Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

V tomto příkladu se podíváme na jeden ze způsobů řízení stejnosměrného motoru, který je realizován prostřednictvím desky Arduino a ovladače L298N. Navzdory velkému množství možností ovládání provozu elektrických stejnosměrných strojů je tento systém mnohem populárnější. Vzhledem k tomu, že může být používán k provádění poměrně širokého spektra různých operací, ve srovnání s obvody používajícími jiné ovladače a mikrokontroléry.

Úvod

Elektrický stroj na stejnosměrný proud je jedním z nejjednodušších, díky němuž je často používán v radioelektronice a robotických zařízeních. Tato popularita je způsobena jednoduchostí výkonu a kontroly - pro tento účel jsou dva póly napájeny ze zdroje emf (negativní a kladné) a když proud protéká vinutími, hřídel se otáčí. Při změně polarity motoru se jedná o reverzní pohyb.

V systémech radioelektroniky se takové metody řízení provozu motoru nazývají modulace šířky pulsu (PWM). Takový proces je charakterizován změnou trvání použitého napětí nebo tvaru jeho signálu.

Jak mohu změnit rychlost otáčení pomocí PWM?

Pomocí metody PWM střídavě aplikujete a odpojujete napětí na vinutí motoru s vysokou frekvencí. Frekvence pulzů může dosáhnout několika kilohertzů.

Velikost průměrného napětí aplikovaného na motor závisí na tvaru vlny PWM. Tvar signálu je zase určen pracovním cyklem, který může být vyjádřen jako poměr doby dodávky signálu k celkové periodě (součet napětí a doby vypnutí). Výsledkem je bezrozměrné množství, které je vyjádřeno v procentech - kolik času z celkové doby bylo napětí aplikováno na motor. V nízkonapěťových systémech 5, 12, 24 nebo 36 V se používá cyklus 25%, 50%, 75% a 100%.

Modulace šířky pulsu

Řízení motoru pomocí Arduina a generovaného PWM signálu

Pro zahájení procesu generuje deska signál, který je přiváděn do vinutí motoru. Pro řízení velikosti signálu dodávaného do pracovního obvodu je tranzistor zapnut. Který je zahrnut v mezeře sítě, a u jeho základny je kontrolní puls od Arduino. Nastavením určitých parametrů operace se sadou příkazů pro Arduino přejde tranzistor do otevřeného, uzavřeného nebo pootevřeného stavu.

Na obrázku níže je vidět příklad obvodu, ve kterém je výkon motoru řízen Arduino přes tranzistor. Jak vidíte, zde je z výstupu PWM vyslán signál do základny tranzistoru a prostřednictvím jeho kolektoru a emitoru bude napětí aplikováno na vinutí.

Koncept řízení stejnosměrného motoru

Arduino lze naprogramovat pomocí počítače, pro tento účel se používají jak speciální nástroje, tak klasické programovací jazyky. Při programování provozu zařízení můžete použít standardní sadu příkazů, které umožní přístup k nejjednodušším příkazům. Nebo je sbírejte v kombinaci, abyste vytvořili specifickou logiku zařízení.

Příklad softwarových příkazů pro práci výše uvedeného Arduino inkluzivního schématu si můžete stáhnout z odkazu níže. Pomocí nich můžete ovládat rychlost otáčení, postupně ji zvyšovat na maximální hodnotu a postupně ji snižovat až na doraz.

Úplný náčrt projektu:

Řízení stejnosměrného motoru s Arduino UNO (340 bytů, staženo: 84)

Použité příkazy:

  • void setup - pole pro nastavení pracovního výstupu z portu PWM;
  • void loop - pole pro vytvoření pracovního postupu;
  • motorSpeed - nastavuje rychlost otáčení motoru;
  • analogWrite - nastavuje práci konkrétní výstupní desky;
  • delay - nastavuje hodnotu časového intervalu.

S tímto programem a výše uvedeným schématem můžete snadno měnit rychlost otáčení stejnosměrného motoru, ale bude obtížné změnit směr jeho otáčení. Vzhledem k tomu, že je třeba změnit směr proudění elektrického proudu vinutími. Proto je změna směru otáčení mnohem výhodnější pomocí H-můstku na polovodičových měničech.

