Funktioner, der forbinder enheder til Arduino

Platform til robotik og automatiseringselskere Arduino berømt for sit modulopbyggede design og brugervenlighed. Nogle gange støder jeg på en reklame, hvor de siger, at du kan samle din robot uden praktisk at være fortrolig med elektronik. Men dette er ikke helt sandt.

Hvis nogle aktuatorer og mekanismer er forkert forbundet, kan du brænde arduinka-porte (som jeg allerede har beskrevet i artiklen om hvordan man ikke brænder Arduino). Og hvis du ikke ved, hvordan man håndterer digitale enheder - i bedste fald vil du simpelthen ikke være i stand til at oprette en forbindelse.

Jeg købte adskillige moduler til arduino, hvad skal jeg gøre nu?

For at lære om funktionerne i forbindelsen, strømforsyningsspændinger, logikniveauer osv. Skal du gøre dig bekendt med databladet på dit modul.

Datablad eller datablad er den tekniske dokumentation for produktet. Sådan dokumentation kan downloades til enhver chip eller sensor. Normalt findes de på producentens websted. Der er desuden specielle ressourcer på netværket, hvor en hel masse teknisk dokumentation er samlet

Læs oplysningerne fra databladet omhyggeligt, men hvad skal jeg kigge efter? For det første har en chip foruden hoveddelen af ​​navnet normalt en variabel del eller præfiks - oftest er det en eller flere bogstaver.

Dette indikerer nogle funktioner i en bestemt mikrokredsløb, for eksempel maksimal effekt, forsyningsspændinger og logiske niveauer (hvis enheden er digital), muligvis det tilfælde, hvor det udføres osv.

Hvis du ikke fandt næringsoplysninger og en log i databladet. niveauer, kontakt det russisk-talende samfund af arduino, på deres fora betragtes funktionerne i alle almindelige moduler normalt.

ArduinoUno har en forsyningsspænding og logikniveauer på 5 V, hvis den eksterne enhed fungerer i 3,3 V-området, bliver du nødt til at danne dem, du kan arrangere strøm ved hjælp af en LDO-stabilisator (lineær med et lavt fald, for at stabilisere det har brug for mindst 1,3 volt "overskydende spænding ved maksimum strøm, mod 2 volt på stabilisatorerne i 78xx-serien, som giver dig mulighed for at få 3,3 volt fra 4,5 volt (tre fingerbatterier).

Den tekniske dokumentation for digitale sensorer og enheder angiver også navnene på protokollerne, hvormed de "kommunikerer" med hinanden. Disse kan være individuelle protokoller og standard, de samme:

• UART;

• I2C;

• SPI.

Arduino arbejder sammen med dem. Dette vil gøre det lettere for dig at finde færdige biblioteker og kodeeksempler.

Signalkonditionering og forstærkning

Spørgsmål om matchende enheder og aktuatorer med arduino opstår ofte blandt begyndere. Vi vil overveje almindelige:

1. Matchende spændingskredsløb.

2. Koordinering af udgangstappens og aktuatorens magt, med andre ord forstærkning af spænding og / eller strøm.

Niveau matching

Hvad skal jeg gøre, hvis logikniveauerne på mit modul er 3,3 volt og på arduino 5 volt? Det er ganske simpelt at bruge en logisk niveaukonverter. Det kan samles fra diskrete elementer, eller du kan købe et færdigt modul på brættet, for eksempel dette:

En sådan konverter er tovejs, dvs. det sænker det høje niveau og øger responset lavt. LV (1,2,3,4) - platforme til tilslutning af signaler på lavt niveau, HV (1,2,3,4) - høje niveauer, HV og LV uden tal - dette er spændinger på 5 og 3,3 volt, som med kilder til konverterede signaler GND - jord eller negativ ledning. I et bestemt tilfælde er der 4 uafhængige kanaler.

Kredsløbsmatchning med store spændingsforskelle

Hvis du vil starte et signal, for eksempel fra højspændings kredsløb, for eksempel 220 V, skal du bruge en optokoppler.Dette giver galvanisk isolering og beskyttelse mod højspændingsudbrud i mikrokontrollerens indgange. Sådanne kredsløb anvendes både til modtagelse af et signal og til udgangssignaler fra en mikrocontroller til et netværk såvel som at kontrollere triacs i kæder.

