Funkcijas, kas savieno ierīces ar Arduino

Platforma robotikas un automatizācijas cienītājiem Arduino slavena ar savu modulāro dizainu un ērtu lietošanu. Dažreiz es sastopos ar sludinājumu, kurā viņi saka, ka jūs varat salikt savu robotu, praktiski nepārzinot elektroniku. Bet tā nav pilnīgi taisnība.

Ja daži izpildmehānismi un mehānismi ir savienoti nepareizi, varat sadedzināt arduinka ostas (kā es jau minēju rakstā par kā nededzināt Arduino) Un, ja jūs nezināt, kā rīkoties ar digitālajām ierīcēm - labākajā gadījumā jūs vienkārši nevarēsit izveidot savienojumu.

Es nopirku vairākus moduļus arduino, ko darīt tālāk?

Lai uzzinātu par savienojuma funkcijām, barošanas spriegumiem, loģikas līmeņiem utt., Jums jāiepazīstas ar moduļa datu lapu.

Datu lapa vai datu lapa ir izstrādājuma tehniskā dokumentācija. Šādu dokumentāciju var lejupielādēt jebkurā mikroshēmā vai sensorā. Parasti tie atrodas ražotāja vietnē. Turklāt tīklā ir īpaši resursi, uz kuriem tiek savākta vesela daļa tehniskās dokumentācijas

Rūpīgi izlasiet informāciju no datu lapas, bet kas man jāmeklē? Pirmkārt, mikroshēmai papildus vārda galvenajai daļai parasti ir mainīga daļa vai prefikss - visbiežāk tas ir viens vai vairāki burti.

Tas norāda uz dažām konkrētas mikroshēmas īpašībām, piemēram, maksimālo jaudu, barošanas spriegumiem un loģiskajiem līmeņiem (ja ierīce ir digitāla), iespējams, gadījumu, kad tā tiek izpildīta utt.

Ja datu lapā neatradāt informāciju par uzturvērtību un žurnālu. līmeņos sazinieties ar krieviski runājošajām arduino kopienām; viņu forumos parasti tiek ņemtas vērā visu kopējo moduļu iespējas.

Uzņēmuma ArduinoUno barošanas spriegums un loģikas līmeņi ir 5 V, ja ārējā ierīce darbojas 3,3 V diapazonā, jums tie būs jāveido, jūs varat sakārtot jaudu, izmantojot LDO stabilizatoru (lineārs ar nelielu kritumu, lai to stabilizētu, nepieciešams vismaz 1,3 voltu maksimālais pārspriegums) strāvas stiprums pret 2 voltiem 78xx sērijas stabilizatoros, kas ļauj iegūt 3,3 voltus no 4,5 voltiem (trīs pirkstu baterijas).

Digitālo sensoru un ierīču tehniskajā dokumentācijā ir norādīti arī to protokolu nosaukumi, ar kuru palīdzību viņi "sazinās" savā starpā. Tie var būt atsevišķi protokoli un standarta, tie paši:

• UART

• I2C;

• SPI

Arduino strādā ar viņiem. Tas jums atvieglos gatavu bibliotēku un kodu paraugu atrašanu.

Signāla kondicionēšana un pastiprināšana

Iesācējiem bieži rodas jautājumi par ierīču un izpildmehānismu saskaņošanu ar arduino. Mēs apsvērsim kopīgos:

1. Saskaņotās sprieguma shēmas.

2. Izejas kontakta un izpildmehānisma jaudas koordinācija, citiem vārdiem sakot, sprieguma un / vai strāvas pastiprināšana.

Līmeņa saskaņošana

Kas jādara, ja mana moduļa loģikas līmeņi ir 3,3 volti, bet arduino - 5 volti? Loģiskā līmeņa pārveidotāju ir diezgan vienkārši izmantot. To var samontēt no diskrētiem elementiem vai arī uz tāfeles var iegādāties gatavu moduli, piemēram:

Šāds pārveidotājs ir divvirzienu, t.i. tas pazemina augsto līmeni un palielina zemu reakciju. LV (1,2,3,4) - platformas zema līmeņa signālu savienošanai, HV (1,2,3,4) - augsti līmeņi, HV un LV bez skaitļiem - tie ir 5 un 3,3 voltu spriegumi, tāpat kā pārveidotu signālu avoti GND - iezemēts vai negatīvs vads. Konkrētā gadījumā ir 4 neatkarīgi kanāli.

Ķēdes saskaņošana ar lielām sprieguma atšķirībām

Ja jūs gatavojaties iedarbināt signālu, piemēram, no augstsprieguma ķēdēm, piemēram, 220 V, jums jāizmanto optoelements.Tas nodrošinās galvanisko izolāciju un aizsardzību pret mikrokontrolleru ieeju augstsprieguma pārrāvumiem. Šādas shēmas tiek izmantotas gan signāla uztveršanai, gan izejas signālu saņemšanai no mikrokontrollera uz tīklu, kā arī kontrolēt triakus ķēdēs.

