Как подключить моторчик к ардуино

Как подключить электродвигатель к Arduino

Как известно, электродвигатели бывают трёх основных типов: коллекторные, шаговые и сервоприводы. В данной статье мы рассмотрим подключение коллекторного электродвигателя к Arduino с помощью драйвера двигателей на основе микросхемы L9110S или аналогичной.

Для проекта нам понадобятся:

1 Что такое драйвер двигателей и для чего он нужен

Максимальный ток на выводах Arduino слаб (около 50 мА) для такой мощной нагрузки как электромотор (десятки и сотни миллиампер). Поэтому напрямую к выводам Arduino подключать электродвигатель нельзя: есть риск сжечь вывод, к которому подключён двигатель. Для безопасного подключения электродвигателей разных типов к Arduino необходим самодельный или промышленно изготовленный т.н. драйвер двигателей. Драйверы двигателей бывают разные, для их работы часто используются микросхемы типа HG788, L9110S, L293D, L298N и другие. Драйверы двигателей имеют выводы подачи питания, выводы для подключения электродвигателей, а также управляющие выводы.

Различные варианты исполнения драйверов двигателей

В данной статье мы будем использовать драйвер для управления двигателями, сделанный на основе микросхемы L9110S. Обычно выпускаются платы, которые поддерживают подключение нескольких двигателей. Но для демонстрации мы обойдёмся одним.

2 Схема подключения коллекторного двигателяи драйвера двигателей к Arduino

Самые простые электродвигатели – коллекторные двигатели. У таких моторов всего два управляющих контакта. В зависимости от полярности приложенного к ним напряжения меняется направление вращения вала двигателя, а величина приложенного напряжения изменяет скорость вращения.

Давайте подключим двигатель по приложенной схеме. Питание драйвера двигателя – 5 В от Arduino, для управления скоростью вращения ротора мотора управляющие контакты подключаем к выводам Ардуино, поддерживающим ШИМ (широтно-импульсную модуляцию).

Схема подключения коллекторного двигателя к Arduino с помощью драйвера двигателей

Должно получиться что-то подобное:

Двигатель подключён к драйверу двигателей и Arduino

3 Скетч 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).

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:

4 Управление шаговым двигателем с помощью Arduino

Шаговый двигатель позволяет вращать ротор на определённый угол. Это бывает полезно, когда необходимо задать положение какому-либо механизму или его узлу. Шагом двигателя называется минимальный угол, на который можно повернуть ротор двигателя. Угол поворота и направление движения задаются в управляющей программе. Существует большое разнообазие шаговых двигателей. Рассмотрим работу с ними на примере двигателя 28BYJ-48 с драйвером ULN2003.

Характеристики двигателя 28BYJ-48:

Модуль с микросхемой драйвера для управления шаговым двигателем выглядит так:

Модуль с драйвером ULN2003

На входы IN1…IN4 подаются управляющие сигналы от Arduino. Используем любые 4 цифровых пина, например, D8…D11. На вход питания необходимо подать постоянное напряжение от 5 до 12 В. Двигателю желательно обеспечить отдельное питание. Но в данном случае, т.к. не планируется использовать двигатель на постоянной основе, можно подать питание и от Arduino. Перемычка «Вкл/выкл» просто разрывает «плюс» питания, подаваемого на драйвер. В «боевом» изделии сюда можно, например, коммутировать питание с помощью реле, когда это необходимо, чтобы снизить потребление всего изделия. Итак, схема подключения будет такой:

Схема подключения шагового двигателя с драйвером ULN2003 к Arduino

Соберём всё по схеме.

Подключение шагового двигателя 28BYJ-48 к Arduino

Для Arduino «из коробки» существует готовая библиотека для управления шаговыми двигателями. Она называется Stepper. Можно посмотреть готовые примеры в среде разработки для Arduino: File Examples Stepper. Они позволяют управлять шаговым двигателем, изменяя скорость и направление движения, поворачивать ротор на заданный угол. Как говорится – бери и пользуйся. Но давайте попробуем разобраться с принципом работы шагового двигателя самостоятельно, не применяя никаких библиотек.

