Funkcijos, jungiančios įrenginius prie Arduino

Platforma robotikos ir automatikos mėgėjams Arduino garsėja moduliniu dizainu ir lengvu naudojimu. Kartais aš susiduriu su skelbimu, kuriame sakoma, kad galite surinkti savo robotą praktiškai nesusipažinę su elektronika. Bet tai ne visai tiesa.

Jei kai kurios pavaros ir mechanizmai yra sujungti neteisingai, galite sudeginti arduinka prievadus (kaip aš jau aprašiau straipsnyje apie kaip nesudeginti Arduino) Ir jei jūs nežinote, kaip valdyti skaitmeninius įrenginius - geriausiu atveju tiesiog negalėsite užmegzti ryšio.

Nusipirkau kelis modulius arduino, ką daryti toliau?

Norėdami sužinoti apie ryšio ypatybes, maitinimo įtampą, loginius lygius ir kt., Turite susipažinti su savo modulio duomenų lapu.

Duomenų lapas arba duomenų lapas yra techninė gaminio dokumentacija. Tokią dokumentaciją galima atsisiųsti į bet kurį lustą ar jutiklį. Paprastai jie yra gamintojo svetainėje. Be to, tinkle yra specialių išteklių, iš kurių surenkama visa masė techninės dokumentacijos

Atidžiai perskaitykite informaciją iš duomenų lapo, bet ko turėčiau ieškoti? Pirmiausia, lustas, be pagrindinės vardo dalies, paprastai turi kintamąją dalį arba priešdėlį - dažniausiai tai yra viena ar kelios raidės.

Tai rodo kai kurias tam tikros mikro grandinės savybes, pavyzdžiui, maksimalią galią, maitinimo įtampą ir loginius lygius (jei įrenginys yra skaitmeninis), galbūt atvejį, kuriuo jis vykdomas ir pan.

Jei neradote informacijos apie maistingumą ir prisijunkite duomenų lape. lygmenimis susisiekite su rusiškai kalbančiomis arduino bendruomenėmis; jų forumuose paprastai atsižvelgiama į visų bendrų modulių ypatybes.

„ArduinoUno“ maitinimo įtampa ir loginiai lygiai yra 5 V, jei išorinis įrenginys veikia 3,3 V diapazone, jūs turėsite juos suformuoti, galite organizuoti energiją naudodami LDO stabilizatorių (linijinis su mažu kritimu, kad stabilizuotumėtės, jam reikia bent 1,3 volto „perteklinės įtampos, esant maksimaliai“). srovė, palyginti su 2 voltais ant 78xx serijos stabilizatorių, kas leidžia jums gauti 3,3 volto iš 4,5 volto (trijų pirštų baterijos).

Skaitmeninių jutiklių ir prietaisų techninėje dokumentacijoje taip pat nurodomi protokolų, kuriais jie „bendrauja“ vieni su kitais, pavadinimai. Tai gali būti atskiri protokolai ir standartiniai, tie patys:

• UART

• I2C;

• SPI

Arduino dirba su jais. Tai padės jums lengviau rasti paruoštas bibliotekas ir kodų pavyzdžius.

Signalo kondicionavimas ir stiprinimas

Tarp pradedančiųjų dažnai kyla klausimų dėl prietaisų ir pavarų derinimo su arduino. Mes apsvarstysime įprastus:

1. Sutampančios įtampos grandinės.

2. Išvesties kaiščio ir pavaros galios koordinavimas, kitaip tariant, įtampos ir (arba) srovės stiprinimas.

Lygių atitikimas

Ką turėčiau daryti, jei mano modulio loginiai lygiai yra 3,3 volto, o arduino - 5 voltų? Naudoti loginio lygio keitiklį yra gana paprasta. Jį galima surinkti iš atskirų elementų arba ant lentos galite nusipirkti paruoštą modulį, pavyzdžiui:

Toks keitiklis yra dvikryptis, t. tai sumažina aukštą lygį ir padidina mažą atsaką. LV (1,2,3,4) - žemo lygio signalų prijungimo platformos, HV (1,2,3,4) - aukšto lygio, HV ir LV be skaičių - tai 5 ir 3,3 volto įtampa, kaip ir konvertuotų signalų šaltiniuose GND - įžeminta arba neigiama viela. Tam tikru atveju yra 4 nepriklausomi kanalai.

Grandinės suderinimas su dideliais įtampos skirtumais

Jei ketinate įjungti signalą, pavyzdžiui, iš aukštos įtampos grandinių, pavyzdžiui, 220 V, turite naudoti optroną.Tai užtikrins galvaninę izoliaciją ir apsaugą nuo mikrovaldiklio įėjimų aukštos įtampos įtrūkimų. Tokios grandinės yra naudojamos tiek signalui priimti, tiek signalams išvesti iš mikrovaldiklio į tinklą, taip pat kontroliuoti triukus grandinėse.