Liela potenciāla parādīšanās arduino plāksnē varbūtība šajā gadījumā ir ārkārtīgi maza, to nodrošina elektriskā kontakta neesamība, un komunikācija notiek caur optisko kanālu, t.i. ar gaismas palīdzību. Par to varat uzzināt vairāk, izpētot fotoelektroniskās un optoelektroniskās ierīces.

Ja notiek liels lēciens, optoelements sadedzinās, attēls ir PC8171, bet jūs nepārslogojat mikrokontrollera portus.

Spēcīgu patērētāju savienošana

Tā kā mikrokontrollers var kontrolēt tikai ierīču darbību, jūs nevarat savienot spēcīgu patērētāju ar tā pieslēgvietu. Šādu patērētāju piemēri:

• Relejs

• Solenoīdi;

• Elektromotori;

• Servos.

1. Servo savienojums

Servo piedziņas galvenais uzdevums ir iestatīt rotoru, kas savienots ar izpildmehānismiem, kontrolēt un mainīt to ar nelielām pūlēm. Tas ir, jūs ar potenciometra palīdzību, ja servo piedziņa ir paredzēta griešanai pusapgrieziena laikā (180 grādi) vai ar kodētāju, ja ir nepieciešama apļveida rotācija (360 grādi), jūs varat kontrolēt servovārpstas (mūsu gadījumā elektromotora) pozīciju ar patvaļīgu jaudu.

Daudzi robotikas entuziasti kā savu robotu pamatu izmanto arduino. Šeit servos ir plaši izmantots. Tos izmanto kā kameru, sensoru un mehānisko roku rotācijas mehānismu piedziņu. Radio modelētāji izmanto automašīnu modeļos pagriežamo riteņu vadīšanai. Nozare izmanto lielus diskus CNC mašīnās un citās automatizācijās.

Mazo amatieru pakalpojumu gadījumā korpusā ir integrēts dēlis ar pozīcijas sensoru un elektroniku. No tiem parasti iznāk trīs vadi:

• Sarkanā plus plus, ja jaudīgu diskdzini labāk savienot ar ārēju avotu, nevis ar Arduino plati;

• Melns vai brūns - mīnus, savienojums, kā arī plus;

• Dzeltens vai oranžs - vadības signāls - tas tiek padots no mikrokontrollera digitālā kontakta (digitālā izeja).

Servera pārvaldībai ir paredzēta īpaša bibliotēka, piekļuve tai tiek deklarēta koda sākumā ar komandu "#include servo.h".

Motora savienojums

Lai vadītu mehānismus un pielāgotu to griešanās ātrumu, visvieglāk ir izmantot DPT (sukas līdzstrāvas motoru ar ierosmi no pastāvīgajiem magnētiem). Jūs, iespējams, redzējāt šādus motorus radiovadāmās automašīnās. Tie ir viegli apgriezti (ieslēgti, lai pagrieztos pareizajā virzienā), jums vienkārši jāmaina polaritāte. Nemēģiniet tos tieši savienot ar tapām!

Labāk izmantojiet tranzistoru. Derēs jebkurš bipolārs, vismaz tieša (pnp), vismaz apgriezta (npn) vadītspēja. Arī lauks darbojas, taču, izvēloties konkrētu, pārliecinieties, vai tā slēģis darbojas ar loģiskiem līmeņiem?

Pretējā gadījumā tas netiks pilnībā atvērts, vai arī, sadedzinot vārtu kapacitāti, jūs sadedzināsiet mikrokontrollera digitālo izvadi - viņi izmanto draiveri, vienkāršākais veids ir pārsūknēt signālu caur bipolāru tranzistoru. Zemāk ir vadības ķēde caur lauka efekta tranzistors.

Ja starp G un S nav rezistora, tad slēģi (G) nevelk pie zemes un var spontāni “staigāt” no traucējumiem.

Kā noteikt, ka lauka efekta tranzistors ir piemērots tiešai vadībai no mikrokontrollera, skatīt zemāk. Datu lapā atrodiet parametru Vgs, piemēram, IRL540 visi mērījumi un grafiki ir piesaistīti Vgs = 5v, pat šim parametram kā atvērtā kanāla pretestība ir norādīta šim spriegumam starp vārtiem un avotu.

Papildus otai DPT dzesētāju no datora var savienot tādā pašā veidā, kaut arī ir motors bez suku, kura tinumus kontrolē iebūvētais pārveidotājs, kura dēlis atrodas tieši tā gadījumā.

Šo divu veidu motoru apgriezienus ir viegli pielāgot, mainot barošanas spriegumu. To var izdarīt, ja tranzistora bāze ir savienota nevis digitālā (digitālā izeja), bet ar tapu (~ pwm), kuras vērtību nosaka funkcija "analogWrite ()".

