Управление бесколлекторным двигателем, связь по bluetooth и новое поколение транзисторов в одном проекте от texas instruments

Принцип работы H-моста

Перед тем, как переходить непосредственно к управлению двигателем, обсудим что такое H-BRIDGE (H-мост). Собранная нами далее схема будет осуществлять две функции: управлять двигателем постоянного тока с помощью управляющих сигналов малой мощности и изменять направление вращения двигателя.

Нам известно, что для изменения направления вращения двигателя постоянного тока необходимо изменить полярность приложенного к нему питающего напряжения. И как раз для смены полярности напряжения хорошо подходит устройство, называемое H-мостом. На представленном выше рисунке мы имеем 4 выключателя. Как показано на рисунке 2 если выключатели A1 и A2 замкнуты, то ток через двигатель течет справа налево как показано на второй части рисунка 2 – то есть в этом случае двигатель будет вращаться по часовой стрелке. А если выключатели A1 и A2 разомкнуты, а B1 и B2 – замкнуты, то ток через двигатель в этом случае будет протекать слева направо как показано на второй части рисунка, то есть двигатель будет вращаться против часовой стрелки. В этом и заключается принцип работы H-моста.

Рисунок 2 (часть 1)

Рисунок 2 (часть 2)

Мы в качестве H-моста будем использовать специализированную микросхему L293D, которую еще называют драйвером двигателей. Эта микросхема предназначена для управления двигателями постоянного тока малой мощности (см. рисунок) и содержит в своем составе два H-моста, то есть с ее помощью можно управлять двумя двигателями. Эта микросхема часто используется для управления двигателями в различных роботах.

В следующей таблице указаны необходимые значения напряжений на выводах INPUT1 и INPUT2 микросхемы L293D для смены направления вращения двигателя.

То есть, чтобы двигатель вращался по часовой стрелке необходимо чтобы на 2A было напряжение высокого уровня (high), а на контакте 1A – напряжение низкого уровня (low). Аналогично для вращения двигателя против часовой стрелки необходимо обеспечить на 1A напряжение высокого уровня, а на 2A – низкого.

Как показано на следующем рисунке Arduino UNO имеет 6 ШИМ каналов (обозначенных на плате специальным знаком – тильдой), любой из которых мы можем использовать для получения изменяющего напряжения (на основе ШИМ). В данном проекте мы будем использовать в качестве ШИМ выхода контакт PIN3 Arduino UNO.

Автономное питание

Бывает, что нужно обеспечить автономное питание проекта, т.е. вдали от розетки, давайте рассмотрим варианты. Также для этих целей пригодится урок по энергосбережению и режимам сна микроконтроллера.

Максимальный выходной ток с пина 5V – 500 мА!

Питание в пин Vin (или штекер 5.5×2.1 на плате UNO/MEGA)

• Любой блок питания/зарядник от ноута с напряжением 7-18 Вольт
• 9V батарейка “Крона” – плохой, но рабочий вариант. Ёмкость кроны очень небольшая;
• Сборка из трёх литиевых аккумуляторов: напряжение 12.6-9V в процессе разряда. Хороший вариант, также имеется 12V с хорошим запасом по току (3А для обычных, 20А для высокотоковых аккумуляторов) для двигателей или светодиодных лент;
• “Модельные” аккумуляторы, в основном Li-Po. В целом то же самое, что предыдущий пункт, но запаса по току в разы больше;
• Энергосбережение – не очень выгодный вариант, т.к. стабилизатор потребляет небольшой, но всё же ток;
• Максимальный выходной ток с пина 5V при питании в Vin: 2А при 7V на Vin, 500ma при 12V на Vin

Питание в пин 5V

• Для стабильных 5V на выходе – литиевый аккумулятор и повышающий до 5V модуль. У таких модулей обычно запас по току 2А, также модуль потребляет “в холостом режиме” – плохое энергосбережение;
• Литиевый аккумулятор – напряжение на пине 5V и GPIO будет 4.2-3.5V, некоторые модули будут работать, некоторые – нет. Работа МК от напряжения ниже 4V не гарантируется, у меня работало в целом стабильно до 3.5V, ниже уже может повиснуть. Энергосбережение – отличное;
• Пальчиковые батарейки (ААА или АА) – хороший вариант, 3 штуки дадут 4.5-3V, что граничит с риском зависнуть. 4 штуки – очень хорошо. Новые батарейки дадут 6V, что является максимальным напряжением для МК AVR и при желании можно так работать;
• Пальчиковые Ni-Mh аккумуляторы – отличный вариант, смело можно ставить 4 штуки, они обеспечат нужное напряжение на всём цикле разряда (до 4V). Также имеют хороший запас по току, можно даже адресную ленту питать.
• Платы с кварцем (тактовым генератором) на 8 МГц позволяют питать схему от низкого напряжения (2.5V, как мы обсуждали выше), отлично подойдут те же батарейки/аккумуляторы, также для маломощные проекты можно питать от литиевой таблетки (3.2-2.5V в процессе разряда).
• Максимальный выходной ток с пина 5V ограничен током источника питания

