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ÉVÉNEMENTS

2019-03-13

Comment connecter un moteur électrique à Arduino ?

Il existe de nombreuses façons de connecter de petits moteurs électriques à Arduino, et le plus populaire et le plus simple d'entre eux consiste à connecter le moteur par le pont en H ou par les transistors. Lors de la connexion d'un moteur électrique à la plate-forme Arduino, il convient de faire attention à ce que la connexion ne soit pas être effectuée directement, car cela pourrait endommager la plate-forme de programmation.

POURQUOI LES MOTEURS ÉLECTRIQUES SONT-ILS CONNECTÉS À ARDUINO ?

L’implémentation des moteurs électriques dans les circuits et leur contrôle à l’aide d’Arduino nous offre de nombreuses possibilités. L’objectif fondamental de la connexion des moteurs consiste à permettre de mettre en mouvement les circuits créés, de construire les véhicules et même des robots. Grâce à Arduino il est possible de contrôler à la fois le sens de rotation de l'arbre du moteur et sa vitesse de rotation.

LA CONNEXION DU MOTEUR À ARDUINO DOIT ÊTRE EFFECTUÉE DE MANIÈRE DIRECT

La connexion directe de la plate-forme de programmation au moteur peut entraîner non seulement la brûlure du port de sortie Arduino mais limite également la possibilité de contrôler du circuit créé. Arduino peut fournir environ 20mA de courant par l’intermédiaire de chaque port de sortie et chacun moteur, même celui le plus petit disponible sur le marché, pour fonctionner correctement nécessite une intensité plus élevée de dix à mille fois. Pour ces raisons il est nécessaire de connecter le moteur électrique à Arduino de manière directe, via un contrôleur approprié qui régulera l’intensité du courant transféré.

QUELS MOTEURS PEUVENT ÊTRE CONNECTÉS À ARDUINO ET À QUOI FAUT-IL FAIRE ATTENTION EN LES CHOISISSANT ?

La plate-forme de programmation Arduino permet de connecter tous les moteurs électriques de basse tension disponibles sur le marché. Vous pouvez vous connecter à Arduino :

  • moteurs sans brosse BLDC avec commutateur,
  • moteurs à brosse DC qui sont les moteurs électriques les plus simples alimentés en courant continu DC,
  • moteurs de vibration qui génèrent les vibrations par le mouvement de l’arbre,
  • moteurs pas à pas qui garantissent une haute précision de contrôle par le mouvement de l’arbre à impulsion,
  • entraînements de tunnel EDF constitués d’un rotor et d’un moteur avec le boîtier,
  • actionneurs linéaires permettant un mouvement linéaire,
  • servomécanismes ;

Les paramètres qu’ils faut considérer lors du choix du moteur électrique à Arduino dépendent du type de moteur. Néanmoins, parmi les paramètres les plus importants il y a :

  • intensité de courant consommé [A] – le paramètre détermine l’intensité de courant nécessaire pour mettre le moteur en mouvement de manière correcte ;
  • tension nominale [V] – est la valeur de tension à laquelle le circuit fonctionnera ; les circuits d’Arduino fonctionnent en standard à 12V ;
  • couple [Nm] – le paramètre essentiel du moteur électrique (et pas seulement) qui détermine sa puissance ; si le couple généré par le moteur est plus grand, le moteur est plus fort ;
  • vitesse de rotation [tr / min.] – le paramètre déterminant la vitesse de rotation de l’arbre du moteur,
  • poids et dimensions [g et mm] – les paramètres qui sont importants surtout lors de la construction de circuits légers dans lesquels les dimensions du moteur sont prises en compte,
  • résolution [nombre de pas] – ce paramètre ne concerne que les moteurs pas à pas et détermine la précision avec laquelle l’arbre du moteur pas à pas peut se déplacer,
  • vitesse linéaire [mm/s] – ce paramètre ne concerne que les actionneurs linéaires et détermine la vitesse à laquelle l’arbre du moteur peut déplacer l’arbre dans le sens linéaire.

COMMENT CONNECTER LE MOTEUR ÉLECTRIQUE à ARDUINO ?

