Projektowanie bezpieczniejszego świata przy użyciu energowydajnych układów scalonych do sterowania obrotem, pochyleniem i przybliżeniem w kamerach monitoringu

Monitoring wizyjny jest stosowany coraz powszechniej, a wynika to po części z nowych osiągnięć w dziedzinie sztucznej inteligencji (AI) w ramach różnych inicjatyw „inteligentnych miast” wykorzystujących inteligentny, zautomatyzowany monitoring publicznych ulic, alejek i miejsc spotkań. Coraz powszechniejsze jest również wykorzystanie monitoringu wizyjnego w pomieszczeniach, takich jak biura, sklepy detaliczne, lobby w apartamentowcach, supermarkety, muzea, place budowy, zakłady przemysłowe i magazyny w celu zapewnienia bezpieczeństwa i ochrony. Tak powszechne jego zastosowanie w połączeniu z wymaganiami analizy opartej na sztucznej inteligencji skutkują wyścigiem projektantów w dziedzinie poprawy sprawności i parametrów działania układów przy jednoczesnym obniżeniu ich kosztów.

Udoskonalenia można w dużej mierze osiągnąć za pomocą kombinacji kompaktowych, czułych układów scalonych o niskiej mocy i wysokiej rozdzielczości obrazowania z inteligentnymi, precyzyjnymi układami sterowania ruchami. Korzystając z elementów tego podejścia, projektanci mogą zapewnić energowydajny, zdalny monitoring wizyjny w coraz większym stopniu eliminujący potrzebę przeprowadzania fizycznej inspekcji obiektu, wynikającą z niejednoznacznego obrazu lub z faktu, że coś może się dziać poza zasięgiem kamery.

Jednak podobnie jak w przypadku każdego rozwijającego się obszaru zastosowań, istnieją liczne wyzwania techniczne, z których wiele można rozwiązać bezpośrednio przy użyciu energowydajnych podsystemów elektronicznych do obrotu, pochylania i przybliżania kamery (PTZ).

W niniejszym artykule opisano rolę układów do obrotu, pochylania i przybliżania (PTZ) w monitoringu oraz omówiono, w jaki sposób energowydajny, precyzyjny silnik niskiej mocy i elektronika sterowania ruchami realizująca funkcje obrotu, pochylania i przybliżania (PTZ) mają kluczowe znaczenie przy wdrażaniu instalacji monitoringu wizyjnego. W dalszej części przedstawiono i przeanalizowano zastosowanie układów scalonych sterowania ruchami firmy TRINAMIC Motion Control GmbH, obecnie będącej częścią Analog Devices, Inc. Opisano również płytki ewaluacyjne.

Skuteczny monitoring ulepszony dzięki sterowaniu ruchami obrotu, pochylania i przybliżania (PTZ)

Niezależnie od tego, czy chodzi o instalacje bezpieczeństwa, czy monitorowanie procesów, nowoczesne systemy monitoringu wizyjnego to coś więcej niż tylko kamera skierowana pod stałym kątem na obszar docelowy. Zamiast tego sztuczna inteligencja wykorzystuje przechwycone obrazy, zmniejszając liczbę fałszywych alarmów i zapewniając optymalne wykorzystanie zasobów, a zastosowanie funkcji sterowania obrotem, pochylaniem i przybliżaniem (PTZ) z wykorzystaniem silników zapewnia szerokie pole widzenia kamery w poziomie (obrót) oraz pionie (pochylenie), tym samym całkowicie zmieniając znaczenie terminu „obszar monitorowany” (ilustracja 1). Zarówno sztuczna inteligencja (AI), jak i funkcja obrotu pochylania i przybliżania (PTZ) przyczyniają się do bardziej efektywnego i ogólnie bardziej ekologicznego podejścia do monitoringu. W przypadku funkcji obrotu, pochylania i przybliżania (PTZ), w zależności od konstrukcji układu, ruch może być kierowany autonomicznie przez zespół kamery, zdalnie przez system bezpieczeństwa, a nawet ręcznie.