Как подключить моторчик к Arduino

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

• плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• мотор постоянного тока (Motor DC);
• транзистор полевой/биполярный;
• драйвер двигателей L298N;
• провода «папа-папа», «папа-мама».

Перед выбором способа управления двигателем от Arduino Uno r3, уточните на какое напряжение рассчитан ваш моторчик. Если питание требуется более 5 Вольт, то следует использовать транзистор или драйвер. Распиновка транзисторов может отличаться от приведенного примера (следует уточнить распиновку для своего типа). Драйвер L298N позволит не только включать мотор, но и изменять направление вращения.

Скетч. Подключение мотора напрямую

Подключение мотора к Ардуино напрямую — самый простой вариант включения вентилятора на Arduino или машинки. Команда для включения двигателя не отличается, от команды при подключении светодиода к микроконтроллеру. Функция digitalWrite включает/выключает подачу напряжения на цифровой порт, к которому подключен двигатель постоянного тока. Соберите схему и загрузите программу.

Пояснения к коду:

1. для подключения мотора без драйвера можно использовать любой порт;
2. если двигатель не включается, то, возможно, не хватает силы тока на цифровом выходе, подключите двигатель через транзистор к порту 3,3V или 5V.

Скетч. Подключение мотора через транзистор

Подключение мотора через транзистор к Ардуино потребуется, если двигатель никак не хочет включаться от платы напрямую, то следует использовать порт 5 Вольт на микроконтроллере или внешний источник питания. Транзистор будет играть роль ключа, замыкая/размыкая электрическую цепь. Сам транзистор управляется цифровым портом. Соберите схему, как на картинке и загрузите программу.

Пояснения к коду:

1. при необходимости можно подключить два мотора FA-130 к Ардуино;
2. в зависимости от характеристик, двигатель подключается к 3,3 или 5 Вольтам.

Подключение мотора к Ардуино через драйвер L298N или Motor Shield L293D позволит менять направление вращения ротора. Но для использования данных модулей потребуется установить соответствующие библиотеки для Ардуино. В примере мы использовали схему подключения двигателя с помощью модуля L298N. Соберите схему, как на картинке ниже и загрузите следующий скетч с использованием.

Схема униполярных и биполярных шаговых двигателей

Вначале рассмотрим униполярный шаговый двигатель, ввиду простоты управления. В таком моторе ток в обмотке всегда течет в одном направлении. Это упрощает метод управления, в отличие от биполярного, где управление должно обеспечивать изменение полярности катушек шагового двигателя путем изменения направления тока через обмотку на противоположное.

Двух переключателей достаточно, чтобы построить простейший драйвер шагового двигателя, как показано на рисунке. Здесь используем 6-проводный униполярный двигатель. Также можно сказать, что двигатель в этом случае управляется однополярно, за счет использования средней обмотки катушки и постоянного напряжения питания на нее.

Переключая данные переключатели в последовательности S1, S2, S1, S2, S1, S2… заметим, что двигатель вращается. Рисунок выше иллюстрирует важный принцип управления: обе обмотки не могут питаться от одной пары одновременно. Каждое изменение переключателя поворачивает ротор на один шаг. Чем быстрее начнем переключать переключатели в последовательности S1, S2, S1, S2…, тем быстрее начнет вращаться ротор.

Подключение переключателей к катушкам шагового двигателя

Скорость шагового двигателя зависит не от величины напряжения, а от скорости подключения питания к отдельным обмоткам. Чтобы добиться полного вращения ротора с 200-шаговым двигателем, надо изменить положение каждого переключателя 100 раз, то есть выполнить до 200 последовательностей для двух переключателей. Это уже говорит о том, что шаговые двигатели не могут работать на высокой скорости. Из этого следует, что шаговые двигатели можно назвать «цифровыми двигателями», поскольку для вращения ротора необходимо переключать переключатели в соответствующей последовательности.

