في هذه المقالة، سوف نلقي نظرة فاحصة على كيفية عمل الجسر H، والذي يستخدم للتحكم في محركات التيار المستمر ذات الجهد المنخفض. على سبيل المثال، سوف نستخدم الدائرة المتكاملة L298، والتي تحظى بشعبية كبيرة بين عشاق الروبوتات. لكن أولاً، من البسيط إلى المعقد.
جسر H على المفاتيح الميكانيكية
يعتمد اتجاه دوران عمود المحرك DC على قطبية مصدر الطاقة. ولتغيير هذه القطبية، دون إعادة توصيل مصدر الطاقة، يمكننا استخدام 4 مفاتيح كما هو موضح في الشكل التالي.
يُعرف هذا النوع من الاتصال باسم "جسر H" - نظرًا لشكل الدائرة الذي يشبه الحرف "H". يحتوي مخطط توصيل المحرك هذا على خصائص مثيرة للاهتمام للغاية، والتي سنصفها في هذه المقالة.
إذا أغلقنا المفتاحين العلوي الأيسر والسفلي الأيمن، فسيتم توصيل المحرك من اليمين إلى السالب ومن اليسار إلى الموجب. ونتيجة لذلك، فإنه سيتم تدويره في اتجاه واحد (يتم الإشارة إلى المسار الحالي بالخطوط الحمراء والأسهم).
إذا أغلقنا المفاتيح العلوية اليمنى والسفلية اليسرى، فسيتم توصيل المحرك على اليمين بالموجب، وعلى اليسار بالسالب. في هذه الحالة، سوف يدور المحرك في الاتجاه المعاكس.
تحتوي دائرة التحكم هذه على عيب واحد مهم: إذا تم إغلاق كلا المفتاحين الموجودين على اليسار أو كلا المفتاحين الموجودين على اليمين في نفس الوقت، فسيتم قصر دائرة مصدر الطاقة، لذلك يجب تجنب هذا الموقف.
الشيء المثير للاهتمام في الدائرة التالية هو أنه باستخدام المفتاحين العلوي أو السفلي فقط، نقوم بإزالة الطاقة من المحرك، مما يؤدي إلى توقف المحرك.
وبطبيعة الحال، فإن الجسر H المصنوع بالكامل من العوائق ليس متعدد الاستخدامات. لقد قدمنا هذا المثال فقط لنشرح بطريقة بسيطة ومرئية مبدأ تشغيل الجسر H.
ولكن إذا استبدلنا المفاتيح الميكانيكية بمفاتيح إلكترونية، فسيكون التصميم أكثر إثارة للاهتمام، لأنه في هذه الحالة يمكن تنشيط المفاتيح الإلكترونية بواسطة دوائر منطقية، على سبيل المثال، وحدة تحكم دقيقة.
جسر H الترانزستوري
لإنشاء جسر H إلكتروني على الترانزستورات، يمكنك استخدام الترانزستورات من النوع NPN وPNP. يمكن أيضًا استخدام ترانزستورات التأثير الميداني. سنلقي نظرة على نسخة الترانزستور NPN لأن هذا هو الحل المستخدم في شريحة L298 والذي سنراه لاحقا.
الترانزستور هو مكون إلكتروني يمكن أن يكون وصف تشغيله معقدًا، ولكن فيما يتعلق بالجسر H الخاص بنا، فمن السهل تحليل تشغيله لأنه يعمل في حالتين فقط (القطع والتشبع).
يمكننا أن نفكر في الترانزستور ببساطة باعتباره مفتاحًا إلكترونيًا يُغلق عندما تكون القاعدة (b) صفر فولت، ويُفتح عندما تكون القاعدة موجبة.
حسنًا، لقد استبدلنا المفاتيح الميكانيكية بمفاتيح ترانزستور. نحن الآن بحاجة إلى وحدة تحكم تتحكم في ترانزستوراتنا الأربعة. لهذا سوف نستخدم العناصر المنطقية من النوع "AND".