Ilustracja 1: kamera monitoringu z obrotem w lewo-prawo, pochylaniem w górę-dół oraz przybliżaniem (PTZ) oferuje znacznie większą elastyczność niż kamera statyczna. (Źródło ilustracji: Aximmetry Technologies Ltd.)

Kamera obrotowo-pochylna rozwiązuje dylemat skorzystania z rozwiązań kompromisowych: użycia obiektywu szerokokątnego lub kamery o szerokim polu widzenia (FOV), która może uchwycić większy obszar, ale kosztem niższej szczegółowości sceny i zniekształceń w postaci zakrzywień. Funkcja obrotu, pochylania i przybliżania (PTZ) zapewnia również oszczędności kosztowe na systemie bezpieczeństwa, ponieważ pracę wielu kamer statycznych może teraz wykonywać jedna kamera.

Ruchem kamery można sterować z użyciem różnych technik. Kamery monitoringu z funkcją obrotu, pochylania i przybliżania (PTZ) często obsługują wiele zaprogramowanych pozycji, w których użytkownik może określić żądane pozycje do monitorowania, a także planowaną sekwencję i czas przejścia pomiędzy pozycjami. Zapewnia to zdalny monitoring szerokiego obszaru bez udziału użytkownika.

Dopasowanie elektroniki do silników obrotu, pochylania i przybliżania (PTZ)

Mimo iż sterowanie ruchami jest centralnym elementem implementacji funkcji obrotu, pochylania i przybliżania (PTZ), ważnym czynnikiem w efektywnych układach obrotu, pochylania i przybliżania (PTZ) jest płynne i dokładne śledzenie obiektów za pomocą doskonałego sterowania silnikiem. Projektanci mogą rozważyć zastosowanie zarówno bezszczotkowych silników prądu stałego, jak i bardziej wymagających - ale często korzystnych - silników krokowych zapewniających wysoką precyzję i niezbędną płynność oraz dokładność działania, wykorzystując do tego technologię Trinamic i układy scalone firmy ADI.

Kluczowe znaczenie ma również niska moc. Wiele kamer monitoringu wyposażonych w zaawansowane funkcje sterowania obrotem, pochyleniem i przybliżaniem (PTZ) obecnie to urządzenia z technologią zasilania przez Ethernet (PoE). Najnowszy standard zasilania przez Ethernet (PoE) (IEEE 802.3bt-2018) pozwala obsługiwać moce do 100W na pojedyncze połączenie kablowe Ethernet.

Projektanci układów PTZ mają trzy możliwości wyboru typu silnika, a od tego wyboru zależą wybrane do zastosowania układy scalone sterowania. Dostępne opcje to klasyczny silnik szczotkowy prądu stałego, silnik bezszczotkowy prądu stałego (BLDC) i silnik krokowy (ilustracja 2).

Ilustracja 2: trzy podstawowe typy silników prądu stałego to: tradycyjne silniki szczotkowe, silniki bezszczotkowe oraz silniki krokowe. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Każda konstrukcja silnika charakteryzuje się pewnymi kompromisami w zakresie możliwości, parametrów działania oraz potrzebami pod kątem zarządzania i sterowania:

Silnik szczotkowy prądu stałego był pierwszym opracowanym typem silnika prądu stałego i nie wyszedł z użycia od ponad 100 lat. Jest prosty w konstrukcji, ale trudny do sterowania i sprawdza się lepiej w zastosowaniach, w których można pozwolić sobie na swobodną pracę kamery bez sterowania prędkością w przeciwieństwie do precyzyjnego pozycjonowania czy pracy wymagającej zatrzymywania kamery i wznawiania jej ruchu w określonych pozycjach. Ponadto jego szczotki są narażone na zużycie, bywają zawodne i mogą generować niedopuszczalne zakłócenia elektromagnetyczne (EMI). Chociaż jest nadal stosowany w niedrogich rozwiązaniach przeznaczonych na rynek masowy, takich jak zabawki, a nawet w niektórych zastosowaniach wysokiej klasy, takich jak medyczne pompy infuzyjne, nie jest to na ogół odpowiednia opcja do projektów urządzeń z funkcją obrotu, pochylania i przybliżania (PTZ).

