaştırma grafiği... 14 ŞEKİL 3.5 Kontrol yazılımı ara yüzü... 15 vi
TABLO LİSTESİ TABLO 1.1 BLDC Motor Saat yönüne dönüş ve Hall sensör durum tablosu... 19 TABLO 1.2 BLDC Motor Saatin tersi yönüne dönüş ve Hall sensör durum tablosu... 19 vii
KISALTMA LİSTESİ BLDC UART SCI MCU G.Y.T.E. DSP FET Li-Po TI EMF B-EMF GPIO PWM : Brushless DC : Universal Asynchronous Receiver/Transmitter : Serial Communication Interface : Micro Controller Unit : Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü : Digital Signal Processing : Field Effect Transistor : Lityum Polymer : Texas Instrument : Electro Magnetic Field : Back-EMF : General Purpose Input/Output : Pulse With Modulation viii
ÖZET Uyarı: Bu proje TI F28335 DSP mikro işlemci ile başlamış olup, projenin 7. haftasında cihazın bozulmasıyla FEZ Panda II mikro işlemcisiyle devam etmiş, fakat 10. haftada bu mikro işlemci yanınca Arduino MEGA ile bitirilmiştir. Projemizin konusu TI firmasının F28335 DSP MCU ürünü ile BLDC motor sürücü devresi ve bu devreyi kontrol eden yazılımların tasarlanmasıdır. Projenin ilk aşamasında donanım için gerekli platform yapılmış, daha sonra donanım kısmı tasarlanmıştır. Donanım kısmında bazı optimizasyonların gerekliliği ve bozulan devre elemanlarının devreye verdiği hasar donanım geliştirme kısmının uzun sürmesine sebep olmuştur. Donanım prototipi tamamlandıktan sonra MCU yazılımları yazılmış olup, daha sonra da bilgisayardan kontrol etmek ve motor bilgilerini izlemek için gereken program tasarlanmıştır. Donanım oluşturulduktan sonra sistem üzerinde çeşitli başlatma ve sürdürme (commutating) algoritmaları kullanılmış, bunların performansı test edilmiştir. Bu algoritmalararın performans ve verimlilikleri incelenip en uygun algoritma ile sistem tamamlanmıştır. ix
SUMMARY This project's topic is commutating & controlling BLDC motors via TI F28335 DSP MCU. Because of a few hardware problem this MCU broken and having long supplying time, required us to use another MCU which is.net based FEZ Panda. In the last week of project there was another hardware problem occured which is broke this MCU to. Due to not having enough time, we used Arduino Mega 2560 MCU because of having one of them. In this report I'll expain only arduino things about MCU side. At the start of project I designed hardware platform for BLDC motors and sensors. After that step I've designed hardware. In this step I've tested a few algorithms about commutating. When I have a suitable hardware prototype, I 've started to design MCU software. It suppose to be very efficient and robust because of the ris on hardware which P-FET's and N-FET's positioned to opposed which can be occurs short circuit. After completing hardware side, I started to design computer software. It suppose to be for both controlling and monitoring BLDC statuses. x
1. GİRİŞ 1.1 BLDC MOTOR TANIMI VE KULLANIM ALANLARI Brushless (fırçasız)dc motorlar gelişen teknolojiyle birlikte birçok alanda olduğu gibi robotikte de kullanım alanı bulmuştur. Standart motorlara göre yeni sayılabilecek bir motor teknolojisi olmalarına rağmen bugün fırçasız motorlarla her yerde karşılaşıyoruz. Bu dc motor türleri iç yapı olarak birebir AC senkron motorlara benzerler. Fırçasız doğru akım motoru (brushless dc motor), komütasyon işlemini mekanik olarak değil elektronik olarak sağlayan bir motor türüdür. Fırça içeren DC motorlarda, rotordaki sarımlara elektrik iletimi fırça-kollektör yapısı ile sağlanır. Dilimli bir yapıda olan kollektör düzeneği sayesinde, rotor