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Autor Tópico: Ideias para construir um quadrúpede simples  (Lida 13712 vezes)

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Offline Njay

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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #60 em: 31 de Outubro de 2017, 10:19 »
O que quis dizer é que actuam em série, isto é, como estão na mesma "linha de esforço", quando aumentas a carga num estás automaticamente a aumentar a carga no outro. Por exemplo, quando estás de pé e dobras os joelhos para te baixares, estás a fazer força tanto nos joelhos como nos tornozelos (nos respectivos tendões, claro).
Nesta máquina não há tornozelo, é mais simples, e as forças acabam por cair grosso modo em cima de ambos os servos.
« Última modificação: 31 de Outubro de 2017, 10:28 por Njay »

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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #61 em: 31 de Outubro de 2017, 10:43 »
O que quis dizer é que actuam em série, isto é, como estão na mesma "linha de esforço", quando aumentas a carga num estás automaticamente a aumentar a carga no outro. Por exemplo, quando estás de pé e dobras os joelhos para te baixares, estás a fazer força tanto nos joelhos como nos tornozelos (nos respectivos tendões, claro).
Nesta máquina não há tornozelo, é mais simples, e as forças acabam por cair grosso modo em cima de ambos os servos.

compreendo o que queres dizer, mas ambos os servos só estarao em esforço eletro-mecanico se estiverem activos.
nao tem necessariamente que estar os dois activos em simultaneo para obteres o movimento da perna acho eu.
ate porque certos movimentos de precisao implicam mais velocidade no servo da anca do que no do joelho, embora o esforço electrico possa ser o mesmo se estiver a perna no ar e se forem controlados por pwm.
Tens esforço electrico mas nao tens esforço mecanico a aumentar o esforço electrico. nessa altura nao vais conseguir medir a posiçao dos servos, visto o esforço electrico estar dentro dos parametros normais.
nao te esqueças que num quadrupede em movimento ha sempre pelo menos uma perna no ar. ;)
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Offline Njay

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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #62 em: 31 de Outubro de 2017, 11:18 »
Ambos acabam por ser movimentados num movimento da perna (pensando em coisas simples como "andar"), e estão sempre activos. Mesmo quando estão parados, têm que fazer um esforço para manter a posição. Se por exemplo meteres peso em cima, mesmo que eles não mexam 1mm vão consumir mais corrente (energia), para manter a posição.
A posição deles consigo sempre saber, desde que estejam alimentados e mesmo que não tenham sinal de controlo (não fazem força nenhuma), pois tenho a leitura dos potenciómetros.

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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #63 em: 31 de Outubro de 2017, 11:39 »
mas se tiveres o bicho-cao parado, nao precisas de activar o servo.
pois, mas pensando melhor se calhar precisas de os manter sempre em tensao, porque as pernas nao estao na vertical, pois...

se calhar sera melhor para a vida util da bateria procurar um sistema mecanico tal, que os servos so precisem de ser alimentados para mover a perna e nao quando o bicho esta parado...
nao sei, digo eu... ;)
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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #64 em: 31 de Outubro de 2017, 11:46 »
mas se tiveres o bicho-cao parado, nao precisas de activar o servo.
pois, mas pensando melhor se calhar precisas de os manter sempre em tensao, porque as pernas nao estao na vertical, pois...

Exacto.

Citação de: LVirtual
se calhar sera melhor para a vida util da bateria procurar um sistema mecanico tal, que os servos so precisem de ser alimentados para mover a perna e nao quando o bicho esta parado...
nao sei, digo eu... ;)

Tocámos nesse assunto no inicio do tópico, haver uns "contra-pesos/molas" para manter tudo com um mínimo de esforço na posição de parado. Mas para já vamos simplificar :)

Offline LVirtual

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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #65 em: 31 de Outubro de 2017, 11:51 »
ya... :)

ja pensaste em puxar a tibia pela parte de cima do joelho em vez de a puxar por baixo?

ou se o servo do joelho estiver mais a meio do "osso" superior e o arame a prender a tibia abaixo do meio, ja fazes algo como um tirante de apoio para manter tudo quieto mecanicamente e sem esforço.
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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #66 em: 31 de Outubro de 2017, 12:32 »
Não estou a ver... consegues fazer um rabisco?