Silnik bezszczotkowy prądu stałego (BLDC) (nazywany również silnikiem z komutacją elektroniczną lub silnikiem EC) jest odpowiednim wyborem do projektów o układzie zamkniętym z czujnikiem pozycji, który może być również używany do sterowania prędkością (ilustracja 3). Może osiągać wysokie prędkości i długą żywotność przy wysokiej gęstości mocy w obudowie.

Ilustracja 3: silnik bezszczotkowy prądu stałego (BLDC) jest najczęściej używany w układzie pętli zamkniętej do precyzyjnego pozycjonowania z wysoką prędkością. Czujnik pozycji zamontowany na wale przekazuje niezbędne informacje zwrotne do serwokontrolera. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Sterowanie silnikami bezszczotkowymi prądu stałego (BLDC) wymaga precyzyjnej synchronizacji czasowej prądu zasilającego cewki stojana silnika. Aby poprawić parametry działania i precyzję, często stosuje się pętlę zamkniętą sprzężenia zwrotnego. W tym celu można użyć enkodera do wykrywania położenia wirnika, a także do pomiaru prądu cewki w projektach wykorzystujących sterowanie polowo-zorientowane (FOC) (więcej o sterowaniu polowo-zorientowanym później).

Wielofazowy serwokontroler / sterownik silnika TMC4671-LA firmy Trinamic jest układem scalonym specjalnie zaprojektowanym do tego zadania i jest wyposażony we wbudowany algorytm sterowania polowo-zorientowanego (FOC) dla silników bezszczotkowych prądu stałego (BLDC) (ilustracja 4).

Ilustracja 4: serwokontroler / sterownik silnika TMC4671-LA, firmy Trinamic przeznaczony do silników bezszczotkowych prądu stałego (BLDC) posiada wbudowany algorytm sterowania polowo-zorientowanego. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Może być również stosowany do silników innego typu, takich jak silniki synchroniczne z magnesami trwałymi (PMSM), a także dwufazowe silniki krokowe, silniki prądu stałego i aktuatory z cewkami drgającymi. Należy zauważyć, że różnica między silnikiem bezszczotkowym prądu stałego (BLDC) a silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi (PMSM) polega na tym, że ten pierwszy jest silnikiem prądu stałego (DC), natomiast drugi jest silnikiem prądu zmiennego (AC). W związku z tym silnik bezszczotkowy prądu stałego (BLDC) jest silnikiem z komutacją elektroniczną, który nie posiada fizycznego zespołu komutatora. W przeciwieństwie do tego, silnik synchroniczny z magnesami trwałymi (PMSM) z kolei jest silnikiem synchronicznym prądu zmiennego, który do zapewnienia niezbędnego wzbudzenia pola wykorzystuje magnesy trwałe.

Urządzenie TMC4671-LA do komunikacji ze swoim mikrokontrolerem wykorzystuje podstawowy szeregowy interfejs urządzeń peryferyjnych (SPI) lub protokół UART. Posiada ono wszystkie potrzebne funkcje sterowania i funkcje sprzętowe, a także funkcje monitorowania błędów i usterek. Wyposażony jest w zintegrowane przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC), interfejsy czujników pozycji, interpolatory pozycji i inne funkcje niezbędne do zbudowania kompletnego kontrolera do szerokiego zakresu zastosowań z serwomechanizmami.

Ta funkcjonalność ma kluczowe znaczenie dla sprostania wyzwaniu sterowania silnikiem bezszczotkowym prądu stałego (BLDC), ponieważ algorytmy te są bardzo wyrafinowane. Na szczęście za skomplikowane detale w pełni odpowiada układ scalony, więc nie stanowią one obciążenia dla projektanta ani mikrokontrolera układu (ilustracja 5).

Ilustracja 5: urządzenie TMC4671-LA posiada i realizuje wiele powiązanych ze sobą bloków funkcjonalnych niezbędnych dla złożonych, precyzyjnych funkcji sterowania silnikiem bezszczotkowym prądu stałego (BLDC), takich jak sterowanie polowo-zorientowane (FOC), a tym samym zwalnia z tego zadania projektanta i odciąża procesor hosta. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Jego częstotliwość pętli sterowania na poziomie 100kHz, pięciokrotnie przewyższająca częstotliwość 20kHz charakterystyczną dla wielu kontrolerów silników bezszczotkowych prądu stałego (BLDC) daje istotne korzyści, m.in. krótszy czas ustalania się, szybszą reakcję na polecenia sterowania momentem obrotowym, lepszą stabilność pozycji i mniejsze ryzyko wystąpienia przetężeń. Te ostatnie mogą uszkodzić sterownik silnika lub sam silnik.

