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AKTUELLES

2019-03-13

Wie schließt man einen Elektromotor an Arduino an?

Es gibt viele Möglichkeiten, kleine Elektromotoren an Arduino anzuschließen, und die populärste und einfachste von ihnen besteht darin, den Motor über eine H-Brücke oder über die Transistoren anzuschließen. Beim Anschließen eines Elektromotors an die Arduino-Plattform ist zu beachten, dass der Anschluss nicht direkt erfolgen sollte, da dadurch die Programmierplattform beschädigt werden kann.

WARUM WERDEN ELEKTROMOTOREN MIT ARDUINO VERBUNDEN?

Die Implementierung von Elektromotoren in erstellten Schaltkreisen und deren Steuerung mit Arduino eröffnet viele verschiedene Möglichkeiten. Der Hauptzweck der Kombination von Motoren besteht in der Fähigkeit, Komponenten von erstellten Systemen, Baufahrzeugen und sogar Robotern in Bewegung zu setzen. Dank Arduino ist es möglich, sowohl die Drehrichtung der Motorwelle als auch deren Drehzahl zu steuern.

DER ANSCHLUSS DES MOTORS AN ARDUINO MUSS AUF INDIREKTE WEISE ERFOLGEN

Die direkte Verbindung der Entwicklungsplattform mit dem Motor droht nicht nur mit dem Verbrennen des Arduino-Ausgangsports, sondern begrenzt auch die Steuerungsmöglichkeiten der so erzeugten Schaltung auf ein Minimum. Arduino kann durch jeden Eingangsport Strom mit einer Intensität von ca. 20 mA liefern, und jeder - selbst der kleinste auf dem Markt erhältliche Elektromotor - erfordert für den ordnungsgemäßen Betrieb eine zehn- bis tausendfach höhere Intensität. Daher ist es notwendig, den Elektromotor indirekt über einen geeigneten Controller, der den übertragenen Strom regelt, an Arduino anzuschließen.

WELCHE MOTOREN KÖNNEN MIT ARDUINO VERBUNDEN WERDEN UND WORAUF SOLLTE MAN BEI DER AUSWAHL ACHTEN?

Die Programmierplattform Arduino ermöglicht den Anschluss aller am Markt verfügbaren Niederspannungs-Elektromotoren. An Arduino können angeschlossen werden:

  • BLDC bürstenlose Motoren mit Kommutator,
  • Bürstenmotoren DC - die einfachsten Gleichstrommotoren,
  • Vibrationsmotoren, die durch die Bewegung der Welle Vibrationen erzeugen,
  • Schrittmotoren Sicherstellung einer hohen Genauigkeit der Steuerung durch die Impuls-Bewegung der Welle,
  • EDF-Tunnelantriebe aus Laufrad und Motor mit Gehäuse,
  • Lineare Motoren, die eine Linearbewegung ermöglichen,
  • Servomechanismen,

Parameter, die bei der Auswahl eines Elektromotors für Arduino zu beachten sind, hängen vom Motortyp ab. Dennoch sind die wichtigsten unter ihnen:

  • Stromaufnahme [A] - Der Parameter bestimmt den Strom, der zur korrekten Einstellung der Motorbewegung erforderlich ist;
  • Nennspannung [V] - Dies ist der Spannungswert, bei dem das System funktioniert. Standardsysteme mit Arduino arbeiten bei 12 V;
  • Drehmoment [Nm] - ein Schlüsselparameter des Elektromotors (und nicht nur), der seine Leistung bestimmt; Je höher das Drehmoment ist, desto stärker ist er;
  • Drehzahl [U/min] - Parameter, der die Drehzahl der Motorwelle bedingt,
  • Gewicht und Abmessungen [g und mm] - diese Parameter sind besonders wichtig, wenn Lichtsysteme gebaut werden, bei denen die Abmessungen des Motors berücksichtigt werden,
  • Auflösung [Anzahl der Schritte] - Dieser Parameter gilt nur für Schrittmotoren und bestimmt die Genauigkeit, mit der sich die Schrittmotorwelle bewegen kann,
  • Lineargeschwindigkeit [mm/s] - Dieser Parameter gilt nur für lineare Motoren und bestimmt die Geschwindigkeit, mit der der Motor die Welle in Linearrichtung ausfahren kann.

WIE SCHLIESST MAN EINEN ELEKTROMOTOR AN ARDUINO AN?