sarımlarından geçen akımın yönü motor dönerken kendiliğinden değişir. Bu sistemin kıvılcım oluşturma, bakım gerektirme ve fırçalarda aşınma gibi problemleri vardır. Fırçasız doğru akım motorlarında fırça-kollektör düzeneğinin görevini elektronik bir denetleyici (kontrolör) üstlenir. Denetleyicide, yüksek akımı anahtarlama görevini yürüten yarıiletken devre elemanları ve anahtarlama ile ilgili zamanlamayı sağlayan mikro denetleyici bulunur. Motorun dönüşünde aksama olmaması için denetleyicinin uygun bir hızda rotoru takip etmesi gerekir. Bu işlem, rotor pozisyonunun bilinmesini gerektirir. Çoğu uygulamada Hall effect sensörleri kullanılarak rotor pozisyonu kolayca tespit edilir. Fırçasız doğru akım motorları iki farklı tasarıma sahip olabilir. İlkinde, sürekli mıknatıslar, dönen rotor üzerine monte edilmiş vaziyettedir ve stator bobinleri rotoru çevreleyecek şekilde yerleştirilmiştir. Elektronik komütasyon tekniği ile bobinler uygun zamanlama ile enerjilendirildiğinde rotor dönmeye başlar. Diğer tasarımda ise bunun tersi söz konusudur. Stator sabit şekilde motorun merkezinde bulunur ve onun çevresindeki sürekli mıknatıslı rotor döner. Bu tür motor yapısı, bilgisayar kasalarının içindeki soğutma fanlarında bulunur. Fırçasız doğru akım motorları, fırçalı olan türlere göre daha verimli çalışır. Yani, aynı giriş gücü uygulandığında, fırçasız motor fırçalı olana göre elektrik gücünü mekanik güce 1
daha verimli olarak dönüştürür. Fırçasız motorlar, sahip olduğu avantajlar nedeniyle pek çok cihazda tercih edilmektedir. Örneğin, hardisk, CD/DVD oynatıcı, PC soğutma fanlarında bu motorlar kullanılır. Daha yüksek güçlü uygulamalar ise direct-drive olarak adlandırılan motor sürme yönteminde, endüstriyel uygulamalarda ve elektrikli taşıtlarda kullanılır. Örneğin, ülkemizde son zamanlarda bazı firmalar tarafından fırçasız doğru akım motoru içeren bulaşık makinesi üretimi gerçekleştirilmektedir. Böylece, şebeke gerilimdeki dalgalanmalardan (düşüş ve yükselişlerden) kaynaklanan problemlerin giderilmesi sağlanmaktadır Kullanım alanları Bu motorlar özellikle Hobi radyo kontrollü projeler için sıkça kullanılırlar. Birim enerji yoğunlukları daha iyi olduğu için RC arabalarda, Helikopterlerde vs. yüksek performans için fırçasız motorlar tercih edilmektedir. Brushless motorların genel fırçalı motorlara göre birçok avantajı ve dezavantajı vardır. Dezavantajları Pahalı sistemler Kompleks Kontrol Isınma Avantajları Sessiz çalışma Elektriksel gürültü oluşturmaması Bakım kolaylığı Uzun Ömür Daha yüksek hızlar Daha çok tork 2
1.2 BLDC MOTORUN ÇALIŞMA PRENSİBİ Üç fazlı bir yapıya sahip olan BLDC motorun faz diyagramı aşağıdaki gibidir. Üç fazım her birine sırasıyla +, - ve nötr akımlar verilerek motorun bir step(60 ) dönmesini sağlar. Bu haraket sırasıyla 6 defa yapıldığında ise motor bir tur atmış olur. Motorun her iki yöne dönmesi için bu işlem farklı sıralarda oklası lazımdır. Bu sıralamaların tablosuna ekler kısmından bakabilirsiniz. Şekil 1.1(BLDC motor fazları) BLDC motor kontrolünde iki yöntem vardır; Sensörlü Kontrol Hall Effect sensörler ile rotorun pozisyonu öğrenilerek komutasyon gerçekleştirilir. Sensörler manyetik alana göre değişim yapar. Sensör değerlerine bakılarak motorun konumu(hangi faz üzerinde olduğu) tespit edilir ve gerekli fazlara gerekli akım gönderilir. Bu sistemin de bir kaç dezavantajı vardır: - Sensör maaliyeti - Motor ve sürücü devresi arasındaki mesafe uzaksa kablolama maliyeti. Motorun fazlarına göre sensörlerin durumları aşağıdaki gibidir. 3