Silnik krokowy jest alternatywą dla silnika bezszczotkowego prądu stałego (BLDC). Silnik ten doskonale nadaje się do pozycjonowania w pętli otwartej lub pracy z regulowaną prędkością, a także zapewnia wysoki moment obrotowy przy niskich i średnich prędkościach obrotowych (ilustracja 6). Ogólnie rzecz biorąc, silniki krokowe o porównywalnych parametrach działania są tańsze niż silniki bezszczotkowe prądu stałego (BLDC), ale wiążą się z nimi pewne wyzwania operacyjne, z którymi trzeba sobie poradzić.

Ilustracja 6: w porównaniu z kontrolerem silnika bezszczotkowego prądu stałego (BLDC), kontroler silnika krokowego ma bardziej bezpośrednią ścieżkę od hosta do sterowników silników i samego silnika. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Na pierwszy rzut oka przepływ po ścieżce sygnału w przypadku kontrolera silnika krokowego wydaje się nieco prostszy niż w przypadku kontrolera silnika bezszczotkowego prądu stałego (BLDC). Jest to w pewnym sensie prawda, jednak precyzyjny i wydajny kontroler silnika krokowego musi realizować określone funkcje, aby zaspokoić potrzeby tego silnika.

Układy scalone, takie jak wysoko wydajny układ scalony kontrolera i sterownika TMC5130A wraz z interfejsami komunikacji szeregowej, przeznaczony do dwufazowych silników krokowych, został zaprojektowany w celu zminimalizowania lub wyeliminowania powiązanych problemów (ilustracja 7).

Ilustracja 7: TMC5130A to wysoko wydajny układ scalony kontrolera i sterownika z interfejsami komunikacji szeregowej przeznaczony do dwufazowych silników krokowych. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

To urządzenie łączy w sobie elastyczny generator przebiegu narastającego do automatycznego pozycjonowania celu z wysoce zaawansowanym sterownikiem silnika krokowego. Zawiera również wewnętrzne tranzystory MOSFET, które mogą bezpośrednio dostarczać do cewek prąd o natężeniu do 2A (wartość szczytowa 2,5A) i charakteryzują się rozdzielczością 256 mikrokroków na pełny krok.

Jednak urządzenie TMC5130A to coś więcej niż tylko podstawowy sterownik silnika krokowego, ponieważ stanowi odpowiedź na niektóre wyzwania, przed którymi stoją projektanci, decydując się na użycie tego typu silników. Dwa najbardziej istotne i zauważalne problemy to hałas akustyczny generowany przez silnik podczas pracy, a także „płynność” pracy silnika. Mogą one nie stanowić problemu w środowisku przemysłowym, ale za to w zastosowaniach monitoringu z funkcjami obrotu, pochylania i przybliżania (PTZ) mogą przeszkadzać, a nawet przynosić efekty odwrotne do zamierzonych.

Jeśli chodzi o pierwszy problematyczny aspekt, urządzenie TMC5130A posiada StealthChop, czyli opatentowany czoper modulacji szerokości impulsów (PWM), który moduluje prąd w oparciu o cykl pracy (ilustracja 8). Ta funkcja jest zoptymalizowana pod kątem silników o prędkościach od niskich do średnich i znacznie redukuje hałas akustyczny.

Ilustracja 8: funkcja StealthChop w urządzeniu TMC5130A moduluje podawany prąd w oparciu o cykl pracy, znacznie redukując hałas akustyczny generowany przez silnik krokowy. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Jeśli chodzi o drugi problem, to urządzenie TMC5130A wykorzystuje opatentowaną funkcję SpreadCycle do przerywania prądu. Ten działający w każdym cyklu schemat przerywanej modulacji zależnej od prądu wykorzystuje powolne opadanie faz sterujących, co zmniejsza straty elektryczne i tętnienia momentu obrotowego. Wykorzystuje się tu oparte na histerezie uśrednianie prądu silnika do wartości docelowej prądu, uzyskując sinusoidalną falę prądu silnika, nawet przy dużych prędkościach (ilustracja 9).