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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #67 em: 31 de Outubro de 2017, 12:44 »
consegui rabiscar enquanto descanso da montagem das prateleiras que ja me entregaram hoje de manha ;)



podes ter o servo por cima do osso ou fixa-lo de lado que s calhar ate é melhor para efeitos de enchimento "carnal" ;)
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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #68 em: 31 de Outubro de 2017, 12:47 »
e se em vez de usares um perfil em L ou T nao se percebe bem na foto, usares uma barra?
ate pode ser de acrilico. :) e em vez de usares dobradiça na anca, usas um veio com rolamento ou nao.
assim teras menos atrito do que com a dobradiça e menos esforço nos servos.
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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #69 em: 31 de Outubro de 2017, 13:37 »
consegui rabiscar enquanto descanso da montagem das prateleiras que ja me entregaram hoje de manha ;)
(...)
podes ter o servo por cima do osso ou fixa-lo de lado que s calhar ate é melhor para efeitos de enchimento "carnal" ;)

Ok, obrigado pelo rabisco. Mas é igual, o peso em cima da perna leva a que os servos tenham sempre que fazer esforço quando a perna está em repouso (há um caso em que pode ser possível alguns ganhos no sentido de minimizar o esforço do servo com a perna em repouso, a ser estudado mais tarde). Há um bípede recente duma universidade que usa esse esquema, não me lembro agora do nome*.

Usei este material (qq coisa de PVC) porque é fácil de trabalhar num protótipo, e fiz um T para ter rigidez estrutural. Se fosse mais a sério usaria alumínio. Mas com pernas "molengas" dá para reajustar facilmente ou mesmo refazer partes, que é uma característica muito desejável num protótipo exploratório ;)


* Update, é a Cassie:
« Última modificação: 31 de Outubro de 2017, 13:53 por Njay »

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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #70 em: 31 de Outubro de 2017, 14:26 »
Acho que já tinha visto a Cassie algures por aí...
Ela tem os tendões por fora e não por dentro da perna. À semelhança dos seres humano. E um bocado diferente dum quadrúpede.

O pvc e bom para estas coisas e nem precisa ser em perfil. Mesmo uma Barra tem quase tanta resistência como o alumínio. Diria mesmo que é o alumínio dos plásticos.
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Offline dropes

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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #71 em: 31 de Outubro de 2017, 21:04 »
@njay obrigado pela explicação.
Desconhecia que se poderia ajustar manualmente um servo, e até que ponto se poderá danificar as engrenagens ou o controlador...

Também tenho um projecto ainda em estudo que teria um servo, facilitaria imenso pequenos ajustes manuais durante a operação, entretanto bloqueei neste aspecto correcional :-\ coisas de inventores eheheh

Offline Njay

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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #72 em: 01 de Novembro de 2017, 01:47 »
Humm... é preciso cavar mais nas 2 opções para se perceber qual delas é a melhor, nomeadamente, calcular que resolução se obtém em ambos os casos, e se ela é suficiente. Tenho que ir medir a corrente máxima destes servos básicos standard e mini, em tempos fi-lo mas já não me lembro, apenas sei que era < 1A mesmo em grande esforço.
To be continued...

Ora bem... então já sabemos que os 2 tipos de servo consomem respectivamente até 0.6A e 0.8A (esqueci-me de dizer no outro post que foi a ~5V de alimentação). Vou apontar a medir correntes até cerca de 1A. Acho que devia ter uma resolução aí de 50 a 100 passos; não espero ter necessidade de manipular valores muito pequenos, por um lado porque a própria corrente deve variar bastante (imagino que o comportamento de um servo numa aplicação destas pode ser muito dinâmico) e por outro porque é mais para detectar limites ou diferenças entre pernas ou no tempo. E por falar em tempo, o tempo provar-me-á certo ou errado :), mas vou apontar a estes requisitos; quando "não sabemos", temos que começar por algum lado, e depois ir corrigindo à medida que os problemas surgem.

Para medir a corrente nos servos pensei em usar uma resistência de baixo valor em série com a sua alimentação, 50 ou 100mOhm.

