การควบคุมมอเตอร์ Dc โดยใช้ Arduino

ในบทช่วยสอนนี้เราจะเชื่อมต่อมอเตอร์กระแสตรงกับ Arduino UNOและควบคุมความเร็วโดยใช้แนวคิดPWM (Pulse Width Modulation) คุณสมบัตินี้เปิดใช้งานใน UNO เพื่อรับแรงดันไฟฟ้าแปรผันเหนือแรงดันไฟฟ้าคงที่ วิธีการของ PWM อธิบายไว้ที่นี่ พิจารณาวงจรง่ายๆดังแสดงในรูป

หากกดปุ่มถ้าเป็นไปตามรูปมอเตอร์จะเริ่มหมุนและจะเคลื่อนไหวจนกว่าจะกดปุ่ม การกดนี้เป็นไปอย่างต่อเนื่องและแสดงในรูปคลื่นลูกแรก หากในกรณีนี้ให้กดปุ่มพิจารณาเป็นเวลา 8ms และเปิดเป็นเวลา 2ms ในรอบ 10ms ในระหว่างกรณีนี้มอเตอร์จะไม่ได้รับแรงดันไฟฟ้าแบตเตอรี่ 9V ที่สมบูรณ์เนื่องจากกดปุ่มเพียง 8ms ดังนั้นแรงดันขั้ว RMS มอเตอร์จะอยู่ที่ประมาณ 7V เนื่องจากแรงดันไฟฟ้า RMS ที่ลดลงนี้มอเตอร์จะหมุน แต่ด้วยความเร็วที่ลดลง ตอนนี้เปิดเฉลี่ยในช่วง 10ms = เวลาเปิดเครื่อง / (เวลาเปิดเครื่อง + เวลาปิดเครื่อง) เรียกว่ารอบการทำงานและเท่ากับ 80% (8 / (8 + 2))

ในกรณีที่สองและสามปุ่มจะถูกกดใช้เวลาน้อยกว่าเมื่อเทียบกับกรณีแรก ด้วยเหตุนี้แรงดันไฟฟ้าขั้ว RMS ที่ขั้วมอเตอร์จึงลดลงไปอีก เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงความเร็วของมอเตอร์จึงลดลงไปอีก การลดลงของความเร็วในรอบการทำงานนี้จะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องจนถึงจุดหนึ่งซึ่งแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์จะไม่เพียงพอที่จะหมุนมอเตอร์

ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่า PWM สามารถใช้เพื่อเปลี่ยนความเร็วมอเตอร์ได้

ก่อนที่จะดำเนินการต่อไปเราต้องหารือเกี่ยวกับ H-BRIDGE ตอนนี้วงจรนี้มีหน้าที่หลักสองประการประการแรกคือการ ขับเคลื่อนมอเตอร์กระแสตรงจากสัญญาณควบคุมพลังงานต่ำ และอีกประการหนึ่งคือการ เปลี่ยนทิศทางการหมุนของมอเตอร์กระแสตรง

รูปที่ 1

รูปที่ 2

เราทุกคนรู้ดีว่าสำหรับมอเตอร์กระแสตรงในการเปลี่ยนทิศทางการหมุนเราจำเป็นต้องเปลี่ยนขั้วของแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์ ดังนั้นในการเปลี่ยนขั้วเราใช้สะพาน H ตอนนี้ในรูปที่ 1 ด้านบนเรามีสวิตช์สี่ตัว ดังแสดงในรูปที่ 2 สำหรับมอเตอร์ที่หมุน A1 และ A2 จะปิด ด้วยเหตุนี้การไหลของกระแสผ่านยนต์จากขวาไปซ้ายตามที่แสดงใน 2 ^{ครั้ง} ส่วนหนึ่งของ figure3 สำหรับตอนนี้ให้พิจารณาว่ามอเตอร์หมุนตามทิศทางตามเข็มนาฬิกา ตอนนี้ถ้าสวิตช์ A1 และ A2 เปิดอยู่ B1 และ B2 จะปิด กระแสไฟฟ้าผ่านมอเตอร์ไหลจากซ้ายไปขวาดังแสดงใน 1 ^st ส่วนหนึ่งของรูปที่ 3 ทิศทางของการไหลของกระแสนี้ตรงข้ามกับทิศทางแรกดังนั้นเราจึงเห็นศักยภาพตรงกันข้ามที่ขั้วมอเตอร์กับทิศทางแรกดังนั้นมอเตอร์จึงหมุนนาฬิกาป้องกันอย่างชาญฉลาด นี่คือวิธีการทำงานของ H-BRIDGE อย่างไรก็ตามมอเตอร์กำลังต่ำสามารถขับเคลื่อนด้วย H-BRIDGE IC L293D

L293D เป็น H-BRIDGE IC ที่ออกแบบมาสำหรับการขับเคลื่อนมอเตอร์กระแสตรงที่ใช้พลังงานต่ำและแสดงในรูป IC นี้ประกอบด้วยสะพาน h สองตัวดังนั้นจึงสามารถขับเคลื่อนมอเตอร์กระแสตรงได้สองตัว ดังนั้นจึงสามารถใช้ IC นี้เพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ของหุ่นยนต์จากสัญญาณของไมโครคอนโทรลเลอร์

ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ IC มีความสามารถในการเปลี่ยนทิศทางการหมุนของมอเตอร์กระแสตรง ทำได้โดยการควบคุมระดับแรงดันไฟฟ้าที่ INPUT1 และ INPUT2

เปิดใช้งาน PIN	ขาเข้า 1	ขาเข้า 2	ทิศทางมอเตอร์
สูง	ต่ำ	สูง	เลี้ยวขวา
สูง	สูง	ต่ำ	เลี้ยวซ้าย
สูง	ต่ำ	ต่ำ	หยุด
สูง	สูง	สูง	หยุด

ดังที่แสดงในรูปด้านบนสำหรับการหมุนตามเข็มนาฬิกา 2A ควรสูงและ 1A ควรต่ำ ในทำนองเดียวกันสำหรับ 1A ทวนเข็มนาฬิกาควรสูงและ 2A ควรต่ำ

ดังแสดงในรูป Arduino UNO มีช่องสัญญาณ 6PWM ดังนั้นเราจึงสามารถรับ PWM (แรงดันไฟฟ้าผันแปร) ที่หมุดหกตัวใดก็ได้ ในบทช่วยสอนนี้เราจะใช้ PIN3 เป็นเอาต์พุต PWM

ฮาร์ดแวร์: ARDUINO UNO, แหล่งจ่ายไฟ (5v), ตัวเก็บประจุ 100uF, LED, ปุ่ม (สองชิ้น), ตัวต้านทาน10KΩ (สองชิ้น)

ซอฟต์แวร์: arduino IDE (Arduino ทุกคืน)

แผนภูมิวงจรรวม

วงจรเชื่อมต่อในเขียงหั่นขนมตามแผนภาพวงจรที่แสดงด้านบน อย่างไรก็ตามสิ่งที่ต้องใส่ใจในระหว่างการเชื่อมต่อขั้ว LED แม้ว่าปุ่มจะแสดงเอฟเฟกต์การตีกลับในกรณีนี้ แต่ก็ไม่ได้ทำให้เกิดข้อผิดพลาดมากมายดังนั้นเราไม่จำเป็นต้องกังวลในครั้งนี้

PWM จาก UNO เป็นเรื่องง่ายในบางครั้งการตั้งค่าตัวควบคุม ATMEGA สำหรับสัญญาณ PWM ไม่ใช่เรื่องง่ายเราต้องกำหนดการลงทะเบียนและการตั้งค่าจำนวนมากเพื่อให้ได้สัญญาณที่ถูกต้องอย่างไรก็ตามใน ARDUINO เราไม่จำเป็นต้องจัดการกับสิ่งเหล่านั้นทั้งหมด

ตามค่าเริ่มต้นไฟล์ส่วนหัวและรีจิสเตอร์ทั้งหมดจะถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าโดย ARDUINO IDE เราเพียงแค่ต้องเรียกมันว่ามันจะมีเอาต์พุต PWM ที่พินที่เหมาะสม

ตอนนี้เพื่อให้ได้เอาต์พุต PWM ที่พินที่เหมาะสมเราต้องทำงานสามสิ่ง

pinMode (ledPin เอาท์พุท) analogWrite (พินค่า) analogWriteResolution (จำเป็น resolutionnumber)

ก่อนอื่นเราต้องเลือกพินเอาต์พุต PWM จากหกพินหลังจากนั้นเราต้องตั้งค่าพินนั้นเป็นเอาต์พุต

ต่อไปเราต้องเปิดใช้งานคุณสมบัติ PWM ของ UNO โดยเรียกใช้ฟังก์ชัน“ analogWrite (pin, value)” ที่นี่ 'พิน' แสดงหมายเลขพินที่เราต้องการเอาต์พุต PWM ที่เราใส่ไว้เป็น '3' ดังนั้นที่ PIN3 เราจะได้รับเอาต์พุต PWM

ค่าคือรอบการทำงานของการเปิดเครื่องระหว่าง 0 (ปิดตลอดเวลา) ถึง 255 (เปิดตลอดเวลา) เราจะเพิ่มและลดจำนวนนี้ด้วยการกดปุ่ม

UNO มีความละเอียดสูงสุดที่“ 8” ซึ่งไม่สามารถไปได้ไกลกว่านี้ด้วยเหตุนี้จึงมีค่าตั้งแต่ 0-255 อย่างไรก็ตามเราสามารถลดความละเอียดของ PWM ได้โดยใช้คำสั่ง“ analogWriteResolution ()” โดยการป้อนค่าจาก 4-8 ในวงเล็บเราสามารถเปลี่ยนค่าจาก PWM สี่บิตเป็น PWM แปดบิตได้

สวิตช์คือการเปลี่ยนทิศทางการหมุนของมอเตอร์กระแสตรง