Mempunyai menyambungkan peranti ke Arduino

Platform untuk pencinta robotika dan automasi Arduino terkenal dengan reka bentuk modular dan kemudahan penggunaannya. Kadang-kadang saya jumpa iklan di mana mereka mengatakan bahawa anda boleh memasang robot anda tanpa praktikal yang biasa dengan elektronik. Tetapi ini tidak sepenuhnya benar.

Jika sesetengah penggerak dan mekanisme disambungkan dengan salah, anda boleh membakar pelabuhan arduinka (seperti yang telah saya terangkan dalam artikel mengenai bagaimana untuk tidak membakar Arduino) Dan jika anda tidak tahu cara mengendalikan peranti digital - sebaik mungkin anda tidak akan dapat membuat sambungan.

Saya membeli beberapa modul untuk arduino, apa yang perlu dilakukan seterusnya?

Untuk mengetahui tentang ciri sambungan, tegasan bekalan kuasa, tahap logik, dan lain-lain, anda perlu membiasakan diri dengan lembaran data pada modul anda.

Datasheet atau datasheet adalah dokumentasi teknikal untuk produk tersebut. Dokumentasi sedemikian boleh dimuat turun ke mana-mana cip atau sensor. Biasanya mereka berada di laman web pengeluar. Selain itu, terdapat sumber-sumber khas di rangkaian, di mana satu jisim dokumentasi teknikal dikumpulkan

Baca maklumat dari lembaran data dengan berhati-hati, tetapi apa yang perlu saya cari? Pertama, cip, sebagai tambahan kepada bahagian utama nama itu, biasanya mempunyai bahagian berubah atau awalan - selalunya ia adalah satu atau lebih huruf.

Ini menunjukkan beberapa ciri-ciri microcircuit tertentu, contohnya, kuasa maksimum, voltan bekalan dan tahap logik (jika peranti digital), mungkin kes di mana ia dilaksanakan, dan lain-lain.

Jika anda tidak menemui maklumat pemakanan dan log dalam lembaran data. tahap, hubungi komuniti arduino berbahasa Rusia, di forum mereka ciri-ciri semua modul biasa biasanya dipertimbangkan.

ArduinoUno mempunyai voltan bekalan dan tahap logik 5 V, jika peranti luaran beroperasi dalam julat 3.3 V, anda perlu membentuknya, anda boleh menguruskan kuasa menggunakan penstabil LDO (linear dengan penurunan yang rendah, untuk menstabilkan ia memerlukan sekurang-kurangnya 1.3 volt "voltan berlebihan pada maksimum semasa, berbanding 2 volt pada penstabil siri 78xx, yang membolehkan anda memperoleh 3.3 volt dari 4.5 volt (tiga bateri jari).

Dokumentasi teknikal untuk sensor digital dan peranti juga menunjukkan nama-nama protokol yang mereka "berkomunikasi" antara satu sama lain. Ini boleh menjadi protokol individu dan standard, sama:

• UART

• I2C;

• SPI

Arduino bekerja dengan mereka. Ini akan memudahkan anda mencari sampel perpustakaan dan kod yang sedia dibuat.

Pengkondisian isyarat dan penguatan

Soalan mengenai peranti yang sepadan dengan penggerak dengan arduino seringkali timbul di kalangan pemula. Kami akan mempertimbangkan perkara biasa:

1. Memadankan litar voltan.

2. Penyelarasan kuasa pin output dan penggerak, dengan kata lain, penguatan voltan dan / atau arus.

Pemadanan Aras

Apa yang perlu saya lakukan jika tahap logik pada modul saya adalah 3.3 Volt, dan pada arduino 5 Volt? Ia agak mudah untuk menggunakan penukar tahap logik. Ia boleh dipasang dari unsur-unsur diskret, atau anda boleh membeli modul siap di papan, contohnya:

Penukar sedemikian adalah bidirectional, iaitu ia menurunkan paras yang tinggi dan meningkatkan tindak balas yang rendah. LV (1,2,3,4) - platform untuk menghubungkan isyarat tahap rendah, HV (1,2,3,4) - tahap tinggi, HV dan LV tanpa nombor - ini adalah voltan 5 dan 3.3 Volt, seperti sumber isyarat yang ditukarkan GND - wayar tanah atau negatif. Dalam contoh tertentu terdapat 4 saluran bebas.

Litar yang sepadan dengan perbezaan voltan yang besar

Jika anda akan memulakan isyarat, contohnya dari litar voltan tinggi, contohnya 220 V, anda perlu menggunakan optocoupler.Ini akan memberikan pengasingan dan perlindungan galvanik terhadap pecah voltan tinggi input mikropengawal. Litar sedemikian digunakan untuk menerima isyarat dan isyarat output dari mikropengawal ke rangkaian, serta untuk mengawal triacs dalam rantai.