Двигатель 28BYJ-48 имеет 4 фазы. Это означает, что у него имеются 4 электромагнитные катушки, которые под действием электрического тока притягивают сердечник. Если напряжение подавать на катушки поочерёдно, это заставит сердечник вращаться. Рисунок иллюстрирует данный принцип.

Схема работы шагового двигателя

Здесь на (1) напряжение подано на катушки A и D, на (2) – на A и B, (3) – B и С, (4) – C и D. Далее цикл повторяется. И таким образом ротор двигателя вращается по кругу.

Напишем самый простой скетч для уравления шаговым двигателем. В нём просто будем вращать двигатель с постоянной скоростью в одном направлении, используя только что описанный принцип.

Простейший скетч управления шаговым двигателем (разворачивается)

Как можно догадаться, задержка del определяет скорость вращения двигателя. Уменьшая или увеличивая её можно ускорять или замедлять двигатель.

Если загрузить этот скетч, то увидим, что шаговый двигатель вращается против часовой стрелки. Соответственно, можно вынести цикл вращения в одну сторону в отдельную функцию rotateCounterClockwise(). И сделать аналогичную функцию вращения в противоположную сторону rotateClockwise(), в которой фазы будут следовать в обратном порядке. Также вынесем в отдельные функции каждую из 4-х фаз чтобы избежать дублирования одинакового кода в нескольких местах программы. Теперь скетч выглядит несколько интереснее:

Скетч управления шаговым двигателем (разворачивается)

Если мы загрузим скетч и проверим, поворачивается ли ротор двигателя на целый оборот, если один раз вызвать функцию rotateClockwise(), то обнаружим, что нет. Для совершения полного оборота функцию необходимо вызвать несколько раз. Соответственно, хорошо бы добавить в качестве аргумента функции число, которое будет показывать количество раз, которые она должна выполняться.

Финальный скетч управления шаговым двигателем (разворачивается)

Вот теперь совсем другое дело! Мы можем управлять скоростью шагового двигателя, задавая задержку после каждой фазы. Мы можем менять направление движения ротора двигателя. И, наконец, мы умеем поворачивать ротор на некоторый угол. Осталось только определить, какое число необходимо передавать в функции поворота rotateClockwise() и rotateCounterClockwise(), чтобы ротор шагового двигателя 1 раз провернулся на 360° вокруг своей оси. Собственно, дальнейшие наработки – вопрос фантазии или необходимости.

Источник

Управление мотором постоянного тока с помощью одного транзистора

В данной статье рассматривается наиболее простой способ подключения мотора постоянного тока к Arduino.

Введение

Моторы постоянного тока нельзя подключать напрямую к Arduino. Это обусловлено тем, что пины не способны выдавать ток более 40 мА. Мотору же, в зависимости от нагрузки, необходимо несколько сотен миллиампер. Потому возникает потребность увеличения мощности. Делается это, как-правило, с помощью транзисторов.

В статье «Транзисторы: принцип работы и​ чем они отличаются» можно ознакомиться с основными типами транзисторов и их принципами работы.

Так же рекомендуется посмотреть: Видеоуроки по Arduino, 5-я серия — Моторы и транзисторы. В данном уроке Джереми Блюм рассказывает о подключении мотора постоянного тока к Arduino через биполярный транзистор.

Необходимые компоненты

Мы рассмотрим вариант взаимодействия с полевым транзистором. Принципы подключения мотора будут разобраны на конкретном железе: DC-мотор, плата Arduino, N-канальный полевой транзистор, резистор на 10 кОм (R₁), резистор на 220 Ом (R₂).

Вы же в своих экспериментах вольны использовать то, что есть в наличии. Важны лишь 3 условия:

Схема подключения

По-сути, обмотка мотора представляет собой катушку индуктивности. В момент подачи напряжения возникнет обратная электродвижущая сила, которая может вывести из строя транзистор. Flyback диод устанавливается в обратном направлении и предотвращает утечку тока с мотора на транзистор. Поэтому, если в транзисторе нет flyback диода, его необходимо установить дополнительно: анод на исток, катод на сток.

Транзистор IRF530N является мощным и поставляется в корпусе TO-220. Ниже приведена его распиновка.