2)Sensörsüz Kontrol Şekil 1.2(Hall sensör durumları ve faz diyagramı) Bu kontrol şekilleri hangi durumda kullanılması gerektiği de önemli bir konudur. Sensörsüz kontrolün en apaçık avantajı ekonomik avantajdır. Bu avantaj hall pozisyon sensörlerinin bulunmamasındandır. Sensörsüz kontrolün birkaç dezavantajı da vardır. Bunlar; - Zıt emk nın algılanabilmesi için motorun belirli bir minimum devirde hareket etmesi gereklidir, - Motor yükündeki ani değişmeler zıt emk yı etkiler, - Zıt emk gerilimi motorun hızı sınırlı bir aralıkta ise ölçülebilir, -Komutasyon oranı, ideal orandan fazla ise motorun cevabı kesintili olacaktır. Eğer düşük maliyet öncelikli ise ve düşük hızlı motor uygulamaları gerekli değilse ve motor yükünün ani değişimi beklenmiyorsa sensörsüz kontrol daha uygun bir seçim olabilir. Sensörsüz kontrolde rotorun pozisyonu hall effect sensörler olmadan bulunur. Bunun için de BACK EMF SENSING kullanılır. Bu yöntem ile rotorun pozisyonu hakkında bilgi sahibi olabiliriz. Rotor pozisyon bilgisi o anda sürülmeyen fazın üzerindeki manyetik etki sayesinde bulunur. Komutasyon çemberi(1,2,3,4,5,6 olarak giden 360 derecelik sinyali oluşturan döngü) süresince BEMF sinyali rotor mıknatısı o kutup üzerinden geçerken oluşur. Her bir elektiriksel dönüş için 6 sıfır geçiş noktası vardır. Üç yükselen, üç alçalan kenar şeklinde oluşur. 4
Şekil 1.3(Fazlar üzerinde akım geçişleri) Bu şekilde de her sectorde hangi fazların aktif olduğunu ve zero-crossing (sıfır geçiş) olayları görülmektedir. Bu zero-crossing olayları hangi sargıları enerjilendirmemiz gerektiği hakkında bize bilgi verir. Bu geçişleri okuma son derece kritik bir işlemdir. Eğer sıfır geçiş noktalarını okuyarak oluşturacağımız döngü doğru ve hızlı bir şekilde gerçekleşmezse motorun dönüşü mümkün olmaz. B-EMF oluşum zamanları ve faz grafiği aşağıdaki şekildeki gibidir. 5
Şekil 1.4(Back-EMF gösterimleri ve faz diyagramı) Her sector de, sargılardan biri pozitif güçte, diğeri negatif güçte enerjilenir ve 3. sargıda enerji bulunmaz. Şu da gözlemlenmelidir ki her 60 derecelik sektörde bir sensör(ya da sıfır geçiş) durumu değişir. Kalıcı mıknatıslar tarafından üretilen manyetik alan ve stator bobinleri arasındaki etkileşimden ise tork üretilir. İdealde, 2 alan birbiriyle 90 derece olduğu zaman maksimum tork üretilir. Motorun çalışmasını sağlamak amacıyla, sargılar tarafından üretilen manyetik alanın pozisyonu değişmeli ve böylece rotor, stator alanını yakalamak için hareket etmelidir. Sargıların sırayla enerjilendirilmesi 6 adım komutasyonu olarak da tanımlanabilir. İkinci durum ise motorun hızının nasıl değiştirebileceğidir Motorun sargıları üzerine düşüreceğimiz gerilim ile motorun hızı kontrol edilebilir. Bu da gerilimde pwm ile ayarlanabilir. 6
1.3. BLDC MOTOR SÜRÜCÜ YAPISI Peki yukarıdaki üç faz sistemi oluşturmak için nasıl bir sistem kullanılmalıdır. Bunu bir mosfet dizisine ihtiyaç vardır. Her bir sürücü, bir tanesi yüksek sürücü ve bir tanesi düşük sürücü olmak üzere 2 adet pin gerektirir. Bundan dolayı mikrodenetleyicinin 6 pini, 6 motor sürücü mosfeti kontrol etmek için kullanılabilir.mosfet sürücülerinin konumlandırılması aşağıdaki gibi olmalıdır. Şekil 1.5(BLDC kontrol devresinde transistörlerin konumları) Unutulmamalıdır ki karşılıklı olan herhangi iki transistörü de açarsak sistem kısa devre yapabilir ve sürücü devremizi bozabilir. Ayrıca bu durumda güç kaynağımız da zarar görebilir. 7