Para já escolho usar resistências de 100mOhm (0.1 Ohm, ou 0R1) para a medição da corrente, e portanto 1A em cima de 100mOhm são 100mV (pela Lei de Ohm); este valor é muito fácil de arranjar. É mais difícil usar uma resistência de 50mOhm porque a queda de tensão é menor e mais susceptível a ser corrompida por ruído. A queda de tensão na resistência, causada pela corrente do servo, "rouba-lhe" à alimentação essa mesma tensão, que é proporcional à corrente; no caso de uma resistência de 100mOhm e o "pior cenário" esperado de 1A de corrente, essa tensão é de 100mV ou menos. 100mV em 5V não me parece uma grande perda de tensão nesta aplicação. A escolha da resistência para medição de corrente é um compromisso entre a queda de tensão "roubada" ao aparelho e a magnitude da tensão de medida da corrente: resistência maior => tensão mais alta e portanto mais fácil de medir mas maior roubo de tensão, resistência mais baixa => menor roubo de tensão mas tensão mais baixa e logo mais difícil de medir.
Para terminar a escolha da resistência vou calcular qual é a dissipação máxima, para escolher uma de potência adequada. O pior caso é com a maior corrente a passar por ela, 1A; pela Lei de Joule, P = I^2 * R = 1A * 1A * 0.1Ohm = 0.1W = 100mW. Para aplicações em ambientes normais (não industriais, não automotivos, ...), costumo usar resistências de pelo menos o dobro da potência máxima utilizada, portanto uma típica resistência de 1/4W (250mW) serve, já que é 2.5x o requerido e os 100mW nunca serão constantes.

O ADC do tiny tem 10 bits, que corresponde a contagens de 0 a 1023.

Se a resistência for metida no GND, a leitura da posição é um pouco afectada pela carga actual do servo, pelo que seria melhor metê-la no positivo. Fazer a medida no positivo é mais complicado mas possível com o tiny, pois ele suporta medidas diferenciais, e com um ganho opcional de 20x (apenas disponível nas medidas diferenciais) que era óptimo nesta medida por serem valores pequenos... Mas por outro lado, como também medimos a queda de tensão na resistência, podemos corrigir a leitura da posição - embora com o ruído, o timming, etc, possa não ser tão eficaz como parece no papel. A medida diferencial (resistência no positivo e ganho 20x) exige que se use mais um pino (é aqui que fica a faltar o tal pino); com a medida não diferencial (resistência no GND e sem ganho), não fica a faltar 1 pino.

Se fizer a medida no GND do servo (lado direito do esquema em anexo, dum post anterior) uso o ADC em modo não-diferencial (tendo a vantagem de não precisar de 1 pino extra e assim poder medir a corrente nos 3 servos da perna). Se usasse Vcc (5V) como tensão de referência (Vref) para o ADC, o intervalo "útil" seria 100mV / 5V = 2% do total do ADC. Ora 2% corresponde às contagens de ADC de 0 a 1023 * 2% ~ 20, portanto teria apenas 20 passos (ou 21, se contarmos com o zero), longe dos 50 a 100 desejados. O problema é querer medir um intervalo de tensão muito pequeno relativamente à tensão de referência (Vref), o que resulta no aproveitamento dum intervalo muito pequeno das contagens (gama dinâmica) do ADC. O ideal era ter uma Vref que fosse similar à tensão máxima a medir, 100mV, mas tinha que ser gerada externamente ao tiny e quero evitar hw externo. No entanto o tiny tem uma Vref interna de 1.1V (nominal), que é um valor bastante mais próximo de 100mV do que os 5V de Vcc. Se usar a Vref interna, então o intervalo útil passa a ser de 100mV / 1.1V ~ 9.1%, que corresponde às contagens de 0 a 1023 * 9.1% ~ 93, e portanto está dentro do objectivo de ter uma resolução de 50 a 100 passos. Ainda assim notem o quanto a gama dinâmica do ADC fica desaproveitada.

É preciso dizer-se que na prática é difícil, especialmente num sistema ruidoso como um robot (em que muitas correntes "grandes" circulam de forma dinâmica), aproveitar todas as contagens, pois o bit menos significativo tende a variar mais consoante o ruído. No entanto também temos a possibilidade de fazer várias leituras próximas no tempo e usar a média, até porque a corrente no servo varia muito devagar face à velocidade com que podemos fazer leituras de ADC. Usar a média de várias leituras remove ruído, é equivalente a filtro passa-baixo.