В нашем случае последовательность переключений также определяет направление вращения шагового двигателя. Когда меняем последовательность включения переключателей, то меняем и направление вращения, например S2, S1, S2, S1, S2, S1… влево, S1, S2, S1, S2, S1, S2… вправо. В этом примере есть двухпозиционные переключатели, которые всегда обеспечивают питание двух из четырех обмоток шагового двигателя в данный момент. Но использование трехпозиционных переключателей дает гораздо больше возможностей.

Опять же, обе обмотки никогда не питаются от одной пары, что является обязательным принципом управления шаговым двигателем. Благодаря трехпозиционным переключателям можно реализовать, например, полушаговое управление, благодаря разнообразию переключений. Одновременно могут быть под напряжением две, одна или ни одной из обмоток.

Упрощенная схема управления униполярным шаговым двигателем

Чтобы управлять таким мотором, надо обеспечить соответствующую последовательность импульсов. Например, только одна из четырех обмоток шагового двигателя находится под напряжением одновременно (это своего рода волновое управление). На каждый цикл двигателя подается питание на одну из четырех катушек униполярного шагового двигателя. Вращение его будет выглядеть так:

Вращение униполярного шагового двигателя в последовательных тактах цикла управления волной

Управляющая последовательность A +, B +, A-, B- повторяется каждые четыре импульса тактового генератора. Этот тип управления называется однофазным или волновым. Это полный шаг управления, потому что двигатель выполняет один полный ход (шаг) с одним импульсом генератора.

Самый простой способ изменить направление — поменять местами одну пару проводов катушки (поменять местами, например, B + с B — и B — с B +), затем дадим последовательность A +, B -, A -, B + импульсы, он вращает двигатель в противоположном направлении. Так управление направлением реализовано в некоторых контроллерах шаговых двигателей. Самый простой способ изменить последовательность импульсов — использовать, например, реле.

Форма волны (однофазная) импульсная последовательность драйвера

Упрощенная схема однофазного (волнового) регулятора с изменением направления вращения

Несомненное преимущество униполярных шаговых двигателей — простота управления. Но это связано с волновым управлением, с использованием только половины обмотки за раз, одна из них всегда не используется. Используется только 1/4 всех обмоток шагового двигателя, что значительно снижает максимальную производительность.

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы рассмотрим только его основные фрагменты.

Для управления BLDC двигателем мы будем формировать ШИМ сигнал с частотой 50 Гц и изменяемым от 0 до 100% коэффициентом заполнения. Значение коэффициента заполнения будет управляться с помощью потенциометра. То есть, вращая потенциометр, мы будем управлять скоростью вращения двигателя. Как уже указывалось, управление BLDC двигателем очень похоже на управление сервомотором с помощью ШИМ 50 Гц, поэтому в данном случае мы будем использовать ту же самую библиотеку, которую использовали для управления сервомотором. Если вы начинающий в изучении платформы Arduino, то перед дальнейшим прочтением данной статьи рекомендуем вам изучить принципы формирования ШИМ сигнала в Arduino и подключение сервомотора к плате Arduino.

ШИМ сигнал можно генерировать только на тех цифровых контактах платы Arduino, которые обозначены символом ~. В нашей схеме мы будем управлять контроллером ESC с контакта 9 платы Arduino, поэтому следующей командой мы прикрепим контроллер ESC к этому контакту:

Arduino

ESC.attach(9);

Коэффициент заполнения ШИМ (от 0 до 100%) управляется с помощью положения ручки потенциометра. То есть когда на выходе потенциометра у нас будет 0V (0 на выходе АЦП), у нас коэффициент заполнения будет равен 0, а когда на выходе потенциометра будет 5V (1023 на выходе АЦП), коэффициент заполнения ШИМ будет равен 100%. Поэтому мы будем использовать функцию, которая будет считывать значение с выхода АЦП контакта A0.