2. BLDC SÜRÜCÜ DONANIMININ TASARLANMASI 2.1 PLATFORMUN HAZIRLANMASI Bu aşamada motorlar ve sürücü devresi için bir platform oluşturup, devremizi bu platforma yerleştireceğiz. Bu platform üzerinde 2 tane BLDC motor bulundurup, birini sürerken, diğerini de 3 probu bulunan bir osiloskoba bağlayıp, oluşan gerilim dalgalarını izleyeceğiz. 2. Motorum osiloskoba bağlanıp incelenmesi kısmını okulumuzda 3 kanalı osiloskop bulunmadığından yapılamadığı için bu raporda bahsetmeyeceğim. Kesilen düz bir tahta platformuna karşılıklı olarak 2 motor koyulacak şekilde delikler açıkmış, daha sonra da motorlar yerleştirilmiştir. Ayrıca devre entegresi için de PCB hazırlanmıştır. Hazırlanan devrenin PCB foot printleri aşağıdaki gibidir. Şekil 2.1(BLDC devresi için oluşturulan PCB) 8
2.2 SÜRÜCÜ DEVRESİNİN HAZIRLANMASI Şekil 1.5'te de belirtildiği gibi transistörler karşılıklı bir şekilde bulunmalıdır. Bunun için de şekil 2.1'deki PCB devresini çizip, bunu bakır plaket üzerine çıkarttık. Daha sonra da çıkarılan bu PCB gerekli yerlerden delinerek, transistör ve buffer devreleri yerleştirilmiştir. P-FET transistör olarak IRF4905 kullanılması amaçlanmış, fakat piyasada zor bulunması sebebiyle IRF9530 transistörleri kllanılmıştır. Bu transistörler 14 amper akıma dayabilmektedirler. Kullanmış olduğumuz motor da maximum 12A akım kullanacağı için problem oluşmayacağını öngördük. N-FET transistör olarak da IRFZ44 transistörleri kullandık. 72amper akıma dayanabilen bu transistörler hızlı geçiş(fast switching) özelliğine sahip cihazlardır. Gate kapılarına 5V akım verildiği takdirde anahtarlama yapabilmektedirler. Fakat projenin başında kullandığımız F28335DSP ve FEZ Panda II MCU'lar 3.3V akım verdikleri için bunları yükseltmemiz gerekiyordu. P- FET transistörlerin zıt kutuplamayla çalıştığını(negatif akımda açık, pozitif akımda kapalı) göz önünde bulundurarak 7404 (NOT) entegre bufferını kullandık. Ayrıca 2.mikroişlemcide(FEZ Panda II) bulunan 6 PWM modülünün birisini UART haberleşmesi için kullanacağımız için daha az PWM kullanarak BLDC sürme tekniklerini araştırdık. Sonuç olarak 74139(4:1 Invert Demultiplexer) kullandık. Bu çipin enable bacağına PWM, iki input bacağına da GPIO pinin bağlayıp, output bacaklarını P-FET transistörlerin gate bacaklarına bağladık. Böylece devreyi bir PWM modülü ile 3 transistör sürebilir hale getirdik. Motorun mevcut hızını ölçebilmek için de Hall sensörler kullandık. Opsiyoel olarak da sistemi hall sensör ile kullanılabilir duruma getirdik. Ayrıca CNY70 hareket sensörü kullanarak devir sayısını saymaya çalıştık. Fakat yüksek devirlerde farklı ışıklandırılmış ortamlarda verimli olmadığı için bu sistemden de vazgeçtik. 9
2.3 DONANIMIN TEST EDİLMESİ Oluşturduğumuz donanımın bozulan elemanlarını ve devrede oluşan kısa devreleri tespit etmek için test etmemiz gereklidir. Bunu için Gerilim, akım, kısa devre, direnç, ve transistör ölçümü olan bir multimetre ile devre elemanlarını tek tek kontrol ettik. Ayrıca karşılıklı bağladığımız transistörlerin doğru sırada tetikleme yaptığını görebilek için de LED'ler kullanarak test donanımı oluştrup bunlar üzerinde hardware ve software testlerimizin bir kısmını yaptık. 243 SİSTEMİN ÇALIŞMA DİYAGRAMI Oluşturulan donanım MCU'ya, MCU bilgisayara bağlanır. Daha sonra kontrol programı çalıştırılıp motor için profil oluşturulur. Bu profiller MCU'a gönderilerek MCU'nun kontrol edilmesi sağlanır. Şekil 2.2(Elde edilen ürünün çalışma diyagramı) 10
11
