التحكم في المحركات والمضاعفات مع اردوينو

في التصميمات البسيطة لأنظمة التشغيل الآلي ، غالبًا ما يكون من الضروري ليس فقط قراءة قراءات المستشعرات ، ولكن أيضًا لبدء آليات الحركة. لهذا ، يتم استخدام مجموعة متنوعة من المحركات الكهربائية. الخيار الأبسط والأكثر شعبية هو محرك DC. فاز حب عشاق مع سهولة الوصول إليه ، وسهولة ضبط السرعة. إذا كانت المهمة هي نقل أي آلية إلى زاوية أو مسافة معينة ، فمن الملائم استخدام محرك سيرفو أو محرك السائر.

في هذه المقالة ، ننظر إلى الماكينات ومحركات التيار المستمر الصغيرة ، وربطها بلوحة Arduino ، وضبط DCT.

العاصمة المحرك

المحرك الكهربائي الأكثر شيوعًا الذي يتم استخدامه في الأجهزة المحمولة ولعب الأطفال والنماذج التي يتم التحكم فيها بالراديو والأجهزة الأخرى يتم تثبيت المغناطيس الدائم للجزء الثابت على المحركات الكهربائية الصغيرة ، واللف إلى الدوار.

يتم تزويد التيار باللف من خلال مجموعة الفرشاة. فرش مصنوعة من الجرافيت ، وأحيانا يتم العثور على اتصالات انزلاق النحاس. فرش تنزلق فوق الصفيحات الموجودة في نهاية واحدة من الدوار. إذا لم تدخل في التفاصيل ، فإن سرعة الدوران تعتمد على تيار لفيفة حديد التسليح.

على محركات التيار المستمر الكبيرة ، على الجزء الثابت ، هناك لف مثير للإثارة متصل باللف الدوار (من خلال مجموعة الفرشاة) بطريقة معينة (الإثارة المتسلسلة أو المتوازية أو المختلطة). وبالتالي ، يتم تحقيق عزم الدوران المطلوب وعدد الثورات.

التحكم في السرعة

عند توصيل التيار الكهربائي ، يبدأ محرك التيار المستمر في التدوير بالسرعة المحددة. لتقليل السرعة التي تحتاجها للحد من التيار. للقيام بذلك ، يتم إدخال مقاومة الصابورة ، ولكن هذا يقلل من كفاءة التثبيت ككل ويظهر مصدر حرارة زائد. لتنظيم أكثر فعالية للجهد والتيار ، يتم استخدام طريقة أخرى - مراقبة PWM.

طريقة للتحكم في إشارة النبضة المعدلة (الجهد) هي توليد قيمة الجهد المرغوبة عن طريق تغيير عرض النبضة ، مع مدة ثابتة من الفترة (التردد).

بمعنى ، يتم تقسيم الفترة إلى قسمين:

1. الدافع الوقت.

2. وقفة الوقت.

تسمى نسبة زمن النبضة إلى الوقت الإجمالي للفترة دورة التشغيل:

كانساس = ti / tper

يسمى المتبادل "دورة العمل":

D = 1 / KZ = tper / t and

لوصف وضع التشغيل لوحدة التحكم PWM ، يتم استخدام كلا المفهومين: دورة العمل ودورة التشغيل.

الاستهلاك الحالي للمحرك يعتمد على قوته. عدد الثورات ، كما قيل ، يعتمد على الحالي. يمكن ضبط التيار عن طريق تغيير مقدار الجهد المطبق على اللفات. في الواقع ، عندما يتم تشغيلها بواسطة فولط يتجاوز القيمة الاسمية وفقًا لشهادة المحرك ، فستتجاوز سرعته أيضًا السرعة الاسمية. ومع ذلك ، فإن أوضاع التشغيل هذه تشكل خطراً على المحرك ، حيث يتدفق تيار أكبر في اللفات ، مما يؤدي إلى زيادة التدفئة.

إذا كان التلف الذي يلحق بالمحرك من النبضات قصيرة الأجل أو أوضاع التشغيل قصيرة الأجل بشكل متكرر هو الحد الأدنى ، فعند التشغيل لفترة طويلة في زيادة الجهد والسرعة ، سوف يحترق أو ستسخن محامله ، ثم ستحترق اللفات إذا لم يتم فصل مصدر الطاقة.