Um outro aspecto que contribui para o ruído nas leituras do ADC é a estabilidade da sua tensão de referência. Para melhorar essa estabilidade, o tiny (assim como, grosso modo, todos os micro-controladores com ADC) dá a possibilidade de se colocar um condensador externo para filtrar ruído da Vref interna (pino AREF/PA0). Normalmente coloco um condensador neste pino, mas como os pinos estão todos ocupados, neste circuito não é possível tê-lo. Não sei concretamente qual será o impacto, nesta aplicação, da ausência desse condensador nas leituras, mas eventualmente acabarei por descobrir...

Há mais 2 ou 3 aspectos que poderíamos discutir mas ficam para outra altura.

To be continued...


Actualizações: Tenho e sempre tive por hábito, em todos os posts com conteúdo que considero instrutivo, ir fazendo pequenas correcções, melhorando ou clarificando ao longo do tempo, por isso ocorrerão modificações deste e de outros posts.

« Última modificação: 02 de Novembro de 2017, 01:33 por Njay »

Offline Njay

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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #73 em: 01 de Novembro de 2017, 13:00 »
@njay obrigado pela explicação.
Desconhecia que se poderia ajustar manualmente um servo, e até que ponto se poderá danificar as engrenagens ou o controlador...

Também tenho um projecto ainda em estudo que teria um servo, facilitaria imenso pequenos ajustes manuais durante a operação, entretanto bloqueei neste aspecto correcional :-\ coisas de inventores eheheh

Se não os movimentares mais depressa do que a velocidade máxima que eles têm em funcionamento não vejo motivos para danificar o controlador. Já fiz isso muitas vezes (o que não quer dizer muito, eu sei :) ). Mas também não abuso e faço movimentos lentos, é para usar esporadicamente, por exemplo para fazer uma calibração de limites, ou para lhes ensinar um movimento novo. As caixas de redução tradicionais de engrenagens dentadas funcionam em ambos os sentidos, e não vejo problema desde que não metas mais torque nem velocidade do que elas foram desenhadas para suportar. Neste momento não vejo esse movimento "forçado" como um problema, nem grande nem pequeno.
« Última modificação: 01 de Novembro de 2017, 15:56 por Njay »

Offline Njay

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Re: Ideias para construir um quadrúpede simples
« Responder #74 em: 02 de Novembro de 2017, 04:32 »
Há dias em que é difícil adormecer, e sendo assim...

No "último" post analisei onde se consegue chegar medindo a corrente na linha negativa da alimentação do servo. Neste esquema conseguimos medir a corrente dos 3 servos com o attinyx4, temos 1A / 93 ~ 10.8mA de resolução entre 0 e ~1A e, para uma correcta leitura de posição, temos que lhe subtrair a tensão na resistência de medição de corrente.

Convém salientar que, apesar de termos 93 passos na medida da corrente, como o intervalo de medida é até 1A, na prática temos 0.6A / 1A * 93 ~ 56 passos para um servo mini e 0.8A / 1A * 93 ~ 74 para um servo standard.

Estava a pensar meter um filtro RC na leitura da corrente, porque a corrente do servo, mesmo numa posição estável com algum esforço, não é necessariamente constante e interessa-me um valor médio. O problema é que isto vai interferir com a leitura da posição, porque o valor da tensão da resistência de medida da corrente a subtrair-lhe tem que ser o valor instantâneo, mas com o filtro RC já não é. Se calhar tenho que prototipar este aspecto para averiguar. Já agora, quem é que não percebeu porque é que o facto de haver uma resistência na linha de alimentação negativa do servo vai afectar a leitura da posição por parte do microcontrolador?

Se a resistência for metida no GND, a leitura da posição é um pouco afectada pela carga actual do servo, pelo que seria melhor metê-la no positivo. Fazer a medida no positivo é mais complicado mas possível com o tiny, pois ele suporta medidas diferenciais, e com um ganho opcional de 20x (apenas disponível nas medidas diferenciais) que era óptimo nesta medida por serem valores pequenos... Mas por outro lado, como também medimos a queda de tensão na resistência, podemos corrigir a leitura da posição - embora com o ruído, o timming, etc, possa não ser tão eficaz como parece no papel. A medida diferencial (resistência no positivo e ganho 20x) exige que se use mais um pino (é aqui que fica a faltar o tal pino); com a medida não-diferencial (resistência no GND e sem ganho), não fica a faltar 1 pino.

