Obsahuje pripojenie zariadení k Arduino

Platforma pre milovníkov robotiky a automatizácie Arduino známy pre svoj modulárny dizajn a jednoduché použitie. Niekedy narazím na reklamu, kde hovoria, že môžete zostaviť robota bez toho, aby ste sa prakticky oboznámili s elektronikou. To však nie je úplne pravda.

Ak sú niektoré ovládače a mechanizmy správne pripojené, môžete vypáliť arduinka porty (ako som už spomenul v článku o ako nepáliť Arduino). A ak neviete, ako zaobchádzať s digitálnymi zariadeniami - v najlepšom prípade jednoducho nebudete schopní nadviazať spojenie.

Kúpil som niekoľko modulov pre arduino, čo ďalej?

Ak sa chcete dozvedieť viac o vlastnostiach pripojenia, napätiach napájania, logických úrovniach atď., Musíte sa oboznámiť s údajovým listom na vašom module.

Technický list alebo technický list je technická dokumentácia k produktu. Túto dokumentáciu je možné stiahnuť na akýkoľvek čip alebo senzor. Zvyčajne sú na webových stránkach výrobcu. Okrem toho existujú v sieti osobitné zdroje, v ktorých sa zhromažďuje celá hmota technickej dokumentácie

Pozorne si prečítajte informácie z dátového listu, ale čo by som mal hľadať? Po prvé, čip okrem hlavnej časti mena má zvyčajne premennú časť alebo predponu - najčastejšie je to jedno alebo viac písmen.

To indikuje niektoré vlastnosti konkrétneho mikroobvodu, napríklad maximálny výkon, napájacie napätie a logické úrovne (ak je zariadenie digitálne), prípadne prípad, keď sa vykonáva, atď.

Ak ste nenašli informácie o výživovej hodnote a záznam v údajovom liste. úrovne, kontaktujte rusky hovoriace komunity arduino, na ich fórach sa zvyčajne zvažujú vlastnosti všetkých spoločných modulov.

ArduinoUno má napájacie napätie a logické úrovne 5 V, ak externé zariadenie pracuje v rozsahu 3,3 V, budete ich musieť vytvoriť, môžete zariadiť napájanie pomocou stabilizátora LDO (lineárny s nízkym poklesom, aby sa stabilizoval, potrebuje najmenej 1,3 voltu „nadmerného napätia pri maximálnej hodnote“). prúd proti 2 V na stabilizátoroch série 78xx, čo vám umožňuje získať 3,3 V zo 4,5 V (batérie s tromi prstami).

V technickej dokumentácii pre digitálne snímače a zariadenia sú uvedené aj názvy protokolov, pomocou ktorých „spolu komunikujú“. Môže ísť o individuálne protokoly a štandardy:

• UART;

• I2C;

• SPI.

Arduino s nimi spolupracuje. To vám uľahčí hľadanie hotových knižníc a ukážok kódov.

Úprava a zosilnenie signálu

Medzi začiatočníkmi často vyvstávajú otázky týkajúce sa porovnania zariadení a akčných členov s arduínom. Zvážime bežné:

1. Zhodné napäťové obvody.

2. Koordinácia výkonu výstupného kolíka a ovládača, inými slovami, zosilnenie napätia a / alebo prúdu.

Úroveň zhody

Čo mám robiť, ak sú logické úrovne na mojom module 3,3 voltov a na arduino 5 voltov? Je veľmi jednoduché používať prevodník logickej úrovne. Môže byť zostavený z diskrétnych prvkov alebo si môžete na doske kúpiť hotový modul, napríklad:

Takýto prevodník je obojsmerný, t.j. znižuje úroveň a zvyšuje reakciu. LV (1,2,3,4) - platformy na pripojenie nízkoúrovňových signálov, HV (1,2,3,4) - vysoké úrovne, HV a LV bez čísel - jedná sa o napätia 5 a 3,3 V, ako pri zdrojoch prevádzaných signálov GND - uzemnený alebo záporný vodič. V konkrétnom prípade existujú 4 nezávislé kanály.

Zhoda obvodov s veľkými rozdielmi napätia

Ak chcete spustiť signál, napríklad z vysokonapäťových obvodov, napríklad 220 V, musíte použiť optočlen.Toto zabezpečí galvanické oddelenie a ochranu pred vysokonapäťovými nárazmi vstupov mikrokontroléra. Takéto obvody sa používajú tak na príjem signálu, ako aj na výstupné signály z mikrokontroléra do siete na kontrolu triakov v reťazcoch.