3. BLDC DEVRESİNİ KONTROL YAZILIMININ YAPILIŞI 3.1. MCU YAZILIMI Proje süresünce kullandıımız 3 MCU da farklı dillerde ve farklı mimarilerde tasarlandığı için bunlara ayrıayrı kod geliştirdik. Fakat projemizi Arduinıo Mega ile tamamladığımız için saadece bu MCU'dan bahsedeceğim. MCU'nun hem sürücü devresiyle(sensörler yardımıyla), hem de bilgisayarla haberleşmesi gereklidir. Bilgisayardan yön ve hız bilgisini alıp buna göre motoru kontrol etmesi gereklidir. Bilgisayardan alınan hız bilgisi 2 bayt olup, ilk baytının ilk(msb) biti yönünü, geri kalan 15 biti de hızı belirtmektedir. Bu bilgiler alındıktan sonra da MCU bilgisayara o anki hızını ve yönünü aynı formatta iletir. Bu bilgiyi alan MCU motorun o anki hızına bakarak ulaşılacak hıza gitmek için profil belirleyip, belirli bir sürede o hıza ulaşmayı amaçlar. PWM kullanara FET transistörleri sürdüğümüz bu sistem için 31Khz PWM frekansı kullandık. Motorun başlangıç anında %80 duty cycle kullanılırken bu ran ileride %20'ye kadar düşmektedir. Böylelikle güç tasarrufu sağlamış oluruz. Hall sensörlerin bağlı oldukları interruptlar satesinde anlık timer bilgileri okunarak hız bilgileri güncellenebilmektedir. 12
3.2 BİLGİSAYAR KONTROL YAZILIMI Bilgisayar kontrol yazılımı için C# dili kullanılıp WPF ile de ara yüz geliştirilmiştir. MCU ile serial portlar ile haberleşmektedir. Kullanıcı ayarlar kısmından haberleşeceği COM portunun numarasını, minimum ve maksimum hızı, motor hızının güncellenme süresini seçip MCU ile aşağıdaki ekrandan bağlantı kurar. Şekil 3.1(Kontrol yazılımı konfigürasyon ekranı) MCU ile bağlantı sağlandıktan sonra kullanıcı profil oluşturup, bunları MCU'ya komut olarak gönderebilir. Oluşturduğu bu profilleri listeden silebilir yada MCU'ya göndermemek için de-aktif edebilir. Aşağıdaki şekilde profil ekranından bahsedilmiştir. Tasarım mimarisinde MVVM kullanıldığı için de tek bir profilde hız miktarını anlık olarak değiştirilebilir, ya da motor çalışırken profil bilgilerini güncelleyebilirsiniz. 13
Şekil 3.2 (Profil oluşturma ekranı) Motorun dönmesiyle birlikte motorun hızı bir Gauge widged(ibre göstergeci) yardımıyla kullanıcıya gösterilmektedir. Bu göstergede anlık hız, dönüş yönü ve hızın birimi kullanıcıya gösterilmektedir. Bu ekranın resmi de aşağıdaki gibidir. Şekil3.3 (Anlık hız ve yön gösterim ekranı) 14
Motora gönderilen hız ile motorun o anki hızı farkı olabilir. Bu farklılık motorun üzerinde yük olması, istenilen hıza çıkabilmek için geçen süreler ve güç kaynağının yetersizliğinden kaynaklanabilir. Bu yüzden bu farklılık kullanıcıya gösterilmelidir. Bunun için de aşağıdaki grafik ekranı tasarlanarak kullanıcıya gerçek ve istenilen hız grafiği çıkartılmıştır. Şekildeki kırmızı renkli grafik olması gereken, mavi renkli grafik ise o anki gerçek hızı belirtmektedir. Şekil 3.4(İstenilen ve gerçek hız karşılaştırma grafiği) Program kullanıcının belirlediği süre periyotlarında MCU' ya motor profilleri komutu gönderir. MCU da anlık hızını göz önünde bulundurarak ulaşacağı hıza optimal bir şekilde gitmeye çalışır. Ara yüzde kullanıcıya durum bilgilerini sunmak amacıyla en alt kısma bir tane status bar eklenmiştir. Burada kullanıcıya anlık mesajlar gösterilerek geri bildirim(feed-back) yapılmaktadır. Ara yüzün genel görünümü ise aşağıdaki gibidir. 15
Şekil 3.5 (Kontrol yazılımın ara yüzü) Kullanıcıya bildirilen anlık durum mesajları: Profile Added Profile removed Connected to MCU Cannot connected MCU. Check COM port and cables No profile found for driving System started System stopped 16
