ДАО Робота Сумо

Онлайн-книга по созданию робота минисумо на базе Ардуино

Урок 3. Усиливаем «ноги робота». Драйвер двигателей.

Что делать в ситуации когда моторам необходимо много тока, а у микропроцессорной платы его просто нет? Правильно — «звать друзей» J.

Какие возможны варианты?

Первый и второй путь более сложные с точки зрения миниатюризации и уменьшения количества контактов на пайке, поэтому сразу пойдем третьим путем.

Итак – нам необходима специальная микросхема-драйвер двигателей, которая поможет нам справиться с токами, необходимыми для питания моторов робота.

Таких драйверов достаточно много в зависимости от типов моторов, используемого напряжения и силы тока.

Мы выберем оптимальный драйвер для таких моторов, как у нас – TB6612FNG (www.pololu.com). Этот драйвер, основанный на одноименной микросхеме может управлять двумя моторами сразу, что нам и необходимо. В документации к нему мы можем найти необходимые для нас параметры.

На данной картинке приведены основные характеристики драйвера моторов TB6612FNG и описание контактов для его подключения к микропроцессорному контроллеру и моторам. Итак, драйвер может обеспечить моторы напряжением питания от 4,5V до 13,5V. Обеспечить продолжительный ток до 1А на каждый из 2-х двигателей (нам надо 300-900mA) и пиковый до 3A (нам надо максимум 1,6A на каждый при полной блокировке двигателей). В таком варианте наши «мозги» будут целы, «ноги» сыты. Обратите внимание, что микросхема может нагреваться при нагрузках – всегда проверяйте ее температуру, если суморобот проводил долгий и сложный бой.

Ниже представлен вариант схемы подключения микропроцессорной платы AStar 32U4 и драйвера двигателей TB6612FNG с моторами Pololu HP:

Обратите внимание – мы подсоединяем к контактам PWMA и PWMB драйвера двигателей контакты микропроцессорной платы 3 и 9 соответственно, помеченные специальным значком «

». Этот значок говорит нам, что данные цифровые выводы микропроцессорной платы имеют возможность передавать PWM или ШИМ (широтно-импульсно модулированный) сигнал. Не вдаваясь в теоретизирование просто скажем, что позже, в программе, мы сможем управлять скоростью вращения двигателей, используя ШИМ или PWM (pulse-width modulation).

Итак, соединили все компоненты, как указано на схеме – сейчас необходимо написать скетч, который бы смог крутить моторы в двух направлениях – прямом и обратном, с разными скоростями.

Для того, чтобы приступить к программированию, необходимо разобраться, как же подавать сигналы с контактов микропроцессорной платы №0,№1,№2,№3,№7,№9 на соответствующие входы драйвера двигателей PWMA, AIN1, AIN2 и PWMB, BIN1, BIN2 для того, чтобы моторы заработали.

Для решения этой задачи обратимся к рекомендации по использованию драйвера двигателей TB6612FNG. В ней на странице 4 мы найдем управляющую таблицу, с помощь которой сможем понять логику работы драйвера.

В таблице указано, что при подаче на IN1 (AIN1 или BIN1) (столбец 1, IN1) логического нуля — сигнала «LOW» («L»), а на IN2 (AIN2 или BIN2 (столбец 2) логической единицы — сигнала «HIGH» («H»), и на контакт PWM (PWMA или PWMB) сигнала «HIGH» («H»), мотор будет крутиться против часовой стрелки («CCW»), а при изменении сигналов на контактах IN1 и IN2 наоборот будет крутиться по часовой стрелке («CW»). Скорость вращения моторов будет задаваться ШИМ (PWM) сигналом на контактах PWMA и PWMB.

Итак, давайте попробуем написать скетч, который будет управлять моторами.

Для начала вращения моторов против часовой стрелки нам необходимо написать следующие команды в скетче:

//для мотора, подключенного к контактам AO1 и //AO2

заставит его вращаться против часовой стрелки ровно одну секунду с максимальной скоростью, а исполнение команд

заставят его вращаться по часовой стрелке ровно одну секунду.

Во первых, после вращения одну секунду что произойдет с мотором? Мотор продолжит крутиться или остановится? А мы ему дали команду круться или остановиться? Нет. Такие ситуации в программировании моторов нежелательны, так как в разной ситуации разные моторы могут вести себя совсем непредсказуемо – в одном случае он продолжит вращение, в другом просто остановится… Эта неопределенность поможет Вам безусловно увидеть в роботе элементы собственного сознания и даже своенравия… J

Прекратим шутить и вернемся к вопросу.