Pravdepodobnosť výskytu vysokého potenciálu na arduínovej doske je v tomto prípade extrémne malá, je to zabezpečené neprítomnosťou elektrického kontaktu a komunikácia je uskutočňovaná optickým kanálom, t.j. pomocou svetla. Viac sa o tom môžete dozvedieť študovaním foto- a optoelektronických zariadení.

Ak dôjde k veľkému skoku, optočlen zhorí, obrázok je PC8171, ale nepreťažíte porty mikrokontroléra.

Pripojenie výkonných spotrebiteľov

Pretože mikrokontrolér môže ovládať iba činnosť zariadení, k jeho portu nemôžete pripojiť výkonného spotrebiteľa. Príklady takýchto spotrebiteľov:

• relé;

• elektromagnety;

• Elektrické motory;

• Serva.

1. Pripojenie serva

Hlavnou úlohou servopohonu je nastavenie polohy rotora pripojeného k ovládačom, jeho ovládanie a zmena pomocou malého úsilia. To znamená, že pomocou potenciometra, ak je servopohon navrhnutý tak, aby sa otáčal v rámci pol otáčky (180 stupňov) alebo pomocou kódovača, ak je potrebná kruhová rotácia (360 stupňov), môžete regulovať polohu servopohonu (v našom prípade elektromotora) ľubovoľného výkonu.

Mnoho nadšencov robotiky používa arduino ako základ svojich robotov. Tu našli seriózne využitie. Používajú sa ako pohon rotačných mechanizmov pre kamery, senzory a mechanické ruky. Modely rádia používajú na riadenie točivých kolies v modeloch automobilov. Tento priemysel používa veľké pohony v CNC strojoch a ďalších automatizáciách.

V amatérskych malých službách je do puzdra integrovaná doska so snímačom polohy a elektronikou. Z nich obvykle vychádzajú tri drôty:

• Červená - plus energia, ak je výkonný disk lepšie pripojený k externému zdroju, a nie k doske Arduino;

• Čierna alebo hnedá - mínus, spojenie aj plus;

• Žltá alebo oranžová - riadiaci signál - je napájaná z digitálneho pin mikrokontroléra (digitálny výstup).

Na správu servera je k dispozícii špeciálna knižnica, prístup k nemu je deklarovaný na začiatku kódu príkazom "#include servo.h".

Pripojenie motora

Na pohon mechanizmov a úpravu ich rýchlosti otáčania je najjednoduchšie použiť DPT (kefový jednosmerný motor s excitáciou z permanentných magnetov). Pravdepodobne ste takéto motory videli v automobiloch s rádiovým ovládaním. Ľahko sa dajú otočiť (zapnuté, aby sa otáčali správnym smerom), stačí zmeniť polaritu. Nepokúšajte sa ich pripojiť priamo na kolíky!

Lepšie použite tranzistor. Hodí sa akýkoľvek bipolárny, aspoň priama (pnp), najmenej reverzná (npn) vodivosť. Aj v teréne, ale pri výbere konkrétneho poľa sa uistite, že jeho uzávierka pracuje s logickými úrovňami?

V opačnom prípade sa úplne neotvorí alebo vypálite digitálny výstup mikropočítača pri nabíjaní kapacity hradla - používajú ovládač, najjednoduchším spôsobom je pumpovať signál cez bipolárny tranzistor. Nižšie je uvedený riadiaci obvod tranzistor s efektom poľa.

Ak medzi G a S nie je odpor, uzávierka (G) sa nebude ťahať k zemi a môže spontánne „kráčať“ od rušenia.

Ako zistiť, či je tranzistor s efektom poľa vhodný na priame riadenie z mikrokontroléra, pozri nižšie. V údajovom liste nájdite parameter Vgs, napríklad pre IRL540 sú všetky merania a grafy viazané na Vgs = 5v, dokonca aj taký parameter, ako je pre toto napätie medzi hradlom a zdrojom indikované odpor otvoreného kanála.

Okrem kefy DPT môže byť chladič pripojený k počítaču rovnakým spôsobom, hoci je k dispozícii bezkefový motor, ktorého vinutia sú riadené zabudovaným meničom, ktorého doska je umiestnená priamo v puzdre.

Otáčky týchto dvoch typov motorov sa dajú ľahko meniť zmenou napájacieho napätia. To sa dá urobiť, ak tranzistorová báza nie je pripojená digitálne (digitálny výstup), ale pinom (~ pwm), ktorého hodnota je určená funkciou „analogWrite ()“.

