Functies apparaten verbinden met Arduino

Platform voor liefhebbers van robotica en automatisering Arduino beroemd om zijn modulaire ontwerp en gebruiksgemak. Soms kom ik een advertentie tegen waarin ze zeggen dat je je robot kunt assembleren zonder praktisch bekend te zijn met elektronica. Maar dit is niet helemaal waar.

Als sommige actuatoren en mechanismen onjuist zijn aangesloten, kunt u arduinka-poorten branden (zoals ik al in het artikel hierover heb beschreven) hoe Arduino niet te verbranden). En als u niet weet hoe u met digitale apparaten moet omgaan, kunt u in het beste geval geen verbinding tot stand brengen.

Ik heb verschillende modules gekocht voor Arduino, wat nu?

Om meer te weten te komen over de kenmerken van de verbinding, voedingsspanningen, logische niveaus, enz., Moet u zich vertrouwd maken met de datasheet op uw module.

Gegevensblad of gegevensblad is de technische documentatie voor het product. Dergelijke documentatie kan op elke chip of sensor worden gedownload. Meestal staan ​​ze op de website van de fabrikant. Bovendien zijn er speciale bronnen op het netwerk, waarop een hele massa technische documentatie wordt verzameld

Lees de informatie in de datasheet aandachtig, maar waar moet ik op letten? Ten eerste heeft een chip, naast het hoofddeel van de naam, meestal een variabel deel of voorvoegsel - meestal zijn het een of meer letters.

Dit geeft enkele kenmerken van een bepaalde microschakeling aan, bijvoorbeeld maximaal vermogen, voedingsspanningen en logische niveaus (als het apparaat digitaal is), mogelijk het geval waarin het wordt uitgevoerd, enz.

Als u geen voedingswaarde-informatie en een logboek in de datasheet hebt gevonden. niveaus, neem contact op met de Russisch sprekende gemeenschap van arduino, op hun forums worden meestal de kenmerken van alle gemeenschappelijke modules overwogen.

ArduinoUno heeft een voedingsspanning en logische niveaus van 5 V, als het externe apparaat in het 3,3 V-bereik werkt, moet u ze vormen, u kunt stroom regelen met behulp van een LDO-stabilisator (lineair met een lage val, om te stabiliseren heeft het minimaal 1,3 volt "overtollige spanning maximaal nodig stroom, tegen 2 volt op de stabilisatoren van de 78xx-serie, waarmee u 3,3 volt kunt krijgen van 4,5 volt (batterijen met drie vingers).

De technische documentatie voor digitale sensoren en apparaten geeft ook de namen aan van de protocollen waarmee ze met elkaar "communiceren". Dit kunnen individuele protocollen en standaard zijn, hetzelfde:

• UART;

• I2C;

• SPI.

Arduino werkt met hen. Dit maakt het eenvoudiger om kant-en-klare bibliotheken en codevoorbeelden te vinden.

Signaalconditionering en versterking

Vragen over bijpassende apparaten en actuatoren met Arduino komen vrij vaak voor bij beginners. We zullen gemeenschappelijke overwegen:

1. Bijpassende spanningscircuits.

2. De coördinatie van het vermogen van de uitgangspen en actuator, met andere woorden, de versterking van spanning en / of stroom.

Level Matching

Wat moet ik doen als de logische niveaus op mijn module 3,3 Volt zijn en op de Arduino 5 Volt? Het is vrij eenvoudig om een ​​logische niveau-omzetter te gebruiken. Het kan worden samengesteld uit afzonderlijke elementen, of u kunt een kant-en-klare module op het bord kopen, bijvoorbeeld dit:

Een dergelijke omzetter is bidirectioneel, d.w.z. het verlaagt het hoge niveau en verhoogt de respons laag. LV (1,2,3,4) - platforms voor het aansluiten van signalen op laag niveau, HV (1,2,3,4) - hoge niveaus, HV en LV zonder getallen - dit zijn spanningen van 5 en 3,3 volt, net als bij bronnen van geconverteerde signalen GND - aarding of negatieve draad. In een bepaald geval zijn er 4 onafhankelijke kanalen.

Circuitafstemming met grote spanningsverschillen

Als u een signaal wilt starten, bijvoorbeeld van hoogspanningscircuits, bijvoorbeeld 220 V, moet u een optocoupler gebruiken.Dit zorgt voor galvanische isolatie en bescherming tegen hoogspanningsstoten van de ingangen van de microcontroller. Dergelijke circuits worden zowel gebruikt voor het ontvangen van een signaal als voor uitgangssignalen van een microcontroller naar een netwerk, evenals om triacs te beheersen in ketens.

