Есть различные методы интеграции маломощных электродвигателей с платой Аrduino. Среди наиболее распространенных и одновременно простых - использование моста h или транзисторов. Когда соединяете двигатель с платой Аrduino, необходимо учесть, что прямое соединение может быть рискованным для целостности устройства.
Для чего соединяют электродвигатели с платой Аrduino?
Применение электродвигателей в разнообразных схемах и системах, созданных с использованием платформы Аrduino, открывает перед разработчиками и инженерами огромные перспективы и возможности. Эти схемы часто становятся ключевым элементом в реализации различных технических решений, от простых устройств до сложных мобильных платформ и робототехнических систем.
Главная цель использования электродвигателей в таких проектах заключается в динамике и мобильности. Они позволяют приводить в движение разные механизмы, превращать стационарные устройства в мобильные и давать возможность взаимодействия с окружающим миром, что особенно актуально в области робототехники.
С помощью программирования на Аrduino разработчики могут детально контролировать работу электродвигателей. Это не просто включение и выключение, но и точное управление направлением их вращения, а также регулировка скорости вращения. Например, можно создать робота, способного двигаться с разной скоростью или изменять направление в зависимости от полученных с датчиков сигналов.
В итоге, благодаря возможностям, предоставляемым платформой Аrduino и электродвигателями, инженеры и любители могут создавать инновационные и функциональные устройства, расширяя границы современной техники.
Соединение электродвигателя с Аrduino требует промежуточного элемента
Использование Аrduino в качестве центрального элемента для управления различными устройствами, особенно такими мощными, как электродвигатели, требует особого внимания к деталям и точности. Прямое подключение электродвигателя к порту Аrduino не только потенциально опасно для самой платы, но и может драматически снизить эффективность и надежность всей системы управления.
Выходной порт Аrduino, несмотря на свои компактные размеры и доступную стоимость, обладает ограниченной мощностью. С его помощью можно легко управлять светодиодами или небольшими датчиками, но когда дело доходит до электродвигателей, ситуация меняется. Способность порта предоставлять всего около 20 ма тока означает, что он абсолютно не подходит для управления большинством электродвигателей, которые требуют гораздо большего тока для своей нормальной работы.
Это может привести к перегрузке и, как результат, к выходу из строя порта или даже всей платы Аrduino. Поэтому, для обеспечения безопасности и надежности работы, крайне важно использовать дополнительные компоненты, такие как специализированные контроллеры. Эти контроллеры не только обеспечивают нужное количество тока для электродвигателя, но и позволяют более тонко настраивать его работу, что, в свою очередь, расширяет возможности управления и обеспечивает оптимальную производительность.
Какие электродвигатели совместимы с Аrduino и на какие детали стоит обратить особое внимание при их отборе?
Аппаратная платформа Аrduino позволяет интегрировать все электродвигатели с низким потреблением тока, доступные на рынке.
Совместимы с Аrduino:
- Bldc двигатели без щеток с коммутацией.
- Dc двигатели со щетками, являющиеся наиболее базовыми электродвигателями, работающими на постоянном токе.
- Двигатели-вибраторы, создающие вибрацию через вращение вала.
- Импульсные двигатели, обладающие прецизионным управлением благодаря шаговому вращению.
- Edf приводы, включая ротор и корпус.
- Линейные актуаторы, генерирующие прямолинейное движение.
- Сервоприводы.
Критерии, которые стоит учитывать при выборе мотора для Аrduino, разнятся в зависимости от его типа.
Однако ключевые из них:
- Токовая нагрузка [a] — определяет необходимый ток для стабильной работы двигателя;
- Рабочее напряжение [в] — характеризует уровень напряжения для оптимальной работы; обычно устройства на Аrduino используют 12 в;
- Момент силы [нм] — центральная характеристика двигателя, отображающая его эффективность; высокий момент силы указывает на большую мощность двигателя;
- Частота оборотов [об./мин] — показывает, с какой скоростью вращается вал двигателя;
- Вес и размеры [г и мм] — важны, особенно при разработке компактных устройств, где размер и масса двигателя имеют значение;
- Дискретность [кол-во шагов] — характеристика, применима исключительно к шаговым моторам, и указывает на точность их работы;
- Скорость линейного перемещения [мм/с] — применимо только к линейным моторам, определяет темп их движения в прямолинейном направлении.
Как связать ардуино с электрическим двигателем?
Осознав разновидности двигателей, совместимых с Аrduino, а также ключевые характеристики для их выбора, можно начать процесс их интеграции. Наиболее просто интегрируются классические щёточные двигатели dc, вибродвигатели и серводрайвы. Линейные серводвигатели, шаговые механизмы и насосные устройства требуют более тщательного подхода.
Щёточные двигатели dc и вибрационные устройства представляют собой наиболее интуитивные опции и часто используются в различных проектах, причём они являются наиболее удобными для интеграции. Обычно к платформе Аrduino подключают двигатели с током от 1А до 5А, функционирующие на напряжении от 5В до 9В. Для двигателей с повышенной мощностью используются дополнительные контроллеры.
Щёточные двигатели dc и вибрационные устройства могут быть интегрированы с помощью транзисторной системы или через мост h. При использовании первого варианта управление ограничивается только регулировкой скорости вращения, в то время как мост h дает возможность контролировать как скорость, так и направление. Таким образом, стоит выбрать наилучший способ подключения, исходя из конкретных задач проекта.