منطق التحكم في الجسر H
تتكون بوابة AND من مكونات إلكترونية متكاملة، وبدون معرفة ما بداخلها، يمكننا أن نفكر فيها كنوع من "الصندوق الأسود" الذي يحتوي على مدخلين ومخرج واحد. يوضح لنا جدول الحقيقة 4 مجموعات محتملة من إشارات الإدخال وإشارة الخرج المقابلة لها.
نحن نرى أنه فقط عندما يكون لدى كلا المدخلين إشارة إيجابية (إشارة منطقية)، تظهر إشارة منطقية عند الإخراج. وفي جميع الحالات الأخرى، سيكون الخرج صفرًا منطقيًا (0V).
بالإضافة إلى بوابة AND هذه، سيحتاج جسر H الخاص بنا إلى نوع آخر من بوابة AND، حيث يمكننا رؤية دائرة صغيرة عند أحد مدخلاته. لا يزال هذا هو نفس العنصر المنطقي "AND"، ولكن مع إدخال واحد مقلوب (مقلوب). في هذه الحالة، سيكون جدول الحقيقة مختلفًا بعض الشيء.
إذا قمنا بدمج هذين النوعين من عناصر "AND" مع مفتاحين إلكترونيين، كما هو موضح في الشكل التالي، فإن حالة الخرج "X" يمكن أن تكون في ثلاث حالات: مفتوحة أو إيجابية أو سلبية. سيعتمد هذا على الحالة المنطقية للمدخلين. يُعرف هذا النوع من المخرجات باسم "مخرجات الحالات الثلاثة" ويستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات الرقمية.
الآن دعونا نرى كيف سيعمل مثالنا. عندما يكون دخل ENA (التمكين) 0V، بغض النظر عن حالة الإدخال A، سيكون مخرج X مفتوحًا لأن مخرجات كل من بوابتي AND ستكون 0V، وبالتالي سيكون المفتاحان مفتوحين أيضًا.
عندما نطبق الجهد على دخل ENA، سيتم إغلاق أحد المفتاحين اعتمادًا على الإشارة عند الإدخال "A": المستوى العالي عند الإدخال "A" سوف يربط الإخراج "X" بالموجب، والمستوى المنخفض عند الإدخال " A" سيقوم بتوصيل الإخراج "X" "بمصدر الطاقة السالب.
وهكذا قمنا ببناء أحد فرعي جسر "H". الآن دعنا ننتقل إلى النظر في تشغيل الجسر الكامل.
تشغيل جسر H كامل
وبإضافة دائرة مماثلة للفرع الثاني من الجسر H، نحصل على جسر كامل يمكن توصيل المحرك به بالفعل.
لاحظ أن مدخل التمكين (ENA) متصل بكلا ساقي الجسر، في حين أن المدخلين الآخرين (In1 وIn2) مستقلان. ولتوضيح الدائرة لم نشير إلى المقاومة الوقائية عند قواعد الترانزستورات.
عندما تكون قيمة ENA 0V، فإن جميع مخارج البوابات المنطقية تكون أيضًا 0V، وبالتالي يتم إغلاق الترانزستورات ولا يدور المحرك. إذا تم تطبيق إشارة موجبة على دخل ENA، وكان هناك 0V عند مدخلات IN1 وIN2، فسيتم تنشيط العنصرين "B" و"D". في هذه الحالة، سيتم تأريض مدخلي المحرك ولن يدور المحرك أيضًا.
إذا طبقنا إشارة موجبة على IN1، بينما IN2 هو 0V، فسيتم تنشيط العنصر المنطقي "A" مع العنصر "D"، وسيتم تعطيل "B" و "C". ونتيجة لذلك، سيحصل المحرك على طاقة زائدة من الترانزستور المتصل بالعنصر "A" وطاقة ناقصة من الترانزستور المتصل بالعنصر "D". سيبدأ المحرك في الدوران في اتجاه واحد.
