Características de dispositivos de conexión a Arduino

Plataforma para amantes de la robótica y la automatización. Arduino famoso por su diseño modular y facilidad de uso. A veces me encuentro con un anuncio donde dicen que puedes ensamblar tu robot sin estar prácticamente familiarizado con la electrónica. Pero esto no es del todo cierto.

Si algunos actuadores y mecanismos están conectados incorrectamente, puede grabar puertos arduinka (como ya describí en el artículo sobre como no quemar Arduino) Y si no sabe cómo manejar dispositivos digitales, en el mejor de los casos, simplemente no podrá establecer una conexión.

Compré varios módulos para arduino, ¿qué hacer a continuación?

Para conocer las características de la conexión, los voltajes de la fuente de alimentación, los niveles lógicos, etc., debe familiarizarse con la hoja de datos de su módulo.

La hoja de datos o la hoja de datos es la documentación técnica del producto. Dicha documentación se puede descargar a cualquier chip o sensor. Por lo general, están en el sitio web del fabricante. Además, hay recursos especiales en la red, en los que se recopila toda una masa de documentación técnica.

Lea la información de la hoja de datos cuidadosamente, pero ¿qué debo buscar? En primer lugar, un chip, además de la parte principal del nombre, generalmente tiene una parte o prefijo variable, la mayoría de las veces es una o más letras.

Esto indica algunas características de un microcircuito en particular, por ejemplo, potencia máxima, voltajes de suministro y niveles lógicos (si el dispositivo es digital), posiblemente el caso en el que se ejecuta, etc.

Si no encontró información nutricional y un registro en la hoja de datos. niveles, comuníquese con las comunidades arduinas de habla rusa; en sus foros, generalmente se consideran las características de todos los módulos comunes.

ArduinoUno tiene un voltaje de suministro y niveles lógicos de 5 V, si el dispositivo externo funciona en el rango de 3.3 V, tendrá que formarlos, puede organizar la energía usando un estabilizador LDO (lineal con una baja caída, para estabilizarlo necesita al menos 1.3 voltios de "exceso de voltaje al máximo corriente, contra 2 voltios en los estabilizadores de la serie 78xx, que le permite obtener 3.3 voltios de 4.5 voltios (baterías de tres dedos).

La documentación técnica para sensores y dispositivos digitales también indica los nombres de los protocolos mediante los cuales se "comunican" entre sí. Estos pueden ser protocolos individuales y estándar, lo mismo:

• UART

• I2C;

• SPI

Arduino trabaja con ellos. Esto le facilitará la búsqueda de bibliotecas y ejemplos de código listos para usar.

Acondicionamiento de señal y amplificación

Las preguntas sobre la combinación de dispositivos y actuadores con arduino a menudo surgen entre los principiantes. Consideraremos los comunes:

1. Circuitos de voltaje coincidentes.

2. La coordinación de la potencia del pin de salida y el actuador, en otras palabras, la amplificación de voltaje y / o corriente.

Level Matching

¿Qué debo hacer si los niveles lógicos en mi módulo son 3,3 voltios y en el arduino 5 voltios? Es bastante simple usar un convertidor de nivel lógico. Se puede ensamblar a partir de elementos discretos, o puede comprar un módulo listo en la placa, por ejemplo:

Tal convertidor es bidireccional, es decir baja el nivel alto y aumenta la respuesta baja. LV (1,2,3,4) - plataformas para conectar señales de bajo nivel, HV (1,2,3,4) - niveles altos, HV y LV sin números - estos son voltajes de 5 y 3,3 voltios, al igual que con las fuentes de señales convertidas GND - cable a tierra o negativo. En un caso particular, hay 4 canales independientes.

Circuito coincidente con grandes diferencias de voltaje

Si va a iniciar una señal, por ejemplo, desde circuitos de alto voltaje, por ejemplo 220 V, debe usar un optoacoplador.Esto proporcionará aislamiento galvánico y protección contra ráfagas de alto voltaje de las entradas del microcontrolador. Dichos circuitos se usan tanto para recibir una señal como para enviar señales desde un microcontrolador a una red, así como para controlar triacs en cadenas

La probabilidad de la aparición de un alto potencial en la placa arduino en este caso es extremadamente pequeña, esto está garantizado por la ausencia de contacto eléctrico y la comunicación es a través de un canal óptico, es decir. con la ayuda de la luz. Puede aprender más sobre esto estudiando dispositivos foto y optoelectrónicos.