Как остановить моторы? Смотрим в таблицу – чтобы остановить мотор необходимо подать на оба ввода драйвера логическую единицу – сигнал «HIGH» («H») и на PWM – любой сигнал.

Теперь мотор остановится. Зачем нужна небольшая задержка — delay(10);? – для снятия инерции крутящихся моторов и более надежного торможения – мы живем в инерциальном мире. Чем больше задержка – тем сильнее торможение.

Для второго мотора, подключенного к выводам драйвера BO1 и BO2. все приведенные выше команды также справедливы при замене номеров контактов микропроцессорной платы, подключенной к вводам драйвера двигателей, отвечающим за этот мотор.

Обратим внимание на контакт драйвера двигателей STBY (standby). При подаче на него сигнала «HIGH» («H») все функции драйвера двигателя будут доступны, при сигнале «LOW» драйвер будет находиться в спящем режиме.

Для упрощения и с учетом того, что бои сумороботов проходят очень скоротечно мы сразу подключили данный контакт к +5V, питающим саму микросхему драйвера двигателей – подали постоянный сигнал «HIGH».

Как изменить скорость вращения двигателей?

Вот здесь нам и пригодится упомянутое выше свойство контактов микропроцессорной платы передавать PWM или ШИМ сигнал. Вспомним о том, что мы использовали контакты, которые имеют такое свойство – передавать PWM сигнал. Как Вы уже заметили мы использовали команду analogWrite(pin, value); для формирования ШИМ (PWM) сигнала.

В этой команде значение value может находиться в диапазоне от 0 до 255. При этом 0 в analogWrite равнозначен LOW в digitalWrite, 255 равнозначно HIGH.

Для первого мотора исполнение команд

будет соответствовать вращению мотора против часовой стрелки примерно с половинной скоростью от максимальной (без нагрузки). Обратите внимание, что вместо 255 в команде analogWrite также можно использовать системную константу HIGH или LOW интегрированной среды разработки Arduino.

Таким образом программа, которая вращает моторы вперед-назад с частотой 1 секунда и половинной скоростью, будет выглядеть следующим образом:

//крутим моторы вперед назад с частотой 1 //секунда с половинной скоростью

//переменные для моторов pololu через драйвер //TB6612FNG

Источник

ДРАЙВЕР ДВИГАТЕЛЕЙ L293D

Для управления двигателями робота необходимо устройство, которое бы преобразовывало управляющие сигналы малой мощности в токи, достаточные для управления моторами. Такое устройство называют драйвером двигателей.

Существует достаточно много самых различных схем для управления электродвигателями. Они различаются как мощностью, так и элементной базой, на основе которой они выполнены.

Мы остановимся на самом простом драйвере управления двигателями, выполненном в виде полностью готовой к работе микросхемы. Эта микросхема называется L293D и является одной из самых распространенных микросхем, предназначенных для этой цели.

L293D содержит сразу два драйвера для управления электродвигателями небольшой мощности (четыре независимых канала, объединенных в две пары). Имеет две пары входов для управляющих сигналов и две пары выходов для подключения электромоторов. Кроме того, у L293D есть два входа для включения каждого из драйверов. Эти входы используются для управления скоростью вращения электромоторов с помощью широтно модулированного сигнала (ШИМ).

L293D обеспечивает разделение электропитания для микросхемы и для управляемых ею двигателей, что позволяет подключить электродвигатели с большим напряжением питания, чем у микросхемы. Разделение электропитания микросхем и электродвигателей может быть также необходимо для уменьшения помех, вызванных бросками напряжения, связанными с работой моторов.

Принцип работы каждого из драйверов, входящих в состав микросхемы, идентичен, поэтому рассмотрим принцип работы одного из них.

К выходам OUTPUT1 и OUTPUT2 подключим электромотор MOTOR1.
На вход ENABLE1, включающий драйвер, подадим сигнал (соединим с положительным полюсом источника питания +5V). Если при этом на входы INPUT1 и INPUT2 не подаются сигналы, то мотор вращаться не будет.

Если мы уберем сигнал с входа ENABLE1, то при любых вариантах наличия сигналов на входах INPUT1 и INPUT2 мотор вращаться не будет.

