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NOVIDADES

2019-03-13

Como conectar um motor elétrico à Arduino?

Há muitas formas de conectar motores elétricos pequenos à Arduino, e as mais populares e simples consistem em conectar o motor através da ponte H ou através dos transístores. Ao conectar um motor elétrico à plataforma Arduino, deve lembrar-se de que a conexão não deve ser efetuada diretamente, já que pode danificar a plataforma de programação.

POR QUE RAZÃO SE CONECTAM OS MOTORES ELÉTRICOS À ARDUINO?

Implementar motores elétricos em circuitos criados e controlá-los com a Arduino abre muitas possibilidades diferentes. O propósito básico de combinar motores é a capacidade de pôr em movimento componentes de sistemas criados, veículos de construção e até robots. Graças à Arduino é possível controlar tanto a direção de rotação do eixo do motor como a sua velocidade de rotação.

A CONEXÃO DO MOTOR À ARDUINO DEVE SER EFETUADA POR ADAPTAÇÃO

A conexão direta da plataforma de desenvolvimento com o motor não só ameaça danificar o porto de saída Arduino, como também limita ao mínimo as possibilidades de controlar o circuito criado. A Arduino pode fornecer 20 mA de corrente através de cada porto de saída, e cada um, inclusive o motor elétrico mais pequeno disponível no mercado, requer entre 10 a 1000 vezes mais para funcionar corretamente. Portanto, é necessário conectar o motor elétrico à Arduino indiretamente, através de um driver adequado que regulará a corrente que é transferida.

QUE MOTORES PODEM SER CONECTADOS À ARDUINO E A QUE É NECESSÁRIO PRESTAR ATENÇÃO DURANTE A SUA SELEÇÃO?

A plataforma de programação Arduino permite conectar todos os motores elétricos de baixa tensão disponíveis no mercado. Pode conectar à Arduino:

  • motores sem escovas BLDC com um computador,
  • motores de escovas de CC são os motores elétricos mais simples alimentados por corrente contínua,
  • motores de vibração que geram vibrações através do movimento do eixo,
  • motores de passo que garantem alta precisão de controlo por movimento do eixo de transmissão,
  • transmissões de turbinas EDF de impulsor e motor com carcaça,
  • atuadores lineares que permitem o movimento linear,
  • servomecanismos.

Os parâmetros a que se deve prestar atenção ao escolher um motor elétrico para a Arduino dependem do tipo de motor. No entanto, os mais importantes são:

  • de corrente [A]: o parâmetro determina a corrente necessária para configurar corretamente o movimento do motor;
  • tensão nominal [V] – este é o valor de tensão com que funcionará o sistema; os sistemas-padrão com Arduino funcionam a 12 V;
  • torque do motor [Nm] – é o parâmetro-chave do motor elétrico (e não só), que determina a sua potência; quanto maior for o torque que gera o motor, mais forte é;
  • de rotação [rpm]: parâmetro que determina a velocidade de rotação do eixo do motor;
  • peso e dimensões [g e mm]: estes parâmetros são importantes, especialmente quando se constroem sistemas de iluminação que têm em conta as dimensões do motor;
  • resolução [número de passos]: este parâmetro aplica-se apenas aos motores de passo e determina a precisão com que se pode mover o eixo do motor de passo;
  • velocidade linear [mm/s]: este parâmetro aplica-se apenas aos atuadores lineares e determina a velocidade à qual o motor pode estender o eixo na direção linear.

COMO CONECTAR UM MOTOR ELÉTRICO À ARDUINO?

Conhecendo os tipos de motores que podem ser conectados à Arduino e os parâmetros a que se deve prestar atenção ao escolhê-los, podemos passar às operações de comutação. Os mais fáceis de conectar são os motores de escovas de CC-padrão, os motores de vibração e os servomecanismos. Os atuadores lineares, os motores de passo e as bombas são um pouco mais difíceis de conectar.

Como conectar um motor elétrico à Arduino?

Os motores de escovas de CC e os motores de vibração são os mais simples, mais comuns nos sistemas e, ao mesmo tempo, os motores elétricos mais fáceis de combinar. Por norma, os motores com uma potência nominal de 1 a 5 A estão conectados à plataforma de programação. Funcionam com uma tensão de 5 a 9 V. Para motores mais potentes com parâmetros mais altos, são utilizados drivers. Os motores de escovas DC e os motores de vibração podem ser conectados por meio de um transístor ou por meio de uma ponte H. O primeiro método apenas controla a velocidade de rotação do eixo do motor, ao passo que o método de ponte permite o controlo tanto da velocidade como da direção de rotação do eixo. Portanto, deve escolher o método de conexão correto em função das suas próprias necessidades e objetivos.

Conexão do motor de escovas de CC e do motor de vibração através do transístor

Conectar o motor de escovas de CC e o motor de vibração com um transístor é muito simples e apenas requer três componentes: um resistor limitador, um díodo retificador e um transístor. O sistema pode utilizar, por exemplo, um díodo retificador 1N4148 ou 1N4007, um transístor 2N2222 ou um resistor que limite a resistência de 10 kΩ. As operações de comutação devem iniciar-se selecionando o pino Arduino com a tensão de saída apropriada. O pino Arduino está conectado na placa de contacto com o resistor e, no fundo, com a base do transístor. O emissor do transístor está conectado à terra e o seu coletor conectado ao motor através de um díodo retificador conectado em paralelo. Por outro lado, o motor deve estar conectado à fonte de alimentação. O resistor no sistema limita a corrente que flui até ao transístor, enquanto o díodo retificador reduz o risco de ocorrência de correntes e picos inversos (pinos de tensão) ao modificar o sistema. As correntes inversas e os picos poderão danificar a plataforma de programação.

