Značajke povezivanja uređaja s Arduinom

Platforma za ljubitelje robotike i automatizacije Težak poznat po modularnom dizajnu i jednostavnosti uporabe. Ponekad naiđem na reklamu u kojoj kažu da možete sastaviti svog robota, a da pritom praktično niste upoznati s elektronikom. Ali to nije sasvim istina.

Ako su neki pogoni i mehanizmi pogrešno spojeni, možete izgorjeti luke arduinka (kao što sam već spomenuo u članku o kako da ne izgori Arduino). A ako ne znate rukovati digitalnim uređajima - u najboljem slučaju jednostavno nećete moći uspostaviti vezu.

Kupio sam nekoliko modula za arduino, što dalje činiti?

Da biste saznali o značajkama veze, napona napajanja, logičke razine itd., Potrebno je upoznati se s podacima s podacima na vašem modulu.

Podatkovna tablica ili tablica je tehnička dokumentacija za proizvod. Takva se dokumentacija može preuzeti na bilo koji čip ili senzor. Obično se nalaze na web mjestu proizvođača. Štoviše, na mreži postoje posebni resursi na kojima se prikuplja čitava masa tehničke dokumentacije

Pažljivo pročitajte podatke s podatkovnog lista, ali što trebam tražiti? Prvo, čip, pored glavnog dijela imena, obično ima varijabilni dio ili prefiks - najčešće je to jedno ili više slova.

To ukazuje na neke značajke određenog mikro kruga, na primjer, najveću snagu, napon napajanja i logičke razine (ako je uređaj digitalni), moguće slučaj u kojem se izvršava itd.

Ako niste pronašli podatke o prehrani i zapisnik u listu podataka. razina, obratite se arduino zajednicama ruskog jezika, na njihovim forumima obično se razmatraju značajke svih uobičajenih modula.

ArduinoUno ima napon i logičku razinu od 5 V, ako vanjski uređaj djeluje u rasponu od 3,3 V, morat ćete ih oblikovati, moći ćete organizirati napajanje pomoću LDO stabilizatora (linearnog s malim padom, za stabilizaciju mu treba najmanje 1,3 V „viška napona na maksimalnom struje, protiv 2 volta na stabilizatorima serije 78xx, što vam omogućuje da dobijete 3,3 volta od 4,5 volti (baterije s tri prsta).

U tehničkoj dokumentaciji za digitalne senzore i uređaje navode se i nazivi protokola pomoću kojih oni "komuniciraju" jedan s drugim. To mogu biti pojedinačni protokoli i standardni, isti:

• UART;

• I2C;

• SPI.

Arduino radi s njima. Tako ćete lakše pronaći gotove biblioteke i uzorke koda.

Kondicioniranje i pojačavanje signala

Pitanja o usklađivanju uređaja i pokretača s arduinom često se postavljaju među početnicima. Razmotrit ćemo uobičajene:

1. Odgovarajući naponski krugovi.

2. Koordinacija snage izlaznog pina i pokretača, drugim riječima pojačanje napona i / ili struje.

Odgovarajuće razine

Što trebam učiniti ako su logičke razine na mom modulu 3,3 Volta, a na arduinu 5 Volta? Koristiti pretvarač logičke razine prilično je jednostavno. Može se sastaviti od diskretnih elemenata ili kupiti gotov modul na ploči, na primjer ovaj:

Takav pretvarač je dvosmjerni, tj. snižava visoku razinu i povećava nizak odziv. LV (1,2,3,4) - platforme za povezivanje signala niske razine, HV (1,2,3,4) - visoke razine, HV i LV bez brojeva - to su naponi od 5 i 3,3 Volta, kao i kod izvora pretvorenih signala GND - uzemljena ili negativna žica. U određenom slučaju postoje 4 neovisna kanala.

Usklađivanje kruga s velikim razlikama napona

Ako želite pokrenuti signal, primjerice iz visokonaponskih krugova, na primjer 220 V, trebate upotrijebiti optopar.To će osigurati galvansku izolaciju i zaštitu od visokonaponskih rafala ulaza mikrokontrolera. Takvi se krugovi koriste i za prijem signala i za izlazne signale iz mikrokontrolera u mrežu, kao i za kontrolu trijaka u lancima.

