Představuje připojení zařízení k Arduino

Platforma pro milovníky robotiky a automatizace Arduino známý pro svůj modulární design a snadné použití. Někdy narazím na reklamu, kde se říká, že můžete sestavit svého robota, aniž byste se prakticky seznámili s elektronikou. To však není úplně pravda.

Pokud jsou některé akční členy a mechanismy připojeny nesprávně, můžete vypálit arduinka porty (jak jsem již zmínil v článku o jak vypálit Arduino) A pokud nevíte, jak zacházet s digitálními zařízeními - v nejlepším případě jednoduše nebudete schopni navázat spojení.

Koupil jsem několik modulů pro arduino, co dělat dál?

Chcete-li se dozvědět více o funkcích připojení, napájecím napětí, logických úrovních atd., Musíte se seznámit s datovým listem na vašem modulu.

Datasheet nebo datasheet je technická dokumentace k produktu. Takovou dokumentaci lze stáhnout na jakýkoli čip nebo senzor. Obvykle jsou na webových stránkách výrobce. Kromě toho existují v síti zvláštní zdroje, na nichž se shromažďuje celá řada technické dokumentace

Přečtěte si pozorně informace z datového listu, ale co bych měl hledat? Za prvé, čip má kromě hlavní části názvu obvykle proměnnou část nebo předponu - nejčastěji je to jedno nebo více písmen.

To indikuje některé vlastnosti konkrétního mikroobvodu, například maximální výkon, napájecí napětí a logické úrovně (pokud je zařízení digitální), případně případ, kdy je provedeno atd.

Pokud jste nenašli informace o výživě a záznam v datovém listu. úrovně, obraťte se na rusky mluvící komunity arduino, na jejich fórech se obvykle zvažují vlastnosti všech společných modulů.

ArduinoUno má napájecí napětí a logické úrovně 5 V, pokud externí zařízení pracuje v rozsahu 3,3 V, budete je muset vytvořit, můžete zajistit energii pomocí stabilizátoru LDO (lineární s nízkým poklesem, pro stabilizaci potřebuje alespoň 1,3 V „nadměrného napětí při maximu“ proud, proti 2 V na stabilizátorech řady 78xx, což vám umožní získat 3,3 V ze 4,5 V (baterie tří prstů).

V technické dokumentaci pro digitální senzory a zařízení jsou rovněž uvedeny názvy protokolů, podle nichž „spolu komunikují“. Mohou to být jednotlivé protokoly a standardní, stejné:

• UART

• I2C;

• SPI

Arduino s nimi pracuje. Usnadní vám to nalezení hotových knihoven a ukázek kódu.

Kondicionování a zesílení signálu

Mezi začátečníky se často objevují otázky týkající se přiřazení zařízení a aktorů k arduinu. Budeme uvažovat o běžných:

1. Odpovídající napěťové obvody.

2. Koordinace výkonu výstupního kolíku a ovladače, jinými slovy, zesílení napětí a / nebo proudu.

Level Matching

Co mám dělat, když logické úrovně na mém modulu jsou 3,3 V a na arduino 5 V? Je velmi snadné použít převodník logické úrovně. Lze jej sestavit z diskrétních prvků nebo si můžete na desce zakoupit hotový modul, například:

Takový převodník je obousměrný, tj. snižuje vysokou úroveň a snižuje odezvu na nízkou úroveň. LV (1,2,3,4) - platformy pro připojení nízkoúrovňových signálů, HV (1,2,3,4) - vysoké úrovně, HV a LV bez čísel - jedná se o napětí 5 a 3,3 V, jako u zdrojů převedených signálů GND - zemnící nebo záporný vodič. V konkrétním případě existují 4 nezávislé kanály.

Přizpůsobení obvodu velkým rozdílům napětí

Pokud se chystáte zahájit signál, například z vysokonapěťových obvodů, například 220 V, musíte použít optočlen.To poskytne galvanické oddělení a ochranu proti vysokonapěťovým nárazům vstupů mikrokontroléru. Tyto obvody se používají jak pro příjem signálu, tak pro výstupní signály z mikrokontroléru do sítě ovládat triaky v řetězech.

