Funksjoner som kobler enheter til Arduino

Plattform for robotikere og automatiseringselskere Arduino berømt for sin modulære design og brukervennlighet. Noen ganger kommer jeg over en annonse der de sier at du kan sette sammen roboten din uten å være kjent med elektronikk. Men dette stemmer ikke helt.

Hvis noen aktuatorer og mekanismer er koblet feil, kan du brenne arduinka-porter (som jeg allerede har nevnt i artikkelen om hvordan du ikke skal brenne Arduino). Og hvis du ikke vet hvordan du skal håndtere digitale enheter - i beste fall vil du ganske enkelt ikke kunne opprette en forbindelse.

Jeg kjøpte flere moduler for arduino, hva skal jeg gjøre videre?

For å lære om funksjonene i tilkoblingen, strømforsyningsspenninger, logikknivåer, etc., må du gjøre deg kjent med databladet på modulen din.

Datablad eller datablad er den tekniske dokumentasjonen for produktet. Slik dokumentasjon kan lastes ned til hvilken som helst brikke eller sensor. Vanligvis er de på produsentens nettsted. Dessuten er det spesielle ressurser i nettverket, som en hel masse teknisk dokumentasjon er samlet på

Les informasjonen fra databladet nøye, men hva skal jeg se etter? For det første har en brikke, i tillegg til hoveddelen av navnet, vanligvis en variabel del eller prefiks - som oftest er det en eller flere bokstaver.

Dette indikerer noen funksjoner i en bestemt mikrokrets, for eksempel maksimal effekt, forsyningsspenninger og logiske nivåer (hvis enheten er digital), muligens i tilfelle den blir utført, etc.

Hvis du ikke fant ernæringsinformasjon og en logg i databladet. nivåer, ta kontakt med de russisktalende arduinosamfunnene; på deres fora blir funksjonene i alle vanlige moduler vanligvis vurdert.

ArduinoUno har en forsyningsspenning og logiske nivåer på 5 V, hvis den eksterne enheten fungerer i 3,3 V rekkevidde, må du forme dem, du kan ordne strøm ved hjelp av en LDO-stabilisator (lineær med et lavt fall, for å stabilisere den trenger minst 1,3 volt "overskuddsspenning på maksimalt strøm, mot 2 volt på stabilisatorene i 78xx-serien, som lar deg få 3,3 volt fra 4,5 volt (tre fingerbatterier).

Den tekniske dokumentasjonen for digitale sensorer og enheter angir også navnene på protokollene som de "kommuniserer" med hverandre. Dette kan være individuelle protokoller og standard, de samme:

• UART;

• I2C;

• SPI.

Arduino jobber med dem. Dette vil gjøre det lettere for deg å finne ferdige biblioteker og kodeeksempler.

Signalkondisjonering og forsterkning

Spørsmål om samsvarende enheter og aktuatorer med arduino oppstår ganske ofte blant nybegynnere. Vi vil vurdere vanlige:

1. Matchende spenningskretser.

2. Koordinering av kraften til utgangspinnen og aktuatoren, med andre ord forsterkning av spenning og / eller strøm.

Nivåmatching

Hva skal jeg gjøre hvis logikknivåene på modulen min er 3,3 volt og på arduino 5 volt? Det er ganske enkelt å bruke en logisk nivåomformer. Den kan settes sammen fra diskrete elementer, eller du kan kjøpe en ferdig modul på brettet, for eksempel dette:

En slik omformer er toveis, d.v.s. det senker det høye nivået og øker responsen lavt. LV (1,2,3,4) - plattformer for tilkobling av lavt nivå signaler, HV (1,2,3,4) - høye nivåer, HV og LV uten tall - dette er spenninger på 5 og 3,3 volt, som med kilder til konverterte signaler GND - jord eller negativ ledning. I et spesielt tilfelle er det fire uavhengige kanaler.

Kretsmatching med store spenningsforskjeller

Hvis du skal starte et signal, for eksempel fra høyspentkretser, for eksempel 220 V, må du bruke en optokoppling.Dette vil gi galvanisk isolasjon og beskyttelse mot høyspenningsutbrudd i inngangene til mikrokontrolleren. Slike kretser brukes både for mottak av et signal og for utsignaler fra en mikrokontroller til et nettverk, så vel som å kontrollere triaks i kjeder.