Olho agora para a técnica de medir a corrente com a resistência inserida na linha de alimentação positiva do servo, o circuito do lado esquerdo no esquema 2 posts atrás, para analisar onde se consegue chegar. Vou começar por usar a mesma resistência de 100mOhm. A leitura da posição não é minimamente afectada pela corrente do servo como com a resistência na sua linha de alimentação negativa ("no GND").
Por outro lado, enquanto na técnica do GND a tensão a medir é entre 0 e 100mV, nesta outra técnica a tensão a medir é entre 4.9V e 5V (Vcc), o que trás os seus problemas. Se usar uma entrada não-diferencial de ADC (o sinal entra directo para o ADC), Vref tinha que ser 5V (Vcc), pois a tensão medida não pode ser superior à Vref do ADC. Isto implica que caio no mesmo problema de "baixa resolução" que encontrei na análise anterior, em que ficava com apenas 20 passos para medir 100mV com Vref = 5V (mas em vez de ter o ADC a dar contagens entre 0 e 20, estaria a dar entre 1023 - 20 = 1003 e 1023).
A solução aqui é então usar uma entrada diferencial de ADC, que o tiny suporta; mas sendo diferencial, implica que há 2 entradas, uma - (negativa) e outra + (positiva), e daí são precisas 2 entradas (pinos) para fazer uma leitura. As entradas ficam ligadas aos bornes da resistência, e portanto uma delas fica ligada aos 5V (Vcc); esta é comum às resistências de medida de todos os servos, e o tiny permite usar o mesmo pino portanto não são precisos 3 (servos) x 2 (entradas) = 6 pinos mas sim apenas 3 (servos) x 1 (entrada) + 1 (entrada) = 4 pinos. Como seriam precisos 15 pinos no tiny mas ele só tem 14, só posso medir a corrente em 2 dos servos e não nos 3, reduzindo o nº de pinos necessários para 3. Não posso ficar sem os sinais de PWM nem os de leitura de posição, mas penso que posso passar sem saber a corrente num dos servos, como já tinha referido anteriormente.
O funcionamento da entrada diferencial de ADC do tiny, de acordo com a datasheet é

Citação de: ATMEL forever ;D!
(...) the differential gain stage amplifies the voltage difference between the selected input pair by the selected gain factor, 1x or 20x (...). This amplified value then becomes the analog input to the ADC.

Matematicamente falando, o valor entregue ao ADC é (V+ - V-) x Ganho. Como quero medir a queda de tensão na resistência, ligo a entrada positiva a Vcc (V+ = Vcc) que é uma dos pinos da resistência e a entrada negativa ao outro pino (V- = tensão após a resistência) (PWRx no esquema). Depois do sinal ser "processado" pelo andar diferencial, o ADC vê um sinal entre 0 e 100mV, tal como no caso não-diferencial. Ou seja, se usar a mesma configuração que usei na leitura com resistência no GND, fico com a mesma resolução, 93 passos de 0 a 1A. No entanto aqui temos o parâmetro extra, o "Ganho". E se usar o ganho de 20x para obter mais passos? Os 100mV transformam-se em 0.1V x 20 = 2V, mas com uma Vref de 1.1V não é possível medir 2V... a não ser que use resistências de 50mOhm. Aí já fico com 0.05V x 20 = 1V e assim um óptimo aproveitamento da gama dinâmica do ADC: 1V / 1.1V * 1023 = 930 passos (91%)! Aproximadamente 1mA por passo, embora não seja necessária tanta resolução. Junta-se ainda a vantagem de um menor "roubo" de tensão de alimentação ao servo.

Infelizmente 50mOhm resultam numa queda de tensão máxima de metade do valor da de 100mOhm para o nosso 1A, uma tensão mais baixa, e portanto mais susceptível de ser corrompida por ruído; será mesmo um problema nesta aplicação? Não sei... mais uma vez, prototipagem precisa-se. O desenvolvimento de uma coisa nova ou que nunca fizemos antes é sempre cheia de "não seis" :).

Alguém tem mais sugestões sem hw externo ou com um mini-mínimo dele?
« Última modificação: 04 de Novembro de 2017, 16:12 por Njay »