Funziona collegando i dispositivi ad Arduino

Piattaforma per gli amanti della robotica e dell'automazione Arduino famoso per il suo design modulare e la facilità d'uso. A volte mi imbatto in una pubblicità in cui dicono che puoi assemblare il tuo robot senza avere praticamente familiarità con l'elettronica. Ma questo non è del tutto vero.

Se alcuni attuatori e meccanismi sono collegati in modo errato, puoi masterizzare le porte di arduinka (come ho già detto nell'articolo su come non bruciare Arduino). E se non sai come gestire i dispositivi digitali, nella migliore delle ipotesi semplicemente non sarai in grado di stabilire una connessione.

Ho comprato diversi moduli per Arduino, cosa fare dopo?

Per conoscere le caratteristiche della connessione, le tensioni di alimentazione, i livelli logici, ecc., È necessario acquisire familiarità con la scheda tecnica sul modulo.

La scheda tecnica o tecnica è la documentazione tecnica per il prodotto. Tale documentazione può essere scaricata su qualsiasi chip o sensore. Di solito si trovano sul sito Web del produttore. Inoltre, ci sono risorse speciali sulla rete, su cui viene raccolta un'intera massa di documentazione tecnica

Leggi attentamente le informazioni dal foglio dati, ma cosa dovrei cercare? In primo luogo, un chip, oltre alla parte principale del nome, di solito ha una parte o prefisso variabile - molto spesso è una o più lettere.

Ciò indica alcune caratteristiche di un particolare microcircuito, ad esempio potenza massima, tensioni di alimentazione e livelli logici (se il dispositivo è digitale), possibilmente il caso in cui viene eseguito, ecc.

Se non hai trovato informazioni nutrizionali e un log nel foglio dati. livelli, contatta le comunità arduino di lingua russa; nei loro forum, le funzionalità di tutti i moduli comuni sono generalmente considerate.

ArduinoUno ha una tensione di alimentazione e livelli logici di 5 V, se il dispositivo esterno funziona in un intervallo di 3,3 V, dovrai formarli, puoi organizzare l'alimentazione usando uno stabilizzatore LDO (lineare con una caduta bassa, per stabilizzare ha bisogno di almeno 1,3 volt di “tensione in eccesso al massimo corrente, contro 2 volt sugli stabilizzatori della serie 78xx, che consente di ottenere 3,3 volt da 4,5 volt (batterie a tre dita).

La documentazione tecnica per sensori e dispositivi digitali indica anche i nomi dei protocolli con cui "comunicano" tra loro. Questi possono essere protocolli individuali e standard, lo stesso:

• UART;

• I2C;

• SPI.

Arduino lavora con loro. Ciò renderà più semplice la ricerca di librerie e esempi di codice già pronti.

Condizionamento e amplificazione del segnale

Le domande su abbinamento dispositivi e attuatori con arduino sorgono abbastanza spesso tra i principianti. Considereremo quelli comuni:

1. Circuiti di tensione corrispondenti.

2. Il coordinamento della potenza del pin di uscita e dell'attuatore, in altre parole, l'amplificazione di tensione e / o corrente.

Corrispondenza di livello

Cosa devo fare se i livelli logici sul mio modulo sono 3.3 Volt e sull'Arduino 5 Volt? È abbastanza semplice usare un convertitore di livello logico. Può essere assemblato da elementi discreti oppure è possibile acquistare un modulo già pronto sulla scheda, ad esempio questo:

Tale convertitore è bidirezionale, cioè abbassa il livello alto e aumenta la risposta bassa. LV (1,2,3,4) - piattaforme per il collegamento di segnali di basso livello, HV (1,2,3,4) - livelli alti, HV e LV senza numeri - si tratta di tensioni di 5 e 3,3 Volt, come per le fonti di segnali convertiti GND - filo di terra o negativo. In un caso particolare ci sono 4 canali indipendenti.

Corrispondenza del circuito con grandi differenze di tensione

Se si avvia un segnale, ad esempio da circuiti ad alta tensione, ad esempio 220 V, è necessario utilizzare un fotoaccoppiatore.Ciò fornirà isolamento galvanico e protezione contro le esplosioni ad alta tensione degli ingressi del microcontrollore. Tali circuiti sono utilizzati sia per ricevere un segnale sia per segnali di uscita da un microcontrollore a una rete, nonché per controllare i triac in catene.