Si se produce un gran salto, el optoacoplador se quemará, la imagen es PC8171, pero no sobrecargará los puertos del microcontrolador.

Conectando consumidores poderosos

Como el microcontrolador solo puede controlar el funcionamiento de los dispositivos, no puede conectar un consumidor poderoso a su puerto. Ejemplos de tales consumidores:

• Relé

• Solenoides

• Motores electricos;

• Servos

1. Conexión servo

La tarea principal del servoaccionamiento es establecer la posición del rotor conectado a los actuadores, para controlarlo y cambiarlo con pequeños esfuerzos. Es decir, usted, con la ayuda de un potenciómetro, si el servoaccionamiento está diseñado para girar dentro de media revolución (180 grados) o con el codificador, si se necesita una rotación circular (360 grados), puede controlar la posición del servoeje (motor eléctrico en nuestro caso) de potencia arbitraria.

Muchos entusiastas de la robótica utilizan arduino como base de sus robots. Aquí los servos han encontrado un gran uso. Se utilizan como accionamiento de mecanismos rotativos para cámaras, sensores y manecillas mecánicas. Los modeladores de radio utilizan para conducir ruedas giratorias en modelos de automóviles. La industria utiliza grandes unidades en máquinas CNC y otras automatizaciones.

En los pequeños servicios de aficionados, una placa con un sensor de posición y electrónica está integrada en la carcasa. Suelen salir tres cables:

• Rojo: más potencia, si es mejor conectar una unidad potente a una fuente externa, y no a la placa Arduino;

• Negro o marrón - menos, la conexión y más;

• Amarillo o naranja, la señal de control, se alimenta desde el pin digital del microcontrolador (salida digital).

Se proporciona una biblioteca especial para administrar el servidor, el acceso al mismo se declara al comienzo del código con el comando "#include servo.h".

Conexión del motor

Para manejar mecanismos y ajustar su velocidad de rotación, es más fácil usar DPT (un motor DC de escobillas con excitación de imanes permanentes). Probablemente viste tales motores en autos controlados por radio. Se invierten fácilmente (se activan para rotar en la dirección correcta) solo necesita cambiar la polaridad. ¡No intente conectarlos directamente a los pines!

Mejor usar un transistor. Cabrá cualquier bipolar, al menos directa (pnp), al menos inversa (npn) conductividad. El campo también funciona, pero al elegir uno específico, ¿asegúrese de que su obturador funcione con niveles lógicos?

De lo contrario, no se abrirá por completo, o quemará la salida digital del microcontrolador mientras carga la capacitancia de la puerta: usan un controlador, la forma más simple es bombear la señal a través de un transistor bipolar. A continuación se muestra el circuito de control a través de transistor de efecto de campo.

Si no hay resistencia entre G y S, entonces el obturador (G) no se tirará al suelo y puede "caminar" espontáneamente por interferencia.

Cómo determinar que un transistor de efecto de campo es adecuado para el control directo desde un microcontrolador, consulte a continuación. En la hoja de datos, busque el parámetro Vgs, por ejemplo, para IRL540 todas las mediciones y gráficos están vinculados a Vgs = 5v, incluso un parámetro como la resistencia de canal abierto se indica para este voltaje entre la puerta y la fuente.

Además del cepillo DPT, el enfriador se puede conectar desde una computadora de la misma manera, aunque hay un motor sin escobillas, cuyos devanados están controlados por el convertidor incorporado, cuya placa se encuentra directamente en su caja.

Las revoluciones de estos dos tipos de motores son fáciles de ajustar variando el voltaje de suministro. Esto se puede hacer si la base del transistor está conectada no en digital (salida digital), sino con un pin (~ pwm), cuyo valor está determinado por la función "analogWrite ()".

