Никита Низов
Костромская область, г. Кострома
Детский технопарк «Кванториум» (структурное подразделение ГБУ ДО Костромской области «Центр технического творчества»), 7 класс
ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО «BRUSHLESS MOTOR MONITOR» – ГАДЖЕТ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ БЕСКОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ К БПЛА
47
Научный руководитель: Шестаков Александр Александрович, Костромская область, г. Кострома, Детский технопарк «Кванториум» (структурное подразделение ГБУ ДО Костромской области «Центр технического творчества»), педагог дополнительного образования высшей категории
Актуальность
Актуальность проекта заключается в его направленности на информатизацию образовательного процесса и улучшение материально-технической базы образовательного учреждения за счет собственных научно-технических разработок, что отвечает задачам Федеральной целевой программы развития образования.
Цель проекта
Разработка электронного гаджета с интуитивно понятным интерфейсом для практического исследования бесколлекторных электродвигателей постоянного тока к беспилотным летательным аппаратам.
Задачи
  1. Проектирование в приложении EasyEDA электронной принципиальной схемы устройства на базе микроконтроллерной платформы Arduino NANO;
  2. Проектирование в программе sprint-layout электронной монтажной схемы устройства и последующая сборка данной схемы;
  3. Написание прошивки устройства в среде программирования Arduino IDE;
  4. 3D проектирование корпуса устройства в программе Autodesk Fusion 360;
  5. Апробация опытного образца устройства в Аэроквантуме детского технопарка «Кванториум» при сборке комплектов-конструкторов «Учебный БПЛА».
Исследование любых деталей заключается в контроле их основных параметров и требуется при ремонте аппаратуры, в которой они используются. Исследование бесколлекторных электродвигателей постоянного тока необходимо при настройке, обслуживании и ремонте управляемых моделей автомобильной и авиационной техники для соревнований. В ДТ «Кванториум» это такая техника, как беспилотные летательные аппараты (БПЛА).
Основными элементами проверки бесколлекторных электродвигателей постоянного тока при их исследовании являются:
- Определение подключения фаз двигателя к плате драйвера для установки направления вращения;
- Скорость вращения (оборот/секунда).

Проект по разработке продукта-инновации, а именно электронного устройства «Brushless motor monitor» - гаджета для практического исследования параметров бесколлекторных электродвигателей постоянного тока, имеет техническую направленность и представляет собой инженерно-практическую задачу.

Решение инженерно-практической задачи можно разделить на несколько частей, в которых применялись различные методы работы.

Теоретическое исследование:
Бесколлекторный двигатель - это разновидность электродвигателя постоянного тока, у которого щеточно-коллекторный узел заменен полупроводниковым коммутатором, управляемым датчиком положения ротора. Конструктивно бесколлекторный двигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками. В коллекторном двигателе наоборот, обмотки находятся на роторе. Ток в обмотках бесколлекторного двигателя переключает специальное устройство-коммутатор — он носит название «драйвер». В работе рассмотрено то, как бесколлекторные электродвигатели проверяют сейчас и какие данные при этом получают. Как оказалось, сейчас бесколлекторные электродвигатели проверяют только на исправность, не получая при этом очень важных параметров. Анализ применяемых сейчас методов показал их недостатки, что привело к принятию решения о конструировании своего устройства.

Проектный метод работы.
Проектирование в приложении EasyEDA электронной схемы устройства на базе микроконтроллерной платформы Arduino NANO и последующая сборка данной схемы. На этом этапе были разобраны варианты компоновки устройства и выбран оптимальный. Рассматривались следующие варианты схемного решения, их функционал, достоинства и недостатки:

1.Бесколлекторный двигатель + модуль драйвера бесколлекторных двигателей + микроконтроллер. Самая простая и незатратная конфигурация. Не обладает какими-либо средствами индикации, для работы необходимо подключение к PC или ноутбуку.

2.Бесколлекторный двигатель + модуль драйвера бесколлекторных двигателей + микроконтроллер + светодиоды. Немного дороже чем предыдущая конфигурация. Также не обладает полноценными средствами вывода информации.

3.Бесколлекторный двигатель + модуль драйвера бесколлекторных двигателей + микроконтроллер + LCD дисплей. Конфигурация с максимальными возможностями, оптимальной стоимостью и превращающая устройство в самодостаточное (не требующее подключений к PC).

Исходя из проведенного анализа вариантов исполнения был выбран третий.

Практический метод работы.
-Монтаж схемы и сборка электронного устройства «Brushless motor monitor».
-Написание программы управления, которая фактически, является прошивкой для микроконтроллерной платформы Arduino. Прошивка написана в среде разработки Arduino IDE. Прошивка, используя широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) запускает бесколлекторный двигатель, подключенный к драйверу. Далее происходит математический расчет вышеуказанных параметров. С использованием библиотек Wire и LiquidCrystal происходит вывод данных параметров по I2C интерфейсу на LCD экран.

Экспериментальный метод работы.
Апробация опытного образца устройства в Аэроквантуме детского технопарка «Кванториум» при сборке комплектов-конструкторов «Учебный БПЛА», в которых используется по четыре бесколлекторных электродвигателя постоянного тока.
Выводы
1.Спроектировано и собрано:
- электронная принципиальная схема устройства «Brushless motor monitor» в приложении EasyEDA, электронная монтажная схема устройства в программе sprint-layout. Схема собрана на базе платформы Arduino NANO.
- корпус электронного устройства «Brushless motor monitor». Проект выполнен в программе Autodesk Fusion 360.

2.Написана программа:
-программа управления, которая фактически, является прошивкой для микроконтроллерной платформы Arduino, использованой в качестве главного элемента схемы. Прошивка написана в среде разработки Arduino IDE.

3.Разработан и собран опытный образец нового электронного устройства «Brushless motor monitor» - гаджета для практического исследования параметров бесколлекторных электродвигателей постоянного тока. Благодаря простоте разработки, устройство может применяться учащимися и студентами учебных заведений дополнительного и профессионального образования технического профиля, а информативность позволяет использовать устройство и профессионалам-инженерам.

Социально значимая цель по улучшению материально-технической базы образовательного учреждения за счет собственных научно-технических разработок достигнута в рамках реализации и дальнейшей эксплуатации инженерно-технического проекта. Это отвечает задачам Федеральной целевой программы развития образования.
Видео о проекте
Расписание работы автора проекта
29 марта, пн
Диалог с экспертами
Ответы на вопросы
14:00
14:20

15:35 - 15:45

Калинкин Д.А.
Белоножко П.П.
29 марта, пн
14:40
15:00
15:20
Кузьмина И.А.
Князева С.Ю.
Берчун Ю.В.

Задайте вопрос автору проекта
Обязанность отвечать на заданные вопросы остается полностью на участнике. Организаторы форума не несут ответственности за сроки получения ответа.
Заполняя данную форму Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности сайта.
Пообщайтесь с автором в режиме реального времени
Вы можете посмотреть диалог с экспертом и задать вопросы автору в форме вебинара.
Расписание сессий приведено выше
Made on
Tilda