La probabilità della comparsa di un elevato potenziale sulla scheda arduino in questo caso è estremamente ridotta, questo è garantito dall'assenza di contatto elettrico e la comunicazione avviene tramite un canale ottico, ad es. con l'aiuto della luce. Puoi saperne di più studiando i dispositivi foto e optoelettronici.

Se si verifica un grande salto, l'accoppiatore ottico brucerà, l'immagine è PC8171, ma non si sovraccaricheranno le porte del microcontrollore.

Collegamento di potenti consumatori

Poiché il microcontrollore può controllare solo il funzionamento dei dispositivi, non è possibile connettere un utente potente alla sua porta. Esempi di tali consumatori:

• relè;

• solenoidi;

• Motori elettrici;

• Servi.

1. Connessione servo

Il compito principale del servoazionamento è impostare la posizione del rotore collegato agli attuatori, controllarlo e modificarlo con piccoli sforzi. Cioè, con l'aiuto di un potenziometro, se il servoazionamento è progettato per ruotare entro mezzo giro (180 gradi) o con l'aiuto di un encoder, se è necessaria la rotazione circolare (360 gradi), è possibile controllare la posizione dell'albero servo (motore elettrico nel nostro caso) di potenza arbitraria.

Molti appassionati di robotica usano l'arduino come base dei loro robot. Qui i servi hanno trovato grande utilità. Sono utilizzati come unità di meccanismi rotanti per fotocamere, sensori e lancette meccaniche. I modellisti radio usano per guidare le ruote girevoli nei modelli di auto. L'industria utilizza grandi azionamenti in macchine a controllo numerico e altre automazioni.

Nei piccoli servizi amatoriali, nel case è integrata una scheda con un sensore di posizione ed elettronica. Di solito ne escono tre fili:

• Rosso: più potenza, se un'unità potente è meglio connessa a una fonte esterna e non alla scheda Arduino;

• Nero o marrone - meno, la connessione e il plus;

• Giallo o arancione - il segnale di controllo - viene alimentato dal pin digitale del microcontrollore (uscita digitale).

Viene fornita una libreria speciale per la gestione del server, l'accesso ad esso è dichiarato all'inizio del codice con il comando "#include servo.h".

Collegamento del motore

Per guidare i meccanismi e regolare la loro velocità di rotazione, è più facile usare DPT (un motore DC a spazzola con eccitazione da magneti permanenti). Probabilmente hai visto tali motori in auto radiocomandate. Sono facilmente invertiti (attivati ​​per ruotare nella giusta direzione) è sufficiente modificare la polarità. Non provare a collegarli direttamente ai pin!

Meglio usare un transistor. Si adatterà qualsiasi bipolare, conduttività almeno diretta (pnp), almeno inversa (npn). Anche il campo funziona, ma quando si sceglie uno specifico, assicurarsi che il suo otturatore funzioni con livelli logici?

Altrimenti, non si aprirà completamente o brucerai l'uscita digitale del microcontrollore mentre carichi la capacità del gate: usano un driver, il modo più semplice è di pompare il segnale attraverso un transistor bipolare. Di seguito è riportato il circuito di controllo transistor ad effetto di campo.

Se non esiste una resistenza tra G e S, l'otturatore (G) non verrà tirato a terra e potrebbe "camminare" spontaneamente da interferenze.

Come determinare se un transistor ad effetto di campo è adatto per il controllo diretto da un microcontrollore, vedere di seguito. Nel foglio dati, trova il parametro Vgs, ad esempio, per IRL540 tutte le misure e i grafici sono collegati a Vgs = 5v, anche un parametro come la resistenza del canale aperto è indicato per questa tensione tra il gate e la sorgente.

Oltre alla spazzola DPT, il dispositivo di raffreddamento può essere collegato dal computer allo stesso modo, sebbene sia presente un motore brushless, i cui avvolgimenti sono controllati dal convertitore incorporato, la cui scheda si trova direttamente nella sua custodia.

I regimi di questi due tipi di motori sono facili da regolare variando la tensione di alimentazione. Questo può essere fatto se la base del transistor è collegata non in digitale (uscita digitale), ma con un pin (~ pwm), il cui valore è determinato dalla funzione "analogWrite ()".