Da wir wissen, welche Motortypen mit dem Arduino verbunden werden können, und welche Parameter bei der Auswahl beachtet werden müssen, können wir zu den Verbindungsvorgängen gehen. Am einfachsten anzuschließen sind Standard-DC-Bürstenmotoren, Vibrationsmotoren und Servomechanismen. Linearantriebe, Schrittmotoren und Pumpen sind etwas schwieriger anzuschließen.

Wie schließt man einen Elektromotor an Arduino an?

Gleichstrom-Bürstenmotoren und Vibrationsmotoren sind die einfachsten, in Systemen am häufigsten vorkommenden und gleichzeitig am leichtesten anzuschließenden Elektromotoren. Standardmäßig werden Motoren mit einer Leistung von 1-5 A an die Programmierplattform angeschlossen und arbeiten mit einer Spannung von 5 bis 9 V. Für leistungsstärkere Motoren mit höheren Parametern werden spezielle Steuerungen verwendet. Bürstenmotoren Gleichstrom- und Vibrationsmotoren können über einen Transistor oder über eine H-Brücke angeschlossen werden: Die erste Methode regelt nur die Drehzahl der Motorwelle, während die Methode der Brückenverbindung die Steuerung sowohl der Drehzahl als auch der Drehrichtung der Welle ermöglicht. Daher sollten Sie die richtige Verbindungsmethode für Ihre eigenen Bedürfnisse und Ziele wählen.

Anschluss des DC-Bürstenmotors und des Vibrationsmotors über den Transistor

Das Anschließen des DC-Bürstenmotors und des Vibrationsmotors an einen Transistor ist sehr einfach und erfordert nur drei Komponenten: einen Begrenzungswiderstand, eine Gleichrichterdiode und einen Transistor. Im System können zum Beispiel verwendet werden: 1N4148 oder 1N4007 Gleichrichterdiode, Transistor 2N2222 und Begrenzungswiderstand mit 10 kΩ. Die Verbindungsvorgänge sollten durch Auswahl des Arduino-Pins mit der entsprechenden Ausgangsspannung gestartet werden. Der Arduino-Pin ist auf der Kontaktplatine mit dem Widerstand und ganz am Ende mit der Transistorbasis verbunden. Der Emitter des Transistors ist geerdet und sein Kollektor über eine parallel geschaltete Gleichrichterdiode mit dem Motor verbunden. Andererseits muss der Motor an die Spannungsversorgung angeschlossen sein. Der Widerstand im System begrenzt den Strom, der zum Transistor fließt, während die Gleichrichterdiode das Risiko verringert, dass beim Umschalten des Systems Rückströme und -spitzen (Spannungs-Pins) auftreten. Rückströme und -spitzen können die Programmierplattform beschädigen.

Anschluss über eine H-Brücke

Diese Verbindungsmethode garantiert die Fähigkeit, nicht nur die Geschwindigkeit, sondern auch die Drehrichtung der Motorwelle zu steuern. Während bei Vibrationsmotoren die Drehrichtung ihrer Welle normalerweise ungerechtfertigt ist (da sie unabhängig von der Drehrichtung der Welle Vibrationen erzeugen), ist die Steuerung der Gleichstrom-Bürstenmotorwelle normalerweise die Hauptfunktionalität des Systems. Darüber hinaus kann auch ein Linearstellantrieb über eine H-Brücke angeschlossen werden, sofern sein Aufbau auf einem Gleichstrommotor basiert. H-Brücken können unabhängig aus mehreren Transistoren gebaut oder als vorgefertigte Schaltungen gekauft werden. Ihre grundlegende Aufgabe besteht darin, das von Arduino gesendete Signal zu empfangen und seine Parameter am Ausgang der Brücke zu transformieren. Wenn Sie DC-Bürstenmotoren, Vibrations- oder Linearmotoren anschließen möchten, müssen Sie sich mit einem Begrenzungswiderstand (z. B. mit einem Widerstand von 10 kΩ), einem Schalter und einem vorgefertigten H-Brückensystem (z. B. SN754410, L29NE oder L293D) ausrüsten. Die H-Brücke sollte für das System in Bezug auf den vom Motor bei maximaler Last aufgenommenen Strom ausgewählt werden. Dieser Parameter wird als Stromeffizienz der Brücke bezeichnet. Jede H-Brücke kann einen etwas anderen Aufbau und eine andere Pin-Ausführung haben, daher sollten Sie, bevor Sie mit den Verbindungsvorgängen beginnen, das Pinzeichnungsdiagramm im Katalog-Datenblatt der Brücke überprüfen. Um die Anschlussweise eines Elektromotors mit Arduino zu erklären, werden wir uns einer L293D-Brücke bedienen. Die L293D-Brücke hat folgende Pins:

  • Pin 1 - verantwortlich für die Steuerung der Motordrehzahl,
  • Pin 2 und 7 - verantwortlich für die Drehrichtung der Motorwelle,
  • Pin 8 - VC Spannungsversorgung bis 36 V,
  • Pin 9 - kann die Geschwindigkeit des zweiten angeschlossenen Motors steuern,
  • Pins 10 und 15 - können die Drehrichtung der Welle des zweiten angeschlossenen Motors steuern,
  • Pin 16 - VCC Spannungsversorgung bis 5 V,
  • Pins: 4, 5, 12 und 13 - geerdet (an GND angeschlossen).