Arduino

int throttle = analogRead(A0);

Затем мы должны конвертировать полученное значение (оно будет в диапазоне от 0 до 1023) в диапазон от 0 до 180. В дальнейшем значение 0 у нас будет означать 0% коэффициент заполнения ШИМ, а значение 180 – 100% коэффициент заполнения ШИМ. Конвертация значения из диапазона 0-1023 в диапазон 0-180 будет осуществляться с помощью функции:

Arduino

throttle = map(throttle, 0, 1023, 0, 180);

В дальнейшем мы должны передать это значение в функцию управления двигателем, чтобы сформировать соответствующий ШИМ сигнал на необходимом нам контакте. Поскольку мы дали нашему серво объекту имя ESC, то команда для управления им будет выглядеть следующим образом:

Arduino

ESC.write(throttle);

Обзор бесколлекторных моторов для Arduino

Бесколлекторные моторы (рис. 1) появились сравнительно недавно и были созданы с целью оптимизации электродвигателей постоянного тока. Бесколлекторные моторы питаются трехфазным переменным током. Они эффективно работают в более широком диапазоне оборотов и имеют более высокий КПД. При этом конструкция двигателя проще, в ней нет щеточного узла, который постоянно трется с ротором и создает искры. Поэтому они практически не изнашиваются.

По конструкции бесколлекторные моторы делятся на две группы: inrunner и outrunner. Двигатели inrunner имеют расположенные по внутренней поверхности корпуса обмотки, и вращающийся внутри магнитный ротор. Двигатели outrunner имеют неподвижные обмотки, внутри двигателя, вокруг которых вращается корпус с помещенными на его внутреннюю стенку постоянными магнитами.

Коммутация в бесколлекторном двигателе (БД) осуществляется и контролируется с помощью электроники.

Пояснения к скетчу для управления шаговым двигателем

Уточните значение

const int stepsPerRevolution = 200;

в скетче и измените значение 200 на ваше количество шагов за один поворот двигателя вала и скорость вращения в строке

myStepper.setSpeed(60);

Теперь можете сохранить и загрузить скетч, который реализует вращение один оборот вала, а затем в противоположную сторону. Это реализуется с помощью функции

myStepper.step(stepsPerRevolution); // вращение по часовой стрелке

myStepper.step(-stepsPerRevolution); // вращение против часовой стрелки

Подключение одного двигателя без регулировки скорости врашения

Для этого замыкаем джампер как показано на рисунке, тем самым соединяя вывод EN с +5V

Как уже говорилось ранее, при таком способе мы не можем регулировать скорость вращения, однако для управления одним каналом модуля будет задействованно два цифровых вывода вместо трех.

Sketch code

// вращаться "вправо" 4 секунды, остановиться на 0.5 секунды, вращаться "влево" 4 секунды, остановка 5 секунд и снова цикл повторяется
int IN3 = 5; // Input3 подключен к выводу 5 
int IN4 = 4;

void setup()
{
  pinMode (IN4, OUTPUT);
  pinMode (IN3, OUTPUT);
}
void loop()
{
  // На пару выводов "IN" поданы разноименные сигналы, мотор вращается   
  digitalWrite (IN4, HIGH);
  digitalWrite (IN3, LOW); 
  delay(4000);
  // На пару выводов "IN" поданы одноименные сигналы, мотор не вращается 
  digitalWrite (IN4, LOW); 
  delay(500);
  // На пару выводов "IN" поданы разноименные (и уже противоположные относительно первого случая) сигналы, мотор вращается  
  // относительно первого случая) сигналы, мотор вращается в другую сторону
  digitalWrite (IN3, HIGH);
  delay(4000);
  // Снова на выводах "IN" появились одноименные сигналы, мотор не вращается 
  digitalWrite (IN3, LOW); 
  delay(5000);
  }

Поключение одного двигателя с регулировкой скорости вращения

подсоединяем ENB к выводу ШИМ (D3)

Теперь становится возможно управлять скоростью мотора, изменяя скважность посылаемого ШИМ сигнала

Значения скважности задаются функцией analogWrite(pin, число), где число изменяется от 0 до 255, прямо пропорционально скважности сигнала. Для наглядности, подобраны четыре значения при которых двигатель стартует с низких оборотов, набирает средние, выходит на максимальные и не вращается