إذا قمنا بعكس (قلب) الإشارات عند المدخلات IN1 و IN2، ففي هذه الحالة يتم تنشيط العناصر المنطقية "C" و "B"، ويتم تعطيل "A" و "D". والنتيجة هي أن المحرك سيستقبل طاقة موجبة من الترانزستور المتصل بالـ "C" والطاقة السالبة من الترانزستور المتصل بالـ "B". سيبدأ المحرك في الدوران في الاتجاه المعاكس.
إذا كانت هناك إشارة موجبة عند المدخلين IN1 وIN2، فإن العناصر النشطة مع الترانزستورات المقابلة ستكون "A" و"C"، في حين سيتم توصيل كلا مخرجي المحرك بمصدر الطاقة الموجب.
جسر H على السائق L298
الآن دعونا نلقي نظرة على تشغيل شريحة L298. يوضح الشكل رسمًا تخطيطيًا للمحرك L298، الذي يحتوي على جسرين متطابقين على شكل حرف H ويسمح لك بالتحكم في محركين يعملان بالتيار المباشر (DC).
كما نرى، فإن الجزء السلبي من الجسور غير متصل مباشرة بالأرض، ولكنه متاح على الدبوس 1 للجسر على اليسار وعلى الدبوس 15 للجسر على اليمين. وبإضافة مقاومة صغيرة جدًا (تحويلة) بين هذه الأطراف والأرضية (RSA وRSB)، يمكننا قياس استهلاك التيار لكل جسر باستخدام دائرة إلكترونية يمكنها قياس انخفاض الجهد عند "SENS A" و"SENS B" نقاط.
يمكن أن يكون هذا مفيدًا لتنظيم تيار المحرك (باستخدام PWM) أو ببساطة تنشيط نظام الحماية في حالة توقف المحرك (وفي هذه الحالة يزيد استهلاكه الحالي بشكل كبير).
صمام ثنائي الحماية للأحمال الحثية
يحتوي كل محرك على ملف سلكي (ملف)، وبالتالي، أثناء عملية التحكم في المحرك، تحدث موجة من EMF الحث الذاتي في أطرافه، مما قد يؤدي إلى إتلاف ترانزستورات الجسر.
لحل هذه المشكلة، يمكنك استخدام الثنائيات السريعة من نوع Shottky، أو، إذا لم تكن محركاتنا قوية بشكل خاص، يمكنك فقط استخدام الثنائيات المعدلة العادية مثل 1N4007. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن مخرجات الجسر تغير قطبيتها أثناء التحكم في المحرك، لذلك من الضروري استخدام أربعة صمامات ثنائية بدلاً من واحد.
تحل المحولات الإلكترونية محل المحولات الأساسية الفولاذية الضخمة. المحول الإلكتروني نفسه، على عكس الكلاسيكية، هو جهاز كامل - محول الجهد.
تستخدم هذه المحولات في الإضاءة لتشغيل مصابيح الهالوجين بقدرة 12 فولت. إذا قمت بإصلاح الثريات بجهاز التحكم عن بعد، فمن المحتمل أنك واجهتها.
هنا رسم تخطيطي للمحول الإلكتروني جيندل(نموذج الحصول على 03) مع حماية ماس كهربائى.
عناصر الطاقة الرئيسية للدائرة هي الترانزستورات n-p-n MJE13009، والتي يتم توصيلها وفقًا لدائرة نصف الجسر. تعمل في الطور المضاد بتردد 30 - 35 كيلو هرتز. يتم ضخ كل الطاقة الموردة للحمل - مصابيح الهالوجين EL1...EL5 - من خلالها. الثنائيات VD7 و VD8 ضرورية لحماية الترانزستورات V1 و V2 من الجهد العكسي. من الضروري وجود دينيستور متماثل (المعروف أيضًا باسم دياك) لبدء الدائرة.
على الترانزستور V3 ( 2N5551) والعناصر VD6، C9، R9 - R11، يتم تنفيذ دائرة حماية ماس كهربائى عند الإخراج ( حماية ماس كهربائى).
في حالة حدوث ماس كهربائي في دائرة الخرج، فإن زيادة التيار المتدفق عبر المقاومة R8 سوف يتسبب في تشغيل الترانزستور V3. سوف يفتح الترانزستور ويمنع تشغيل دينستور DB3، الذي يبدأ الدائرة.