Pravděpodobnost výskytu vysokého potenciálu na arduino desce je v tomto případě extrémně malá, je to zajištěno absencí elektrického kontaktu a komunikace probíhá přes optický kanál, tj. pomocí světla. Více se o tom můžete dozvědět studiem foto- a optoelektronických zařízení.

Pokud dojde k velkému skoku, optočlen bude hořet, obrázek je PC8171, ale nepřetěžujete porty mikrokontroléru.

Připojení výkonných spotřebitelů

Protože mikrokontrolér může ovládat pouze provoz zařízení, nemůžete k jeho portu připojit mocného spotřebitele. Příklady takových spotřebitelů:

• Relé

• Solenoidy;

• Elektrické motory;

• Serva.

1. Připojení serva

Hlavním úkolem servopohonu je nastavení polohy rotoru připojeného k pohonům, jeho ovládání a změna pomocí malého úsilí. To znamená, že pomocí potenciometru, pokud je servopohon navržen tak, aby se otáčel v rámci půl otáčky (180 stupňů) nebo s enkodérem, je-li potřeba kruhová rotace (360 stupňů), můžete ovládat polohu servo hřídele (v našem případě elektrický motor) libovolné síly.

Mnoho nadšenců robotiky používá arduino jako základ svých robotů. Zde našli serva skvělé využití. Používají se jako pohon rotačních mechanismů pro kamery, senzory a mechanické ruce. Modeláři rádia používají k řízení točivých kol u modelů aut. Průmysl používá velké pohony v CNC strojích a další automatizaci.

V amatérských malých službách je v pouzdře integrována deska se snímačem polohy a elektronikou. Z nich obvykle vycházejí tři dráty:

• Červená - plus výkon, pokud je výkonný disk lépe připojen k externímu zdroji, a ne k desce Arduino;

• Černá nebo hnědá - mínus, spojení i plus;

• Žlutá nebo oranžová - řídicí signál - je napájena z digitálního pin mikrokontroléru (digitální výstup).

Pro správu serveru je k dispozici speciální knihovna, přístup k ní je deklarován na začátku kódu příkazem "#include servo.h".

Připojení motoru

K pohonu mechanismů a nastavení jejich rychlosti otáčení je nejjednodušší použít DPT (stejnosměrný motor kartáče s buzením z permanentních magnetů). Pravděpodobně jste viděli takové motory v rádiem ovládaných autech. Lze je snadno obrátit (otočit ve správném směru), stačí změnit polaritu. Nepokoušejte se je připojit přímo ke kolíkům!

Lepší použití tranzistoru. Bude fit jakýkoli bipolární, alespoň přímá (pnp), alespoň reverzní (npn) vodivost. Také pole funguje, ale při výběru konkrétního se ujistěte, že jeho závěrka pracuje s logickými úrovněmi?

Jinak se neotevře úplně úplně nebo vypálíte digitální výstup mikrokontroléru při nabíjení kapacitní brány - používají ovladač, nejjednodušší způsob je pumpovat signál přes bipolární tranzistor. Níže je uveden řídicí obvod tranzistor s polním efektem.

Pokud mezi G a S není odpor, nebude závěrka (G) stažena na zem a může spontánně „odcházet“ od rušení.

Jak zjistit, že tranzistor s efektem pole je vhodný pro přímé řízení z mikrokontroléru, viz níže. V datovém listu vyhledejte parametr Vgs, například pro IRL540 jsou všechna měření a grafy vázány na Vgs = 5v, dokonce i takový parametr jako odpor otevřeného kanálu je indikován pro toto napětí mezi hradlem a zdrojem.

Kromě kartáče DPT lze chladič připojit z počítače stejným způsobem, ačkoli existuje bezkartáčový motor, jehož vinutí je řízeno vestavěným převodníkem, jehož deska je umístěna přímo v jeho pouzdru.

Otáčky těchto dvou typů motorů se snadno nastavují změnou napájecího napětí. To lze provést, pokud tranzistorová základna není připojena v digitálním (digitální výstup), ale s pinem (~ pwm), jehož hodnota je určena funkcí "analogWrite ()".