Der erste Schritt besteht darin, die H-Brücke auf der Kontaktplatte zu platzieren. Verbinden Sie dann die Brückemasse mit der Stromversorgung und verbinden Sie dann die Stromversorgung mit dem Motor (oder den Motoren). Die vorletzte Stufe der Schaltvorgänge ist die Stromversorgung der Logik, die die Brücke steuert, und die letzte Stufe ist das Anschließen der Pins, die für die Steuerung des Betriebs des Motors (oder der Motoren) verantwortlich sind. Vor dem Anschluss ist zu beachten, dass das H-Brückensystem mit einem Elektromotor mit einer oder zwei Spannungen betrieben werden kann. Wenn wir es mit einer Spannung versorgen, muss eine Spannungsquelle mit entsprechend guter Filterung verwendet werden, wodurch das Risiko von Interferenzen verringert wird. Eine bessere, beliebtere und sicherere Lösung besteht darin, das System mit zwei Quellen zu versorgen - dann wird der Motor von der Brücke aus versorgt, und der logische Teil der Brücke (der den Motor steuert) wird von der zweiten unabhängigen Quelle versorgt. Daher ist es sinnvoll, den 5-Volt-Arduino-Pin an den logischen Teil der Brücke anzuschließen, und die verbleibende Leistung an die Pins der Brücke, die für die Motorsteuerung verantwortlich sind.

ANSCHLUSS VON SERVOMECHANISMEN

Der Anschluss von Servomechanismen ist extrem einfach, da ihre Anschlüsse immer gleich sind. Das Anschließen des Servomechanismus an Arduino sollte zunächst mit der Stromversorgung des Motors und der Stromversorgung des Systems (normalerweise zwei 5-Volt-Stromquellen) beginnen. Im nächsten Schritt verbinden Sie den PWM-Arduino-Ausgang (mit "~" markiert) mit dem Pin, der den Servomechanismus steuert. Nach dem Umschalten müssen Sie nur die entsprechende Bibliothek hochladen.

VERBINDUNG VON SCHRITTMOTOREN DURCH EINE DEDIZIERTE STEUERUNG

Schrittmotoren werden über dedizierte Controller indirekt mit Arduino verbunden. Diese Elemente sollten hinsichtlich des maximalen Stroms und der Nennspannung aufeinander abgestimmt sein, und die Steuerung selbst muss sowohl an die Motorversorgungsspannung als auch an die Systemversorgungsspannung angepasst werden. Die Strombelastbarkeit der Steuerung muss größer sein als der vom Motor maximal entnommene Strom. Nehmen wir an, wir wollen für den Bedarf dieses Texts einen Schrittmotor mit 12V an Arduino anschließen. Dazu passt z. B. eine A4988 Steuerung. Stecken Sie zuerst den Controller in die Kontaktplatte und verbinden Sie dann die Pins GND und VDD mit der Stromversorgung des Controllers (3 - 5,5 V). Die GMD- und VMOT-Pins sind mit der Motorstromversorgung verbunden, und der SLP-Pin ist mit dem RST-Pin verbunden. Die Pins: 1A, 2A, 1B und 2B sind mit dem Motor verbunden. Die Art der Verbindung der Pins 1A, 2A, 1B und 2B hängt von der Art des Schrittmotors ab (ob er bipolar oder unipolar ist). Bei bipolaren Motoren ist Pin 1A mit dem schwarzen Draht des Motors verbunden, Pin 2A mit dem roten Draht, Pin 1B mit dem grünen Draht und einem 2B-Pin mit dem blauen Draht. Unipolare Motoren haben sechs Drähte, aber gelbe und weiße Drähte können nicht angeschlossen werden. Die korrekte Verbindung des Schrittmotors mit Arduino führt dazu, dass die Motorwelle für den Hoch-Zustand nach rechts und für den Niedrig-Zustand nach links dreht. Bei der ansteigenden Flanke macht die Motorwelle einen Schritt und ihre Richtung hängt vom Anschluss des DIR-Pins ab.

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