Relè e solenoidi

Per i circuiti di commutazione in cui la regolazione non è necessaria e la commutazione frequente è conveniente per utilizzare un relè. Scegliendo quello giusto, è possibile commutare qualsiasi corrente e tensione con minime perdite di conduttività e riscaldamento delle linee elettriche.

Per fare ciò, applicare la tensione richiesta alla bobina del relè. Sul circuito del relè, la sua bobina è progettata per controllare 5 volt, i contatti di potenza possono commutare sia una coppia di volt che una rete 220 V.

I solenoidi sono bobine o attuatori elettromagnetici.

esempi:

• L'unità blocca le porte della macchina;

• Elettrovalvole;

• Elettromagnete nella produzione metallurgica;

• La centrale elettrica della pistola gaussiana e altro ancora.

In ogni caso, un tipico circuito per il collegamento di bobine CC a un microcontrollore o una logica è simile al seguente:

Un transistor per amplificare la corrente di controllo, il diodo è collegato nella direzione opposta per proteggere l'uscita del microcontrollore da esplosioni di EMF autoinduzione.

Dispositivi di input e sensori

Puoi controllare il tuo sistema con pulsanti, resistori, encoder. Usando il pulsante, è possibile inviare un segnale all'ingresso digitale del livello arduino alto (alto / 5 V) o basso (basso / 0 V).

Per fare ciò, ci sono due opzioni per l'inclusione. Hai bisogno di un pulsante normalmente aperto senza fissaggio; per alcuni scopi, hai bisogno di un interruttore a levetta o di un pulsante con fissaggio - scegli tu stesso, a seconda della situazione. Per inviare un'unità, è necessario collegare il primo contatto del pulsante alla fonte di alimentazione e il secondo al punto di connessione del resistore e all'ingresso del microcontrollore.

Quando si preme il pulsante sulla resistenza, la tensione di alimentazione diminuisce, cioè a un livello elevato. Quando il pulsante non viene premuto, non c'è corrente nel circuito, il potenziale sulla resistenza è basso, il segnale "Low / 0V" viene applicato all'ingresso. Questa condizione si chiama "il perno viene tirato a terra e il resistore è" abbassato ".

Se vuoi che il microcontrollore ottenga 0 invece di 1 quando fai clic sul pulsante, collega il pulsante normalmente chiuso allo stesso modo o leggi come farlo con normalmente aperto.

Per dare un comando al microcontrollore con un segnale zero, il circuito cambia leggermente. Una gamba della resistenza è collegata alla tensione di alimentazione, la seconda al punto di connessione del pulsante normalmente aperto e all'ingresso digitale dell'Arduino.

Quando il pulsante viene rilasciato tutta la tensione rimane su di esso, l'ingresso raggiunge un livello elevato. Questo stato si chiama "pin up to up" e il resistore è "pull-up". Quando si preme il pulsante, si sta spostando (chiudendo) l'ingresso al suolo.

Divisore di tensione e ingresso del segnale da potenziometro e analogico resistivo

 

Il divisore di tensione viene utilizzato per collegare resistenze variabili, come termistori, fotoresistori, ecc. A causa del fatto che uno dei resistori è costante e la seconda variabile - è possibile osservare la variazione di tensione nel loro punto medio, nella foto sopra è indicata come Ur.

Pertanto, è possibile collegare vari sensori analogici di tipo resistivo e sensori che, sotto l'influenza di forze esterne, cambiano la loro conduttività. Oltre ai potenziometri.

Nell'immagine qui sotto vedi un esempio di collegamento di tali elementi. Il potenziometro può essere collegato senza una resistenza aggiuntiva, quindi in posizione estrema ci sarà piena tensione, ma nella posizione minima è necessario garantire la stabilizzazione o la limitazione della corrente - altrimenti corto circuito.

risultati

Al fine di collegare qualsiasi modulo e aggiunta al microcontrollore senza errori, è necessario conoscere le basi dell'ingegneria elettrica, la legge di Ohm, le informazioni generali sull'elettromagnetismo, nonché le basi del funzionamento dei dispositivi a semiconduttore. In effetti, puoi assicurarti che sia tutto molto più facile da fare che ascoltare queste parole complesse. Usa i diagrammi di questo articolo nei tuoi progetti!