Relés y solenoides

Para los circuitos de conmutación donde la regulación no es necesaria y la conmutación frecuente es conveniente utilizar un relé. Al elegir el correcto, puede cambiar cualquier corriente y voltaje con pérdidas mínimas en la conductividad y el calentamiento de las líneas eléctricas.

Para hacer esto, aplique el voltaje requerido a la bobina del relé. En el circuito de relé, su bobina está diseñada para controlar 5 voltios, los contactos de alimentación pueden cambiar tanto un par de voltios como una red de 220 V.

Los solenoides son bobinas o actuadores electromagnéticos.

Ejemplos:

• La unidad cierra las puertas del automóvil;

• Válvulas solenoides;

• Electroimán en la producción metalúrgica;

• La planta de energía del arma gaussiana y más.

En cualquier caso, un circuito típico para conectar bobinas de CC a un microcontrolador o lógica se ve así:

Un transistor para amplificar la corriente de control, el diodo está conectado en la dirección opuesta para proteger la salida del microcontrolador de las ráfagas de EMF de autoinducción.

Dispositivos de entrada y sensores

Puede controlar su sistema con botones, resistencias, codificadores. Usando el botón, puede enviar una señal a la entrada digital del nivel alto (alto / 5V) o bajo (bajo / 0V) del arduino.

Para hacer esto, hay dos opciones para la inclusión. Necesita un botón normalmente abierto sin fijación; para algunos fines, necesita un interruptor de palanca o un botón con fijación: elija usted mismo, dependiendo de la situación. Para enviar una unidad, debe conectar el primer contacto del botón a la fuente de alimentación y el segundo al punto de conexión de la resistencia y la entrada del microcontrolador.

Cuando se presiona el botón sobre la resistencia, la tensión de alimentación cae, es decir, un nivel alto. Cuando no se presiona el botón, no hay corriente en el circuito, el potencial en la resistencia es bajo, la señal "Baja / 0V" se aplica a la entrada. Esta condición se llama "el pasador se tira al suelo y la resistencia se" tira hacia abajo ".

Si desea que el microcontrolador obtenga 0 en lugar de 1 cuando hace clic en el botón, conecte el botón normalmente cerrado de la misma manera o lea cómo hacerlo con normalmente abierto.

Para dar al microcontrolador un comando con una señal cero, el circuito cambia ligeramente. Una pata de resistencia está conectada a la tensión de alimentación, la segunda al punto de conexión del botón normalmente abierto y la entrada digital del arduino.

Cuando se suelta el botón, todo el voltaje permanece en él, la entrada obtiene un nivel alto. Este estado se llama "el pin se eleva a más", y la resistencia es "pull-up". Cuando presiona el botón, está desviando (cerrando) la entrada al suelo.

Divisor de voltaje y entrada de señal desde potenciómetro y analógico resistivo

 

Se usa un divisor de voltaje para conectar resistencias variables, como termistores, fotoresistores, etc. Debido al hecho de que una de las resistencias es constante y la segunda variable, puede observar el cambio de voltaje en su punto medio, en la imagen de arriba se indica como Ur.

Por lo tanto, es posible conectar varios sensores analógicos de tipo resistivo y sensores que, bajo la influencia de fuerzas externas, cambian su conductividad. Así como los potenciómetros.

En la siguiente imagen, puede ver un ejemplo de conexión de dichos elementos. El potenciómetro se puede conectar sin una resistencia adicional, luego en la posición extrema habrá voltaje completo, pero en la posición mínima es necesario asegurar la estabilización o la limitación de corriente; de ​​lo contrario, se cortocircuito.

Conclusiones

Para conectar cualquier módulo y agregar al microcontrolador sin errores, debe conocer los conceptos básicos de ingeniería eléctrica, la ley de Ohm, información general sobre el electromagnetismo, así como los conceptos básicos de la operación de dispositivos semiconductores. De hecho, puede asegurarse de que todo esto sea mucho más fácil de hacer que escuchar estas palabras complejas. ¡Usa los diagramas de este artículo en tus proyectos!