إذا كان الجهد الكهربي للإدخال منخفضًا جدًا ، فقد لا يمتلك المحرك الصغير قوة كافية للتحرك. لذلك ، من الضروري معرفة السرعة والجهد العاديين لمحرك معين لا يتجاوز القيمة الاسمية.

نتصل اردوينو

كان لدي محرك صغير ، يبدو أنه من مشغل شرائط كاسيت ، مما يعني أن جهده المقنن سيكون أقل من 5 فولت ، ثم ستكون الطاقة الناتجة من اردوينو كافية. سأقوم بتشغيله من دبوس 5 فولت ، أي من إخراج المثبت الخطي الموجود على السبورة. وفقا للمخطط الذي تراه أدناه.

لا أعرف تيار هذا المحرك ، لذلك قمت بتوصيله بالطاقة ، وقمت بتثبيت ترانزستور تأثير المجال بين المحرك ودبوس الطاقة ، على البوابة التي تم فيها تطبيق إشارة من خرج PWM ، يمكن استخدام أي من تلك المتاحة.

لضبط السرعة ، أضفت المقاوم المتغير إلى الدائرة ، وتوصيله إلى المدخلات التناظرية A0. من أجل اتصال سريع ، استخدمت لوحًا لحام ، والذي يُسمى أيضًا السبورة.

قمت بتركيب مقاوم حالي للتيار في أسلاك الترانزستور (لتقليل تيار شحنة البوابة ، سيوفر هذا المنفذ من الاحتراق ومصدر طاقة المتحكم من الهبوط وتجمده) بمقدار 240 أوم ، وسحبه إلى الأرض باستخدام مقاوم 12 كيلو أوم ، يجب القيام بذلك لجعله أكثر استقرارًا عملت خزان مصراع وتفريغها بشكل أسرع.

وصف التفاصيل حول ترانزستورات التأثير الميداني في مقال على موقعنا. لقد استخدمت موسفيت قويًا ومشتركًا وغير مكلف للغاية مع قناة n ووصلة عكسية مدمجة IRF840.

هذا ما يبدو عليه تجميع حامل المختبر الخاص بي:

يتم استدعاء وظيفة التحكم PWM عند الكتابة إلى الإخراج المقابل (3 ، 5 ، 6 ، 9 ، 10 ، 11) القيم من 0 إلى 255 باستخدام الأمر AnalogWrite (pin ، value). يصور منطق عملها في الرسوم البيانية أدناه.

يتم تطبيق هذه الإشارة على بوابة الترانزستور:

رمز البرنامج إلى الخزي قصير وبسيط ، وقد تم وصف جميع هذه الوظائف بالتفصيل في المقالات السابقة حول اردوينو.

int sensorPin = A0 ؛ // المدخلات من الجهد

int motorPin = 3 ؛ // PWM الإخراج إلى بوابة الكاميرا

إعداد باطل () {

pinMode (motorPin ، OUTPUT) ؛

}

حلقة باطلة () {

analogWrite (motorPin، map (analogRead (sensorPin)، 0، 1023، 0، 256))؛

}

في وظيفة analogWrite ، أقوم بتعيين قيمة لإخراج PWM ، من خلال أمر map ، يتيح لك استخدامه إزالة عدة سطور من التعليمات البرمجية ومتغير واحد.

هذا مخطط عمل وهو مثالي لمراقبة العمليات عند ضبط طاقة الحمل ، سطوع المصابيح ، سرعة المحرك ، كل ما تحتاجه هو توصيل الحمل المرغوب بدلاً من المحرك. في هذه الحالة ، بدلاً من 5 فولت ، يمكن تطبيق أي جهد على الحمل ، على سبيل المثال 12V ، لا تنس توصيل الطاقة السلبية بجهة الاتصال ، على سبيل المثال 12V ، لا تنس توصيل الطاقة السالبة بمسمار GND على لوحة المتحكم الدقيق.

في اردوينو ، تردد PWM ، عندما يتم استدعاؤه من خلال وظيفة analogWrite ، لا يتجاوز 400 هرتز ، عند الحد الأدنى لقيم الجهد ، تم سماع صوت كومة التردد المقابلة من اللفات الحركية.