Sannsynligheten for utseendet til et høyt potensiale på arduino-brettet i dette tilfellet er ekstremt liten, dette sikres ved fravær av elektrisk kontakt, og kommunikasjonen skjer via en optisk kanal, ved hjelp av lys. Du kan lære mer om dette ved å studere foto- og optoelektroniske enheter.

Hvis det oppstår et stort sprang, vil optokopplingen brenne, bildet er PC8171, men du vil ikke overbelaste portene til mikrokontrolleren.

Koble til kraftige forbrukere

Siden mikrokontrolleren bare kan kontrollere bruken av enheter, kan du ikke koble en kraftig forbruker til porten. Eksempler på slike forbrukere:

• relé;

• solenoider;

• Elektriske motorer;

• Servoer.

1. Servo-tilkobling

Hovedoppgaven til servo-stasjonen er å stille inn stillingen til rotoren som er koblet til aktuatorene, å kontrollere og endre den med liten innsats. Det vil si at du, ved hjelp av et potensiometer, hvis servostasjonen er designet for å rotere i løpet av en halv omdreining (180 grader) eller med koderen, hvis sirkulær rotasjon (360 grader) er nødvendig, kan du kontrollere stillingen til servoakselen (elektrisk motor i vårt tilfelle) av vilkårlig kraft.

Mange robotikkentusiaster bruker arduino som grunnlag for robotene sine. Her har servoer funnet stor bruk. De brukes som et drivverk av rotasjonsmekanismer for kameraer, sensorer og mekaniske hender. Radiomodellere bruker for å kjøre svinghjul i bilmodeller. Bransjen bruker store stasjoner i CNC-maskiner og annen automatisering.

I amatør små tjenester er et brett med posisjonssensor og elektronikk integrert i saken. Tre ledninger kommer vanligvis ut av dem:

• Rød - pluss strøm, hvis en kraftig stasjon er bedre koblet til en ekstern kilde, og ikke til Arduino-styret;

• Svart eller brun - minus, tilkoblingen så vel som pluss;

• Gul eller oransje - styresignalet - det mates fra den digitale tappen til mikrokontrolleren (digital ut).

Et spesielt bibliotek er tilgjengelig for administrasjon av serveren, tilgang til den blir erklært i begynnelsen av koden med kommandoen "#include servo.h".

Motor tilkobling

For å drive mekanismer og justere rotasjonshastigheten deres, er det enklest å bruke DPT (en børste DC-motor med eksitasjon fra permanente magneter). Du så sikkert slike motorer i radiostyrte biler. De kan enkelt reverseres (slås på for å rotere i riktig retning). Du trenger bare å endre polariteten. Ikke prøv å koble dem direkte til pinnene!

Bruk bedre en transistor. Vil passe enhver bipolar, i det minste direkte (pnp), i det minste revers (npn) konduktivitet. Felt fungerer også, men når du velger et spesifikt felt, må du sørge for at lukkeren fungerer med logiske nivåer?

Ellers vil den ikke åpne helt, eller du vil brenne den digitale utgangen til mikrokontrolleren mens du lader portkapasitansen - de bruker en driver, den enkleste måten er å pumpe signalet gjennom en bipolar transistor. Nedenfor er kontrollkretsen gjennom felteffekttransistor.

Hvis det ikke er noen motstand mellom G og S, vil ikke lukkeren (G) trekkes til bakken og kan spontant "gå" fra forstyrrelser.

For å bestemme om en felteffekttransistor er egnet for direkte kontroll fra en mikrokontroller, se nedenfor. I databladet finner du Vgs-parameteren, for eksempel for IRL540 er alle målinger og grafer knyttet til Vgs = 5v, til og med en parameter som åpen kanalmotstand er indikert for denne spenningen mellom porten og kilden.

I tillegg til børsten DPT, kan kjøleren kobles til fra datamaskinen på samme måte, selv om det er en børsteløs motor, hvis viklinger styres av den innebygde omformeren, hvis brett er plassert direkte i dens tilfelle.