يمنع المقاوم R11 والمكثف الكهربائي C9 التشغيل الخاطئ للحماية عند تشغيل المصابيح. عند تشغيل المصابيح، تكون الشعيرات باردة، لذلك ينتج المحول تيارًا كبيرًا في بداية التشغيل.
لتصحيح جهد التيار الكهربائي 220 فولت، يتم استخدام دائرة جسر كلاسيكية مكونة من صمامات ثنائية 1.5 أمبير 1N5399.
يتم استخدام مغو L2 كمحول تنحي. يستغرق ما يقرب من نصف المساحة الموجودة على محول PCB.
نظرا لبنيته الداخلية، لا ينصح بتشغيل المحول الإلكتروني بدون تحميل. ولذلك فإن الحد الأدنى من قوة الحمل المتصل هو 35 - 40 واط. يُشار عادةً إلى نطاق طاقة التشغيل على جسم المنتج. على سبيل المثال، على جسم المحول الإلكتروني في الصورة الأولى، يشار إلى نطاق طاقة الخرج: 35 - 120 واط. الحد الأدنى من قوة الحمل هو 35 واط.
من الأفضل توصيل مصابيح الهالوجين EL1...EL5 (تحميل) بمحول إلكتروني بأسلاك لا يزيد طولها عن 3 أمتار. نظرًا لتدفق تيار كبير عبر الموصلات الموصلة، فإن الأسلاك الطويلة تزيد من المقاومة الإجمالية في الدائرة. ولذلك، فإن المصابيح الموجودة على مسافة أبعد سوف تضيء بشكل خافت أكثر من تلك الموجودة في مكان أقرب.
ومن الجدير بالذكر أيضًا أن مقاومة الأسلاك الطويلة تساهم في تسخينها بسبب مرور تيار كبير.
ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه نظرًا لبساطتها، تعد المحولات الإلكترونية مصادر للتداخل عالي التردد في الشبكة. عادةً، يتم وضع مرشح عند مدخل هذه الأجهزة لمنع التداخل. كما نرى من الرسم البياني، لا تحتوي المحولات الإلكترونية لمصابيح الهالوجين على مثل هذه المرشحات. ولكن في مصادر طاقة الكمبيوتر، والتي يتم تجميعها أيضًا باستخدام دائرة نصف جسر ومع مذبذب رئيسي أكثر تعقيدًا، يتم عادةً تركيب هذا المرشح.
يحتوي كل روبوت تقريبًا على محركات. وفي بعض الروبوتات، يقومون بقيادة العجلات، مما يجعل السيارة تتحرك في الاتجاه المطلوب. وفي حالات أخرى، تقوم المحركات بتدوير المراوح، مما يخلق دفعًا رأسيًا للطيران. تسمح المحركات لمفاصل الذراع الآلية الصناعية بتدوير وتحريك عربة الطابعة ثلاثية الأبعاد. بشكل عام، لا يمكنك صنع روبوت بدون محرك جيد. هناك أنواع عديدة من المحركات. أكثر المحركات شيوعًا في مجال الروبوتات تشمل محرك DC، ومحرك السائر، ومحرك بدون فرش. كل نوع له خصائصه وإيجابياته وسلبياته. بعضها أكثر ملاءمة للحركات الدقيقة، والبعض الآخر يجعل من السهل رفع طائرة متعددة المروحيات إلى السماء. لكل مشروع، تحتاج إلى اختيار نوع المحرك المناسب بعناية. سنتناول في هذا الدرس كيفية التحكم في محرك التيار المستمر. تُستخدم محركات هذا النوع من الأجزاء في الروبوتات على المنصات ذات العجلات والمتعقبة. وسنبدأ بأبسط طريقة للتحكم.