Sketch code

// двигатель стартует с низких оборотов, набирает средние, выходит на максимальные и не вращается
int IN3 = 5; // Input3 подключен к выводу 5 
int IN4 = 4;
int ENB = 3;
void setup()
{
 pinMode (ENB, OUTPUT); 
 pinMode (IN3, OUTPUT);
 pinMode (IN4, OUTPUT);
}
void loop()
{
  // На пару выводов "IN" поданы разноименные сигналы, мотор готов к вращаению
  digitalWrite (IN3, HIGH);
  digitalWrite (IN4, LOW);
  // подаем на вывод ENB управляющий ШИМ сигнал 
  analogWrite(ENB,55);
  delay(2000);
  analogWrite(ENB,105);
  delay(2000);
  analogWrite(ENB,255);
  delay(2000);
  // Останавливаем мотор повад на вывод ENB сигнал низкого уровеня. 
  // Состояние выводов "IN" роли не играет.
  analogWrite(ENB,0);
  delay(5000);
}

Sketch code

// два мотора будут вращаться в обе стороны с плавным нарастанием скорости
int IN1 = 5; // Input1 подключен к выводу 5 
int IN2 = 4;
int IN3 = 3;
int IN4 = 2;
int ENA = 9;
int ENB = 3;
int i;
void setup()
{
  pinMode (EN1, OUTPUT);
  pinMode (IN1, OUTPUT);
  pinMode (IN2, OUTPUT);
  pinMode (EN2, OUTPUT);
  pinMode (IN4, OUTPUT);
  pinMode (IN3, OUTPUT);
}
void loop()
{
  digitalWrite (IN2, HIGH);
  digitalWrite (IN1, LOW); 
  digitalWrite (IN4, HIGH);
  digitalWrite (IN3, LOW); 
  for (i = 50; i <= 180; ++i)
  {
      analogWrite(EN1, i);
      analogWrite(EN2, i);
      delay(30);
  }
  analogWrite (EN1, 0);
  analogWrite (EN2, 0);
  delay(500);
  digitalWrite (IN1, HIGH);
  digitalWrite (IN2, LOW); 
  digitalWrite (IN3, HIGH);
  digitalWrite (IN4, LOW);
  for (i = 50; i <= 180; ++i)
  {
      analogWrite(EN1, i);
      analogWrite(EN2, i);
      delay(30);
  }
  analogWrite (EN1, 0);
  analogWrite (EN2, 0);
  delay(8000);
}

Click here

Принцип действия BLDC двигателей

Бесколлекторные электродвигатели постоянного тока (BLDC двигатели) в настоящее время часто используются в потолочных вентиляторах и электрических движущихся транспортных средствах благодаря их плавному вращению. В отличие от других электродвигателей постоянного тока BLDC двигатели подключаются с помощью трех проводов, выходящих из них, при этом каждый провод образует свою собственную фазу, то есть получаем трехфазный мотор.

Хотя BLDC относятся к двигателям постоянного тока они управляются с помощью последовательности импульсов. Для преобразования напряжения постоянного тока в последовательность импульсов и распределения их по трем проводникам используется контроллер ESC (Electronic speed controller). В любой момент времени питание подается только на две фазы, то есть электрический ток заходит в двигатель через одну фазу, и покидает его через другую. Во время этого процесса запитывается катушка внутри двигателя, что приводит к тому, что магниты выравниваются по отношению к запитанной катушке. Затем контроллер ESC подает питание на другие два провода (фазы) и этот процесс смены проводов, на которые подается питание, продолжается непрерывно, что заставляет двигатель вращаться. Скорость вращения двигателя зависит от того как быстро подается энергия на катушку двигателя, а направление вращения – от порядка смены фаз, на которые поочередно подается питание.

Существуют различные типы BLDC двигателей – давайте рассмотрим основные из них. Различают Inrunner и OutRunner BLDC двигатели. В Inrunner двигателях магниты ротора находятся внутри статора с обмотками, а в OutRunner двигателях магниты расположены снаружи и вращаются вокруг неподвижного статора с обмотками. То есть в Inrunner (по этому принципу конструируется большинство двигателей постоянного тока) ось внутри двигателя вращается, а оболочка остается неподвижной. А в OutRunner сам двигатель вращается вокруг оси с катушкой, которая остается неподвижной. OutRunner двигатели особенно удобны для применения в электрических велосипедах, поскольку внешняя оболочка двигателя непосредственно приводит в движение колесо велосипеда, что позволяет обойтись без механизма сцепления. К тому же OutRunner двигатели обеспечивают больший крутящий момент, что делает их также идеальным выбором для применения в электрических движущихся средствах и дронах. Поэтому и в этой статье мы будем рассматривать подключение к платы Arduino двигателя OutRunner типа.

