Dispune de conectarea dispozitivelor la Arduino

Platforma pentru iubitorii de robotică și automatizare Arduino faimos pentru designul modular și ușurința de utilizare. Uneori întâlnesc o reclamă în care spun că îți poți asambla robotul fără să cunoști practic electronica. Dar acest lucru nu este în întregime adevărat.

Dacă unele actuatoare și mecanisme sunt conectate incorect, puteți arde porturile arduinka (așa cum am menționat deja în articol despre cum să nu arzi Arduino). Și dacă nu știți cum să gestionați dispozitivele digitale - în cel mai bun caz, pur și simplu nu veți putea stabili o conexiune.

Am cumpărat mai multe module pentru arduino, ce să fac?

Pentru a afla despre caracteristicile conexiunii, tensiunile de alimentare, nivelurile logice etc., trebuie să vă familiarizați cu fișa tehnică din modulul dvs.

Fișa tehnică sau fișa tehnică este documentația tehnică pentru produs. Această documentație poate fi descărcată pe orice cip sau senzor. De obicei, se află pe site-ul web al producătorului. Mai mult, există resurse speciale în rețea, pe care sunt colectate o întreagă masă de documentație tehnică

Citiți cu atenție informațiile din fișa tehnică, dar ce ar trebui să caut? În primul rând, un cip, pe lângă partea principală a numelui, are de obicei o parte sau un prefix variabil - cel mai adesea este una sau mai multe litere.

Aceasta indică unele caracteristici ale unui anumit microcircuit, de exemplu, puterea maximă, tensiunile de alimentare și nivelurile logice (dacă dispozitivul este digital), eventual cazul în care este executat etc.

Dacă nu ați găsit informații despre nutriție și un jurnal în fișa tehnică. niveluri, contactați comunitățile arduino de limbă rusă, pe forumurile lor, de obicei, sunt luate în considerare caracteristicile tuturor modulelor comune.

ArduinoUno are o tensiune de alimentare și niveluri logice de 5 V, dacă dispozitivul extern funcționează în intervalul 3.3 V, va trebui să le formați, puteți aranja puterea folosind un stabilizator LDO (liniar cu o cădere mică, pentru a stabiliza are nevoie de cel puțin 1,3 volți de „exces de tensiune la maxim. curent, împotriva a 2 volți pe stabilizatorii seriei 78xx, ceea ce vă permite să obțineți 3,3 volți de la 4,5 volți (baterii cu trei degete).

Documentația tehnică pentru senzori și dispozitive digitale indică, de asemenea, numele protocoalelor prin care „comunică” între ele. Acestea pot fi protocoale individuale și standard, la fel:

• UART;

• I2C;

• SPI.

Arduino lucrează cu ei. Acest lucru vă va ușura să găsiți biblioteci gata pregătite și mostre de cod.

Condiționarea și amplificarea semnalului

Întrebările despre potrivirea dispozitivelor și a actuatoarelor cu arduino apar destul de des printre începători. Vom lua în considerare cele comune:

1. Circuite de tensiune potrivite.

2. Coordonarea puterii pinului de ieșire și a actuatorului, cu alte cuvinte, amplificarea tensiunii și / sau a curentului.

Potrivirea nivelului

Ce ar trebui să fac dacă nivelurile logice de pe modulul meu sunt de 3,3 Volți și pe arduino de 5 Volți? Este destul de simplu să folosești un convertor de nivel logic. Poate fi asamblat din elemente discrete sau puteți achiziționa un modul gata pregătit de pe placă, de exemplu acest lucru:

Un astfel de convertor este bidirecțional, adică. scade nivelul ridicat și crește răspunsul scăzut. LV (1,2,3,4) - platforme pentru conectarea semnalelor la nivel scăzut, HV (1,2,3,4) - niveluri înalte, HV și LV fără numere - acestea sunt tensiuni de 5 și 3,3 Volți, la fel ca în sursele de semnale convertite GND - fir de masă sau negativ. Într-o anumită instanță există 4 canale independente.

Potrivirea circuitului cu diferențe mari de tensiune

Dacă doriți să porniți un semnal, de exemplu, de pe circuite de înaltă tensiune, de exemplu 220 V, trebuie să utilizați un optocuptoare.Aceasta va asigura izolarea galvanică și protecția împotriva exploziilor de înaltă tensiune a intrărilor microcontrolerului. Astfel de circuite sunt utilizate atât pentru recepția unui semnal, cât și pentru semnalele de ieșire de la un microcontroler la o rețea, precum și pentru a controla triacii în lanțuri.