Didelio potencialo atsiradimo tikimybė ant arduino plokštės šiuo atveju yra ypač maža, tai užtikrina elektrinio kontakto nebuvimas, o ryšys vyksta optiniu kanalu, t. su šviesos pagalba. Galite sužinoti daugiau apie tai studijuodami fotoelektroninius ir optoelektroninius prietaisus.

Jei įvyks didelis šuolis, optojungiklis sudegs, paveikslėlis yra PC8171, tačiau jūs neperkraukite mikrovaldiklio uostų.

Galingų vartotojų sujungimas

Kadangi mikrovaldiklis gali valdyti tik prietaisų veikimą, negalite prijungti galingo vartotojo prie jo prievado. Tokių vartotojų pavyzdžiai:

• Relė

• Solenoidai;

• Elektriniai varikliai;

• Servosas.

1. Servo jungtis

Pagrindinis servo pavaros uždavinys yra nustatyti rotoriaus, prijungto prie pavarų, padėtį, valdyti ir keisti mažomis pastangomis. Tai yra, jūs, naudodamiesi potenciometro pagalba, jei servo pavara yra sukama per pusę apsisukimo (180 laipsnių) arba su kodavimo įrenginiu, jei reikia sukamaisiais apskritimais (360 laipsnių), galite kontroliuoti savavališkos galios servo veleno (mūsų atveju - elektrinio variklio) padėtį.

Daugelis robotikos entuziastų kaip savo robotų pagrindą naudoja arduino. Čia servos rado puikų naudojimą. Jie naudojami kaip fotoaparatų, jutiklių ir mechaninių rankų sukamųjų mechanizmų pavara. Radijo modeliuotojai naudoja automobilių modeliuose besisukančius ratus. Pramonė naudoja didelius diskus CNC mašinose ir kitoje automatikoje.

Mažose mėgėjiškose paslaugose dėžutėje yra integruota lenta su padėties jutikliu ir elektronika. Paprastai iš jų išeina trys laidai:

• Raudona - plius galia, jei galingas diskas yra geriau prijungtas prie išorinio šaltinio, o ne prie „Arduino“ plokštės;

• Juoda arba ruda - minusas, ryšys, taip pat pliusas;

• Geltona arba oranžinė - valdymo signalas - tiekiamas iš skaitmeninio mikrovaldiklio kaiščio (skaitmeninis išėjimas).

Serverio valdymui yra numatyta speciali biblioteka, prieiga prie jos deklaruojama kodo pradžioje su komanda „#include servo.h“.

Variklio jungtis

Norėdami valdyti mechanizmus ir reguliuoti jų sukimosi greitį, lengviausia naudoti DPT (šepečio nuolatinės srovės variklį su nuolatinių magnetų sužadinimu). Tokius variklius greičiausiai matėte radijo bangomis valdomuose automobiliuose. Jie lengvai pasukami (įjungiami, kad pasuktų teisinga kryptimi), jums tiesiog reikia pakeisti poliškumą. Nemėginkite jų tiesiogiai prijungti prie kaiščių!

Geriau naudokite tranzistorių. Tiks bet koks dvipolis, bent jau tiesioginį (pnp), bent atvirkštinį (npn) laidumą. Laukas taip pat veikia, tačiau renkantis konkretų įsitikinkite, kad jo sklendės veikia loginiais lygiais?

Priešingu atveju jis visiškai neatsidarys arba sudeginsite skaitmeninį mikrovaldiklio išvestį, kai įkrausite vartų talpą - jie naudoja tvarkyklę, paprasčiausias būdas yra perpumpuoti signalą per bipolinį tranzistorių. Žemiau yra valdymo grandinė per lauko efekto tranzistorius.

Jei tarp G ir S nėra rezistoriaus, sklendė (G) nebus traukiama į žemę ir gali savaime „vaikščioti“ nuo trukdžių.

Kaip nustatyti, ar lauko efekto tranzistorius yra tinkamas tiesioginiam valdymui iš mikrovaldiklio, skaitykite žemiau. Duomenų lape raskite Vgs parametrą, pavyzdžiui, IRL540 visi matavimai ir grafikai yra susieti su Vgs = 5v, net toks įtampa tarp vartų ir šaltinio yra nurodytas kaip atviras kanalo pasipriešinimas.

Be šepetėlio DPT, aušintuvą galima tuo pačiu būdu prijungti iš kompiuterio, nors yra variklis be šepetėlių, kurio apvijas kontroliuoja įmontuotas keitiklis, kurio plokštė yra tiesiai prie jo korpuso.

Šių dviejų tipų variklių apsukas lengva reguliuoti keičiant maitinimo įtampą. Tai gali būti padaryta, jei tranzistoriaus bazė yra sujungta ne skaitmeniniu būdu (skaitmeninis išėjimas), bet su kaiščiu (~ pwm), kurio vertė nustatoma pagal funkciją "analogWrite ()".