Relé a solenoidy

Pre spínacie obvody, kde nie je potrebná regulácia a časté spínanie je vhodné použiť relé. Výberom toho správneho môžete prepínať akékoľvek prúdy a napätia s minimálnymi stratami vodivosti a zahrievaním elektrického vedenia.

Za týmto účelom pripojte požadované napätie na cievku relé. Na reléovom obvode je jeho cievka navrhnutá na ovládanie 5 voltov, napájacie kontakty môžu prepínať pár voltov aj sieť 220 V.

Solenoidy sú cievky alebo elektromagnetické ovládače.

príklady:

• Pohon zamyká dvere auta;

• Solenoidové ventily;

• Elektromagnet v metalurgickej výrobe;

• Elektráreň Gaussovej zbrane a ďalšie.

V každom prípade vyzerá typický obvod na pripojenie jednosmerných cievok k mikrokontroléru alebo logike takto:

Tranzistor na zosilnenie riadiaceho prúdu je zapojený v opačnom smere, aby chránil výstup mikrokontroléra pred výbuchmi samoindukčného EMF.

Vstupné zariadenia a senzory

Môžete ovládať svoj systém pomocou tlačidiel, rezistorov, kódovacích zariadení. Pomocou tohto tlačidla môžete odoslať signál na digitálny vstup arduino vysokej (vysokej / 5V) alebo nízkej (nízkej / 0V) úrovne.

Na tento účel existujú dve možnosti začlenenia. Potrebujete normálne otvorené tlačidlo bez upevnenia, pre niektoré účely potrebujete prepínač alebo tlačidlo s upevnením - vyberte si podľa situácie. Ak chcete odoslať jednotku, musíte pripojiť prvý kontakt tlačidla k zdroju napájania a druhý k pripojovaciemu bodu rezistora a vstupu mikrokontroléra.

Keď stlačíte tlačidlo na odpor, napájacie napätie klesne, tj na vysokú úroveň. Ak nie je tlačidlo stlačené, v obvode nie je žiadny prúd, potenciál na odpore je nízky, na vstup je privedený signál „Low / 0V“. Tento stav sa nazýva „špendlík je pritiahnutý k zemi a odpor je„ rozťahovaný “.

Ak chcete, aby mikrokontrolér získal 0 namiesto 1, keď kliknete na tlačidlo, pripojte normálne zatvorené tlačidlo rovnakým spôsobom alebo si prečítajte, ako to urobiť s normálnym otvorením.

Aby sa mikropočítaču dal príkaz s nulovým signálom, obvod sa mierne zmení. Jedna vetva rezistora je pripojená k napájaciemu napätiu, druhá k pripojovaciemu bodu normálne otvoreného tlačidla a digitálny vstup arduino.

Po uvoľnení tlačidla zostane na ňom všetko napätie, vstup dostane vysokú úroveň. Tento stav sa nazýva „pin je vytiahnutý až plus“ a rezistor je „pull-up“. Keď stlačíte tlačidlo, posuniete (zatvoríte) vchod na zem.

Delič napätia a vstup signálu z potenciometra a odporového analógu

 

Delič napätia sa používa na pripojenie premenlivých odporov, ako sú termistory, fotorezistory atď. Vzhľadom k tomu, že jeden z rezistorov je konštantný a druhá premenná - môžete pozorovať zmenu napätia v ich strede, na obrázku nad je označená ako Ur.

Je teda možné spojiť rôzne analógové senzory odporového typu a senzory, ktoré pod vplyvom vonkajších síl menia svoju vodivosť. Rovnako ako potenciometre.

Na obrázku nižšie vidíte príklad pripojenia takýchto prvkov. Potenciometer je možné pripojiť bez prídavného odporu, potom v extrémnej polohe bude plné napätie, ale v minimálnej polohe je potrebné zabezpečiť stabilizáciu alebo obmedzenie prúdu - inak to bude skrat.

zistenie

Ak chcete bezchybne pripojiť akýkoľvek modul a navyše k mikrokontroléru, musíte poznať základy elektrotechniky, Ohmov zákon, všeobecné informácie o elektromagnetizme, ako aj základy činnosti polovodičových zariadení. V skutočnosti si môžete byť istí, že je to oveľa jednoduchšie než počúvať tieto zložité slová. Použite diagramy z tohto článku vo svojich projektoch!