Funkcje łączenia urządzeń z Arduino

Platforma dla miłośników robotyki i automatyki Arduino słynie z modułowej konstrukcji i łatwości użytkowania. Czasami natrafiam na reklamę, w której mówi się, że możesz zmontować swojego robota bez znajomości elektroniki. Ale to nie do końca prawda.

Jeśli niektóre siłowniki i mechanizmy są niepoprawnie podłączone, możesz spalić porty arduinka (jak już wspomniałem w artykule na temat jak nie palić Arduino) A jeśli nie wiesz, jak obsługiwać urządzenia cyfrowe - w najlepszym razie po prostu nie będziesz w stanie nawiązać połączenia.

Kupiłem kilka modułów do Arduino, co dalej?

Aby dowiedzieć się o funkcjach połączenia, napięciach zasilania, poziomach logiki itp., Musisz zapoznać się z arkuszem danych modułu.

Arkusz danych lub arkusz danych to dokumentacja techniczna produktu. Taką dokumentację można pobrać na dowolny układ lub czujnik. Zwykle znajdują się na stronie producenta. Ponadto w sieci istnieją specjalne zasoby, na których gromadzona jest cała masa dokumentacji technicznej

Przeczytaj uważnie informacje z arkusza danych, ale czego powinienem szukać? Po pierwsze, chip, oprócz głównej części nazwy, zwykle ma zmienną część lub przedrostek - najczęściej jest to jedna lub więcej liter.

Wskazuje to na niektóre cechy konkretnego mikroukładu, na przykład maksymalną moc, napięcia zasilania i poziomy logiczne (jeśli urządzenie jest cyfrowe), być może przypadek, w którym jest wykonane itp.

Jeśli nie znalazłeś informacji o wartości odżywczej i dziennika w arkuszu danych. poziomy, skontaktuj się z rosyjskojęzycznymi społecznościami arduino; na ich forach zwykle bierze się pod uwagę funkcje wszystkich popularnych modułów.

ArduinoUno ma napięcie zasilania i poziomy logiczne 5 V, jeśli urządzenie zewnętrzne działa w zakresie 3,3 V, musisz je utworzyć, możesz ustawić moc za pomocą stabilizatora LDO (liniowy z niskim spadkiem, aby ustabilizować, potrzebuje co najmniej 1,3 wolta „nadmiaru napięcia maksymalnie prąd, w stosunku do 2 woltów na stabilizatorach serii 78xx, co pozwala uzyskać 3,3 wolta z 4,5 wolta (baterie trzema palcami).

Dokumentacja techniczna dla cyfrowych czujników i urządzeń wskazuje również nazwy protokołów, za pomocą których „komunikują się” one ze sobą. Mogą to być poszczególne protokoły i standardowe, to samo:

• UART

• I2C;

• SPI

Arduino z nimi współpracuje. Ułatwi ci to znalezienie gotowych bibliotek i próbek kodu.

Kondycjonowanie i wzmocnienie sygnału

Pytania dotyczące dopasowania urządzeń i siłowników z arduino dość często pojawiają się wśród początkujących. Rozważymy typowe:

1. Dopasowane obwody napięcia.

2. Koordynacja mocy sworznia wyjściowego i siłownika, innymi słowy, wzmocnienie napięcia i / lub prądu.

Dopasowanie poziomu

Co powinienem zrobić, jeśli poziomy logiczne w moim module wynoszą 3,3 V, a w Arduino 5 V? Korzystanie z konwertera poziomów logicznych jest dość proste. Można go złożyć z elementów dyskretnych lub można kupić gotowy moduł na płycie, na przykład:

Taki konwerter jest dwukierunkowy, tj. obniża wysoki poziom i zwiększa niską odpowiedź. NN (1,2,3,4) - platformy do podłączania sygnałów niskiego poziomu, WN (1,2,3,4) - wysokie poziomy, WN i NN bez liczb - są to napięcia 5 i 3,3 V, podobnie jak w przypadku źródeł przekształcanych sygnałów GND - przewód uziemiający lub ujemny. W konkretnym przypadku istnieją 4 niezależne kanały.

Dopasowanie obwodu z dużymi różnicami napięcia

Jeśli zamierzasz uruchomić sygnał, na przykład z obwodów wysokiego napięcia, na przykład 220 V, musisz użyć transoptora.Zapewni to izolację galwaniczną i ochronę przed wyładowaniami wysokonapięciowymi na wejściach mikrokontrolera. Takie obwody są wykorzystywane zarówno do odbierania sygnału, jak i do sygnałów wyjściowych z mikrokontrolera do sieci, a także kontrolować triaki w łańcuchach.