Примечание: существует еще такой тип BLDC двигателей как бесстержневой (coreless), который находит применение в «карманных» дронах. Эти двигатели работают по несколько иным принципам, но рассмотрение принципов их работы выходит за рамки данной статьи.

BLDC двигатели с датчиками (Sensor) и без датчиков (Sensorless). Для BLDC двигателей, которые вращаются плавно, без рывков, необходима обратная связь. Поэтому контроллер ESC должен знать позиции и полюса магнитов ротора чтобы правильно запитывать статор. Эту информацию можно получить двумя способами: первый из них заключается в размещении датчика Холла внутри двигателя. Датчик Холла будет обнаруживать магнит и передавать информацию об этом в контроллер ESC. Этот тип двигателей называется Sensor BLDC (с датчиком) и он находит применение в электрических движущихся транспортных средствах. Второй метод обнаружения позиции магнитов заключается в использовании обратной ЭДС (электродвижущей силы), генерируемой катушками в то время когда магниты пересекают их. Достоинством этого метода является то, что он не требует использования каких либо дополнительных устройств (датчик Холла) – фазовый провод самостоятельно используется в качестве обратной связи благодаря наличию обратной ЭДС. Этот метод используется в двигателе, рассматриваемом в нашей статье, и именно он чаще всего применяется в дронах и других летающих устройствах.

Как подключить моторчик к Arduino

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

• плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• мотор постоянного тока (Motor DC);
• транзистор полевой/биполярный;
• драйвер двигателей L298N;
• провода «папа-папа», «папа-мама».

Перед выбором способа управления двигателем от Arduino Uno r3, уточните на какое напряжение рассчитан ваш моторчик. Если питание требуется более 5 Вольт, то следует использовать транзистор или драйвер. Распиновка транзисторов может отличаться от приведенного примера (следует уточнить распиновку для своего типа). Драйвер L298N позволит не только включать мотор, но и изменять направление вращения.

Скетч. Подключение мотора напрямую

Схема. Управление моторчиком от Ардуино напрямую Подключение мотора к Ардуино напрямую — самый простой вариант включения вентилятора на Arduino или машинки. Команда для включения двигателя не отличается, от команды при подключении светодиода к микроконтроллеру. Функция digitalWrite включает/выключает подачу напряжения на цифровой порт, к которому подключен двигатель постоянного тока. Соберите схему и загрузите программу.

void setup() { pinMode(12, OUTPUT); // объявляем пин 12 как выход } void loop() { digitalWrite(12, HIGH); // включаем мотор delay(1000); // ждем 1 секунду digitalWrite(12, LOW); // выключаем мотор delay(1000); // ждем 1 секунду }

Пояснения к коду:

1. для подключения мотора без драйвера можно использовать любой порт;
2. если двигатель не включается, то, возможно, не хватает силы тока на цифровом выходе, подключите двигатель через транзистор к порту 3,3V или 5V.

Скетч. Подключение мотора через транзистор

Подключение мотора через транзистор к Ардуино потребуется, если двигатель никак не хочет включаться от платы напрямую, то следует использовать порт 5 Вольт на микроконтроллере или внешний источник питания. Транзистор будет играть роль ключа, замыкая/размыкая электрическую цепь. Сам транзистор управляется цифровым портом. Соберите схему, как на картинке и загрузите программу.

Подключение FA-130 мотора постоянного тока — Motor DC Arduino void setup() { pinMode(13, OUTPUT); // объявляем пин 13 как выход } void loop() { digitalWrite(13, HIGH); // включаем мотор delay(1000); // ждем 1 секунду digitalWrite(13, LOW); // выключаем мотор delay(1000); // ждем 1 секунду }

Пояснения к коду:

1. при необходимости можно подключить два мотора FA-130 к Ардуино;
2. в зависимости от характеристик, двигатель подключается к 3,3 или 5 Вольтам.

Скетч. Подключение мотора через драйвер

Схема подключения двух моторов через драйвер l298n Подключение мотора к Ардуино через драйвер L298N или Motor Shield L293D позволит менять направление вращения ротора. Но для использования данных модулей потребуется установить соответствующие библиотеки для Ардуино. В примере мы использовали схему подключения двигателя с помощью модуля L298N. Соберите схему, как на картинке ниже и загрузите следующий скетч с использованием.