أجهزة

يسمى المحرك الذي يمكن أن يكون في وضع محدد مسبقًا ، وعندما يتعرض لعوامل خارجية ، على سبيل المثال ، انحراف قسري للعمود ، موضعه دون تغيير - يسمى محرك سيرفو. بشكل عام ، يبدو التعريف مختلفًا قليلاً:

مضاعفات هو محرك ردود الفعل السلبية.

عادة ، ثلاثة أسلاك تأتي من محرك سيرفو:

• قوة زائد.

• قوة أقل.

• إشارة التحكم.

يتكون محرك سيرفو من:

• محرك DC (أو محرك بدون فرش) ؛

• الرسوم الإدارية

• مستشعر الموضع (مشفر للمضاعفات بزاوية دوران 360 درجة أو مقياس جهد للمضاعفات بزاوية دوران 180 درجة) ؛

• تخفيض السرعة (يقلل من سرعة المحرك ، ويزيد من عزم الدوران على عمود القيادة).

تقارن وحدة التحكم الإشارة في المستشعر الموضعي للموضع والإشارة التي تأتي من خلال سلك التحكم ، إذا كانت مختلفة ، فهناك دوران في زاوية يتم فيها تسوية الفرق بين الإشارة.

الخصائص الرئيسية لل الماكينات:

• سرعة الدوران (الوقت الذي يدور فيه العمود بزاوية 60 درجة) ؛

• عزم الدوران (كجم / سم ، أي عدد الكيلوغرامات التي يمكن للمحرك تحملها على الذراع 1 سم من العمود) ؛

• امدادات التيار الكهربائي

• الاستهلاك الحالي

• من خلال طريقة التحكم (التناظرية أو الرقمية ، لا يوجد فرق كبير ، ولكن الرقمية أسرع وأكثر استقرارًا).

عادةً ما تكون فترة الإشارة 20 مللي ثانية ومدة نبض التحكم:

• 544 μs - يتوافق مع 0 درجة ؛

• 2400 μs - يتوافق مع زاوية 180 درجة.

في حالات نادرة ، قد يختلف طول النبضة ، على سبيل المثال ، 760 و 1520 ،s ، على التوالي ، ويمكن توضيح هذه المعلومات في الوثائق التقنية لمحرك الأقراص. واحدة من الماكينات الأكثر شعبية هواية هو برج برو SG90 ونماذج مماثلة.أنها غير مكلفة - حوالي 4 دولارات.

انها تحمل 1.8 كجم / سم على العمود ، وكاملة معها هي مسامير والرافعات المتصاعدة مع مفاتيح للعمود. في الواقع ، هذا الطفل قوي جدًا ، ويصعب إيقافه بإصبع واحد - فالقيادة نفسها تبدأ في التسرب من الأصابع - مثل قوتها.

أجهزة التحكم واردوينو

كما ذكرنا سابقًا ، يتم تنفيذ عنصر التحكم عن طريق تغيير مدة النبضة ، لكن لا تخلط بين هذه الطريقة وبين PWM (PWM) ، اسمها الصحيح هو PDM (تعديل مدة النبض). لا تلعب الانحرافات الطفيفة في تردد الإشارة (20 مللي ثانية - المدة ، التردد 50 هرتز) دورًا خاصًا. ولكن لا تنحرف عن التردد بأكثر من 10 هرتز ، يمكن للمحرك أن يعمل بسرعة أو يحترق.

اتصال اردوينو بسيط للغاية ، كما يمكنك تشغيل محرك الأقراص من دبوس 5 فولت ، ولكن غير مرغوب فيه. الحقيقة هي أنه في البداية هناك قفزة صغيرة في التيار ، وهذا يمكن أن يسبب انخفاض القوة مخرجات متحكم زائف. على الرغم من أن 1 محرك صغير (نوع SG90) ممكن ، ولكن ليس أكثر.