Probabilitatea apariției unui potențial ridicat pe placa ardino în acest caz este extrem de mică, acest lucru este asigurat de absența unui contact electric, iar comunicarea se face printr-un canal optic, adică. cu ajutorul luminii. Puteți afla mai multe despre acest lucru studiind dispozitive foto și optoelectronice.

Dacă apare un salt mare, optocuplașul va arde, imaginea este PC8171, dar nu veți supraîncărca porturile microcontrolerului.

Conectarea consumatorilor puternici

Deoarece microcontrolerul poate controla doar funcționarea dispozitivelor, nu puteți conecta un consumator puternic la portul său. Exemple de astfel de consumatori:

• releu;

• solenoizi;

• Motoare electrice;

• Servomecanisme.

1. Conexiune servo

Sarcina principală a servomotorului este de a seta poziția rotorului conectat la actuatoare, de a-l controla și schimba folosind eforturi mici. Adică tu, cu ajutorul unui potențiometru, dacă servomotorul este proiectat să se rotească într-o jumătate de revoluție (180 de grade) sau cu ajutorul unui codificator, dacă este nevoie de rotație circulară (360 de grade), puteți controla poziția arborelui servo (motorul electric în cazul nostru) de putere arbitrară.

Mulți pasionați de robotică folosesc ardino ca bază a roboților lor. Aici servos-urile au găsit o mare utilitate. Sunt utilizate ca unități de acționare a mecanismelor rotative pentru camere, senzori și mâini mecanice. Modelatoarele radio folosesc pentru a conduce roți rotative la modelele de mașini. Industria folosește unități mari în mașini CNC și alte automatizări.

În serviciile mici de amatori, o placă cu senzor de poziție și electronică este integrată în carcasă. De obicei, trei fire ies din ele:

• Red - plus putere, dacă o unitate puternică este mai bine conectată la o sursă externă și nu la placa Arduino;

• Negru sau maro - minus, conexiunea, precum și plus;

• Galben sau portocaliu - semnalul de control - este alimentat de la pinul digital al microcontrolerului (ieșire digitală).

O bibliotecă specială este furnizată pentru gestionarea serverului, accesul la acesta este declarat la începutul codului cu comanda "#include servo.h".

Racord motor

Pentru a conduce mecanisme și a regla viteza de rotație a acestora, este mai ușor să utilizați DPT (un motor cu perie continuă cu excitație de la magneți permanenți). Probabil că ați văzut astfel de motoare în mașinile controlate radio. Acestea sunt ușor inversate (pornite pentru a se roti în direcția corectă) trebuie doar să schimbați polaritatea. Nu încercați să le conectați direct la ace!

Mai bine folosiți un tranzistor. Se va potrivi orice bipolară, cel puțin directă (pnp), cel puțin inversă (npn) conductivitate. Funcționează și câmpul, dar atunci când alegeți unul specific, asigurați-vă că obturatorul său funcționează cu niveluri logice?

În caz contrar, nu se va deschide complet sau veți arde ieșirea digitală a microcontrolerului în timp ce încărcați capacitatea porții - folosesc un driver, cel mai simplu mod este de a pompa semnalul printr-un tranzistor bipolar. Mai jos este circuitul de control prin tranzistor cu efect de câmp.

Dacă nu există rezistență între G și S, obturatorul (G) nu va fi tras la sol și poate „merge” spontan din interferențe.

Cum se stabilește că un tranzistor cu efect de câmp este potrivit pentru controlul direct de la un microcontroler, a se vedea mai jos. În fișa tehnică, găsiți parametrul Vgs, de exemplu, pentru IRL540, toate măsurătorile și graficele sunt legate de Vgs = 5v, chiar și un astfel de parametru precum rezistența canalului deschis este indicată pentru această tensiune între poartă și sursă.

În afară de peria DPT, răcitorul poate fi conectat de la computer în același mod, deși există un motor fără perii, înfășurările fiind controlate de convertorul încorporat, placa fiind amplasată direct în carcasa sa.

Turațiile acestor două tipuri de motoare sunt ușor de reglat prin variația tensiunii de alimentare. Acest lucru se poate face dacă baza tranzistorului este conectată nu în digital (ieșire digitală), ci cu un pin (~ pwm), a cărui valoare este determinată de funcția "analogWrite ()".