Ilustracja 9: działający w każdym cyklu schemat SpreadCycle przerywania prądu z wykorzystaniem tranzystora MOSFET w urządzeniu TMC5130A zmniejsza straty elektryczne i tętnienia momentu obrotowego. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Inne unikalne cechy sterownika TMC5130A obejmują funkcję wykrywania utykania silnika StallGuard oraz funkcję dynamicznego, adaptacyjnego sterowania prądem CoolStep, która wykorzystuje pierwszą wspomnianą funkcję.

Funkcja StallGuard zapewnia bezczujnikowe wykrywanie obciążenia przy wykorzystaniu siły przeciwelektromotorycznej (EMF) i może zatrzymać silnik w ciągu jednego pełnego kroku, chroniąc w ten sposób sterownik silnika i sam silnik. Dodatkową korzyścią jest możliwość dostosowania czułości do wymagań zastosowania. Funkcja CoolStep reguluje prąd silnika na podstawie odczytu siły przeciwelektromotorycznej funkcji StallGuard. Może obniżyć prąd silnika o 75% w sytuacjach niskiego obciążenia, co prowadzi do oszczędności energii i zmniejsza wytwarzanie ciepła.

Do sterowania jednym dwufazowym silnikiem krokowym służy urządzenieTMC5130A, natomiast do sterowania dwoma takimi silnikami dostępne jest urządzenie TMC5072 posiadający wiele takich samych funkcji (ilustracja 10). Może on sterować dwiema niezależnymi cewkami o natężeniu prądu do 1,1A na każdą (wartość szczytowa 1,5A). Aby uzyskać 2,2A (wartość szczytowa 3A), istnieje również możliwość równoległego podłączenia dwóch sterowników do pojedynczej cewki.

Ilustracja 10: sterownik TMC5072 jest podwójnym wariantem sterownika TMC5130A, posiadającym dwa niezależne wyjścia, które można stosować równolegle. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Sterowanie polowo-zorientowane (FOC) zmienia perspektywę

Istnieje również problem z sygnałem zwrotnym pozycji z silnika. Silniki krokowe nie wymagają sygnału zwrotnego, ale często go wykorzystują, aby zapewnić wysoką precyzję sterowania, natomiast w silnikach bezszczotkowych prądu stałego (BLDC) jest to wymóg. Sygnał zwrotny jest zwykle realizowany za pomocą enkodera (zazwyczaj opartego na czujnikach hallotronowych lub enkoderach optycznych), ale ograniczeniem jest szybkość aktualizacji i rozdzielczość, a także obciążenie układu związane z przetwarzaniem danych.

W przypadku silników bezszczotkowych prądu stałego (BLDC) dostępna jest inna opcja sterowania. Sterowanie polowo-zorientowane (FOC) - znane również jako sterowanie wektorowe (VC) - zostało opracowane w celu rozwiązania problemów związanych z szybkością aktualizacji i rozdzielczością sygnałów zwrotnych, a także kosztami enkoderów i problemów z instalacją.

Krótko mówiąc, sterowanie polowo-zorientowane (FOC) jest metodą regulacji prądu dla silników, która wykorzystuje orientację pola magnetycznego i pozycję wirnika silnika. Opiera się ona na „prostej” obserwacji, że na wirnik silnika elektrycznego oddziałują dwie składowe siły. Jedna składowa, zwana bezpośrednią, lub I_D, ciągnie w kierunku promieniowym, podczas gdy druga, kwadraturowa, lub I_Q, przykłada moment obrotowy ciągnąc w kierunku stycznym (ilustracja 11).

Ilustracja 11: z obserwacji, która stanowiła inspirację dla sterowania polowo-zorientowanego (FOC), wynika, że wirnik podlega działaniu dwóch prostopadłych sił, jednej promieniowej względem osi wirnika, a drugiej stycznej. (Źródło ilustracji: Analog Devices).