1. الترانزستور
يواجه كل روبوت مبتدئ مشكلة توصيل المحرك بوحدة التحكم الدقيقة. بعد اجتيازه، يبدو أنه يمكنك فعل الشيء نفسه مع المحرك: توصيله بالدبابيس الرقمية اردوينوثم قم بتشغيله وإيقافه حسب البرنامج. ولكن لم يكن هناك. حتى المحرك الصغير، الذي يستخدم غالبًا في أنواع مختلفة من الألعاب، يتطلب تشغيله تيارًا يتراوح من 200 مللي أمبير إلى 1 أمبير. ويمكن أن يعطينا الإخراج الرقمي لـ Arduino 20 مللي أمبير فقط. تتطلب معظم المحركات القوية جهدًا أكبر من 5 فولت التي اعتاد عليها الأردوينو. المحركات ذات 12 و 24 و 48 فولت شائعة. بمعنى آخر، الاردوينو ضعيف جدًا في التحكم المباشر بالمحركات. نحن بحاجة إلى نوع من الوسيط القوي! أبسط وسيط هو الترانزستور. كل من الترانزستورات ذات التأثير الميداني والترانزستورات ثنائية القطب التي تعمل في وضع التبديل مناسبة. يوجد أدناه دائرة تحكم في المحرك باستخدام ترانزستور NPN ثنائي القطب.
كما ترون، المخطط بسيط جدا. نقوم بتطبيق إشارة ضعيفة من Arduino إلى قاعدة الترانزستور من خلال مقاومة 1 كيلو أوم، ونتيجة لذلك يفتح الترانزستور قناة قوية يمر من خلالها التيار من الموجب إلى الناقص عبر المحرك. في الأساس، حصلنا على بدائية سائق دراجه ناريه! من الضروري تركيب صمام ثنائي وقائي في الدائرة، على سبيل المثال 1N4001 أو 1N4007. سيمنع هذا الصمام الثنائي الترانزستور ووحدة التحكم من الاحتراق عند توقف المحرك، عندما يخلق EMF الحث الذاتي زيادة في الجهد على اللفات. في هذه الدائرة يمكننا استخدام ترانزستور 2N2222A NPN. يمكن لهذا الترانزستور ثنائي القطب التحكم في التيار حتى 1 أمبير والجهد حتى 40 فولت، لذلك يمكن استخدامه تمامًا للمحركات الصغيرة. النظير الروسي لهذا الترانزستور هو KT315. باستخدام ترانزستور واحد، يمكننا تشغيل وإيقاف محرك التيار المستمر في اتجاه واحد. لكن الروبوت ذو العجلات يجب أن يتحرك في اتجاه واحد وفي الاتجاه الآخر. ما يجب القيام به؟ هناك حاجة إلى سائق أكثر تقدما. 2. جسر H
وبتركيب الترانزستورات بطريقة معينة نحصل على جهاز للتحكم في دوران المحرك في كلا الاتجاهين. يسمى هذا الجهاز جسر H. هذا ما يبدو عليه الجسر H على الترانزستورات ثنائية القطب:
INA و INB في الشكل هما مدخلات إشارات التحكم الضعيفة. في حالة Arduino، يجب تزويدها إما بـ 0 (أرضي) أو +5V. VCC هو مصدر الطاقة للمحركات ويمكن أن يكون جهد إشارة التحكم عدة مرات. GND هي الأرضية المشتركة بين Arduino وH-bridge. اعتمادًا على المدخل الذي نطبق عليه إشارة إيجابية، سوف يدور المحرك في اتجاه أو آخر. كقاعدة عامة، بالإضافة إلى الجسر H نفسه، تتم إضافة الثنائيات الواقية والمرشحات والمقارنات الضوئية وغيرها من التحسينات إلى دائرة تشغيل محرك التيار المستمر. 3. شريحة السائق L293D
بالطبع، ليس من الضروري تجميع محرك المحرك يدويًا من الترانزستورات الفردية. هناك العديد من الدوائر الدقيقة الجاهزة التي تسمح لك بالتحكم في أنواع مختلفة من المحركات. سننظر في المشترك سائق L293D.