// задаем имена для портов #define IN1 3 #define IN2 4 #define IN3 5 #define IN4 6 void setup() { pinMode(IN1, OUTPUT); pinMode(IN2, OUTPUT); pinMode(IN3, OUTPUT); pinMode(IN4, OUTPUT); } void loop() { // вращаем моторчики в одну сторону digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW); digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW); delay(2000); // ждем 2 секунды digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, LOW); digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, LOW); delay(1000); // выключаем на 1 секунду // вращаем моторчики в обратную сторону digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, HIGH); digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, HIGH); delay(2000); // ждем 2 секунды digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, LOW); digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, LOW); delay(1000); // выключаем на 1 секунду }

ДОКУМЕНТАЦИЯ

Документация

Инициализация

Библиотека поддерживает три типа драйверов:

• DRIVER2WIRE – двухпроводной драйвер (направление + ШИМ)
• DRIVER2WIRE_NO_INVERT – двухпроводной драйвер, в котором при смене направления не нужна инверсия ШИМ
• DRIVER3WIRE – трёхпроводной драйвер (два пина направления + ШИМ)
• RELAY2WIRE – реле в качестве драйвера (два пина направления)

Инициализация происходит следующим образом:

• GMotor motor(DRIVER2WIRE, dig_pin, PWM_pin, level);
• GMotor motor(DRIVER3WIRE, dig_pin_A, dig_pin_B, PWM_pin, level);
• GMotor motor(RELAY2WIRE, dig_pin_A, dig_pin_B, level);

• dig_pin , dig_pin_A , dig_pin_B – любой цифровой пин МК
• PWM_pin – любой ШИМ пин МК
• level – LOW / HIGH – уровень драйвера. Если при увеличении скорости мотор наоборот тормозит – смени уровень

Настройки

• setDeadtime(us) – установка программного deadtime на переключение направления, us в микросекундах. По умолчанию стоит 0: deadtime отключен
• setDirection(dir) – ГЛОБАЛЬНАЯ смена направления вращения мотора например чтобы FORWARD совпадал с направлением движения “вперёд” у машинки. dir – REVERSE или NORMAL (умолч.)
• setLevel(level) – смена уровня драйвера (аналогично при инициализации). Если при увеличении скорости мотор наоборот тормозит – смени уровень. level – LOW или HIGH
• setMinDuty(duty) – минимальный сигнал (по модулю), который будет подан на мотор. Автоматически сжимает диапазон регулирования мотора: например minDuty поставили 50, и при сигнале 1 будет на мотор будет подано

51, максимум останется прежним (диапазон сигнала переведётся в 50.. 255 внутри библиотеки).

Режим работы

У мотора есть 5 режимов работы, устанавливаются при помощи setMode(mode) , где mode:

• FORWARD – вперёд
• BACKWARD – назад
• STOP – холостой (мотор отключен)
• AUTO – отдать управление функции setSpeed()

Управление скоростью и направлением

Скорость устанавливается при помощи функции setSpeed(speed) . Есть два варианта управления скоростью:

• Направление в ручном режиме, скорость 0..255 (0..1023). В этом случае скорость должна быть положительной ( setSpeed(0..255) ), направление вращения задаётся при помощи setMode() . При направлении FORWARD частота оборотов растёт по мере увеличения setSpeed(speed) , при направлении BACKWARD частота оборотов растёт в противоположную сторону по мере увеличения setSpeed(speed) .
• Направление в автоматическом режиме, скорость -255..255 (-1023..1023 для 10 бит). В этом случае устанавливаем setMode(AUTO) и подаём скорость во всём диапазоне. При значении мотор -255 крутится с максимальной скоростью в направлении “назад”, при 255 – в направлении “вперёд”. При значении 0 (ноль) режим автоматически переключается на STOP. Если задан параметр minDuty (при помощи setMinDuty() ), то режим STOP будет автоматически активирован при значении скорости в пределах (-minDuty, minDuty). Пример: у нас есть мотор, экспериментально установлено, что он начинает вращаться при величине скорости больше 50 (и, соответственно, меньше -50), при меньшем значении он просто “пищит” и стоит на месте. Если мы выставим setMinDuty(50) , то в диапазоне -50..50 мотор автоматически будет находиться в режиме STOP и не будет пищать при “шуме” задающего сигнала.