Подсоединение dc-двигателя и вибромотора с использованием транзистора
Соединение щёточного двигателя DC и вибрационного двигателя при помощи транзистора — это простая схема, которая требует всего трёх компонентов: ограничивающего резистора, выпрямительного диода и транзистора. Для этой схемы можно использовать, например, выпрямительные диоды 1N4148 или 1N4007, транзистор 2N2222 и ограничивающий резистор с сопротивлением 10 кОм.
Процесс подключения начинается с выбора контакта на Аrduino, который имеет соответствующее выходное напряжение. Контакт Аrduino подсоединяется на контактной плате к резистору, а затем к базе транзистора. Эмиттер транзистора подключается к земле, а коллектор подсоединяется к двигателю через параллельно подключенный выпрямительный диод.
С другой стороны, двигатель подключается к источнику питания. Резистор в этой схеме ограничивает силу тока, поступающего к транзистору, а выпрямительный диод предотвращает обратные токи и выбросы напряжения, которые могут возникнуть при включении системы. Эти обратные токи и пики могли бы повредить программную платформу.
Подсоединение с использованием h-моста
Метод подключения через мост h дает возможность управлять как скоростью, так и направлением вращения вала двигателя. В отличие от вибрационных двигателей, где направление вращения не имеет особого значения, управление щёточного двигателя dc становится критичным. Линейные серводвигатели, основанные на двигателях dc, также могут быть подключены через мост h.
Вы можете создать мост h самостоятельно, используя транзисторы, или приобрести готовые модули. Основная функция моста h - преобразовать входящий сигнал от Аrduino и передать его на выход. Для подключения щёточных двигателей dc, вибрационных или линейных двигателей, рекомендуется использовать резистор (например, 10 ком), переключатель и готовый мост h, такой как sn754410, l29ne или l293d.
Выбор моста h следует основывать на максимальной нагрузке двигателя. Отдельные мосты h могут иметь различные конструкции и конфигурации контактов, поэтому прежде чем начать подключение, необходимо изучить схему контактов.
Для примера рассмотрим мост l293d:
- Контакт 1: управление скоростью двигателя.
- Контакты 2 и 7: управление направлением вращения.
- Контакт 8: питание до 36В.
- Контакт 9: управление скоростью второго двигателя.
- Контакты 10 и 15: управление направлением второго двигателя.
- Контакт 16: питание до 5В.
- Контакты 4, 5, 12, 13: заземление.
Первым делом устанавливаем мост h на плате. Затем подключаем землю и питание для двигателя или двигателей. Затем питаем управляющую часть моста, после чего подключаем контакты управления двигателями.
Отметим, что система может работать от одного или двух источников питания. Если вы используете один источник, он должен иметь хорошую фильтрацию. Более предпочтительным является использование двух источников питания — одного для двигателя и другого для управляющей логики.
Присоединение сервоприводов
Простое подключение сервоприводов осуществляется благодаря унифицированным выходам устройства. Для интеграции сервопривода с Аrduino начните с соединения общего провода питания и питания для системы, которые обычно используют два 5-вольтовых источника. Затем подключите выход pwm Аrduino (отмечен символом "~") к управляющему контакту сервопривода. Завершая процесс, необходимо установить соответствующую библиотеку.
Интеграция шаговых электродвигателей с использованием специализированного контроллера
Подключение шаговых моторов к плате Аrduino требует использования специальных драйверов или контроллеров. Это необходимо потому, что прямое подключение двигателя к плате может привести к её повреждению из-за высокого потребления тока двигателем. При выборе контроллера важно учитывать такие характеристики как максимальный потребляемый ток и рабочее напряжение двигателя.
Процесс подключения на примере контроллера a4988:
- Подготовка платы и контроллера: перед началом работы установите контроллер a4988 на контактную плату или другую подходящую основу.
- Подключение питания: соедините контакты gnd и vdd контроллера к источнику питания, предоставляющему напряжение от 3 до 5,5В. Это необходимо для питания логической части контроллера.
- Подключение двигателя: контакты gmd и vmot контроллера соединяются с источником питания двигателя. В нашем случае это 12В.
- Управление двигателем: контакт slp соедините с контактом rst. Это позволит контроллеру управлять режимами "сон" и "работа" двигателя.
- Подключение обмоток двигателя: в зависимости от типа шагового двигателя (биполярный или униполярный) происходит подключение к контактам 1a, 2a, 1b и 2b.
- Для биполярных двигателей: 1a соединяется с черным проводом, 2a с красным, 1b с зеленым и 2b с голубым.
- Для униполярных двигателей у вас будет шесть проводов. Желтый и белый обычно игнорируются, а остальные подключаются к контактам 1a, 2a, 1b и 2b.
- Управление направлением вращения: направление вращения вала двигателя зависит от подключения контакта dir на контроллере. Подавая на него высокий или низкий уровень, можно изменять направление вращения.
После завершения всех вышеуказанных шагов ваш шаговый мотор готов к работе. Последний этап — программирование платы Аrduino для управления мотором через контроллер.
DF-FIT0441 Двигатель: BLDC; 12ВDC; Ось: D профиль; Интерфейс: TTL; 700мА
POLOLU-1182 Контроллер шаговых двигателей; A4988; 1А; Uвх.двигателя: 8÷35В
DF-FIT0349 Двигатель: шаговый; 3,4ВDC; Ось: D профиль; макс.1,76Нм; 1,6А