تتكون الدائرة الدقيقة من جسرين على شكل حرف H، مما يعني أنه يمكنك التحكم في محركين في وقت واحد. تم تجهيز كل جسر بأربعة صمامات ثنائية واقية وحماية من الحرارة الزائدة. الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن ينقله L293D إلى المحرك هو 1.2 أمبير. تيار التشغيل - 600 مللي أمبير. الحد الأقصى للجهد - 36 فولت. 4. الاتصال
تحتوي شريحة L293D على حزمة DIP مكونة من 16 طرفًا. مخطط pinout أدناه.
تذكر أن المسامير يتم حسابها عكس اتجاه عقارب الساعة وتبدأ من التجويف الموجود في جسم الدائرة الدقيقة. - +V - مصدر طاقة الدائرة الدقيقة، 5 فولت؛
- +Vmotor - مصدر طاقة للمحركات حتى 36 فولت ؛
- 0 فولت - أرضي؛
- En1، En2 — محطات تشغيل/إيقاف الجسور H؛
- In1، In2 - دبابيس التحكم في أول جسر H؛
- Out1، Out2 - محطات لتوصيل المحرك الأول؛
- In3، In4 - محطات التحكم في الجسر H الثاني؛
- Out3، Out4 - محطات لتوصيل المحرك الثاني.
| سائق L293D | في 1 | في 2 | في 3 | في4 | En1 | En2 | الخامس+ | محرك V+ | 0 فولت |
| اردوينو أونو | 7 | 8 | 2 | 3 | 6 | 5 | +5 فولت | +5 فولت | أرض |
مظهر التخطيط
5. البرنامج
دعونا نكتب برنامجًا بسيطًا يقوم بتدوير المحرك وتغيير اتجاهه كل ثانية. كونست إنت in3 = 2؛ كونست إنت in4 = 3؛ كونست إنت en2 = 5؛ إعداد الفراغ () (pinMode (in3، OUTPUT)؛ pinMode (in4، OUTPUT)؛ pinMode (en2، OUTPUT)؛ AnalogWrite (en2، 255)؛) حلقة باطلة () (digitalWrite (in3، LOW)؛ digitalWrite (in4، عالية)؛ تأخير (1000)؛ كتابة رقمية (in3، عالية)؛ كتابة رقمية (in4، منخفضة)؛ تأخير (1000)؛ ) وظيفة AnalogWriteباستخدام إشارة PWM، فإنه يتحكم في قوة المحرك. في هذا البرنامج نأمر السائق بتدوير المحرك بالسرعة القصوى وهو ما يتوافق مع إشارة PWM البالغة 255. وتجدر الإشارة هنا إلى أن تقليل إشارة PWM إلى النصف لن يعطي نصف السرعة. تعتمد سرعة ودفع محركات التيار المستمر بشكل غير خطي على جهد الدخل. الآن دعونا تعقيد البرنامج. بالإضافة إلى الاتجاه، سنقوم أيضًا بتغيير القوة. كونست إنت in3 = 2؛ كونست إنت in4 = 3؛ كونست إنت en2 = 5؛ إعداد الفراغ () (pinMode (in3، OUTPUT)؛ pinMode (in4، OUTPUT)؛ pinMode (en2، OUTPUT)؛) حلقة باطلة () (digitalWrite (in3، HIGH)؛ digitalWrite (in4، LOW)؛ AnalogWrite (en2، 150)؛ تأخير (2000)؛ تمثيلي (en2، 255)؛ تأخير (2000)؛ كتابة رقمية (in3، LOW)؛ كتابة رقمية (in4، عالية)؛ تمثيلية (en2، 150)؛ تأخير (2000)؛ تمثيلية (en2، 255); تأخير(2000); ) هذا ما سيحدث في النهاية. في البداية، يدور المحرك بسرعة منخفضة، ثم يصل إلى السرعة القصوى، ويكرر كل شيء في الاتجاه المعاكس. في الفيديو نقوم بتدوير محرك CH1 DC المشترك بعجلة. وغالبا ما تستخدم هذه في الروبوتات التعليمية.مهام
الآن بعد أن أصبح من الواضح قليلاً كيفية التحكم في محركات التيار المستمر التقليدية، فلنحاول تنفيذ العديد من المهام بناءً على أبسط روبوت على عجلتين.- قم بتجميع محرك يعتمد على ترانزستور NPN واحد، واستخدمه لتدوير المحرك.
