Главная страница
Навигация по странице:

  • Примечание 1

  • Примечание 2

  • Задание 1

  • Занятие 11 Силовые устройства. Курс Основы робототехники. Занятие 11 Силовые устройства


    Скачать 0.81 Mb.
    НазваниеКурс Основы робототехники. Занятие 11 Силовые устройства
    АнкорЗанятие 11 Силовые устройства.doc
    Дата19.10.2017
    Размер0.81 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаЗанятие 11 Силовые устройства.doc
    ТипДокументы
    #5392

    Курс «Основы робототехники». Занятие 11
    Силовые устройства


    Напрямую к цифровым контактам Arduino можно подключать только устройства, потребляющие небольшую мощность, например, светодиод и спикер. Для доказательства можно рассмотреть возможность подключения электромотора:

    сопротивление мотора 10 Ом. При напряжении +5 В (выдаваемым пином Arduino) в соответствии с законом Ома U = I · R через мотор потечет ток

    I = U / R = 5 / 10 = 0,5 А = 500 мА,

    что намного больше, чем допустимый ток через цифровой контакт Arduino, равный 40 мА. Поэтому при подключении мотора к контакту Arduino в лучшем случае ничего не будет работать, в худшем – контроллер выйдет из строя.

    Чтобы этого не случилось, для управления контроллером мощными приборами используются специальные устройства, называемые драйверами. В занятии рассматривается использование в качестве драйвера реле и транзисторного ключа. На следующем занятии будет рассмотрен и драйвер двигателя на микросхеме L298N

    Подключение мощной нагрузки через реле


    Простым вариантом управления нагрузкой является реле – переключатель, управляемый магнитным полем катушки, ток через которую управляется контроллером. Недостатком реле является невозможность управления уровнем напряжения – только включение и выключение

    Практическое занятие 1. Управление реле


    В используемом модуле реле имеется три силовых контакта в виде клеммников. При отсутствии управляющего напряжения на контакте In (состояние LOW на пине) средний контакт и один из крайних замкнут, а средний и другой крайний – разомкнут. При наличии +5 В на пине In модуль реле со щелчком переключается – теперь первая пара контактов разомкнута, а вторая – замкнута

    1. Подключите модуль реле к контроллеру в соответствии со схемой – Gnd к Gnd, Vcc к 5V, In – к цифровому пину 13



    1. Загрузите в Arduino программу Файл / Примеры / Basic / Blink и убедитесь, что зажигается/потухает светодиод L на контроллере, щелкает реле и вращается/останавливается мотор. Попробуйте изменить периоды delay и загрузить получившуюся программу

    Примечание 1: обычно подобные модули реле используются для подключения нагрузки к сети 220 В (максимально допустимые напряжения и ток написаны на корпусе реле), при этом контакты от розетки 220 В подключаются вместо +5 В над мотором и Gnd под ним

    Примечание 2: только маленькие моторы можно питать от +5 В Arduino, для более мощных необходимо использовать другой источник питания

    Подключение мощной нагрузки через транзисторный ключ


    В некоторых случаях использовать реле не имеет смысла, например, когда требуется управлять не сетью 220 В, а коммутацией напряжения +5 В или +12 В, дешевле использовать транзисторный ключ. Кроме того, при использовании ШИМ (коротких импульсов с целью создать определенное напряжение, команда analogWrite) реле не будет успевать переключаться, в данном случае можно использовать только транзисторный ключ.

    Используем транзисторы КТ815 или КТ817. Они имеют одинаковый корпус и близки по характеристикам, то есть взаимозаменяемы. Могут работать со сравнительно большой мощностью – небольшими электромоторами, динамиками, лампочками и т.д. Корпус и расположение выводов транзистора показано на рисунке.