В данной схеме транзистор будет работать в ключевом режиме: по одной команде (установка уровня HIGH на затворе) от Arduino транзистор будет подключать мотор к источнику питания (отпираться), по другой команде (установка уровня LOW на затворе) — отключать мотор от источника питания.

Резистор R1 подтягивает к земле затвор транзистора. Номинал не принципиален — можно использовать любые резисторы в диапазоне от 1 до 10 кОм. Резистор R2 служит для защиты пина микроконтроллера. Диапазон, примерно, от 10 до 500 Ом.

Чтобы запитать данную схему, можно подключить к Arduino внешний источник питания на 6-9 В, либо подать питание непосредственно на макетную плату ( синяя шина — минус, красная шина — плюс).

Программинг

Для наибольшей простоты воспользуемся, пожалуй, самым известным скетчем из готовых примеров — Blink.

Посмотрим, что получилось.

Цифровой пин 13 раз в секунду меняет своё состояние. Когда на выходе устанавливается значение HIGH — загорается светодиод и начинает вращаться мотор. Когда устанавливается LOW — светодиод гаснет, а мотор останавливается.

Результаты

Была получена возможность подключать к выводам Arduino мощные устройства, в частности, моторы постоянного тока.

Использование ШИМ для регулировки скорости мотора

Если мотором управлять ничуть не сложнее, чем светодиодом, то, наверное можно изменять яркость скорость вращения мотора точно так же, как при работе со светодиодами? Именно так! С точки зрения Arduino абсолютно не важно с чем мы имеем дело.

Как вы уже, наверно, могли догадаться, для изменения скорости вращения мотора нам понадобится скетч Fade.

Схема подключения

Результат

Была получена возможность изменять скорость вращения мотора, используя аппаратный ШИМ Arduino.

На чём данная статья подходит к завершению. Теперь вы смело можете использовать моторы постоянного тока в своих проектах!

Источник

Делаем на основе Arduino двигатель своими руками

Для автоматизации электронных устройств разработчики прибегают к использованию такого приспособления, как Arduino двигатель.

Включение детали в проект – непростая задача, которая требует максимума усилий и внимания. Особенно сложно дело обстоит у начинающих электронщиков, не разбирающихся с приводами.

Ниже мы подробно расскажем читателю о моторе, сконструированном на микропроцессоре Aрдуино, и поможем построить прибор правильно.

Назначение двигателя Aрдуино и принцип работы

PWM или широтно-импульсная модуляция – это метод, позволяющий нам скорректировать среднее значение напряжения, которое поступает на электронное устройство, путем быстрого включения и выключения питания. Среднее напряжение зависит от рабочего цикла или количества времени, в течение которого сигнал включен, в зависимости от времени, в течение которого сигнал выключен за один промежуток времени.

Поэтому, в зависимости от размера прибора, мы можем просто подключить выход PWM Arduino к базе транзистора или к затвору MOSFET и управлять скоростью двигателя, контролируя выход PWM. Сигнал PWM с низким уровнем мощности Arduino включает и выключает затвор на MOSFET, через который приводится прибор высокой мощности. Ардуино GND и источник питания двигателя GND должны быть соединены вместе.

Сборка двигателя

Транзистор – это электрический выключатель, который активирует цифровые контакты или пины микропроцессора Aрдуино. В этом примере он управляется выводом 9, таким же образом, как и светодиод, за исключением того, что транзистор включает и выключает схему приспособления.

Эта схема работает, но она по-прежнему создает обратный ток из-за импульса прибора, по мере его замедления, или из-за того, что двигатель повернется другой стороной. Если генерируется обратный ток, он перемещается с отрицательной стороны и пытается найти простой путь к земле.

Маршрут проходит через транзистор или платформу, описанную выше. Невозможно точно вычислить, что произойдет, поэтому необходимо обеспечить способ контроля избыточного тока.

Чтобы обеспечить полную безопасность устройства, устанавливается диод через прибор. Диод обращен к источнику напряжения, это означает, что напряжение подается через устройство. Если ток генерируется в противоположном направлении, он блокируется от поступления в микропроцессор.