Kebarangkalian penampilan potensi tinggi pada papan arduino dalam kes ini sangat kecil, ini dipastikan oleh ketiadaan hubungan elektrik, dan komunikasi adalah melalui saluran optik, iaitu. dengan bantuan cahaya. Anda boleh mengetahui lebih lanjut mengenai ini dengan mengkaji peranti foto dan optoelektronik.

Sekiranya lonjakan besar berlaku, optocoupler akan terbakar, gambarnya adalah PC8171, tetapi anda tidak akan membebankan pelabuhan mikrokontroler itu.

Menghubungkan Pengguna yang Berkuasa

Oleh kerana mikrokontroler hanya boleh mengawal operasi peranti, anda tidak boleh menyambungkan pengguna yang kuat ke portnya. Contoh pengguna sedemikian:

• Relay

• Solenoid;

• Motor elektrik;

• Servos.

1. Sambungan servo

Tugas utama servo drive adalah untuk menetapkan kedudukan pemutar yang disambungkan kepada penggerak, untuk mengawal dan mengubahnya dengan menggunakan usaha kecil. Iaitu, dengan bantuan potensiometer, jika pemacu servo direka untuk berputar dalam separuh revolusi (180 darjah) atau dengan pengekod, jika putaran 360 darjah diperlukan, anda boleh mengawal kedudukan servo aci (motor elektrik dalam kes kita) kuasa sewenang-wenangnya.

Ramai peminat robotics menggunakan arduino sebagai asas robot mereka. Di sini servos telah banyak digunakan. Ia digunakan sebagai pemacu mekanisme berputar untuk kamera, sensor dan tangan mekanikal. Pemodel menggunakan radio untuk memandu roda beralih dalam model kereta. Industri ini menggunakan pemacu besar di mesin CNC dan automasi lain.

Dalam perkhidmatan kecil amatur, papan dengan sensor kedudukan dan elektronik disepadukan dalam kes itu. Tiga wayar biasanya keluar dari mereka:

• Kuasa merah - tambah, jika pemacu berkuasa lebih baik disambungkan kepada sumber luaran, dan tidak ke papan Arduino;

• Hitam atau coklat - tolak, sambungan serta tambah;

• Kuning atau oren - isyarat kawalan - ia diberi makan dari pin digital mikropengawal (keluar digital).

Perpustakaan khas disediakan untuk menguruskan pelayan, akses kepadanya dinyatakan pada permulaan kod dengan perintah "#include servo.h".

Sambungan motor

Untuk memacu mekanisme dan menyesuaikan kelajuan putaran mereka, ia adalah paling mudah untuk menggunakan DPT (motor DC brush dengan pengujaan dari magnet kekal). Anda mungkin pernah melihat motor seperti di dalam kereta kawalan radio. Mereka mudah terbalik (dihidupkan untuk berputar ke arah yang betul) anda hanya perlu menukar polariti. Jangan cuba sambungkannya ke pin langsung!

Lebih baik menggunakan transistor. Adalah sesuai mana-mana bipolar, sekurang-kurangnya langsung (pnp), sekurang-kurangnya konduktiviti terbalik (npn). Kerja lapangan juga, tetapi apabila memilih yang spesifik, pastikan pengatupnya berfungsi dengan tahap logik?

Jika tidak, ia tidak akan dibuka sepenuhnya, atau anda akan membakar output digital pengawal mikro semasa mengecas kapasitansi pintu - mereka menggunakan pemandu, cara yang paling mudah adalah untuk mengepam isyarat melalui transistor bipolar. Di bawah adalah litar kawalan melalui transistor kesan medan.

Jika tiada perintang antara G dan S, maka shutter (G) tidak akan ditarik ke tanah dan secara spontan boleh "berjalan" dari campur tangan.

Cara menentukan bahawa transistor kesan medan sesuai untuk kawalan langsung dari mikrokontroler, lihat di bawah. Dalam datasheet, cari parameter Vgs, contohnya, untuk IRL540 semua pengukuran dan graf terikat kepada Vgs = 5v, walaupun parameter seperti rintangan saluran terbuka ditunjukkan untuk voltan ini antara pintu dan sumbernya.

Sebagai tambahan kepada berus DPT, penyejuk boleh dihubungkan dari komputer dengan cara yang sama, walaupun ada motor tanpa brushless, lilitan yang dikendalikan oleh penukar terbina dalam, papan yang terletak secara langsung dalam kesnya.

Kelajuan kedua-dua jenis motor ini mudah disesuaikan dengan mengubah voltan bekalan. Ini boleh dilakukan jika pangkalan transistor disambungkan bukan dalam digital (output digital), tetapi dengan pin (~ pwm), nilai yang ditentukan oleh fungsi "analogWrite ()".