Relee și solenoide

Pentru circuitele de comutare unde reglarea nu este necesară și comutarea frecventă este convenabil să utilizați un releu. Alegând-o pe cea potrivită, puteți comuta orice curenți și tensiuni cu pierderi minime în conductivitate și încălzire a liniilor electrice.

Pentru a face acest lucru, aplicați tensiunea necesară bobinei releului. Pe circuitul releului, bobina sa este proiectată să controleze 5 volți, contactele de alimentare pot comuta atât o pereche de volți, cât și o rețea de 220 V.

Solenoidele sunt bobine sau actuatoare electromagnetice.

exemple:

• Unitatea de blocare ușile mașinii;

• Electrovalve;

• Electromagnet în producția metalurgică;

• Centrala electrică a armei gaussiene și multe altele.

În orice caz, un circuit tipic pentru conectarea bobinelor DC la un microcontroller sau logică arată astfel:

Transistor pentru amplificarea curentului de control, dioda este conectată în direcția opusă pentru a proteja ieșirea microcontrolerului de exploziile de auto-inducție EMF.

Dispozitive și senzori de intrare

Vă puteți controla sistemul cu butoane, rezistențe, codificatoare. Cu ajutorul butonului, puteți trimite un semnal la intrarea digitală a nivelului arduino high (high / 5V) sau low (low / 0V).

Pentru a face acest lucru, există două opțiuni de includere. Aveți nevoie de un buton deschis normal, fără fixare, în anumite scopuri, aveți nevoie de un comutator de comutare sau un buton cu fixare - alegeți pentru dvs. în funcție de situație. Pentru a trimite o unitate, trebuie să conectați primul contact al butonului la sursa de alimentare, iar al doilea la punctul de conectare al rezistorului și la intrarea microcontrolerului.

Când butonul este apăsat pe rezistență, tensiunea de alimentare scade, adică un nivel ridicat. Când butonul nu este apăsat, nu există curent în circuit, potențialul de pe rezistor este scăzut, semnalul „Low / 0V” este aplicat la intrare. Această condiție se numește „știftul este tras la pământ, iar rezistența este„ trasă în jos ”.

Dacă doriți ca microcontrolerul să obțină 0 în loc de 1 când faceți clic pe buton, conectați butonul normal închis în același mod sau citiți cum să îl faceți cu normal deschis.

Pentru a oferi microcontrolerului o comandă cu un semnal zero, circuitul se schimbă ușor. Un picior de rezistență este conectat la tensiunea de alimentare, al doilea la punctul de conectare al butonului normal deschis și la intrarea digitală a arduino.

Când butonul este eliberat, toată tensiunea rămâne pe ea, intrarea devine un nivel ridicat. Această stare se numește „știftul este tras până la plus”, iar rezistența este „trage în sus”. Când apăsați butonul sunteți (închideți) intrarea la pământ.

Divizor de tensiune și intrare de semnal de la potențiometru și analog rezistiv

 

Divizorul de tensiune este utilizat pentru conectarea rezistențelor variabile, cum ar fi termistorii, fotorezistorii etc. Datorită faptului că una dintre rezistențe este constantă, iar a doua variabilă - puteți observa schimbarea de tensiune la punctul lor de mijloc, în imaginea de mai sus este indicată ca Ur.

Astfel, este posibil să conectați diverși senzori analogici de tip rezistiv și senzori care, sub influența forțelor externe, își schimbă conductivitatea. La fel ca potențiometrele.

În imaginea de mai jos vedeți un exemplu de conectare a unor astfel de elemente. Potențiometrul poate fi conectat fără un rezistor suplimentar, apoi în poziția extremă va exista tensiune completă, dar în poziția minimă este necesar să se asigure stabilizarea sau limitarea curentului - altfel va fi scurtcircuit.

constatări

Pentru a conecta orice modul și adăugarea la microcontroler fără erori, trebuie să cunoașteți elementele de bază ale ingineriei electrice, legea lui Ohm, informații generale despre electromagnetism, precum și elementele de bază ale funcționării dispozitivelor cu semiconductor. De fapt, vă puteți asigura că acest lucru este mult mai ușor de făcut decât să ascultați aceste cuvinte complexe. Utilizați diagramele din acest articol în proiectele dvs.!