Необходимые инструменты и материалы

Для проекта понадобится простая схема управления, чтобы включить и выключить прибор.

Список необходимых инструментов и материалов для конструирования:

Для питания прибора подается 5V через него, а затем на землю. Это напряжение вращает устройства, но пользователь контролирует его. Чтобы передать Arduino управление мощностью прибора и, следовательно, вращение, устанавливается транзистор сразу после мотора.

Значения драйвера в составе устройства и работа с ним

L298N – это двойной драйвер H-Bridge, который позволяет одновременно управлять скоростью и направлением двух приспособлений постоянного тока. Модуль может приводить в действие приборы постоянного тока с напряжением от 5 до 35 В с пиковым током до 2А.

Давайте подробнее рассмотрим распиновку модуля L298N и объясним, как это работает. Модуль имеет два винтовых клеммных блока для A и B и еще одну винтовую клеммную колодку для заземляющего контакта, VCC для двигателя и вывод 5 В, который может быть либо входом, либо выходом.

Это зависит от напряжения, используемого на двигателях VCC. Модуль имеет встроенный 5V-регулятор, который либо включен, либо выключен с помощью перемычки. Если напряжение питания двигателя до 12 В, мы можем включить регулятор 5V, а вывод 5V можно использовать в качестве выхода, например, для питания платы Arduino. Но если напряжение двигателя больше 12 В, мы должны отключить перемычку, поскольку эти напряжения могут повредить встроенный регулятор 5 В. В этом случае вывод 5V будет использоваться в качестве входного сигнала, так как мы должны подключить его к источнику питания 5 В, чтобы IC работал правильно.

Здесь можно отметить, что эта ИС уменьшает падение напряжения примерно на 2 В. Так, например, если мы используем источник питания 12 В, напряжение на клеммах двигателей будет составлять около 10 В, а это означает, что мы не сможем получить максимальную скорость от нашего 12-вольтового двигателя постоянного тока.

Далее следуют логические управляющие входы. Для включения и управления скоростью двигателя используются кнопки включения и включения B. Если на этом контакте имеется перемычка, двигатель будет включен, и работать с максимальной скоростью, и если мы удалим перемычку, мы сможем подключить вход ШИМ к этому выводу и, таким образом, контролировать скорость двигателя. Если мы подключим этот контакт к заземлению, двигатель отключится.

Затем штифты Input 1 и Input 2 используются для управления направлением вращения двигателя A, а входы 3 и 4 – для двигателя B. Используя эти контакты, мы фактически управляем переключателями H-Bridge внутри IC L298N. Если вход 1 LOW, а вход 2 – HIGH, приспособление будет двигаться вперед, и наоборот, если вход 1 HIGH, а вход 2 LOW, агрегат будет двигаться назад. Если оба входа одинаковы, либо LOW, либо HIGH, прибор остановится. То же самое относится ко входам 3,4 прибора B.

Установка программного обеспечения

Постройте схему, как показано на рисунке, и откройте новый эскиз Arduino. Выберите кнопку «Сохранить» и сохраните эскиз с запоминающимся именем, например myMotor; введите следующий код:

После того, как вы набрали эскиз, сохраните его и нажмите кнопку «Скомпилировать», чтобы проверить свой код. Arduino Environment проверяет ваш код на любые синтаксические ошибки (грамматику для вашего кода) и выделяет их в области сообщений. Наиболее распространенные ошибки включают опечатки, отсутствующие точки с запятой и чувствительность к регистру.

Если эскиз скомпилирован правильно, нажмите «Загрузить», чтобы загрузить эскиз на микропроцессор. Вы должны видеть, что ваш двигатель вращается в течение одной секунды и останавливается в течение одной секунды.

Если это не так, вам следует дважды проверить свою проводку:

Запуск и настройка устройства

Для начала соединяем провода для питания и земли. На иллюстрации красный означает мощность, а черный означает заземление; они соединяются с двумя длинными вертикальными рядами на стороне макета. Это обеспечивает доступ к источнику питания и напряжению на 5 вольт.

Помещаем кнопку на макет, оседлав центр. Провод соединяет цифровой контакт 2 с одной ногой кнопки. Ножка кнопки, не подключенная к плате Aрдуино, должна быть подключена к источнику питания на 5 вольт.