Prawdopodobieństwo pojawienia się wysokiego potencjału na płycie arduino w tym przypadku jest wyjątkowo małe, co zapewnia brak kontaktu elektrycznego, a komunikacja odbywa się poprzez kanał optyczny, tj. za pomocą światła. Możesz dowiedzieć się więcej na ten temat, studiując urządzenia foto- i optoelektroniczne.

Jeśli nastąpi duży skok, transoptor spłonie, obraz to PC8171, ale nie przeciążymy portów mikrokontrolera.

Łączenie potężnych konsumentów

Ponieważ mikrokontroler może kontrolować tylko działanie urządzeń, nie można podłączyć potężnego konsumenta do jego portu. Przykłady takich konsumentów:

• Przekaźnik

• Solenoidy;

• Silniki elektryczne;

• Serwa

1. Połączenie serwo

Głównym zadaniem serwonapędu jest ustawienie położenia wirnika podłączonego do siłowników, sterowanie i zmiana go przy niewielkim wysiłku. Oznacza to, że za pomocą potencjometru, jeśli serwonapęd ma obracać się o pół obrotu (180 stopni) lub z enkoderem, jeśli potrzebny jest obrót kołowy (360 stopni), możesz kontrolować pozycję serwonapędu (w naszym przypadku silnika elektrycznego) o dowolnej mocy.

Wielu entuzjastów robotyki używa arduino jako podstawy swoich robotów. Tutaj serwa znalazły świetne zastosowanie. Służą jako napęd mechanizmów obrotowych do kamer, czujników i dłoni mechanicznych. Modelerze radiowi używają napędu kół skrętnych w modelach samochodów. Przemysł wykorzystuje duże napędy w maszynach CNC i innej automatyzacji.

W amatorskich małych serwisach w obudowie znajduje się płyta z czujnikiem położenia i elektroniką. Zwykle wychodzą z nich trzy przewody:

• Czerwony - plus moc, jeśli potężny napęd jest lepiej podłączony do zewnętrznego źródła, a nie do płyty Arduino;

• Czarny lub brązowy - minus, połączenie oraz plus;

• Żółty lub pomarańczowy - sygnał sterujący - jest podawany z cyfrowego styku mikrokontrolera (wyjście cyfrowe).

Dostępna jest specjalna biblioteka do zarządzania serwerem, dostęp do niej deklaruje się na początku kodu poleceniem „#include servo.h”.

Połączenie silnika

Aby napędzać mechanizmy i regulować ich prędkość obrotową, najłatwiej jest użyć DPT (szczotkowy silnik prądu stałego z wzbudzeniem od magnesów stałych). Prawdopodobnie widziałeś takie silniki w samochodach sterowanych radiowo. Można je łatwo odwrócić (włączyć, aby obracać we właściwym kierunku), wystarczy zmienić biegunowość. Nie próbuj podłączać ich bezpośrednio do pinów!

Lepiej użyj tranzystora. Zmieści się każdy dwubiegunowy, co najmniej bezpośrednie (pnp), co najmniej przewodnictwo zwrotne (npn). Pole również działa, ale czy wybierając konkretny, upewnij się, że jego migawka działa na poziomach logicznych?

W przeciwnym razie nie otworzy się całkowicie, lub wypalisz cyfrowe wyjście mikrokontrolera podczas ładowania pojemności bramki - używają sterownika, najprostszym sposobem jest przepompowanie sygnału przez tranzystor bipolarny. Poniżej znajduje się obwód sterujący tranzystor polowy.

Jeśli między G i S nie ma rezystora, wówczas żaluzja (G) nie zostanie przyciągnięta do ziemi i może spontanicznie „chodzić” z zakłóceń.

Jak ustalić, czy tranzystor polowy nadaje się do bezpośredniego sterowania z mikrokontrolera, patrz poniżej. W arkuszu danych znajdź parametr Vgs, na przykład dla IRL540 wszystkie pomiary i wykresy są powiązane z Vgs = 5v, nawet taki parametr, jak dla tego napięcia między bramką a źródłem wskazana jest rezystancja kanału otwartego.

Oprócz pędzla DPT chłodnicę można podłączyć z komputera w ten sam sposób, chociaż istnieje silnik bezszczotkowy, którego uzwojenia są kontrolowane przez wbudowany konwerter, którego płytka znajduje się bezpośrednio w obudowie.

Obroty tych dwóch typów silników można łatwo regulować, zmieniając napięcie zasilania. Można to zrobić, jeśli podstawa tranzystora nie jest podłączona cyfrowo (wyjście cyfrowe), ale za pomocą pinu (~ pwm), którego wartość jest określana przez funkcję „analogWrite ()”.