للتحكم في هذه الماكينات مع اردوينو ، لديك مكتبة سيرفو مدمجة في بيئة تطوير متكاملة ، لديها مجموعة صغيرة من الأوامر:

• نعلق () - إضافة متغير إلى دبوس. مثال: drive name.attach (9) - قم بتوصيل المؤازرة إلى الرقم 9. إذا كان محرك الأقراص يحتاج إلى أطوال غير قياسية لنبضات التحكم (544 و 2400 μs) ، فيمكن ضبطها مفصولة بفاصلة بعد رقم التعريف الشخصي ، على سبيل المثال: servo.attach (رقم التعريف الشخصي ، زاوية دقيقة (μs) ، زاوية أقصى في ISS)) ؛

• write () - يحدد زاوية دوران العمود بالدرجات ؛

• WriteMicroseconds () - يحدد الزاوية من خلال طول النبضة بالميكرو ثانية ؛

• قراءة () - يحدد الموضع الحالي للقضيب ؛

• المرفقة () - يتحقق إذا تم تعيين دبوس مع مضاعفات متصلة ؛

• فصل () - إلغاء الأمر إرفاق.

تسمح لك هذه المكتبة بالتحكم في 12 servos من UNO و Nano واللوحات المماثلة (mega368 و 168) ، بينما تختفي القدرة على استخدام PWM على الرقم 9 و 10. إذا كان لديك MEGA ، فيمكنك التحكم في الخوادم 48 ، لكن PWM على السنين 11 و 12 سوف يختفي ، إذا كنت تستخدم حتى 12 servos ، فسوف تظل PWM تعمل بشكل كامل على جميع جهات الاتصال.

إذا قمت بتوصيل هذه المكتبة ، فلن تتمكن من العمل مع أجهزة الاستقبال / الإرسال 433 ميغاهيرتز. هناك مكتبة Servo2 لهذا ، وهو ما يماثل ذلك.

فيما يلي مثال على الكود الذي استخدمته للتجارب مع محرك سيرفو ، وهو في مجموعة الأمثلة القياسية:

# تضمين // توصيل المكتبة

مضاعفات myservo. // اسم المتغير المعلن لـ myservo servo

int potpin = 0 ؛ // دبوس لتوصيل الجهد الإعداد

كثافة العمليات // متغير لحفظ نتائج قراءة الإشارة من الجهد

إعداد باطل () {

myservo.attach (9) ؛ / / تعيين 9 دبوس كما خرج السيطرة لأجهزة

}

حلقة باطلة () {

val = analogRead (potpin) ؛ // نتائج قراءة الجهد المحفوظ في العبور. فال ، سيكونون في حدود 0 إلى 1023

val = map (val، 0، 1023، 0، 180)؛ / / يترجم نطاق القياس من المدخلات التناظرية 0-1023

/ / في مجموعة من المهام لأجهزة المؤازرة 0-180 درجة

myservo.write (val) ؛ // اجتياز التحويل إشارة من وعاء را للتحكم المدخلات المؤازرة

تأخير (15) ؛ هناك حاجة إلى تأخير للتشغيل المستقر للنظام

 

استنتاج

يعد استخدام أبسط المحركات الكهربائية المقترنة باردوينو مهمة بسيطة إلى حد ما ، بينما يؤدي إتقان هذه المادة إلى توسيع قدراتك في مجال الأتمتة والروبوتات. أبسط الروبوتات أو نماذج السيارات التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو تتكون من هذه المحركات ، وتستخدم الماكينات للتحكم في دوران العجلات.

في الأمثلة التي تم النظر فيها ، تم استخدام مقياس الجهد لضبط زاوية الدوران أو سرعة الدوران ، ويمكن استخدام أي مصدر إشارة آخر بدلاً من ذلك ، على سبيل المثال ، قد يحدث دوران أو تغيير في السرعة نتيجة للمعلومات الواردة من أجهزة الاستشعار.

مثال على استخدام الماكينات في الطاقة البديلة: تتبع زاوية حدوث أشعة الشمس وتعديل موضع الألواح الشمسية في محطات الطاقة.

لتنفيذ مثل هذه الخوارزمية ، يمكنك استخدام عدة مقاومات الضوء أو غيرها من الأجهزة الإلكترونية البصرية لقياس كمية الضوء الساقط ، واعتمادًا على قراءاتها ، قم بضبط زاوية دوران الألواح الشمسية.