Другой конец двигателя подключается к положительному выводу 9-вольтовой батареи. Подключаем заземление аккумулятора к земле Arduino и запускаем проект.

Тестирование

Arduino может обеспечивать только 40 мА при 5 В на цифровых контактах. Для большинства двигателей требуется больше тока или напряжения. Транзистор выступает в качестве цифрового переключателя, позволяя Arduino контролировать нагрузку с более высокими требованиями к электричеству. Транзистор в этом примере завершает схему двигателя на землю.

В этом примере используется TIP120, который может переключаться до 60 В на 5 А.

Источник

Моторы

В этом уроке мы рассмотрим два вида моторов: DC мотор и Сервопривод.

Сервопривод – это моторчик, который может держать заданный угол поворота. Так же есть сервы, которые могут удерживать заданную скорость, но сегодня мы не будем их рассматривать.

Нам понадобятся

DC мотор

Для начала рассмотрим обычный моторчик. Ток, который поддерживает Arduino на своих выходах до 40 мА. Моторчик без нагрузки потребляет 80мА, а при блокировке 1600мА (для разных моторчиков потребляемый ток может варьироваться), что определенно больше максимальных 40 мА. Поэтому, если моторчик просто подключить к пину Arduino, то велик шанс, в лучшем случае повредить мотор или сжечь пин, в худшем – вывести из строя микроконтроллер.

Для того, чтобы подключить мотор к Arduino, придуманы различные Motor-shieldы, придуманы микросхемы, например L298, MOSFET- транзисторы. В первой части курса мы рассмотрим только MOSFET-транзистор.

Что такое транзистор? Транзистор – это электронная кнопка, только «нажимаемая» током. О нем поподробнее.

MOSFET- транзистор – это транзистор для управления большими токами, малым напряжением.

Так как вывод Vin позволяет подключать нагрузку без ограничений по величине тока, мы сможем подключить моторчик и управлять им с помощью MOSFET и Arduino.

Соберем схему, которая позволит нам посмотреть, как в зависимости от подаваемого напряжения изменяется скорость вращения мотора.

Компонент сверку мотора – это выпрямительный диод. Если ты знаком с устройством коллекторного мотора, то ты знаешь, что при его работе возникает обратный ток, который может повредить наш MOSFET. Для того чтобы этого не произошло мы и используем выпрямительный диод.

Теперь перейдем к коду.

Код к мотору

Пояснения

Мотор подключается как аналоговый выход. То есть, питание выводится через analogWrite(MOTOR, Значение) А в зависимости от значения, MOSFET дает сигнал о подаче нужного напряжения.

Сервопривод

Отлично! С моторчиком разобрались. Теперь переходим к сервомотору. Без определенных знаний при управлении сервомотором не обойтись. Но хорошие люди уже постарались для нас и сделали библиотеку для управления сервой. Поэтому управлять сервомотором достаточно простая задача.

Соберем простенькую схемку, в которой серва будет поворачиваться сначала до упора в право, а потом обратно влево и так бесконечно. Где нам это пригодится, мы узнаем во Второй части нашего курса. А проявив фантазию, ты уже сейчас можешь найти применение этой схеме. Внимание на картинку.

Бочонок на схеме – это конденсатор. Конденсатор – это такая маленькая батарейка, которая очень быстро заряжается и быстро разряжается. О нем подробнее.

В нашей схеме он нужен, чтобы избежать просадки питания платы т.к. мы подключаем его к выводу 5V.

Код для сервомотора

Пояснения

servo.attach(пин) С помощью этой команды мы прикрепляем нашу серву к 13 пину. Текст до точки – это имя, объявленное при создании объекта Servo. Параметром принимает номер пина, к которому подключена наша серва.

servo.write(угол) С помощью этой функции, мы даем команду серве повернуться на нужный угол. А для постоянного вращения «туда-сюда» мы использовали цикл for.

Итог

Сегодня мы научились подключать сервомотор и DC мотор к Arduino. Это пригодится нам позже. Например, при создании мобильного робота или Робо-руки. Но это позже.

Источник