De kans op het verschijnen van een hoog potentieel op het Arduino-bord is in dit geval extreem klein, dit wordt gewaarborgd door de afwezigheid van elektrisch contact en communicatie verloopt via een optisch kanaal, d.w.z. met behulp van licht. Je kunt hier meer over leren door foto- en opto-elektronische apparaten te bestuderen.

Als er een grote sprong optreedt, zal de optocoupler branden, het beeld is PC8171, maar u zult de poorten van de microcontroller niet overbelasten.

Krachtige consumenten aansluiten

Omdat de microcontroller alleen de werking van apparaten kan besturen, kunt u geen krachtige consument op de poort aansluiten. Voorbeelden van dergelijke consumenten:

• relais;

• spoelen;

• Elektrische motoren;

• Servo's.

1. Servoverbinding

De hoofdtaak van de servoaandrijving is het instellen van de positie van de rotor verbonden met de actuatoren, om deze met kleine inspanningen te besturen en te veranderen. Dat wil zeggen dat u, met behulp van een potentiometer, als de servoaandrijving is ontworpen om binnen een halve omwenteling (180 graden) te draaien of met de encoder, als cirkelvormige rotatie (360 graden) nodig is, u de positie van de servo-as (elektromotor in ons geval) van willekeurige macht kunt regelen.

Veel robotica-enthousiastelingen gebruiken Arduino als basis voor hun robots. Hier hebben servo's veel nut gevonden. Ze worden gebruikt als aandrijving van rotatiemechanismen voor camera's, sensoren en mechanische handen. Radiomodelers gebruiken om te rijden met draaiende wielen in automodellen. De industrie gebruikt grote aandrijvingen in CNC-machines en andere automatisering.

In kleine amateurdiensten is een bord met een positiesensor en elektronica in de behuizing geïntegreerd. Meestal komen er drie draden uit:

• Rood - plus vermogen, als een krachtige schijf beter is aangesloten op een externe bron en niet op het Arduino-bord;

• Zwart of bruin - minus, de verbinding en plus;

• Geel of oranje - het besturingssignaal - het wordt gevoed via de digitale pin van de microcontroller (digitaal uit).

Er is een speciale bibliotheek voor het beheer van de server, de toegang daartoe wordt aan het begin van de code aangegeven met het commando "#include servo.h".

Motor aansluiting

Om mechanismen aan te drijven en hun rotatiesnelheid aan te passen, is het het gemakkelijkst om DPT (een borstel-DC-motor met excitatie van permanente magneten) te gebruiken. Je zag waarschijnlijk dergelijke motoren in radiografisch bestuurbare auto's. Ze worden gemakkelijk omgekeerd (ingeschakeld om in de juiste richting te draaien), u hoeft alleen de polariteit te wijzigen. Probeer ze niet rechtstreeks op de pinnen aan te sluiten!

Gebruik beter een transistor. Past wel elke bipolaire, ten minste directe (pnp), ten minste omgekeerde (npn) geleidbaarheid. Veld werkt ook, maar wanneer u een specifieke kiest, moet u ervoor zorgen dat de sluiter met logische niveaus werkt?

Anders wordt deze niet volledig geopend of verbrandt u de digitale uitgang van de microcontroller terwijl de poortcapaciteit wordt opgeladen - ze gebruiken een stuurprogramma, de eenvoudigste manier is om het signaal door een bipolaire transistor te pompen. Hieronder is het regelcircuit door veldeffecttransistor.

Als er geen weerstand is tussen G en S, wordt de sluiter (G) niet naar de grond getrokken en kan deze spontaan "lopen" door interferentie.

Hoe te bepalen dat een veldeffecttransistor geschikt is voor directe besturing vanaf een microcontroller, zie hieronder. Zoek in het gegevensblad bijvoorbeeld de parameter Vgs, voor IRL540 zijn alle metingen en grafieken gekoppeld aan Vgs = 5v, zelfs een parameter als de weerstand van het open kanaal wordt aangegeven voor deze spanning tussen de poort en de bron.

Naast de borstel DPT kan de koeler op dezelfde manier worden aangesloten op de computer, hoewel er een borstelloze motor is, waarvan de wikkelingen worden bestuurd door de ingebouwde converter, waarvan het bord zich direct in de behuizing bevindt.

Het toerental van deze twee typen motoren is eenvoudig aan te passen door de voedingsspanning te variëren. Dit kan worden gedaan als de transistorbasis niet in digitaal (digitale uitgang) is aangesloten, maar met een pin (~ pwm), waarvan de waarde wordt bepaald door de functie "analogWrite ()".