- يمكنك التحكم في محركين في وقت واحد باستخدام L293D، ونقل طاقة مختلفة إليهما.
- قم بتجميع الروبوت ذو العجلات واجعله يتحرك في دائرة.
- جعل الروبوت ذو العجلات يتحرك في دوامة.
لماذا نحتاج إلى سائقي السيارات والجسور H على وجه الخصوص؟
بعد أن تعلموا "القفز" على الدبابيس وإضاءة مصابيح LED، يريد عشاق Arduino وعشاقها شيئًا أكثر، شيئًا أكثر قوة، على سبيل المثال، تعلم التحكم في المحركات. من المستحيل توصيل المحرك مباشرة بوحدة التحكم الدقيقة، نظرًا لأن تيارات دبوس وحدة التحكم النموذجية تبلغ عدة ملي أمبير، وبالنسبة للمحركات، حتى تلك التي تعمل بالألعاب، يصل العدد إلى عشرات ومئات المللي أمبير، وحتى عدة أمبيرات. نفس الشيء بالنسبة للجهد: يعمل المتحكم الدقيق بفولتية تصل إلى 5 فولت، وتأتي المحركات بفولتية مختلفة.
تتعلق هذه المراجعة فقط بتشغيل محركات التيار المستمر ذات الفرشاة؛ بالنسبة للمحركات السائر، من الأفضل استخدام محركات السائر المتخصصة، والمحركات بدون فرش لها محركات خاصة بها؛ وهي غير متوافقة مع المحركات ذات الفرشاة. لاحظ أنه يوجد في الأدبيات الناطقة باللغة الروسية بعض الالتباس في المصطلحات - يُطلق على برامج تشغيل المحرك اسم وحدات "الأجهزة" وأجزاء التعليمات البرمجية، وهي الوظائف المسؤولة عن العمل مع برامج تشغيل "الأجهزة" هذه. نعني بكلمة "سائق" وحدة متصلة من ناحية بمتحكم دقيق (على سبيل المثال، بلوحة Arduino)، ومن ناحية أخرى بالمحرك. هذا "المحول" للإشارات المنطقية لوحدة التحكم إلى جهد خرج لتشغيل المحرك هو "محرك" المحرك، وعلى وجه الخصوص، محرك L9110S الخاص بنا.
مبدأ التشغيل مزدوجح-على أساس الجسرل9110 س
H - الجسر (اقرأ "جسر الرماد") - وحدة إلكترونية، مشابهة للمفتاح، تستخدم عادةً لتشغيل محركات التيار المستمر والمحركات السائر، على الرغم من استخدام وحدات أكثر تخصصًا عادةً لمحركات السائر. تم تسميته بـ "H" لأن مخطط دائرة الجسر H يشبه الحرف H.تحتوي "العصا" H على محرك DC. إذا قمت بإغلاق جهات الاتصال S1 و S4، فسوف يدور المحرك في اتجاه واحد، على اليسار سيكون هناك صفر (S1)، على اليمين + الجهد (S4). إذا قمت بإغلاق جهات الاتصال S2 و S3، فسيكون هناك صفر (S3) عند جهة الاتصال اليمنى للمحرك، وعلى اليسار + الطاقة (S1)، سوف يدور المحرك في الاتجاه الآخر. الجسر عبارة عن شريحة L9110 مع حماية ضد التيارات: عند التبديل، يتم فتح جهات الاتصال أولاً، وبعد فترة فقط يتم إغلاق جهات الاتصال الأخرى. توجد شريحتان L9110 على اللوحة، بحيث يمكن للوحة واحدة التحكم في اثنين من مستهلكي التيار المستمر: المحركات، والملفات اللولبية، ومصابيح LED، أو أيًا كان، أو محرك متدرج ثنائي الملف (تسمى هذه المحركات المتدرجة ثنائية القطب ثنائية الطور).