Rotorene til disse to typene motorer er enkle å justere ved å variere forsyningsspenningen. Dette kan gjøres hvis basen til transistoren ikke er tilkoblet i digital (digital utgang), men med en pinne (~ pwm), hvis verdi bestemmes av funksjonen "analogWrite ()".

Reléer og solenoider

For svitsjekretser der regulering ikke er nødvendig og hyppig bytte er praktisk å bruke et relé. Ved å velge den rette kan du bytte strøm og spenning med minimale tap i ledningsevne og oppvarming av kraftledninger.

For å gjøre dette, påfør spenningen som er nødvendig på reléspolen. På relékretsen er spolen designet for å styre 5 volt, strømkontakter kan bytte både et par volt og nettverk 220 V.

Solenoider er spoler eller elektromagnetiske aktuatorer.

eksempler:

• Stasjonen låser bildører;

• Magnetventiler;

• Elektromagnet i metallurgisk produksjon;

• Kraftverket til den Gaussiske pistolen og mer.

I alle fall ser en typisk krets for tilkobling av likespoler til en mikrokontroller eller logikk slik ut:

En transistor for å forsterke kontrollstrømmen, dioden er koblet i motsatt retning for å beskytte utgangen fra mikrokontrolleren mot utbrudd av selvinduksjon EMF.

Inngangsenheter og sensorer

Du kan kontrollere systemet ditt med knapper, motstander, kodere. Ved hjelp av knappen kan du sende et signal til den digitale inngangen til arduino høyt (høyt / 5V) eller lavt (lav / 0V) nivå.

For dette er det to alternativer for inkludering. Du trenger en normalt åpen knapp uten å fikse; for noen formål trenger du en vippebryter eller en knapp med feste - velg selv, avhengig av situasjonen. For å sende inn en enhet må du koble den første kontakten av knappen til strømkilden, og den andre til tilkoblingspunktet til motstanden og inngangen til mikrokontrolleren.

Når knappen trykkes på motstanden, synker forsyningsspenningen, det vil si et høyt nivå. Når knappen ikke trykkes, er det ingen strøm i kretsen, potensialet på motstanden er lavt, signalet "Lav / 0V" blir brukt på inngangen. Denne tilstanden kalles "pin er trukket til bakken, og motstanden er" pull-down ".

Hvis du vil at mikrokontrolleren skal få 0 i stedet for 1 når du klikker på knappen, kobler du til den normalt lukkede knappen på samme måte eller les hvordan du gjør det med normalt åpent.

For å gi mikrokontrolleren en kommando med null signal, endres kretsløpet litt. Det ene motstandsbenet er koblet til forsyningsspenningen, det andre til tilkoblingspunktet for den normalt åpne knappen og den digitale inngangen til arduino.

Når knappen slippes, forblir all spenning på den, inngangen får et høyt nivå. Denne tilstanden kalles "pin er trukket opp til pluss", og motstanden er "pull-up". Når du trykker på knappen, skyver du (lukker) inngangen til bakken.

Spenningsdelere og signalinngang fra potensiometer og resistiv analog

 

En spenningsdelere brukes til å koble variabel motstand, for eksempel termistorer, fotoresistorer, etc. På grunn av det faktum at en av motstandene er konstant, og den andre variabelen - du kan observere spenningsendringen på midtpunktet, på bildet over er det indikert som Ur.

Dermed er det mulig å koble til forskjellige analoge sensorer av den motstandsdyktige typen og sensorer som under påvirkning av eksterne krefter endrer ledningsevnen. Samt potensiometre.

På bildet under ser du et eksempel på tilkobling av slike elementer. Potensiometeret kan kobles til uten en ekstra motstand, da i ekstrem stilling vil det være full spenning, men i minsteposisjon er det nødvendig å sikre stabilisering eller strømbegrensning - ellers vil det kortslutning.

funn

For å koble en hvilken som helst modul og tillegg til mikrokontrolleren uten feil, må du kjenne til det grunnleggende om elektroteknikk, Ohms lov, generell informasjon om elektromagnetisme, samt grunnleggende om drift av halvlederenheter. Faktisk kan du sørge for at alt dette er mye lettere å gjøre enn å lytte til disse sammensatte ordene. Bruk diagrammer fra denne artikkelen i prosjektene dine!