Przekaźniki i elektromagnesy

Do obwodów przełączających, w których regulacja nie jest konieczna, a częste przełączanie jest wygodne w użyciu przekaźnika. Wybierając odpowiedni, możesz przełączać dowolne prądy i napięcia przy minimalnych stratach przewodności i ogrzewania linii energetycznych.

Aby to zrobić, przyłóż wymagane napięcie do cewki przekaźnika. W obwodzie przekaźnika jego cewka jest zaprojektowana do sterowania 5 woltami, styki mocy mogą przełączać zarówno parę woltów, jak i sieć 220 V.

Elektrozawory to cewki lub siłowniki elektromagnetyczne.

Przykłady:

• Napęd zamyka drzwi samochodu;

• Zawory elektromagnetyczne;

• Elektromagnes w produkcji metalurgicznej;

• Elektrownia działa Gaussa i nie tylko.

W każdym razie typowy obwód do podłączania cewek DC do mikrokontrolera lub logiki wygląda następująco:

Tranzystor do wzmacniania prądu sterującego, dioda jest podłączona w przeciwnym kierunku, aby chronić wyjście mikrokontrolera przed wyładowaniami indukcji własnej.

Urządzenia wejściowe i czujniki

Możesz kontrolować swój system za pomocą przycisków, rezystorów, enkoderów. Za pomocą przycisku możesz wysłać sygnał do wejścia cyfrowego arduino wysokiego (wysokiego / 5 V) lub niskiego (niskiego / 0 V) ​​poziomu.

Aby to zrobić, istnieją dwie opcje włączenia. Potrzebujesz normalnie otwartego przycisku bez mocowania; do niektórych celów potrzebujesz przełącznika lub przycisku z mocowaniem - wybierz sam, w zależności od sytuacji. Aby przesłać jednostkę, musisz podłączyć pierwszy styk przycisku do źródła zasilania, a drugi do punktu podłączenia rezystora i wejścia mikrokontrolera.

Po naciśnięciu przycisku na rezystancji napięcie zasilania spada, co oznacza wysoki poziom. Gdy przycisk nie jest wciśnięty, w obwodzie nie ma prądu, potencjał na rezystorze jest niski, sygnał „Low / 0V” jest podawany na wejście. Ten stan nazywa się „pin jest ciągnięty do ziemi, a rezystor jest„ pull-down ”.

Jeśli chcesz, aby mikrokontroler uzyskał 0 zamiast 1 po kliknięciu przycisku, podłącz normalnie zamknięty przycisk w ten sam sposób lub przeczytaj, jak to zrobić przy normalnie otwartym.

Aby przekazać mikrokontrolerowi polecenie z sygnałem zerowym, obwód zmienia się nieznacznie. Jedna noga rezystora jest podłączona do napięcia zasilania, druga do punktu podłączenia normalnie otwartego przycisku i wejścia cyfrowego arduino.

Po zwolnieniu przycisku całe napięcie pozostaje na nim, wejście osiąga wysoki poziom. Ten stan nazywa się „pin jest wyciągnięty do plus”, a rezystor jest „pull-up”. Po naciśnięciu przycisku przetaczasz (zamykasz) wejście na ziemię.

Dzielnik napięcia i sygnał wejściowy z potencjometru i rezystancyjnego analogu

 

Dzielnik napięcia służy do łączenia zmiennych rezystancji, takich jak termistory, fotorezystory itp. Ze względu na to, że jeden z oporników jest stały, a drugą zmienną - można zaobserwować zmianę napięcia w ich punkcie środkowym, na powyższym obrazku jest oznaczony jako Ur.

W ten sposób można podłączyć różne czujniki analogowe typu rezystancyjnego i czujniki, które pod wpływem sił zewnętrznych zmieniają ich przewodnictwo. Jak również potencjometry.

Na poniższym zdjęciu widać przykład połączenia takich elementów. Potencjometr można podłączyć bez dodatkowego rezystora, wtedy w skrajnym położeniu będzie pełne napięcie, ale w położeniu minimalnym konieczne jest zapewnienie stabilizacji lub ograniczenia prądu - w przeciwnym razie zwarcie.

Wnioski

Aby podłączyć dowolny moduł i dodatek do mikrokontrolera bez błędów, musisz znać podstawy elektrotechniki, prawo Ohma, ogólne informacje na temat elektromagnetyzmu, a także podstawy działania urządzeń półprzewodnikowych. W rzeczywistości możesz upewnić się, że jest to o wiele łatwiejsze niż słuchanie tych złożonych słów. Skorzystaj ze schematów z tego artykułu w swoich projektach!