Представить лучше принцип работы драйвера двигателя можно, рассмотрев следующую таблицу:

ENABLE1	INPUT1	INPUT2	OUTPUT1	OUTPUT2
1	0	0	0	0
1	1	0	1	0
1	0	1	0	1
1	1	1	1	1

Теперь рассмотрим назначение выводов микросхемы L293D.

Источник

Двигатели постоянного тока робота. Драйвер движка L293D и Arduino

Двигатель постоянного тока потребляет очень большой ток. И для того, чтобы управлять им требуются специальные силовые транзисторные ключи. Существуют специальные микросхемы, которые заточены под эту задачу и имя их L293D. А для плат Arduino существует уже готовое решение — плата расширения драйвер двигателя L293D.

Из этой статьи вы узнаете:

Приветствую вас на своих страницах блога, уважаемые читатели. Сегодняшняя статья будет отдельно посвящена этому замечательному драйверу, который играет целевую роль для колёсного робота или для того, чтобы подключить силовые шаговые двигатели, типа NEMA.

Совсем недавно я приобрёл данный драйвер, 2 OLED экрана для Ардуино и датчик для измерения влажности почвы.

Как раз драйвер двигателей на данном этапе является основной частью для изучения, так как я буду его применять в силовой части робота, собран он будет совместно с Arduino UNO. Этот «Бутерброд» будет выполнять основные задачи по движению шасси робота.

Большой плюс в Arduino — это быстродействие, и все операции движения будет выполнять скетч в его «мозгах». Затем я буду снимать всю информацию на Raspberry Pi и обрабатывать её.

Драйвер двигателей — L293D, общее описание

Мотор-шильды на основе микросхем L293 и L298N являются самыми популярными драйверами для управления моторами постоянного тока. На фото выше данная плата позволяет подключить 4 DC мотора (либо 2 шаговых двигателя) и два серводвигателя. Помимо этого ещё на борту платы есть несколько аналоговых входов, что позволяет подключить несколько ультразвуковых датчиков. Это очень удобно.

Почему? Потому что таким образом мы можем завязать независимую логику управления трансмиссией робота чисто на Ардуино. Потом передавать необходимые данные в верхние инстанции по каналам связи. основным целевым мозгом является одноплатный компьютер. Неважно, будет ли это Raspberry Pi, или Orange Pi, или Banana Pi.

Я закончил своё лирическое отступление, продолжаем дальше:

В составе этой платы имеются две микросхемы L293D (1). L-ка позволяет управлять слаботочными двигателями с током потребления до 600 мА на канал. Для подключения двигателей используются зажимные клеммы (2).

Использование двух микросхем L293D позволяет одновременно подключить 4 моторчика постоянного тока либо 2 шаговых мотора, либо два моторчика и шаговый. Для управления на прямую выводами L-ки (IN1, IN2, IN3, IN4),отвечающими за выбор направления вращения, необходимо 4 вывода, а для двух микросхем целых 8.

Для уменьшения количества управляющих выводов в игру вступает сдвиговый регистр 74НС595 (3). Благодаря регистру управление сводится с 8-ми пинов к 4-ем.

Так же на шильдике имеются шесть пинов (4) для подключения двух сервоприводов. (Кстати очень полезная и нужная штука, если понадобиться прицепить манипулятор с двумя степенями свободы).

Питание силовой части производится либо от внешнего клеммника (6) либо замыканием джампера (5) ( питание от клеммника моторов +M соединяется с выводом VinArduino).

При замкнутом джампере напряжение для объединенного питания должно лежать в пределах от 6 до 12 Вольт.

Используемые выводы Arduino для управления моторами

Выводы для скорости вращения двигателями:

Выводы, отвечающие за направления двигателей:

Выводы для управления сервоприводами:

Незадействованные аналоговые входы(Они же могут быть и дискретными вводами/выводами):

Программирование на Arduino

По сути библиотека выполняет всего две команды — это скорость вращения и направление.

Скорость вращения это команда setSpeed (скорость). В скобках указывается аргумент скорости, который принимает от 0 до 255. И направление вращения run (направление). В скобках аргумент может принимать три значения: FORWARD (вперёд), BACKWARD (назад) или RELEASE (стоп).

Ну что, пробуем скетч? В принципе на моём роботе, только два двигателя, поэтому я проводил испытания, только на двух каналах.

Источник