    Если повернуть транзистор ножками вниз надписью (типа КТ815 или 7BF7) к себе, то выводы расположены слева направо: эмиттер, коллектор, база

    Примечание: в надписи наподобие 7BF7 первая цифра говорит о типе транзистора – КТ817 если 7, и КТ815, если 5 (если 4 или 6 – КТ814 и КТ816)

    Практическое занятие 2. Включение/выключение мотора


    Когда цифровой пин Arduino (Digital) имеет статус LOW (логический 0, напряжение 0 В), ток на базе транзистора Б отсутствует и транзистор закрыт – между ножками коллектор К и эмиттер Э имеется большое сопротивление и ток через него не идет – мотор не вращается

    Когда пин Arduino Digital имеет статус HIGH (логическая 1, напряжение +5 В), ток на базе транзистора Б имеется и транзистор открыт – сопротивление между ножками коллектор К и эмиттер Э мало и ток через него идет – мотор вращается

    1. Соберите на макетной плате данную схему:

    2. Позовите преподавателя для проверки схемы

    3. Загрузите в Arduino программу Файл / Примеры / Basic / Blink и убедитесь, что зажигается/потухает светодиод L на контроллере и вращается/останавливается мотор

    Практическое занятие 3. Управление скоростью мотора с использованием ШИМ (analogWrite)


    1. Добавьте в собранную ранее схему переменный резистор, которым будем управлять скоростью вращения мотора и переключите контакт базы транзистора на пин 9, поддерживающий команду analogWrite:

    2. Закачайте в контроллер программу Файл / Примеры / Analog / AnalogInOutSerial и убедитесь, что при повороте резистора меняется скорость вращения мотора (можете надеть скрепку на ось мотора, чтобы лучше видеть изменение скорости вращения)

    Домашнее задание




    Задание

    1

    Схема управления динамиком через транзисторный ключ. Рассчитать максимальный ток по закону Ома исходя из сопротивления динамика и убедиться, что ток не превышает допустимый уровень для питания от USB (500 мА). Командой tone позвучать динамиком (управление частотой звука переменным резистором)

    2

    Три мотора, управляемых реле или транзисторными ключами (на выбор). Цикл: включить по очереди: первый, второй, третий. Выключить по очереди: первый, второй, третий

    3

    Система охлаждения: датчик температуры DS18B20, транзисторный ключ, управляющий вентилятором (комп. кулер). Когда температура с датчика ниже 20 градусов – вентилятор не работает. Когда температура выше 20 градусов – вентилятор включается на половину мощности. Когда выше 25 градусов – вентилятор включается на всю мощность

    4

    Прототип системы ориентации и измерения расстояния: ультразвуковой датчик расстояния, два мотора, две кнопки, два реле или транзисторных ключа (на выбор). Когда нажата первая кнопка, вращается первый мотор, вторая – второй мотор. Скорость вращения моторов зависит от расстояния с датчика расстояния: от 3 см (мотор стоит) до 50 см (максимальная скорость)

    5

    Контакты In1 и In3 на роботе использовать вместо транзисторных ключей. После каждой digitalWrite задержка (delay). Цикл: digitalWrite(HIGH) на оба мотора (едет вперед), digitalWrite(HIGH) на первый мотор (поворачивает в одну сторону), digitalWrite(HIGH) на второй мотор (поворачивает другую в сторону)

    6

    Модель системы охлаждения: датчик температуры DS18B20, транзисторный ключ, вентилятор (комп. кулер). Скорость вращения вентилятора обратно пропорциональна температуре в диапазоне от 20 градусов (вентилятор не вращается) до 36 градусов (максимальная скорость)

    7

    Три мотора, управляемых реле или транзисторными ключами (на выбор). Цикл: включить по очереди: первый, второй, третий. Выключить по очереди: первый, второй, третий

    8

    Два мотора, управляемых транзисторными ключами. Цикл: один мотор плавно наращивает скорость, плавно снижает. Второй мотор плавно наращивает скорость, плавно снижает. Оба мотора плавно наращивают скорость, плавно снижают

    9

    Система охлаждения: датчик температуры DS18B20, два реле или транзисторных ключа (на выбор), управляющий каждый своим вентилятором (комп. кулер). Когда температура с датчика ниже 20 градусов – вентиляторы не работает. Когда температура выше 20 градусов – работает один из вентиляторов. Когда выше 25 градусов – включаются оба вентилятора

    10

    Контакты In1 и In3 на роботе использовать вместо транзисторных ключей. После каждой digitalWrite задержка (delay). Цикл: digitalWrite(HIGH) на оба мотора (едет вперед), digitalWrite(HIGH) на первый мотор (поворачивает в одну сторону), digitalWrite(HIGH) на второй мотор (поворачивает в другую сторону)

    11

    Два мотора, два переменных резистора, два транзисторных ключа. Скорость первого мотора зависит от угла поворота первого резистора, второго – второго резистора
    написать администратору сайта