Řízení stejnosměrného motoru pomocí H-můstku

Pokud vezmeme v úvahu princip fungování, je N-můstek logickým obvodem čtyř logických prvků (relé nebo polovodičový typ), schopných přejít do dvou stavů (otevřených a uzavřených). V tomto příkladu je můstek sestaven na polovodičích. Jednoduchou změnou párového stavu těchto prvků se motor bude otáčet jedním nebo druhým způsobem bez nutnosti přepínání kontaktů.

Toto zařízení získalo své jméno díky vnější podobnosti s písmenem „H“, kde je každý pár tranzistorů umístěn ve vertikálních prvcích písmene a samotný řízený motor je horizontální. Příklad elementárního H-můstku čtyř tranzistorů je znázorněn na obrázku níže. Otevřením a zavřením nezbytných obvodových prvků v párech můžete procházet vinutími v opačném směru.

Uspořádání mostu H

Podívejte se na obrázek, v tomto schématu řízení výkonu motoru pochází ze svorek A a B, na které je aplikován řídicí potenciál.

Princip určování směru otáčení v H-můstku je následující:

  • když je impulz aplikován na základny tranzistorů Q1 a Q4 pro otevření spoje, proud protéká vinutími motoru v jednom směru;
  • když je impulz aplikován na základny tranzistorů Q2 a Q3 pro otevření spoje, proud bude protékat v opačném směru, ve srovnání s předchozím a dojde k opačnému pohybu;
  • párové otevření tranzistorů Q1 a Q3, Q2 a Q4 vede k brzdění rotoru;
  • otevření tranzistorů v posloupnosti Q1 a Q2 nebo Q3 a Q4 je zcela nepřijatelné, protože způsobí zkrat v obvodu.

Pomocí H-můstkového obvodu pro řízení provozu stejnosměrného motoru můžete realizovat kompletní sadu operací pro elektrický stroj bez nutnosti opětovného zapojení jeho vodičů. Vzhledem k obtížnosti výběru tranzistorů a jejich připojení k obvodu H-můstku je mnohem snazší použít již existující ovladače, které tuto funkci mají. Mezi nimi jsou nejoblíbenější ovladače L293D a L298N.

Při porovnání obou ovladačů je třeba poznamenat, že model L298N je lepší než L293D jak v provozních parametrech, tak v dostupných možnostech. Navzdory skutečnosti, že model L293D je levnějším modelem, se L298N díky svým významným výhodám začal používat mnohem častěji. Proto v tomto příkladu uvažujeme princip řízení motoru pomocí ovladače L298N a desky Arduino.

Co je L298N ovladač?

Tato deska obsahuje mikroobvod a 15 výstupů pro generování řídicích signálů. Je určen pro přenos signálů na pracovní položky indukčního typu - vinutí motoru, cívky relé atd. Konstrukčně umožňuje L298N připojit až dva takové prvky, například přes něj můžete současně ovládat dva krokové motory.

Níže uvedený diagram ukazuje příklad rozložení kolíku L298N z pracovního čipu.

L298N. Závěry
  • Vss - napájení logických obvodů v 5V;
  • GND - nulový výstup (aka tělo);
  • INPUT1, INPUT 2, INPUT 3, INPUT 4 - umožňují plynule zvyšovat a snižovat otáčky motoru;
  • OUTPUT1, OUTPUT2 - přívody pro napájení první indukční zátěže;
  • OUTPUT3, OUTPUT4 - přívody pro napájení druhé indukční zátěže;
  • Vs - výstup pro spínací výkon;
  • ENABLE A, B - piny, pomocí kterých jsou kanály řízeny odděleně, mohou navázat aktivní a pasivní režim (s nastavitelnou rychlostí otáčení as nastavenou rychlostí);
  • CURRENT SENSING A, B - závěry pro nastavení aktuálního režimu.

Princip řízení motoru s Arduino a řidičem L298N

Díky vestavěnému můstku v ovladači L298N umožňuje tato deska simultánní ovládání dvou elektrických strojů ze dvou párů pinů najednou. Logický obvod v tomto zařízení pracuje s napětím 5V a výkon samotných elektrických strojů může činit až 45V včetně. Maximální povolený proud pro jeden kanál desky je 2A.