4. TASARIM AŞAMASINDA KARŞILAŞILAN PROBLEMLER Projemize TI firmasının DSP_F28335 isimli mikroişlemcisiyle başladık. Fakat 9.haftada cihaz bozulduğu için Fez Panda II isimli mikro işlemci kullanılmaya devam edilmiştir. Sinyal işleme konusunda daha yavaş olan bu sistem Insta-Spin teknolojisinde çok verimsiz çalışacağından bu yöntemden vazgeçtik..net tabanlı bir işletim sistemine sahip olan bu cihaza geçerken DSP-F28335 için yapmış olduğumuz kütüphaneleri ve modülleri kullanamadık ve bunları baştan tasarladık. Fakat donanımda oluşan bir arıza yüzünden bozulan bu mikro işlemcinin kısa zamanda tedarik etmek mümkün olmadığı için elimizde bulunan Arduino Mega ürününü kullandık.. F28335 ve FEZ Panda II MCU'lar 3.3V pin çıkışına sahip olduları için bu gerilimin yükseltilmesi gerekiyrodu. Genelde PNP transistörkullanılarak pre-driver oluşturularak çözülen bu problemi de buffer devre elemanlarınu kullanarak çözdük. FEZ Panda II'nin 6.PWM pinini bilgisayarla haberleşmek için kullanmamız gerektiğinden 5 PWM ile motoru sürmemiz gerekiyordu. Bunu da 4:1 Inverted Demultiplexer kullanarak P-FET'leri 1 PWM ve 2GPIO pin kullanarak çözdük. Arduino MCU'nun işlemci hızı yavaş olduğu için yaptığımız sistem belirli bir hızın üzerine çıkamamaktadır. Algoritmamızda yapılacak optimizasyon motrorun dönüşününde stabilizasyon problemlerine sebep olacağı için böyle bir yöntem kullanılmamış, motora verilecek maksimum hızı sabitleyerek çözülmüştür. 17
5. TARTIŞMA VE SONUÇ Piyasada yok denecek kadar az olan BLDC motor kontrol programlarından farklı olarak profil oluşturup bunları kullanabilirsiniz. Yaptığımız sistemle BLDC motoru her iki yöne de hareket döndürebilir, bilgisayarla kontrol edip, anlık hızı takip edebilirsiniz. Ayrıca opsiyonel olarak sensörle kontrol edebilirsiniz. Yeniliklere açık olarak tasarlanan bu sisteme ileride herhangi bir modül yazmak da basit olacaktır. Çünkü projeyi yaparken yazılımın vazgeçilmezi olan değişimi(evolution) göz önünde bulundurup, tasarımlarımızı buna göre yaptık. 18
6. PROJEDEN ELDE EDİLEN KAZANIMLAR Yapılan projede BLDC motorun nasıl çalıştığı gözlemlenmiş olup, hız grafikleri ve çalışması hakkında bilgiler elde edilmiştir. Başlatma(comutating) ve devam ettirme algoritmaları denenmiş olup, performansları test edilmiştir. Ayrıca BLDC motorun çalıştırılması için ne gibi donanım gereksinimleri olduğunu da öğrenmiş olduk. Bir bilgisayar mühendisi olarak elektronik mühendisliği alanına giren bu proje ile temel elektronik bilgilerimi geliştirip, kontrol sistemleri hakkında önemli bilgilere sahip oldum. 19
TABLOLAR 20
KAYNAKLAR [1]CY3253-BLDC DEMO KIT http://www.cypress.com/?docid=3751 [Ziyaret tarihi 3 Kasım 2013] [2]International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 4, Issue 6, June-2013 913 ISSN 2229-5518 Implementation and Realization Of Brushless DC Motor EKLER A. Lisans Bitirme Projesi Konusu Bildirme Formu 21
Ek A. Lisans Bitirme Projesi Konusu Bildirme Formu T.C. GEBZE YÜKSEK TEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ LİSANS BİTİRME PROJESİ KONUSU BİLDİRME FORMU ÖĞRENCİ ADI SOYADI : Ebubekir AKGÜL ÖĞRENCİ NO : 091044028 İMZA: PROJE KONU BAŞLIĞI: BLDC Driver & Controller With DSP-F28335 PROJENİN AMACI : BLDC motorlar için sürücü devresi ve bu devreyi bilgisayardan kontrol edebilecek bir yazılım geliştirilmesi. FAYDALANILACAK KAYNAKLAR : [1]CY3253-BLDC DEMO KIT http://www.cypress.com/?docid=3751 [2]International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 4, Issue 6, June-2013 913 ISSN 2229-5518 Implementation and Realization Of Brushless DC Motor PROJE DANIŞMANI: İMZA: Doç. Dr. Erkan Zergeroğlu BÖLÜM BAŞKANI: Prof. Dr. İbrahim Soğukpınar İMZA: 22