En connaissant les types de moteurs qui peuvent être connectés à Arduino et les paramètres qui doivent être pris en compte lors de leur choix, nous pouvons passez aux opérations de connexion. Les moteurs à brosses DC, les moteurs de vibrations et les servomoteurs peuvent être connectés le plus facilement. Les actionneurs linéaires, les moteurs pas à pas et les pompes sont plus difficiles à connecter.

Comment connecter un moteur électrique à Arduino ?

Les moteurs à brosses DC et les moteurs de vibrations sont les moteurs électriques le plus souvent utilisés dans les circuits ainsi que les plus simples à connecter. En standard à la plateforme de programmation sont connectés les moteurs de 1 à 5 ampères qui fonctionnent sur une tension de 5 à 9 V. En cas de moteurs plus puissants avec des paramètres plus élevés les pilotes spéciaux sont utilisés. Les moteurs à brosses DC et les moteurs de vibration peuvent être connectés à travers le circuit avec un transistor ou à travers le pont en H. La première méthode permet de contrôler uniquement la vitesse de rotation de l’arbre du moteur, tandis que la méthode de connexion par le pont permet de contrôler en même temps la vitesse et le sens de rotation de l’arbre. Par conséquence, il est important de choisir une bonne méthode de connexion pour ses propres besoins et ses propres objectifs.

Connexion du moteur à brosses DC et du moteur à de vibrations à travers le transistor

La connexion du moteur à brosses DC et du moteur à de vibrations à travers le transistor est très simple et ne nécessite que trois composants : une résistance de limitation, une diode redresseuse et un transistor. Dans le circuit il est possible d’utiliser par exemple la diode redresseuse 1N4148 ou 1N4007, le transistor 2N2222 et la résistance limitant de 10 kΩ. Les opérations de connexion doivent être démarrées après avoir sélectionné la broche Arduino ayant une tension de sortie approprié. La broche Arduino doit être connectée sur la plaque de contact avec la résistance sur la même extrémité avec la base du transistor. L’émetteur du transistor est mis à la terre et son collecteur est connecté au moteur par une diode redresseuse connectée parallèlement. De l’autre extrémité le moteur doit être connecté à l’alimentation. La résistance présente ans le circuit limite l’intensité du courant qui circule vers le transistor, tandis que la diode redresseuse ne limite que le risque de courants inverses et de pics (broches de tension) lors de la connexion du circuit. Les courants inverses et les pics peuvent endommager la plateforme de programmation.

Connexion à travers le pont en H

Cette méthode de connexion garantit la capacité de contrôler non seulement la vitesse mais également le sens de rotation de l’arbre du moteur. En cas de moteurs de vibration le sens de rotation de leur arbre n’a pas d’importance (car ils génèrent des vibrations quel que soit le sens de rotation de l’arbre). Cependant le contrôle de l’arbre du moteur à brosses DC est généralement la fonctionnalité essentielle du circuit. En outre, le pont en H peut servir à connecter l’actionneur linéaire à condition que sa construction soit basée sur un moteur DC. Les ponts en H peuvent être construits indépendamment de plusieurs transistors ou achetés en tant que circuits prêts. Leur fonction principale consiste à recevoir le signal envoyé par Arduino et à transformer ses paramètres à la sortie du pont. Lorsqu’il faut connecter les moteurs à brosses DC, de vibration ou linéaire, il est nécessaire d’acquérir : la résistance e limitation (d’une résistance de 10 kΩ), le commutateur et le pont en H (par exemple SN754410, L29NE, ou L293D). Le pont en H doit être sélectionné pour le circuit en fonction de l’intensité du courant consommé par le moteur pendant la charge maximale. Ce paramètre est appelé la sensibilité en courant du pont. Chaque pont en H peut avoir une construction différente et la sortie de broches un peu différente. Pour ces raisons, avant de commencer la connexion, il est nécessaire de vérifier le schéma de sortie des broches spécifié dans la fiche technique du pont. Pour expliquer la manière de connecter le moteur électrique à Arduino, nous utilisons le pont L293D. Le L293D est équipé des broches suivantes :

  • broche 1 – responsable du contrôle de la vitesse du moteur,
  • broches 2 et 7 – responsables du sens de rotation de l’arbre du moteur,
  • broche 8 – alimentation VC jusqu’à 36 V,
  • broche 9 – peut contrôler la vitesse du deuxième moteur connecté,
  • broches 10 et 15 – peuvent contrôler le sens de rotation de l’arbre du deuxième moteur connecté,
  • broches 16 – alimentation VCC jusqu’à 5 V,
  • broches : 4, 5, 12 i 13 – mises à la terre (connectées à la masse GND).

