You are browsing the website for customers from Poland. Based on location data, the suggested version of the page for you is
USA / US
Change country
x

Wydarzenia

2019-03-13

Jak podłączyć silnik elektryczny do Arduino?

Istnieje wiele sposobów na podłączanie małych silników elektrycznych do Arduino, a najpopularniejszymi i najprostszymi z nich są łączenie silnika przez mostek typu H lub przez tranzystory. Podłączając silnik elektryczny do platformy Arduino, należy pamiętać, że łączenie nie powinno być wykonane w sposób bezpośredni, ponieważ może to spowodować uszkodzenie platformy programistycznej.

Dlaczego podłącza się silniki elektryczne do Arduino?

Implementowanie silników elektrycznych w tworzonych obwodach oraz sterowanie nimi za pomocą Arduino otwiera przed nami wiele różnorodnych możliwości. Podstawowym celem łączenia silników jest możliwość wprawiania nimi w ruch elementów tworzonych układów, budowanie pojazdów, a nawet robotów. Dzięki Arduino możliwe jest sterowanie zarówno kierunkiem obrotu wału silnika, jak i jego prędkością obrotową.

Podłączanie silnika do Arduino musi odbywać się w sposób pośredni

Bezpośrednie łączenie platformy programistycznej z silnikiem nie tylko zagraża spaleniu portu wyjściowego Arduino, ale również ogranicza możliwości sterowania tak stworzonym układem do minimum. Arduino przez każdy port wyjścia może dostarczyć prąd o natężeniu ok. 20 mA, a każdy – nawet najmniejszy silnik elektryczny dostępny na rynku – wymaga do prawidłowego działania od dziesięciokrotnie do tysiąckrotnie większego natężenia. Dlatego też konieczne jest podłączanie silnika elektrycznego do Arduino w sposób pośredni, poprzez odpowiedni sterownik, który ureguluje natężenie transferowanego prądu.

Jakie silniki można podłączyć do Arduino i na co zwracać uwagę podczas ich doboru?

Platforma programistyczna Arduino umożliwia łączenie wszystkich nisko amperażowych silników elektrycznych dostępnych na rynku. Do Arduino można podłączyć:

  • silniki bezszczotkowe BLDC z komutatorem,
  • silniki szczotkowe DC będące najprostszymi silnikami elektrycznymi zasilanymi prądem DC,
  • silniki wibracyjne, które poprzez ruch wału generują wibracje,
  • silniki krokowe zapewniające wysoką precyzję sterowania poprzez impulsowy ruch wału,
  • napędy tunelowe EDF zbudowane z wirnika i silnika z obudową,
  • siłowniki liniowe umożliwiające wykonywać ruch liniowy,
  • serwomechanizmy,

Parametry, na które należy zwrócić uwagę, podczas doboru silnika elektrycznego do Arduino uzależnione są od typu silnika. Niemniej jednak wśród najistotniejszych z nich wymienia się:

  • natężenie pobieranego prądu [A] - parametr określa natężenie prądu, który wymagany jest do prawidłowego wprawiania w ruch silnika;
  • znamionowe napięcie [V] – jest to wartość napięcia, na którym będzie funkcjonował układ; standardowo układy z Arduino pracują na napięciu 12 V;
  • moment obrotowy [Nm] – kluczowy parametr silnika elektrycznego (i nie tylko), któryy warunkuje jego moc; im większy moment obrotowy generuje silnik, tym jest on silniejszy;
  • prędkość obrotowa [obr./min] – parametr warunkujący prędkość obrotu wału silnika,
  • masa i gabaryty [g i mm] – parametry te istotne są zwłaszcza podczas budowania lekkich układów, w których bierze się pod uwagę wymiary silnika,
  • rozdzielczość [ilość kroków] – parametr ten dotyczy wyłącznie silników krokowych i określa precyzję, z jaką może poruszać się wał silnika krokowego,
  • prędkość liniowa [mm/s] – parametr ten dotyczy wyłącznie siłowników liniowych i określa tempo, z jaką silnik może wysuwać wał w kierunku liniowym.

Jak podłączyć silnik elektryczny do Arduino?

Znając rodzaje silników, które można podłączyć do Arduino oraz parametry, na które należy zwrócić uwagę podczas ich doboru, możemy przejść do czynności łączeniowych. Najłatwiejszymi w podłączeniu są standardowe silniki szczotkowe DC, silniki wibracyjne i serwomechanizmy. Nieco trudniej łączy się siłowniki liniowe, silniki krokowe i pompy.