Tento ovladač má zpravidla modulární konstrukci, díky které modul obsahuje pracovní prvky, výstupy a konektory nezbytné pro přenos řídicích signálů. Příklad takového ovladače je znázorněn na následujícím obrázku:

Ukázkový ovladač L298N

Nyní analyzujeme, jak se provádí řízení motoru pomocí ovladače L298N. Motor je připojen ke šroubovým svorkám - pár pro napájení každého motoru. Zbývající svorky jsou určeny pro napájení plus a mínus, stejně jako pro příjem podpětí (jsou napájeny určitou úrovní napájecího napětí, ze kterého motory pracují, a vnitřní měnič snižuje pro své vlastní logické obvody na 5V). Zásuvné výstupy desky provádějí pulsně šířkovou modulaci při generování pracovních signálů.

Svorky pro připojení motorů

Je třeba poznamenat, že terminál se třemi terminály napájí nejen desku napájecím napětím, ale také umožňuje ji již převést na vlastní potřebu řidiče 5V, jak je znázorněno na obrázku výše. Tento výstup může být použit pro napájení stejného Arduina nebo pro jiná zařízení, která jsou napájena 5V.

Důležitým momentem pro získání 5V z tohoto výstupu terminálu je instalace černého můstku, který je zodpovědný za převod jiné úrovně napětí než 5 V, za předpokladu, že její úroveň je nižší než 12V. Pokud je úroveň napájecího napětí vyšší než 12V, musí být propojka odstraněna, protože vnitřní měnič není pro ni určen a samotná deska musí být napájena z 5V přes třetí výstup stejné svorkovnice.

Jednoduchý příklad Arduina s ovladačem L298N

Nyní se budeme zabývat příkladem jednoduchého systému sdílení Arduino a L298N. Tato volba umožňuje řídit rychlost otáčení hřídele a jeho směr od stejnosměrného motoru. K tomu je na PC nastaven speciální program, který určí generování PWM signálu z L298N a směr toku elektrického proudu přes H-můstek. Samozřejmě, že pro vytvoření systému bude vyžadovat několik dalších součástí, které umožní připojení řidiče, Arduino, počítače a motory.

Schéma sdílení Arduino a L298N

Seznam nezbytných komponentů pro montáž systému:

  • Arduino UNO - nejjednodušší model linky, ale jeho funkčnost bude víc než dost. Pokud používáte pokročilejší verzi, bude to také dobře fungovat.
  • Ovladač L298N není nejdostupnější ovladač, ale nelze jej nahradit jiným, protože princip fungování podobných modelů může být zcela odlišný.
  • 12 V motor - v tomto příkladu se používá elektrický DC stroj.
  • Potenciometr 100 kΩ.
  • Tlačítko pro přepnutí obvodu.
  • Napájení 12 V - může se objevit libovolná možnost, včetně několika prstových baterií.
  • Poplatek za instalační položky.
  • Připojení vodičů, nejlépe s připravenými tátovými / maticovými zástrčkami.
Součást Specifikace Počet Kde koupit
Arduino UNO Rev3.0 1 Odkaz
Řidič L298N 1 Odkaz
Mini motor 12V, DC, 6000 ot / min 1 Odkaz
Napájecí jednotka 12 voltů 1 Odkaz
Tlačítko Micro SMD SMT 1 Odkaz
Potenciometr 100 kΩ 1 Odkaz
Připojovací vodiče tati, mami Odkaz

Kód celého projektu:

Řízení stejnosměrného motoru pomocí Arduino UNO (491 bytů, staženo: 104)

Praktická aplikace.

Programování práce elektromotorů je široce používáno v robotice, například váš vynález, vybavený kolečky, bude schopen pohybovat se dopředu a v opačném směru. Jak vidíte, společná práce Arduina a řidiče L298N bude schopna tento problém bez problémů vyřešit. V tomto případě můžete zajistit současný provoz dvou motorů najednou od jednoho řidiče, tj. Řídit dvě kola najednou a nezávisle na sobě.

V jiném provedení mohou motory řízené Arduinem a řidičem L298N pohybovat rukama robota ve směru dopředu a dozadu, pohybovat se podél lineární dráhy atd. Úplný seznam funkcí desky Arduino a ovladače L298N je omezen pouze vaší vlastní představivostí, takže pro ně můžete najít zajímavé aplikace.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie: