Possui conexão de dispositivos ao Arduino

Plataforma para os amantes de robótica e automação Arduino famoso por seu design modular e facilidade de uso. Às vezes me deparo com um anúncio em que eles dizem que você pode montar seu robô sem estar familiarizado com a eletrônica. Mas isso não é inteiramente verdade.

Se alguns atuadores e mecanismos estiverem conectados incorretamente, você poderá gravar portas arduinka (como já descrevi no artigo sobre como não queimar o arduino) E se você não souber lidar com dispositivos digitais - na melhor das hipóteses, você simplesmente não poderá estabelecer uma conexão.

Comprei vários módulos para o arduino, o que fazer a seguir?

Para aprender sobre os recursos da conexão, tensões da fonte de alimentação, níveis lógicos etc., você precisa se familiarizar com a folha de dados do seu módulo.

Folha de dados ou folha de dados é a documentação técnica do produto. Essa documentação pode ser baixada para qualquer chip ou sensor. Geralmente eles estão no site do fabricante. Além disso, existem recursos especiais na rede, nos quais toda uma massa de documentação técnica é coletada

Leia as informações da folha de dados com atenção, mas o que devo procurar? Em primeiro lugar, um chip, além da parte principal do nome, geralmente possui uma parte ou prefixo variável - na maioria das vezes é uma ou mais letras.

Isso indica alguns recursos de um microcircuito específico, por exemplo, potência máxima, tensões de alimentação e níveis lógicos (se o dispositivo é digital), possivelmente o caso em que é executado, etc.

Se você não encontrou informações nutricionais e um logon na folha de dados. níveis, entre em contato com a comunidade de língua russa do arduino, em seus fóruns os recursos de todos os módulos comuns são geralmente considerados.

O ArduinoUno possui uma tensão de alimentação e níveis lógicos de 5 V; se o dispositivo externo operar na faixa de 3,3 V, você precisará forma-los; você pode organizar a energia usando um estabilizador LDO (linear com uma queda baixa, para estabilizar, ele precisa de pelo menos 1,3 volts de “excesso de tensão no máximo”). corrente, contra 2 volts nos estabilizadores da série 78xx, que permite obter 3,3 volts a partir de 4,5 volts (baterias de três dedos).

A documentação técnica para sensores e dispositivos digitais também indica os nomes dos protocolos pelos quais eles "se comunicam". Estes podem ser protocolos e padrões individuais, o mesmo:

• UART

• I2C;

• SPI

O Arduino trabalha com eles. Isso facilitará a localização de bibliotecas prontas e exemplos de código.

Condicionamento e amplificação de sinais

Perguntas sobre a correspondência de dispositivos e atuadores com o arduino geralmente surgem entre iniciantes. Vamos considerar os comuns:

1. Circuitos de tensão correspondentes.

2. A coordenação da potência do pino de saída e do atuador, ou seja, a amplificação de tensão e / ou corrente.

Correspondência de nível

O que devo fazer se os níveis lógicos no meu módulo forem de 3,3 Volts e no arduino 5 Volts? É bastante simples usar um conversor de nível lógico. Ele pode ser montado a partir de elementos discretos ou você pode adquirir um módulo pronto na placa, por exemplo:

Esse conversor é bidirecional, ou seja, abaixa o nível alto e aumenta a resposta baixa. LV (1,2,3,4) - plataformas para conectar sinais de baixo nível, HV (1,2,3,4) - níveis altos, HV e LV sem números - são tensões de 5 e 3,3 Volts, como ocorre com fontes de sinais convertidos GND - fio terra ou negativo. Em um caso particular, existem 4 canais independentes.

Correspondência de circuitos com grandes diferenças de tensão

Se você deseja iniciar um sinal, por exemplo, de circuitos de alta tensão, por exemplo 220 V, é necessário usar um acoplador óptico.Isso fornecerá isolamento galvânico e proteção contra explosões de alta tensão das entradas do microcontrolador. Tais circuitos são usados ​​para receber um sinal e para sinais de saída de um microcontrolador para uma rede, bem como controlar triacs acorrentado.