Разрешение ШИМ

setSpeed(speed) может работать с ШИМ любого разрешения, для этого нужно

• Перевести таймер в режим нужного разрешения. 8 битные таймеры можно запустить только на пониженном разрешении, а 16 битный – например на 10 битах (выводы D9 и D10), смотрите пример в библиотеке и урок по частоте ШИМ. По Arduino MEGA пока что такого готового набора у меня нет.
• Настроить нужный объект класса GMotor на нужное разрешение при помощи setResolution(bit) , где bit – разрешение ШИМ в битах (по умолчанию 8). Также не забыть подключить пин драйвера ШИМ к выводу настроенного в первом пункте таймера (смотри пример).

Несколько моторов могут работать на одной плате с разным разрешением, т.е. например 2 мотора на таймере 1 с разрешением 10 бит, и ещё два на таймере 2 с разрешением 8 бит.

Плавное управление скоростью

В библиотеке реализован готовый инструмент для плавного изменения скорости, что может обеспечить плавный пуск и остановку механизмов:

• setSmoothSpeed(acc) – установка скорости изменения скорости (т.е. ускорения) мотора
• smoothTick(speed) – данная функция сама меняет скорость мотора, плавно приближая её к указанной speed . Функция работает по встроенному таймеру на millis() с периодом 50 мс, то есть рекомендуется вызывать smoothTick(speed) не реже, чем каждые 50 мс.

В примере smooth_control можно открыть плоттер и посмотреть, как работает алгоритм.

3Скетч для управления коллекторным двигателем

Напишем скетч для управления коллекторным двигателем. Объявим две константы для ножек, управляющих двигателем, и одну переменную для хранения значения скорости. Будем передавать в последовательный порт значения переменной Speed и менять таким образом скорость (значением переменной) и направление вращения двигателя (знаком числа).

int Speed = 0;
const int IA1 = 5;  // Управляющий вывод 1
const int IA2 = 6;  // Управляющий вывод 2

void setup() {
  pinMode(IA1, OUTPUT);
  pinMode(IA2, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
    if (Serial.available() > 0) {
      String s = Serial.readString(); 
      Speed = s.toInt(); // преобразуем считанную строку в число
    }
    if (Speed > 0) { // если число положительное, вращаем в одну сторону
      analogWrite(IA1, Speed);
      analogWrite(IA2, LOW);      
    }
    else { // иначе вращаем ротор в другую сторону
      analogWrite(IA1, LOW);
      analogWrite(IA2, -Speed);      
    }
}

Максимальная скорость вращения – при наибольшем значении напряжения, которое может выдать драйвер двигателя. Мы можем управлять скоростью вращения, подавая напряжения в диапазоне от 0 до 5 Вольт. Так как мы используем цифровые ножки с ШИМ, напряжение на них регулируется командой analogWtirte(pin, value), где pin – номер вывода, на котором мы хотим задать напряжение, а аргумент value – коэффициент, пропорциональный значению напряжения, принимающий значения в диапазоне от 0 (напряжение на выводе равно нулю) до 255 (напряжение на выводе равно 5 В).

Загрузим скетч в память Arduino. Запустим его. Вал двигателя не вращается. Чтобы задать скорость вращения, нужно передать в последовательный порт значение от 0 до 255. Направление вращения определяется знаком числа.

Подключимся с помощью любой терминалки к порту, передадим число «100» – двигатель начнёт вращаться со средней скоростью. Если подадим «минус 100», то он начнёт вращаться с той же скоростью в противоположном направлении.

Управление электромотором с помощью драйвера двигателей и Arduino

А вот так выглядит подключение подключение коллекторного двигателя к Arduino в динамике:

Работа схемы

Схема подключения шагового двигателя к плате Arduino представлена на следующем рисунке.

Мы использовали шаговый двигатель 28BYJ-48 и драйвер мотора ULN2003. Для подачи питания на 4 катушки шагового двигателя мы будем использовать контакты платы Arduino 8, 9, 10 и 11. Драйвер мотора запитывается от контакта 5V платы Arduino.

Но если вы будете подсоединять какую-нибудь нагрузку к шаговому двигателю, то вам потребуется внешний источник питания для драйвера мотора. Мы в нашем примере эксплуатируем шаговый двигатель без нагрузки, поэтому нам и хватило питания от платы Arduino. И не забудьте соединить землю платы Arduino с землей драйвера мотора.

Похожие записи:

Напряженность электрического поля конденсатора формула Беспроводное электричество уже сегодня Светодиодное освещение в гараже и правильности подключения Как происходит установка светодиодных светильников в потолок В чем разница между биполярным и полевым транзистором ? лодка на ардуино с ик управлением