Conexão através de uma ponte tipo H

Este método de conexão garante a capacidade de controlar não só a velocidade como também a direção de rotação do eixo do motor. Enquanto no caso dos motores de vibração a direção de rotação do seu eixo geralmente não é justificada (pelo facto de gerarem vibrações independentemente da direção de rotação do eixo), o controlo do eixo do motor de escovas de CC costuma ser a funcionalidade-chave do sistema. Além disso, um atuador linear também pode ser conectado através de uma ponte tipo H, desde que a sua configuração seja baseada num motor de CC. As pontes tipo H podem ser construídas independentemente de vários transístores ou circuitos pré-fabricados comprados. A sua função básica é receber o sinal enviado pela Arduino e transformar os seus parâmetros na saída da ponte. Se desejar conectar motores de escovas de CC, motores de vibração ou lineares, precisará de: um resistor limitador (por exemplo, com uma resistência de 10 kΩ), um interruptor e uma ponte H pronta a usar (por exemplo, SN754410, L29NE ou L293D). A ponte de tipo H deve ser escolhida para o sistema em termos da corrente captada pelo motor durante a sua carga máxima; este parâmetro é denominado eficiência de corrente da ponte. Cada ponte H pode ter uma construção e saídas de pinos ligeiramente diferentes, portanto, antes de iniciar as operações de comutação, é necessário verificar o diagrama com o desenho dos pinos na folha de dados da ponte. Para explicar como conectar um motor elétrico com a Arduino, vejamos a ponte L293D. A ponte L293D conta com os seguintes pinos:

  • pino 1 – responsável por controlar a velocidade do motor,
  • pinos 2 e 7 – responsável por controlar a direção de rotação do eixo do motor,
  • pino 8 – alimentação VC até 36 V,
  • pino 9 – pode controlar a velocidade do segundo motor conectado,
  • pinos 10 e 15 – podem controlar a direção de rotação do eixo do segundo motor conectado,
  • pino 16 – alimentação VCC até 5 V,
  • pinos 4, 5, 12 e 13 – a terra (conectados à GND).

O primeiro passo de comutação é colocar a ponte H na placa de contacto. Depois conecte a ligação à terra da ponte à fonte de alimentação e, em seguida, conecte a fonte de alimentação ao motor (ou motores). A penúltima etapa das operações de comutação é o fornecimento de eletricidade ao sistema lógico que controla a ponte, e a última etapa é a conexão dos pinos responsáveis por controlar o funcionamento do motor (ou motores). Antes de os conectar, deve lembrar-se de que o sistema de ponte em H com um motor elétrico pode ser alimentado por uma ou duas tensões. Se for alimentado por uma tensão, será necessário utilizar uma fonte de tensão com uma filtragem adequada, o que reduzirá o risco de interferência. Uma solução melhor, mais popular e mais segura é alimentar o sistema por duas fontes: nesse caso, o motor será alimentado a partir da ponte e a parte lógica da ponte (que controla o motor) será alimentada a partir da segunda fonte independente. Portanto, vale a pena conectar o pino Arduino de 5 volts à parte lógica da ponte e a energia restante aos pinos da ponte, que são responsáveis pelo controlo do motor.

CONEXÃO DE SERVOMECANISMOS

Combinar servomecanismos é muito simples, dado que as suas saídas são sempre as mesmas. Para conectar o servomecanismo à Arduino, deve começar por conectar a fonte de alimentação do motor e a fonte de alimentação do sistema (geralmente duas fontes de alimentação de 5 volts). O passo seguinte é conectar a saída PWM Arduino (marcada com “~”) ao pino que controla o servomecanismo. Depois de realizar as operações de alteração, apenas precisa de carregar a biblioteca apropriada.

CONEXÃO DE MOTORES DE PASSO ATRAVÉS DE UM DRIVER

Os motores de passo são conectados à Arduino indiretamente através de drivers específicos. Estes elementos devem coincidir entre si em termos da corrente máxima e da tensão nominal, e o próprio driver deve coincidir com a tensão de alimentação do motor e a tensão de alimentação do sistema. A capacidade de corrente do driver deve ser maior que a corrente máxima consumida pelo motor. Para uma melhor compreensão, suponhamos que queremos conectar um motor passo a passo de 12 V à Arduino. O driver A4988 é adequado. Primeiro, ligue o driver na placa de contacto e depois conecte os pinos GND e VDD à fonte de alimentação do driver (3 - 5.5 V). Os pinos GMD e VMOT estão conectados à fonte de alimentação do motor e o pino SLP está conectado ao pino RST. Os pinos 1A, 2A, 1B e 2B são conectados ao motor. O método de conexão dos pinos 1A, 2A, 1B e 2B depende do tipo de motor de passo (se é bipolar ou unipolar). Nos motores bipolares, o pino 1A está conectado ao cabo preto do motor, o pino 2A a um cabo vermelho, o pino 1B a um cabo verde e um pino 2B a um cabo azul. Os motores unipolares têm seis cabos, mas não podemos conectar cabos amarelos e brancos. A conexão correta do motor de passo à Arduino faz com que para o nível alto o eixo do motor gire para a direita, e para o nível baixo gire para a esquerda. Na extremidade ascendente, o eixo do motor avança e a sua direção depende da conexão do pino DIR.

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