Jak podłączyć silnik elektryczny do Arduino?

Silniki szczotkowe DC i silniki wibracyjne to najprostsze, najczęściej występujące w układach i jednocześnie najłatwiejsze w łączeniu silniki elektryczne. Standardowo do platformy programistycznej łączy się silniki o amperażu 1-5 A, które pracują na napięciu 5-9 V. Do mocniejszych silników o większych parametrach stosuje się specjalnie sterowniki. Silniki szczotkowe DC i silniki wibracyjne można połączyć za pomocą układu z tranzystorem lub poprzez mostek typu H. Pierwsza metoda umożliwia sterowanie wyłącznie prędkością obrotu wału silnika, natomiast metoda łączenia przez mostek umożliwia sterowanie zarówno prędkością, jak i kierunkiem obrotu wału. Stąd też należy dobrać odpowiednią metodę łączeniową do własnych potrzeb i celów.

Łączenie silnika szczotkowego DC i silnika wibracyjnego przez tranzystor

Łączenie silnika szczotkowego DC i silnika wibracyjnego za pomocą tranzystora jest bardzo proste i wymaga jedynie trzech komponentów: rezystora ograniczającego, diody prostowniczej i tranzystora. W układzie można użyć np.: diody prostowniczej 1N4148 lub 1N4007, tranzystora 2N2222 i rezystora ograniczającego o rezystancji 10 kΩ. Czynności łączeniowe należy rozpocząć od wybrania pinu Arduino o odpowiednim napięciu wyjściowym. Pin Arduino łączymy na płytce stykowej z rezystorem i na samym końcu z bazą tranzystora. Emiter tranzystora uziemiamy, a jego kolektor łączymy z silnikiem przez równolegle podłączoną diodę prostowniczą. Z drugiej strony silnik należy podłączyć do zasilania. Rezystor występujący w układzie ogranicza natężenie prądu, który płynie do tranzystora, natomiast dioda prostownicza ogranicza ryzyko wystąpienia prądów wstecznych i pików (szpilek napięcia) występujących podczas załączania układu. Prądy wsteczne i piki mogłyby doprowadzić do uszkodzenia platformy programistycznej.

Łączenie przez mostek typu H

Ten sposób połączenia gwarantuje możliwość sterowania nie tylko prędkością, ale i kierunkiem obrotu wału silnika. O ile w przypadku silników wibracyjnych sterowanie kierunkiem obrotu ich wału jest zwykle bezzasadne (ponieważ będą generować wibracje niezależnie od kierunku obrotu wału), o tyle sterowanie wałem silnika szczotkowego DC jest zwykle kluczową funkcjonalnością układu. Co więcej, przez mostek typu H można podłączyć również siłownik liniowy, o ile jego konstrukcja jest oparta o silnik DC. Mostki typu H można zbudować samodzielnie z kilku tranzystorów lub zakupić gotowe układy. Ich podstawowym zadaniem jest odbiór sygnału wysyłanego przez Arduino oraz przekształcenie jego parametrów na wyjściu mostka. Jeżeli chcemy podłączyć silniki szczotkowe DC, wibracyjne lub liniowe, konieczne jest zaopatrzenie się w: rezystor ograniczający (np. o rezystancji 10 kΩ), przełącznik i gotowy układ mostka typu H (np. SN754410, L29NE, czy L293D). Mostek typu H należy dobierać do układu pod względem natężenia pobieranego prądu przez silnik podczas jego maksymalnego obciążenia – parametr ten nazywany jest wydajnością prądową mostka. Każdy mostek typu H może cechować się nieco inną budową i wyprowadzeniem pinów, dlatego też przed rozpoczęciem czynności łączeniowych należy zweryfikować schemat wyprowadzenia pinów w nocie katalogowej mostka. Aby wyjaśnić sposób łączenia silnika elektrycznego z Arduino, posłużmy się mostkiem L293D. Mostek L293D wyposażony został w następujące piny:

  • pin 1 – odpowiadający za sterowanie prędkością silnika,
  • pin 2 i 7 – odpowiadające za kierunek obrotu wału silnika,
  • pin 8 – zasilanie VC do 36 V,
  • pin 9 – może sterować prędkością drugiego podłączonego silnika,
  • piny 10 i 15 – mogą sterować kierunkiem obrotu wału drugiego podłączonego silnika,
  • pin 16 – zasilanie VCC do 5 V,
  • piny: 4, 5, 12 i 13 – uziemiane (łączone do GND).