Idealne sterowanie polowo-zorientowane (FOC) zapewnia sterowanie prądem w pętli zamkniętej, którego rezultatem jest czysty prąd generujący moment obrotowy (I_Q) - bez prądu stałego, I_D. Następnie dostosowuje natężenie prądu sterującego tak, aby silnik mógł osiągnąć docelową wartość momentu obrotowego. Jedną z wielu funkcji sterowania polowo-zorientowanego (FOC) jest maksymalizacja mocy czynnej i minimalizacja mocy jałowej.

Sterowanie polowo-zorientowane (FOC) stanowi energowydajny sposób sterowania silnikiem elektrycznym. Sprawdza się w warunkach wysokiej dynamiki silnika i dużej prędkości, a dzięki aspektom sterowania w pętli zamkniętej zwiększa bezpieczeństwo samoistne. Wykorzystuje standardowy pomiar prądu oparty na rezystorach do określenia wielkości i fazy prądu płynącego przez cewki stojana oraz kąta wirnika. Zmierzony kąt wirnika jest następnie dostosowywany względem osi magnetycznych. Kąt wirnika jest mierzony za pomocą czujnika hallotronowego lub enkodera pozycji, więc kierunek pola magnetycznego od wirnika jest znany.

Jednak od obserwacji dotyczących sterowania polowo-zorientowanego (FOC) do pełnego systemu sterowania silnikiem droga jest długa i niezwykle złożona. Sterowanie polowo-zorientowane (FOC) wymaga znajomości niektórych parametrów statycznych, w tym liczby par biegunów silnika, liczby impulsów enkodera na obrót, orientacji enkodera względem osi magnetycznej wirnika, a także kierunku zliczania realizowanego przez enkoder, wraz z niektórymi parametrami dynamicznymi, takimi jak prądy fazowe i orientacja wirnika.

Ponadto regulacja parametrów proporcjonalnych i całkowych (P oraz I) dwóch kontrolerów proporcjonalno-całkujących (PI) wykorzystywanych do sterowania prądami fazowymi w pętli zamkniętej zależy od parametrów elektrycznych silnika. Parametry te to m.in. rezystancja, indukcyjność, stała siły przeciwelektromotorycznej silnika (która jest również stałą momentu obrotowego silnika) i napięcie zasilania.

Wyzwaniem, przed jakim stoją projektanci przy wdrażaniu sterowania polowo-zorientowanego (FOC), jest duża liczba stopni swobody we wszystkich parametrach. Chociaż schematy, a nawet kod źródłowy sterowania polowo-zorientowanego (FOC) są powszechnie dostępne, rzeczywisty, „nadający się do realizacji” kod jest złożony i skomplikowany. Obejmuje on wiele przekształceń współrzędnych - transformację Clarke'a, transformację Parka, odwrotną transformację Parka - sformułowane jako zestaw mnożeń macierzy, jak również wielokrotne intensywne zadania obliczeniowe. Istnieje wiele samouczków dotyczących sterowania polowo-zorientowanego (FOC) dostępnych online, począwszy od samouczków jakościowych, niezawierających równań lub zawierających tylko proste równania, do tych złożonych matematycznie. Arkusz danych urządzenia TMC4671 plasuje się gdzieś po środku i warto się z nim zapoznać.

Próba implementacji sterowania polowo-zorientowanego (FOC) za pomocą oprogramowania układowego wymaga dużej mocy obliczeniowej i zasobów procesora, a tym samym ogranicza projektanta pod względem doboru procesora. Jednak, korzystając z urządzenia TMC4671, projektanci mogą wybierać spośród znacznie szerszej gamy mikroprocesorów, a nawet mikrokontrolerów niższej klasy, jednocześnie unikając problemów związanych z kodowaniem, takich jak obsługa przerwań i bezpośredni dostęp do pamięci. Programowanie i projektowanie oprogramowania sprowadza się do inicjalizacji i ustawiania parametrów docelowych, więc wystarczy podłączyć urządzenie TMC4671 za pośrednictwem portów komunikacyjnych (szeregowego interfejsu urządzeń peryferyjnych (SPI) lub interfejsu UART).