Releji un solenoīdi

Komutācijas ķēdēm, kur regulēšana nav nepieciešama un bieža pārslēgšana ir ērta, izmantojot releju. Izvēloties pareizo, jūs varat pārslēgt jebkuru strāvu un spriegumu ar minimāliem zudumiem vadītspējā un elektrolīniju sildīšanā.

Lai to izdarītu, releja spolei jāpieliek nepieciešamais spriegums. Uz releja shēmas tā spole ir paredzēta 5 voltu vadībai, strāvas kontakti var pārslēgt gan voltu pāri, gan 220 V tīklu.

Solenoīdi ir spoles vai elektromagnētiskās piedziņas.

Piemēri:

• Piedziņa aizslēdz automašīnas durvis;

• Solenoīda vārsti;

• Elektromagnēts metalurģijas ražošanā;

• Gausa ieroča spēkstacija un vairāk.

Jebkurā gadījumā tipiska ķēde līdzstrāvas spoļu pievienošanai mikrokontrolleram vai loģikai izskatās šādi:

Tranzistors vadības strāvas pastiprināšanai, diode ir savienota pretējā virzienā, lai aizsargātu mikrokontrollera izeju no pašindukcijas EMF pārrāvumiem.

Ievades ierīces un sensori

Jūs varat kontrolēt savu sistēmu ar pogām, rezistoriem, kodētājiem. Izmantojot pogu, jūs varat nosūtīt signālu uz arduino augstā (augstā / 5V) vai zemā (zemā / 0V) līmeņa digitālo ieeju.

Lai to izdarītu, ir divas iekļaušanas iespējas. Jums ir nepieciešama poga, kas parasti ir atvērta bez fiksācijas; dažos nolūkos jums ir nepieciešams pārslēdzējs vai poga ar stiprinājumu - atkarībā no situācijas izvēlieties pats. Lai iesniegtu vienību, jums ir jāpieslēdz pirmais pogas kontakts ar strāvas avotu, bet otrais - ar rezistora savienojuma punktu un mikrokontrollera ieeju.

Kad tiek nospiesta poga uz pretestību, barošanas spriegums pazeminās, tas ir, augsts līmenis. Kad poga netiek nospiesta, ķēdē nav strāvas, rezistora potenciāls ir mazs, signālam "Zems / 0V" tiek piemērots ieeja. Šo stāvokli sauc par "tapa tiek pievilkta pie zemes, un rezistors ir" novilkts ".

Ja vēlaties, lai, noklikšķinot uz pogas, mikrokontrolleru iegūtu 0, nevis 1, pievienojiet parasti aizvērto pogu tādā pašā veidā vai izlasiet, kā to izdarīt ar parasti atvērtu.

Lai mikrokontrolleram dotu komandu ar nulles signālu, ķēde nedaudz mainās. Viena rezistora kāja ir savienota ar barošanas spriegumu, otra - ar parasti atvērtas pogas savienojuma punktu un arduino digitālo ieeju.

Pēc pogas atlaišanas viss spriegums paliek uz tā, ieeja iegūst augstu līmeni. Šo stāvokli sauc par "pin tiek pievilkts līdz plus", un rezistors ir "pull-up". Nospiežot pogu, jūs manevrējat (aizverat) ieeju zemē.

Sprieguma dalītājs un signāla ieeja no potenciometra un pretestības analogs

 

Sprieguma dalītāju izmanto, lai savienotu mainīgu pretestību, piemēram, termistorus, fotorezistorus utt. Sakarā ar to, ka viens no rezistoriem ir nemainīgs, bet otrais mainīgais - jūs varat novērot sprieguma izmaiņas to viduspunktā, attēlā virs tā ir norādīts kā Ur.

Tādējādi ir iespējams savienot dažādus rezistīvā tipa analogos sensorus un sensorus, kas ārēju spēku ietekmē maina savu vadītspēju. Kā arī potenciometri.

Zemāk redzamajā attēlā redzat šādu elementu savienošanas piemēru. Potenciometru var savienot bez papildu rezistora, tad galējā stāvoklī būs pilns spriegums, bet minimālajā stāvoklī ir nepieciešams nodrošināt stabilizāciju vai strāvas ierobežošanu - pretējā gadījumā tas īssavienojums.

Secinājumi

Lai bez kļūdām savienotu jebkuru moduli un papildinājumu mikrokontrolleram, jums jāzina elektrotehnikas pamati, Ohmas likumi, vispārīga informācija par elektromagnētismu, kā arī pusvadītāju ierīču darbības pamati. Faktiski jūs varat pārliecināties, ka to visu ir daudz vieglāk izdarīt, nekā klausīties šos sarežģītos vārdus. Projektos izmantojiet šī raksta diagrammas!