Pierwszym krokiem łączeniowym jest umieszczenie mostka typu H na płytce stykowej. Następnie należy podłączyć masy mostka do zasilania, a następnie podłączać zasilanie silnika (lub silników). Przedostatnim etapem czynności łączeniowych jest zasilenie w energię elektryczną układu logicznego sterującego mostkiem, a ostatnim etapem jest podłączenie pinów odpowiedzialnych za sterowanie pracą silnika (lub silników). Przed rozpoczęciem łączenia należy pamiętać, że układ mostka typu H z silnikiem elektrycznym może być zasilany jednym lub dwoma napięciami. Jeżeli zasilimy go jednym napięciem, wymagane będzie wykorzystanie źródła napięciowego o odpowiednio dobrej filtracji, które ograniczy ryzyko wystąpienia zakłóceń. Lepszym, popularniejszym i bezpieczniejszym rozwiązaniem jest zasilenie układu dwoma źródłami – wówczas praca silnika będzie zasilana z mostka, a część logiczna mostka (sterująca pracą silnika) zasilana będzie z drugiego niezależnego źródła. Zatem 5-woltowy pin Arduino warto podłączyć do części logicznej mostka, a pozostałe zasilanie do pinów mostka, które odpowiadają za sterowanie silnikiem.

Łączenie serwomechanizmów

Łączenie serwomechanizmów jest niezwykle proste, ponieważ ich wyprowadzenia są zawsze takie same. Podłączanie serwomechanizmu do Arduino należy rozpocząć od połączenia masy zasilania silnika i zasilania układu (zwykle są to dwa 5-woltowe źródła zasilania). Kolejnym krokiem jest połączenie wyjścia PWM Arduino (oznaczonego znakiem „~”) z pinem, który steruje serwomechanizmem. Po wykonaniu czynności łączeniowych należy jedynie wgrać odpowiednią bibliotekę.

Łączenie silników krokowych przez dedykowany sterownik

Silniki krokowe łączy się z Arduino pośrednio przez dedykowane sterowniki. Elementy te należy dopasować do siebie pod względem maksymalnego natężenia prądu i napięcia znamionowego, a sam sterownik musi być dopasowany zarówno do napięcia zasilania silnika, jak i napięcia zasilania układu. Wydajność prądowa sterownika musi być większa od maksymalnego natężenia prądu pobieranego przez silnik. Na potrzeby tekstu przyjmijmy, że chcemy połączyć z Arduino silnik krokowy o napięciu 12 V. Pasuje do niego np. sterownik A4988. Najpierw wpinamy sterownik na płytkę stykową, a następnie piny GND i VDD podłączamy do zasilania sterownika (3 – 5,5 V). Piny GMD i VMOT podłączamy do zasilania silnika, a pin SLP łączymy z pinem RST. Piny: 1A, 2A, 1B i 2B łączymy z silnikiem. Od rodzaju silnika krokowego (tego, czy jest on bipolarny, czy unipolarny) zależy sposób połączenia pinów 1A, 2A, 1B i 2B. W silnikach bipolarnych pin 1A łączymy z przewodem czarnym silnika, pin 2A z przewodem czerwonym, pin 1B z przewodem zielonym, a pin 2B z przewodem niebieskim. Silniki unipolarne mają sześć przewodów, ale przewodów żółtego i białego możemy nie podłączać. Prawidłowe podłączenie silnika krokowego do Arduino skutkuje tym, że dla stanu wysokiego wał silnika obraca się w prawo, a dla stanu niskiego w lewo. Dla zbocza narastającego wał silnika wykonuje jeden krok, a jego kierunek uzależniony jest od podłączenia pinu DIR.

linecard

Aby zobaczyć produkty, wybierz producenta i/lub kategorię

Quick Buy

?
symbol produktu ilość
Podejrzyj

Inne opcje Quick Buy

epayment_home

Ta witryna korzysta z plików cookie. Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o plikach cookie i zarządzaniu ich ustawieniami.

Nie pokazuj ponownie