Relay dan Solenoids

Untuk menukar litar di mana peraturan tidak diperlukan dan menukar suis adalah mudah untuk menggunakan geganti. Dengan memilih yang betul, anda boleh menukar mana-mana arus dan voltan dengan kerugian yang minimum dalam kekonduksian dan pemanasan talian kuasa.

Untuk melakukan ini, gunakan voltan yang diperlukan untuk gegelung geganti. Di litar relay, gegelungnya direka untuk mengawal 5 volt, kenalan kuasa boleh menukar kedua-dua sepasang volt dan rangkaian 220 V.

Solenoids adalah gegelung atau penggerak elektromagnetik.

Contoh:

• Pintu mengunci pintu kereta;

• Injap solenoid;

• Elektromagnet dalam pengeluaran metalurgi;

• Loji kuasa senjata Gaussian dan banyak lagi.

Dalam sebarang kes, litar biasa untuk menyambung gegelung DC ke mikrokontroler atau logik kelihatan seperti ini:

Transistor untuk menguatkan arus kawalan, diod disambungkan ke arah yang bertentangan untuk melindungi output mikropengawal daripada pecah EMF induksi diri.

Peranti Input dan Sensor

Anda boleh mengawal sistem anda dengan butang, perintang, pengekod. Menggunakan butang, anda boleh menghantar isyarat kepada input digital arduino tinggi (tinggi / 5V) atau tahap rendah (rendah / 0V).

Untuk ini, terdapat dua pilihan untuk dimasukkan. Anda memerlukan butang yang terbuka-terbuka tanpa menetapkan, untuk beberapa tujuan, anda memerlukan suis togol atau butang dengan penetapan - pilih untuk diri sendiri, bergantung kepada keadaan. Untuk menyerahkan unit, anda perlu menyambungkan kenalan pertama butang ke sumber kuasa, dan yang kedua ke titik sambungan perintang dan input mikropengawal.

Apabila butang ditekan pada rintangan, voltan bekalan jatuh, iaitu tahap tinggi. Apabila butang tidak ditekan, tiada arus dalam litar, potensi pada perintang adalah rendah, isyarat "Rendah / 0V" digunakan pada input. Keadaan ini dipanggil "pin ditarik ke tanah, dan perintang adalah" pull-down ".

Sekiranya anda mahu pengawal mikrokontroler untuk mendapatkan 0 bukannya 1 apabila anda mengklik pada butang, sambungkan butang yang tertutup biasanya dengan cara yang sama atau baca bagaimana untuk melakukannya dengan biasanya terbuka.

Untuk memberikan mikrokontroler arahan dengan isyarat sifar, litar berubah sedikit. Satu kaki perintang disambungkan ke voltan bekalan, yang kedua ke titik sambungan butang yang biasanya terbuka dan input digital arduino.

Apabila butang dilepaskan semua voltan tetap di atasnya, input mendapat tahap yang tinggi. Keadaan ini dipanggil "pin ditarik ke tambah", dan perintang adalah "pull-up". Apabila anda menekan butang yang anda shunting (tutup) pintu masuk ke tanah.

Pembahagi voltan dan input isyarat daripada potensiometer dan analog rintangan

 

Pembahagi voltan digunakan untuk menyambung rintangan berubah-ubah, seperti thermistor, photoresistors, dsb. Kerana kenyataan bahawa salah satu daripada resistor adalah malar, dan pembolehubah kedua - anda boleh melihat perubahan voltan pada titik tengah mereka, dalam gambar di atas ia ditunjukkan sebagai Ur.

Oleh itu, adalah mungkin untuk menyambungkan pelbagai sensor analog bagi jenis dan sensor rintangan yang, di bawah pengaruh daya luaran, mengubah kekonduksiannya. Selain potensiometer.

Dalam gambar di bawah ini anda dapat melihat contoh menyambung unsur-unsur tersebut. Potentiometer boleh dihubungkan tanpa perintang tambahan, maka dalam kedudukan yang melampau akan ada voltan penuh, tetapi dalam kedudukan minimum diperlukan untuk memastikan penstabilan atau batasan saat ini - jika tidak, akan litar pintas.

Kesimpulan

Untuk menyambung sebarang modul dan penambahan kepada mikropengawal tanpa kesilapan, anda perlu mengetahui asas-asas kejuruteraan elektrik, undang-undang Ohm, maklumat umum mengenai elektromagnetisme, serta asas-asas operasi peranti semikonduktor. Malah, anda boleh memastikan bahawa ini adalah lebih mudah untuk dilakukan daripada mendengar kata-kata yang rumit ini. Gunakan gambar rajah dari artikel ini dalam projek anda!