A probabilidade de surgir um alto potencial na placa arduino, neste caso, é extremamente pequena, isso é garantido pela ausência de contato elétrico e a comunicação é via um canal óptico, ou seja, com a ajuda da luz. Você pode aprender mais sobre isso estudando dispositivos foto e optoeletrônicos.

Se ocorrer um grande salto, o acoplador óptico será gravado, a imagem será PC8171, mas você não sobrecarregará as portas do microcontrolador.

Conectando consumidores poderosos

Como o microcontrolador pode controlar apenas a operação dos dispositivos, você não pode conectar um consumidor poderoso à sua porta. Exemplos desses consumidores:

• Relé

• Solenóides;

• Motores elétricos;

• Servos.

1. Conexão servo

A principal tarefa do servoconversor é definir a posição do rotor conectado aos atuadores, controlá-lo e alterá-lo usando pequenos esforços. Ou seja, você, com a ajuda de um potenciômetro, se o servoconversor for projetado para girar em meia rotação (180 graus) ou com a ajuda de um codificador, se for necessária rotação circular (360 graus), você poderá controlar a posição do eixo servo (motor elétrico no nosso caso) de potência arbitrária.

Muitos entusiastas da robótica usam o arduino como base de seus robôs. Aqui, os servos encontraram grande utilidade. Eles são usados ​​como uma unidade de mecanismos rotativos para câmeras, sensores e ponteiros mecânicos. Os modeladores de rádio usam para conduzir a rotação das rodas nos modelos de carros. O setor utiliza grandes acionamentos em máquinas CNC e outras automações.

Em pequenos serviços amadores, uma placa com sensor de posição e eletrônica é integrada no gabinete. Três fios geralmente saem deles:

• Vermelho - mais energia, se uma unidade poderosa estiver melhor conectada a uma fonte externa, e não à placa Arduino;

• Preto ou marrom - menos, a conexão e mais;

• Amarelo ou laranja - o sinal de controle - é alimentado pelo pino digital do microcontrolador (saída digital).

Uma biblioteca especial é fornecida para gerenciar o servidor, e o acesso a ele é declarado no início do código com o comando "#include servo.h".

Conexão do motor

Para acionar mecanismos e ajustar sua velocidade de rotação, é mais fácil usar o DPT (um motor CC de escova com excitação de ímãs permanentes). Você provavelmente viu esses motores em carros controlados por rádio. Eles são facilmente revertidos (ativados para girar na direção certa), basta alterar a polaridade. Não tente conectá-los diretamente aos pinos!

Melhor usar um transistor. Vai caber qualquer bipolar, pelo menos condutividade direta (pnp), pelo menos reversa (npn). O campo também funciona, mas ao escolher um específico, verifique se o obturador funciona com níveis lógicos?

Caso contrário, ele não abrirá completamente ou você queimará a saída digital do microcontrolador enquanto carrega a capacitância da porta - eles usam um driver, a maneira mais simples é bombear o sinal através de um transistor bipolar. Abaixo está o circuito de controle através transistor de efeito de campo.

Se não houver resistor entre G e S, o obturador (G) não será puxado para o chão e poderá "espontaneamente" andar devido à interferência.

Como determinar se um transistor de efeito de campo é adequado para controle direto de um microcontrolador, veja abaixo. Na folha de dados, encontre o parâmetro Vgs, por exemplo, para IRL540, todas as medições e gráficos estão vinculados a Vgs = 5v, mesmo um parâmetro como a resistência do canal aberto é indicado para essa tensão entre a porta e a fonte.

Além da escova DPT, o refrigerador pode ser conectado a partir do computador da mesma maneira, embora exista um motor sem escova, cujos enrolamentos são controlados pelo conversor embutido, cuja placa está localizada diretamente no seu gabinete.

As rotações desses dois tipos de motores são fáceis de ajustar variando a tensão de alimentação. Isso pode ser feito se a base do transistor não estiver conectada na saída digital (digital), mas com um pino (~ pwm), cujo valor é determinado pela função "analogWrite ()".

Relés e solenóides

Para comutação de circuitos onde a regulação não é necessária e a comutação frequente é conveniente usar um relé. Ao escolher o caminho certo, você pode alternar as correntes e tensões com perdas mínimas em condutividade e aquecimento das linhas de energia.

Para isso, aplique a tensão necessária à bobina do relé. No circuito de relé, sua bobina é projetada para controlar 5 volts, os contatos de potência podem alternar um par de volts e a rede de 220 V.

Os solenóides são bobinas ou atuadores eletromagnéticos.

Exemplos:

• A unidade trava as portas do carro;

• Válvulas solenóides;

• Eletroímã na produção metalúrgica;

• A usina de força da arma Gaussiana e muito mais.

De qualquer forma, um circuito típico para conectar bobinas DC a um microcontrolador ou lógica é semelhante a este:

Um transistor para amplificar a corrente de controle, o diodo é conectado na direção oposta para proteger a saída do microcontrolador contra explosões de EMF de auto-indução.

Dispositivos de entrada e sensores

Você pode controlar seu sistema com botões, resistores e codificadores. Usando o botão, você pode enviar um sinal para a entrada digital do nível alto (alto / 5V) ou baixo (baixo / 0V) do arduino.

Para fazer isso, existem duas opções para inclusão. Você precisa de um botão normalmente aberto sem consertar; para alguns propósitos, de uma chave seletora ou de um conserto - escolha você mesmo, dependendo da situação. Para enviar uma unidade, é necessário conectar o primeiro contato do botão à fonte de alimentação e o segundo ao ponto de conexão do resistor e a entrada do microcontrolador.

Quando o botão é pressionado na resistência, a tensão de alimentação cai, ou seja, um nível alto. Quando o botão não é pressionado, não há corrente no circuito, o potencial no resistor é baixo, o sinal "Low / 0V" é aplicado à entrada. Essa condição é chamada "pino é puxado para o chão e o resistor é" puxado para baixo ".

Se você deseja que o microcontrolador obtenha 0 em vez de 1 ao clicar no botão, conecte o botão normalmente fechado da mesma maneira ou leia como fazê-lo com o normalmente aberto.

Para dar ao microcontrolador um comando com sinal zero, o circuito muda ligeiramente. Uma perna do resistor é conectada à tensão de alimentação, a segunda ao ponto de conexão do botão normalmente aberto e a entrada digital do arduino.

Quando o botão é liberado, toda a tensão permanece nele, a entrada fica em um nível alto. Esse estado é chamado "o pino é puxado para cima" e o resistor é "puxado para cima". Quando você pressiona o botão, está evitando (fechando) a entrada do chão.

Divisor de tensão e entrada de sinal do potenciômetro e analógico resistivo

 

O divisor de tensão é usado para conectar resistências variáveis, como termistores, fotorresistores, etc. Devido ao fato de um dos resistores ser constante e a segunda variável - você pode observar a mudança de tensão no ponto médio, na figura acima, é indicado como Ur.

Assim, é possível conectar vários sensores analógicos do tipo resistivo e sensores que, sob a influência de forças externas, alteram sua condutividade. Bem como potenciômetros.

Na figura abaixo, você vê um exemplo de conexão desses elementos. O potenciômetro pode ser conectado sem um resistor adicional; então, na posição extrema haverá tensão total, mas na posição mínima é necessário garantir a estabilização ou limitação de corrente - caso contrário, curto-circuito.

Conclusões

Para conectar qualquer módulo e adicionar ao microcontrolador sem erros, é necessário conhecer o básico da engenharia elétrica, a lei de Ohm, informações gerais sobre eletromagnetismo e o básico da operação de dispositivos semicondutores. De fato, você pode ter certeza de que tudo isso é muito mais fácil do que ouvir essas palavras complexas. Use os diagramas deste artigo em seus projetos!