Relės ir solenoidai

Skirta perjungimo grandinėms, kuriose nereikalingas reguliavimas, o dažnam perjungimui patogu naudoti relę. Pasirinkę tinkamą, galite perjungti bet kokias sroves ir įtampas, minimaliai prarasdami laidumą ir šildydami elektros linijas.

Norėdami tai padaryti, relės ritėje uždėkite reikiamą įtampą. Relės grandinėje jos ritė yra skirta valdyti 5 voltus, galios kontaktai gali perjungti tiek pora voltų, tiek į tinklą 220 V.

Solenoidai yra ritės arba elektromagnetinės pavaros.

Pavyzdžiai:

• Pavara užrakina automobilio duris;

• Solenoidiniai vožtuvai;

• Elektromagnetas metalurgijos gamyboje;

• Gauso ginklo jėgainė ir dar daugiau.

Bet kokiu atveju tipiška grandinė, skirta DC ritėms prijungti prie mikrovaldiklio ar logikos, atrodo taip:

Tranzistorius, skirtas sustiprinti valdymo srovę, diodas yra prijungtas priešinga kryptimi, kad apsaugotų mikrovaldiklio išėjimą nuo savaiminės indukcijos EMF.

Įvesties įtaisai ir jutikliai

Sistemą galite valdyti mygtukais, rezistoriais, kodavimo įrenginiais. Mygtuku galite nusiųsti signalą į arduino aukšto (aukšto / 5 V) arba žemo (žemo / 0 V) ​​skaitmeninį įvestį.

Yra dvi įtraukimo galimybės. Jums reikia paprastai atidaromo mygtuko be tvirtinimo; kai kuriais tikslais jums reikia perjungimo jungiklio arba mygtuko su tvirtinimu - rinkitės patys, atsižvelgdami į situaciją. Norėdami pateikti vienetą, turite prijungti pirmąjį mygtuko kontaktą prie maitinimo šaltinio, o antrąjį - prie rezistoriaus jungties taško ir mikrovaldiklio įvesties.

Paspaudus mygtuką pasipriešinimui, maitinimo įtampa nukrenta, tai yra, aukštas lygis. Kai mygtukas nėra paspaudžiamas, grandinėje nėra srovės, rezistoriaus potencialas yra žemas, įėjimui taikomas signalas „Žemas / 0V“. Ši būklė vadinama „kaištis traukiamas į žemę, o rezistorius yra„ traukiamas žemyn “.

Jei norite, kad spustelėjus mygtuką mikrokontroleris gautų 0, o ne 1, tokiu pačiu būdu prijunkite paprastai uždarą mygtuką arba skaitykite, kaip tai padaryti paprastai atidarius.

Norint duoti mikrovaldikliui komandą su nuliniu signalu, grandinė šiek tiek pasikeičia. Viena rezistoriaus kojelė yra prijungta prie maitinimo įtampos, antroji - prie paprastai atidaromo mygtuko ir skaitmeninio arduino įėjimo jungties taško.

Atleidus mygtuką, visa įtampa išlieka ant jo, įėjimas įgyja aukštą lygį. Ši būsena vadinama „smeigtukas pritrauktas iki pliuso“, o rezistorius - „pritraukiamas“. Kai paspaudžiate mygtuką, manevruojate (uždarote) įėjimą į žemę.

Įtampos daliklis ir signalo įėjimas iš potenciometro ir varžos analogo

 

Įtampos daliklis naudojamas jungti kintamą varžą, pavyzdžiui, termistorius, fotorezistorius ir kt. Dėl to, kad vienas iš rezistorių yra pastovus, o antrasis kintamasis - galite stebėti įtampos pokyčius jų viduryje, aukščiau esančioje nuotraukoje jis nurodytas kaip Ur.

Taigi galima prijungti įvairius varžinio tipo analoginius jutiklius ir jutiklius, kurie, veikiami išorinių jėgų, keičia savo laidumą. Taip pat potenciometrai.

Žemiau esančioje nuotraukoje matote tokių elementų sujungimo pavyzdį. Potenciometrą galima prijungti be papildomo rezistoriaus, tada ekstremalioje padėtyje bus visa įtampa, tačiau minimalioje padėtyje būtina užtikrinti stabilizavimą ar srovės apribojimą - kitaip jis trumpasis jungimas.

Išvados

Norėdami be klaidų prijungti bet kurį modulį ir papildymą prie mikrovaldiklio, turite žinoti elektrotechnikos pagrindus, Ohio dėsnį, bendrą informaciją apie elektromagnetizmą, taip pat puslaidininkinių įtaisų veikimo pagrindus. Tiesą sakant, galite įsitikinti, kad visa tai padaryti yra daug lengviau, nei klausytis šių sudėtingų žodžių. Naudokite šio straipsnio schemas savo projektuose!