Relais en magneetventielen

Voor het schakelen van circuits waar regulering niet nodig is en frequent schakelen handig is om een ​​relais te gebruiken. Door de juiste te kiezen, kunt u alle stromen en spanningen schakelen met minimale verliezen in geleidbaarheid en verwarming van stroomleidingen.

Zet hiervoor de vereiste spanning op de relaisspoel. Op het relaiscircuit is de spoel ontworpen om 5 volt te regelen, stroomcontacten kunnen zowel een paar volt als een netwerk van 220 V schakelen.

Solenoïden zijn spoelen of elektromagnetische aandrijvingen.

voorbeelden:

• De aandrijving vergrendelt autodeuren;

• Magneetventielen;

• Elektromagneet in metallurgische productie;

• De energiecentrale van het Gaussische pistool en meer.

In elk geval ziet een typisch circuit voor het aansluiten van DC-spoelen op een microcontroller of logica er als volgt uit:

Een transistor voor het versterken van de stuurstroom, de diode is verbonden in de tegenovergestelde richting om de uitgang van de microcontroller te beschermen tegen uitbarstingen van zelfinductie EMF.

Invoerapparaten en sensoren

U kunt uw systeem bedienen met knoppen, weerstanden, encoders. Met de knop kunt u een signaal verzenden naar de digitale ingang van het niveau Arduino hoog (hoog / 5 V) of laag (laag / 0 V).

Om dit te doen, zijn er twee opties voor opname. U hebt een normaal open knop nodig zonder te bevestigen; voor sommige doeleinden hebt u een tuimelschakelaar of een knop met bevestiging nodig - kies zelf, afhankelijk van de situatie. Om een ​​eenheid in te dienen, moet u het eerste contact van de knop verbinden met de stroombron en het tweede met het verbindingspunt van de weerstand en de ingang van de microcontroller.

Wanneer de knop op de weerstand wordt ingedrukt, daalt de voedingsspanning, dat wil zeggen een hoog niveau. Als de knop niet wordt ingedrukt, is er geen stroom in het circuit, is de potentiaal op de weerstand laag, wordt het signaal "Low / 0V" op de ingang toegepast. Deze toestand wordt "pin naar de grond getrokken, en de weerstand is" naar beneden getrokken ".

Als u wilt dat de microcontroller 0 krijgt in plaats van 1 wanneer u op de knop klikt, sluit u de normaal gesloten knop op dezelfde manier aan of leest u hoe u dit doet met normaal open.

Om de microcontroller een commando met een nulsignaal te geven, verandert het circuit enigszins. Eén weerstandsbeen is verbonden met de voedingsspanning, de tweede met het verbindingspunt van de normaal open knop en de digitale ingang van de Arduino.

Wanneer de knop wordt losgelaten, blijft alle spanning erop staan, krijgt de ingang een hoog niveau. Deze toestand wordt "pin wordt opgetrokken tot plus" genoemd, en de weerstand is "pull-up". Wanneer u op de knop drukt, rangeert (sluit) u de ingang naar de grond.

Spanningsdeler en signaalingang van potentiometer en resistieve analoog

 

De spanningsdeler wordt gebruikt om variabele weerstanden aan te sluiten, zoals thermistors, fotoresistors, enz. Vanwege het feit dat een van de weerstanden constant is en de tweede variabele - u kunt de spanningsverandering op hun middelpunt observeren, in de bovenstaande afbeelding wordt deze aangeduid als Ur.

Het is dus mogelijk om verschillende analoge sensoren van het resistieve type en sensoren te verbinden die, onder invloed van externe krachten, hun geleidbaarheid veranderen. Evenals potentiometers.

In de onderstaande afbeelding ziet u een voorbeeld van het verbinden van dergelijke elementen. De potentiometer kan worden aangesloten zonder een extra weerstand, vervolgens in de uiterste positie zal er volledige spanning zijn, maar in de minimale positie is het noodzakelijk om te zorgen voor stabilisatie of stroombegrenzing - anders zal het kortsluiting.

bevindingen

Om elke module en toevoeging aan de microcontroller zonder fouten aan te sluiten, moet u de basisprincipes van elektrotechniek, de wet van Ohm, algemene informatie over elektromagnetisme kennen, evenals de basisprincipes van de werking van halfgeleiderapparaten. Je kunt er zelfs voor zorgen dat dit allemaal veel gemakkelijker is om te doen dan naar deze complexe woorden te luisteren. Gebruik de diagrammen uit dit artikel in uw projecten!