Vjerojatnost pojave visokog potencijala na arduino ploči u ovom je slučaju izuzetno mala, to je osigurano odsutnošću električnog kontakta, a komunikacija je putem optičkog kanala, tj. uz pomoć svjetlosti. O tome možete saznati više proučavanjem foto i optoelektronskih uređaja.

Ako se dogodi veliki skok, optopar će izgorjeti, slika je PC8171, ali nećete preopteretiti portove mikrokontrolera.

Povezivanje snažnih potrošača

Budući da mikrokontroler može kontrolirati samo rad uređaja, ne možete priključiti snažnog potrošača na njegov ulaz. Primjeri takvih potrošača:

• releja;

• zavojnice;

• Električni motori;

• Servos.

1. Servo veza

Glavni zadatak servo pogona je postaviti položaj rotora spojenog na pogone, kontrolirati ga i mijenjati uz male napore. To jest, vi, uz pomoć potenciometra, ako je servo pogon dizajniran da se okreće u roku od pola okretaja (180 stupnjeva) ili uz pomoć davača, ako je potrebno kružno okretanje (360 stupnjeva), možete kontrolirati položaj servo vratila (električni motor u našem slučaju) proizvoljne snage.

Mnogi ljubitelji robotike koriste arduino kao osnovu svojih robota. Ovdje su servo uređaji pronašli veliku uporabu. Koriste se kao pogon rotacijskih mehanizama za kamere, senzore i mehaničke ruke. Radio modeli koji koriste modele za okretanje kotača u automobilima. Industrija koristi velike pogone u CNC strojevima i drugu automatizaciju.

U malim amaterskim uslugama u kućište je ugrađena ploča sa senzorom položaja i elektronikom. Iz njih obično izlaze tri žice:

• Crveno - plus napajanje, ako je snažni pogon bolje spojen na vanjski izvor, a ne na Arduino ploču;

• Crna ili smeđa - minus, veza kao i plus;

• Žuto ili narančasto - kontrolni signal - napaja se s digitalnog pin mikrokontrolera (digitalni izlaz).

Za upravljanje poslužiteljem osigurana je posebna knjižnica, pristup njemu deklariran je na početku koda naredbom "#include servo.h".

Priključak motora

Za pokretanje mehanizama i podešavanje brzine vrtnje najlakše je koristiti DPT (četkasti DC motor s pobudom stalnih magneta). Vjerojatno ste takve motore vidjeli u automobilima koji se upravljaju radio. Oni se lako okreću unatrag (uključeni su da se okreću u pravom smjeru), samo trebate promijeniti polaritet. Ne pokušavajte ih spojiti izravno na igle!

Bolje koristiti tranzistor. Hoće li stati bilo koji bipolarni, barem izravna (pnp), barem obrnuta (npn) vodljivost. Terenska obrada također radi, ali kad odaberete neki određeni, pazite da njezin okidač radi s logičkim razinama?

Inače se neće potpuno otvoriti ili ćete spaliti digitalni izlaz mikrokontrolera tijekom punjenja kapacitete vrata - koriste pogonitelj, najjednostavniji način je da pumpa signal kroz bipolarni tranzistor. Ispod je prolazni upravljački krug tranzistor s efektom polja.

Ako nema otpornika između G i S, tada se zasun (G) neće povući na zemlju i može spontano "hodati" od smetnji.

Kako utvrditi da je poljski tranzistor prikladan za izravno upravljanje s mikrokontrolera, pogledajte dolje. U podatkovnom listu pronađite Vgs parametar, na primjer, za IRL540 sva su mjerenja i grafikoni vezani za Vgs = 5v, čak je takav parametar kao što je otpor otvorenog kanala naveden za ovaj napon između kapije i izvora.

Osim četke DPT, hladnjak se s računalom može povezati na isti način, iako postoji motor bez četkica, namotima kojih upravlja ugrađeni pretvarač, čija se ploča nalazi izravno u njegovom kućištu.

Broj okretaja ove dvije vrste motora lako se podešava variranjem napona napajanja. To se može postići ako je baza tranzistora spojena ne digitalno (digitalni izlaz), već pinom (~ pwm), čija se vrijednost određuje funkcijom "analogWrite ()".