Sandsynligheden for udseendet af et stort potentiale på arduino-tavlen i dette tilfælde er ekstremt lille, dette sikres ved fraværet af elektrisk kontakt, og kommunikationen sker via en optisk kanal, ved hjælp af lys. Du kan lære mere om dette ved at studere foto- og optoelektroniske enheder.

Hvis der opstår et stort spring, brændes optokobleren, billedet er PC8171, men du vil ikke overbelaste porte på mikrokontrolleren.

Tilslutning af kraftfulde forbrugere

Da mikrokontrolleren kun kan styre driften af ​​enheder, kan du ikke forbinde en stærk forbruger til dens port. Eksempler på sådanne forbrugere:

• relay;

• solenoider;

• Elektriske motorer;

• Servoer.

1. Servo-forbindelse

Servo-drevets hovedopgave er at indstille positionen for den rotor, der er forbundet til aktuatorerne, at styre og ændre den ved hjælp af små anstrengelser. Det vil sige, du ved hjælp af et potentiometer, hvis servodrevet er designet til at rotere inden for en halv omdrejning (180 grader) eller med koderen, hvis der er behov for cirkulær rotation (360 grader), kan du kontrollere servoakslens position (elektrisk motor i vores tilfælde) af vilkårlig magt.

Mange robotikentusiaster bruger arduino som basis for deres robotter. Her har servoer fundet stor brug. De bruges som et drev af roterende mekanismer til kameraer, sensorer og mekaniske hænder. Radiomodeller bruges til at køre drejehjul i bilmodeller. Branchen bruger store drev i CNC-maskiner og anden automatisering.

I små amatørtjenester er et bord med en positionssensor og elektronik integreret i sagen. Tre ledninger kommer normalt ud af dem:

• Rød - plus strøm, hvis et kraftfuldt drev er bedre forbundet til en ekstern kilde og ikke til Arduino-tavlen;

• Sort eller brun - minus, forbindelsen såvel som plus;

• Gul eller orange - styresignalet - det mates fra den digitale pin på mikrokontrolleren (digital ud).

Et specielt bibliotek er til rådighed til styring af serveren, adgang til den erklæres i begyndelsen af ​​koden med kommandoen "#include servo.h".

Motorforbindelse

For at køre mekanismer og justere deres rotationshastighed er det nemmest at bruge DPT (en børste DC-motor med excitation fra permanente magneter). Du har sandsynligvis set sådanne motorer i radiostyrede biler. De vendes let (tændt for at rotere i den rigtige retning). Du skal bare ændre polariteten. Forsøg ikke at forbinde dem direkte til stifterne!

Brug bedre en transistor. Vil passe enhver bipolar, i det mindste direkte (pnp), i det mindste omvendt (npn) konduktivitet. Felt fungerer også, men når du vælger et specifikt felt, skal du sørge for, at dens skodde fungerer med logiske niveauer?

Ellers åbnes den ikke helt, eller du brænder den digitale udgang fra mikrokontrolleren, mens du oplader portens kapacitans - de bruger en driver, den enkleste måde er at pumpe signalet gennem en bipolær transistor. Nedenfor er kontrolkredsløbet igennem felteffekttransistor.

Hvis der ikke er nogen modstand mellem G og S, vil lukkeren (G) ikke blive trukket til jorden og kan spontant "gå" fra interferens.

Sådan bestemmes, at en felteffekttransistor er egnet til direkte kontrol fra en mikrokontroller, se nedenfor. I databladet finder du Vgs-parameteren, for eksempel for IRL540 er alle målinger og grafer bundet til Vgs = 5v, selv en sådan parameter som åben kanalmodstand er indikeret for denne spænding mellem porten og kilden.

Ud over børsten DPT kan køleren tilsluttes fra computeren på samme måde, skønt der er en børsteløs motor, hvis viklinger styres af den indbyggede omformer, hvis kort er placeret direkte i dens tilfælde.

Omdrejningerne på disse to typer motorer er lette at justere ved at variere forsyningsspændingen. Dette kan gøres, hvis transistorbasen ikke er tilsluttet i digital (digital udgang), men med en stift (~ pwm), hvis værdi bestemmes af funktionen "analogWrite ()".