Relé a solenoidy

Je vhodné použít relé pro spínání obvodů, kde není nutná regulace a časté spínání. Výběrem toho správného můžete přepínat všechny proudy a napětí s minimálními ztrátami vodivosti a ohřevem elektrického vedení.

Za tímto účelem připojte požadované napětí na cívku relé. Na reléovém obvodu je jeho cívka zkonstruována pro ovládání 5 voltů, výkonové kontakty mohou spínat jak pár voltů, tak síť 220 V.

Solenoidy jsou cívky nebo elektromagnetické pohony.

Příklady:

• Pohon zamyká dveře automobilu;

• Solenoidové ventily;

• Elektromagnet v metalurgické výrobě;

• Elektrárna Gaussovy zbraně a další.

V každém případě vypadá typické schéma připojení DC cívek k mikrokontroléru nebo logice takto:

Tranzistor pro zesílení řídicího proudu je dioda připojena v opačném směru, aby chránil výstup mikrokontroléru před vzplanutím samoindukčního EMF.

Vstupní zařízení a senzory

Můžete ovládat svůj systém pomocí tlačítek, rezistorů, kodérů. Pomocí tlačítka můžete odeslat signál na digitální vstup arduino vysoké (vysoké / 5V) nebo nízké (nízké / 0V) úrovně.

Za tímto účelem existují dvě možnosti zařazení. Potřebujete normálně otevřené tlačítko bez fixace, pro některé účely potřebujete přepínač nebo tlačítko s fixací - vyberte si sami, podle situace. Chcete-li odeslat jednotku, musíte připojit první kontakt tlačítka ke zdroji energie a druhý k připojovacímu bodu rezistoru a vstupu mikrokontroléru.

Když je tlačítko stisknuto na odporu, napájecí napětí klesne, tj. Na vysokou úroveň. Pokud není tlačítko stisknuto, není v obvodu žádný proud, potenciál na rezistoru je nízký, na vstup je přiveden signál "Low / 0V". Tato podmínka se nazývá „pin je tažen k zemi a rezistor je“ pull-down ”.

Pokud chcete, aby mikrokontrolér získal 0 místo 1, když kliknete na tlačítko, připojte normálně zavřené tlačítko stejným způsobem nebo si přečtěte, jak to udělat s normálně otevřeným.

Aby mikrokontrolér vydal příkaz s nulovým signálem, obvod se mírně mění. Jedna noha rezistoru je připojena k napájecímu napětí, druhá k bodu připojení normálně otevřeného tlačítka a digitální vstup arduina.

Po uvolnění tlačítka zůstane na něm veškeré napětí, vstup dostane vysokou úroveň. Tento stav se nazývá "pin je vytažen na plus" a rezistor je "pull-up". Stiskem tlačítka posunujete (zavíráte) vchod k zemi.

Dělič napětí a vstup signálu z potenciometru a odporového analogu

 

Oddělovač napětí se používá k připojení proměnných odporů, jako jsou termistory, fotorezistory atd. Vzhledem k tomu, že jeden z rezistorů je konstantní, a druhá proměnná - můžete pozorovat změnu napětí v jejich středu, na obrázku nad to je označeno jako Ur.

Je tedy možné připojit různé analogové senzory odporového typu a senzory, které pod vlivem vnějších sil mění svou vodivost. Stejně jako potenciometry.

Na obrázku níže vidíte příklad připojení takových prvků. Potenciometr lze připojit bez přídavného rezistoru, pak v krajní poloze bude plné napětí, ale v minimální poloze je nutné zajistit stabilizaci nebo omezení proudu - jinak to bude zkrat.

Závěry

Abyste mohli bezchybně připojit jakýkoli modul a dodatek k mikrokontroléru, musíte znát základy elektrotechniky, Ohmův zákon, obecné informace o elektromagnetismu a základy fungování polovodičových zařízení. Ve skutečnosti se můžete ujistit, že je vše mnohem jednodušší než poslouchat tato složitá slova. Použijte diagramy z tohoto článku ve svých projektech!