Releji i solenoidi

Kod sklopnih krugova gdje regulacija nije potrebna i često je prebacivanje prikladno koristiti relej. Odabirom pravog možete prebaciti bilo kakve struje i napone uz minimalne gubitke u vodljivosti i grijanju dalekovoda.

Da biste to učinili, primijenite napon potreban na svitak releja. Na relejnom krugu, njegov je svitak dizajniran za kontrolu 5 volti, naponski kontakti mogu prebacivati ​​i par volti i mrežu 220 V.

Solenoidi su zavojnice ili elektromagnetski aktuatori.

primjeri:

• Pogon zaključava vrata automobila;

• Solenoidni ventili;

• Elektromagnet u metalurškoj proizvodnji;

• Elektrana Gaussovog pištolja i još mnogo toga.

U svakom slučaju, tipični krug za spajanje istosmjernih svitaka na mikrokontroler ili logiku izgleda ovako:

Tranzistor za pojačavanje upravljačke struje, dioda je spojena u suprotnom smjeru kako bi zaštitila izlaz mikrokontrolera od rafala samoinduktivnog EMF-a.

Ulazni uređaji i senzori

Vašim sustavom možete upravljati pomoću gumba, otpornika, davača. Pomoću gumba možete poslati signal na digitalni ulaz arduino visoke (visoke / 5 V) ili niske (niske / 0 V) ​​razine.

Da biste to učinili, postoje dvije mogućnosti za uključivanje. Potreban vam je normalno otvoreni gumb bez popravljanja; za neke svrhe potreban vam je preklopni prekidač ili gumb s pričvršćivanjem - odaberite sami, ovisno o situaciji. Da biste predali jedinicu, morate spojiti prvi kontakt gumba na izvor napajanja, a drugi na mjesto povezivanja otpornika i ulaza mikrokontrolera.

Kada se gumb pritisne na otpor, napon napajanja opada, to jest, visoka razina. Kad tipka nije pritisnuta, u krugu nema struje, potencijal na otporniku je nizak, signal "Low / 0V" se primjenjuje na ulaz. Ovo se stanje naziva "pin se povlači na zemlju, a otpornik je" pull-down ".

Ako želite da mikrokontroler dobije 0 umjesto 1 kada kliknete gumb, na isti način povežite normalno zatvorenu tipku ili pročitajte kako to učiniti s normalno otvorenim.

Da bi mikrokontroler dao naredbu s nultim signalom, krug se malo mijenja. Jedna noga otpornika spojena je na opskrbni napon, a druga na mjesto spajanja normalno otvorenog gumba i digitalnim ulazom arduina.

Nakon otpuštanja gumba sav napon ostaje na njemu, ulaz postaje visok. To se stanje naziva "pin se povlači do plus", a otpornik je "pull-up". Kada pritisnete tipku, pomičite (zatvarate) ulaz u zemlju.

Razdjelnik napona i ulaz signala iz potenciometra i otporničkog analoga

 

Razdjelnik napona koristi se za povezivanje promjenjivih otpora, kao što su termistori, fotoresistori itd. Zbog činjenice da je jedan otpornik konstantan, a drugi varijabla - možete promatrati promjenu napona u njihovoj sredini, na slici iznad je označeno kao Ur.

Na taj je način moguće povezati različite analogne senzore otporničkog tipa i senzore koji pod utjecajem vanjskih sila mijenjaju vodljivost. Kao i potenciometri.

Na slici ispod vidite primjer povezivanja takvih elemenata. Potenciometar se može spojiti bez dodatnog otpora, tada će u ekstremnom položaju biti punog napona, ali u minimalnom položaju potrebno je osigurati stabilizaciju ili ograničenje struje - inače će kratki spoj.

nalazi

Da biste povezali bilo koji modul i dodatak na mikrokontroler bez grešaka, morate znati osnove elektrotehnike, Ohmov zakon, opće informacije o elektromagnetizmu, kao i osnove rada poluvodičkih uređaja. U stvari, možete biti sigurni da je to sve puno lakše nego slušati ove složene riječi. Koristite dijagrame iz ovog članka u svojim projektima!