Relæer og solenoider

Det er praktisk at bruge et relæ til at skifte kredsløb, hvor regulering og hyppig omskiftning ikke er nødvendig. Ved at vælge den rigtige kan du skifte strøm og spænding med minimale tab i ledningsevne og opvarmning af kraftledninger.

For at gøre dette skal du anvende den krævede spænding på relæspolen. På relækredsløbet er dens spole designet til at styre 5 volt, strømkontakter kan skifte både et par volt og netværk 220 V.

Solenoider er spoler eller elektromagnetiske aktuatorer.

eksempler:

• Drevet låser bildøre;

• Magnetventiler;

• Elektromagnet i metallurgisk produktion;

• Kraftværket i den Gaussiske pistol og mere.

Under alle omstændigheder ser et typisk skema til tilslutning af DC-spoler til en mikrokontroller eller -logik således:

En transistor til forstærkning af styrestrømmen, dioden er forbundet i den modsatte retning for at beskytte udgangssignalet fra mikrokontrolleren mod udbrud af selvinducerende EMF.

Input-enheder og sensorer

Du kan kontrollere dit system med knapper, modstande, kodere. Ved hjælp af knappen kan du sende et signal til den digitale indgang på arduino-niveauet (høj / 5V) eller lavt (lav / 0V).

For at gøre dette er der to muligheder for inkludering. Du har brug for en normalt åben knap uden fastgørelse; til nogle formål har du brug for en vippekontakt eller en knap med fastgørelse - vælg selv, afhængigt af situationen. For at indsende en enhed skal du forbinde knapens første kontakt til strømkilden, og den anden til forbindelsespunktet for modstanden og indgangen til mikrokontrolleren.

Når der trykkes på knappen på modstanden, falder forsyningsspændingen, det vil sige et højt niveau. Når der ikke trykkes på knappen, er der ingen strøm i kredsløbet, potentialet på modstanden er lavt, signalet "Lav / 0V" anvendes til indgangen. Denne tilstand kaldes "pin er trukket til jorden, og modstanden er" pull-down ".

Hvis du vil have mikrokontrolleren til at få 0 i stedet for 1, når du klikker på knappen, skal du tilslutte den normalt lukkede knap på samme måde eller læse, hvordan du gør det med normalt åbent.

For at give mikrokontrolleren en kommando med et nul-signal ændres kredsløbet lidt. Et modstandsben er forbundet til forsyningsspændingen, det andet til forbindelsespunktet for den normalt åbne knap og den digitale indgang fra arduino.

Når knappen slippes, forbliver al spænding på den, indgangen får et højt niveau. Denne tilstand kaldes "pin er trukket op til plus", og modstanden er "pull-up". Når du trykker på knappen, skifter du (lukker) indgangen til jorden.

Spændingsdelere og signalindgang fra potentiometer og resistiv analog

 

Spændingsdeleren bruges til at forbinde variable modstande, såsom termistorer, fotoresistorer osv. På grund af det faktum, at en af ​​modstande er konstant, og den anden variabel - du kan se spændingsændringen ved deres midtpunkt, på billedet ovenfor er den angivet som Ur.

Det er således muligt at forbinde forskellige analoge sensorer af den resistive type og sensorer, der under påvirkning af eksterne kræfter ændrer deres ledningsevne. Samt potentiometre.

På billedet herunder ser du et eksempel på tilslutning af sådanne elementer. Potentiometeret kan tilsluttes uden en ekstra modstand, så i den ekstreme position vil der være fuld spænding, men i minimumsposition er det nødvendigt at sikre stabilisering eller strømbegrænsning - ellers vil det kortslutning.

fund

For at tilslutte ethvert modul og tilføjelse til mikrokontrolleren uden fejl, skal du kende det grundlæggende i elektroteknik, Ohms lov, generel information om elektromagnetisme samt det grundlæggende i driften af ​​halvlederenheder. Faktisk kan du sikre dig, at det hele er meget lettere at gøre end at lytte til disse komplekse ord. Brug diagrammerne fra denne artikel i dine projekter!