Pamiętajmy o sterowniku

Niektóre układy scalone sterowania silnikiem, takie jak TMC5130A i TMC5072 do silników krokowych, posiadają funkcje sterownika bramki silnika z prądem sterowania o natężeniu około 2A, w przeciwieństwie do układów scalonych, takich jak TMC4671-LA do silników bezszczotkowych prądu stałego (BLDC). W takich sytuacjach niezbędne funkcje zapewniają dodatkowo urządzenia, takie jak układ scalony półmostkowego sterownika bramek TMC6100-LA-T (ilustracja 12). Ten potrójny, pół-mostkowy sterownik bramek tranzystorów MOSFET jest dostarczany w obudowie QFN o wymiarach 7 × 7mm. Zapewnia on prąd sterowania o natężeniu do 1,5A i nadaje się do sterowania zewnętrznymi tranzystorami MOSFET, które obsługują prąd cewki do 100A.

Ilustracja 12: układ scalony półmostkowego sterownika bramek TMC6100-LA-T zapewnia prąd sterujący o natężeniu do 1,5A i nadaje się do sterowania zewnętrznymi tranzystorami MOSFET obsługującymi prąd cewki do 100A. (Źródło ilustracji: Analog Devices).

Urządzenie TMC6100-LA-T umożliwia programową regulację prądu sterowania w celu optymalizacji ustawień w systemie. Posiada również programowalne funkcje bezpieczeństwa, takie jak wykrywanie zwarć i wartości progowe nadmiernej temperatury. Wraz z szeregowym interfejsem urządzeń peryferyjnych (SPI) do diagnostyki, umożliwiają one uzyskanie solidnego i niezawodnego rozwiązania.

Aby jeszcze bardziej skrócić czas wprowadzania produktu na rynek i ułatwić optymalizację parametrów oraz strojenie sterownika, firma Trinamic oferuje uniwersalną płytkę ewaluacyjną TMC6100-EVAL (ilustracja 13). Urządzenie to pozwala na wygodną obsługę sprzętu, a także stanowi przyjazne dla użytkownika narzędzie programowe do ewaluacji. System składa się z trzech części: płytki bazowej, płytki złączowej z kilkoma punktami pomiarowymi, płytki ewaluacyjnej TMC6100-EVAL oraz dodatkowo kontrolera sterowania polowo-zorientowanego (FOC) TMC4671-EVAL.

Ilustracja 13: uniwersalna płytka ewaluacyjna TMC6100-EVAL ułatwia optymalizację parametrów sterownika i strojenie sterownika pod kątem bieżących parametrów silnika oraz obciążenia. (Źródło ilustracji: Analog Devices)

Podsumowanie

Kamery wideo do monitoringu i ochrony są potężnym narzędziem umożliwiającym redukcję konieczności przeprowadzania fizycznego obchodu oraz powiązanego z tym wydatku energetycznego. Często wykorzystują funkcję zasilania przez Ethernet (PoE) i są wzbogacone o sterowanie obrotem, pochyleniem i przybliżeniem (PTZ), choć funkcja ta jest skomplikowana. Dzięki integracji różnych funkcji potrzebnych do skutecznego sterowania silnikiem i wykorzystania w razie potrzeby sterowników bramek, układy scalone firmy Trinamic zapewniają płynne i precyzyjne ruchy oraz pozycjonowanie bezszczotkowych i krokowych silników prądu stałego używanych do obrotu, pochylania i przybliżania (PTZ).

Firma Trinamic oferuje inżynierom szeroką gamę rozwiązań przyspieszających wdrażanie wydajnych, precyzyjnych układów sterowania silnikami, dostosowanych do konkretnych potrzeb. Produkty te są odpowiedzią na wyzwania sprzętowe i minimalizują ogólną złożoność projektu i oprogramowania.

Powiązane treści

1. Sterownik i kontroler silnika krokowego TMC5130 z technologią StealthChop™ (moduł szkoleniowy)
2. Układ scalony kontrolera i sterownika dwuosiowego silnika krokowego z technologią StealthChop™