La première étape de connexion consiste à placer le pont en H sur la plaque de contact. Ensuite il est nécessaire de connecter la masse du pont à l’alimentation, puis connecter l’alimentation du moteur (ou des moteurs). L’avant-dernière étape des opérations de connexion consiste à alimenter en électricité le circuit logique du pont. La dernière étape consiste à connecter les broches responsables du contrôle du fonctionnement du moteur (ou des moteurs). Avant la connexion il convient de rappeler que le circuit du pont en H avec le moteur électrique peut être alimenté par une ou deux tensions. Si nous fournissons une seule tension, il sera nécessaire d’utiliser une source de tension avec une filtration appropriée qui limitera le risque d’interférences. Une solution meilleure qui est la plus connue et la plus sûre consiste à alimenter le circuit en deux sources. Dans ce cas le fonctionnement du moteur sera alimenté par le pont et la partie logique du pont (qui contrôle le fonctionnement du moteur) sera alimenté par la deuxième source indépendante. Ainsi, il vaut mieux de connecter la broche Arduino à 5 volts à la partie logique du pont et l’autre alimentation aux broches du pont, responsables du contrôle du moteur.

CONNEXION DES SERVOMÉCANISMES

La connexion des servomécanismes est très simple parce que leurs sorties sont toujours identiques. La connexion du servomécanisme à Arduino doit être commencée par la connexion de la masse de l’alimentation du moteur à l’alimentation du circuit (généralement ce sont deux sources d’alimentation à 5 volts). L’étape suivante consiste à connecter la sortie de PWM (MLI) Arduino (désigné par le symbole « ~ ») avec la broche qui contrôle le servomécanisme. Après avoir effectué les opérations de connexion, il est nécessaire de charger une bibliothèque appropriée.

CONNEXION DES MOTEURS PAS À PAS À TRAVERS LE CONTRÔLEUR DÉDIÉ

Les moteurs pas à pas sont connectés avec Arduino indirectement à travers les contrôleurs dédiés. Ces composants doivent être adaptés les uns aux autres en termes de l’intensité du courant maximale et de tension nominale et le contrôleur lui-même doit être adapté également à la tension de l’alimentation du moteur et de la tension de l’alimentation du circuit. La sensibilité en courant du contrôleur doit être supérieure à l’intensité du courant maximal consommée par le moteur. Aux fins du présent texte supposons que nous voulions connecter un moteur pas à pas de 12V à Arduino : Nous devons utiliser par exemple le contrôleur A4988. D’abord nous branchons le contrôleur sur la plaque de contact, ensuite les broches GND et VDD doivent être connectées à l’alimentation du contrôleur (3 à 5,5 V). Les broches GMD et VMOT doivent être connectées à l’alimentation du moteur tandis que la broche SLP doit être connectée à la broche RST. Les broches 1A, 2A, 1B et 2B doivent être connectées au moteur. La méthode de connexion des broches 1A, 2A, 1B et 2B dépende du type de moteur pas à pas (qu’il soit bipolaire ou unipolaire). Dans les moteurs bipolaires la broche 1A doit être connecté avec le fil noir du moteur, la broche 2A avec le fil rouge, la broche 1B avec le fil vert et la broche 2B avec le fil bleu. Les moteurs unipolaires ont six fils mais les fils jaune et blanc ne peuvent pas être connectés. La connexion correcte du moteur pas à pas à Arduino permet d’obtenir en cas d’état haut de l’arbre du moteur – la rotation à droite et en cas d’état bas – la rotation à gauche. En cas de front montant l’arbre du moteur fait un pas et le sens dépend de la connexion de la broche DIR.

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