عناصر المجلس
اللوحة صغيرة الحجم وتحتوي على عدد قليل من العناصر:
- اتصال المحرك أ
- موصل توصيل المحرك B
- المحرك شريحة H-bridge
- رقاقة المحرك B H-bridge
- دبابيس اتصال الطاقة والتحكم
اتصال
المحرك أ والمحرك ب -مخرجان لتوصيل الحمل الحالي لا يزيد عن 0.8 أمبير ؛ V-1A -إشارة "المحرك B للأمام" ؛ في 1ب-إشارة "المحرك B عكسي" ؛ الأرض (GND)- يجب أن يكون متصلاً بأرضية وحدة التحكم الدقيقة ومصدر طاقة المحرك. تَغذِيَة (سي سي) -مصدر طاقة المحرك (لا يزيد عن 12 فولت) ؛ أ-1أ -إشارة "المحرك أ للأمام" ؛ أ-1ب-إشارة "المحرك A العكسي". تتحكم الإشارات الموجودة على المسامير في الجهد عند مخرجات توصيل المحركات:للتحكم بسلاسة في جهد الخرج، لا نستخدم إشارة عالية فحسب، بل نطبق إشارة معدلة بعرض النبضة (PWM). يمكن لجميع أطراف Arduino المميزة بـ ~ أن تعطي مخرجات PWM باستخدام الأمر AnalogWrite(n,P)، حيث n هو رقم الدبوس (في Arduino Nano وUno هما 3.5-6 و9-11 على التوالي). عند استخدام هذه الأطراف لإشارة PWM، يجب عليك استخدام المؤقتات 0 (الأطراف 5 و6)، والمؤقت 1 (الأطراف 9 و10)، والمؤقت 2 (الأطراف 3 و11). الحقيقة هي أن بعض وظائف المكتبة يمكن أن تستخدم نفس الموقتات - عندها سيكون هناك تعارض. بشكل عام، يكفي معرفة أن الطرف 3 متصل بالمدخل A-1B، والطرف 5 متصل بالمدخل A1-A، فإن أمر الكتابة الرقمية (3,127) سيوفر 50% من الجهد للمحرك في الاتجاه الأمامي.
مثال الاستخدام
التحكم بالروبوت: عربة بمصباح أمامي (LED أبيض) وإضاءة خلفية (LED أحمر). البرنامج مدرج أدناه ويصف الحركة الدورية للعربة: توقف للأمام، للخلف، للتوقف. يتم التعليق على جميع الخطوات المهمة في البرنامج.
يتم توصيل المحرك بأطراف المحرك A، ويتم توصيل مصابيح LED بمخرج المحرك B. يقوم الروبوت بتحريك الوقت للأمام عن طريق تشغيل مؤشر LED الأبيض. التالي هو الوقت المناسب مع مصابيح LED بيضاء نصف مضاءة. ثم يعود للخلف، ويشغل مصابيح LED الحمراء. التالي هو الوقت مرة أخرى، تشغيل مصابيح LED الحمراء ثم البيضاء بنصف السطوع. // محرك المحرك L9110S // بواسطة موقع Dr.S // تحديد المنافذ التي سنستخدمها للتحكم في المحرك ومصابيح LED #define FORWARD 3 #define BACK 5 #define WHITE_LIGHT 6 #define RED_LIGHT 9 #define LEDOUT 13 #define TIME 5000 حرف غير موقع Forward_Speed = 200؛ حرف غير موقع Back_Speed \u003d 160 ؛ حرف غير موقع White_Light = 210؛ حرف غير موقع Red_Light = 220؛ إعداد الفراغ () (/ أعلن عن دبابيس التحكم في الجسر كمخرجات: pinMode (FORWARD، OUTPUT)؛ pinMode (BACK، OUTPUT)؛ pinMode (WHITE_LIGHT، OUTPUT)؛ pinMode (RED_LIGHT، OUTPUT)؛ pinMode (LEDOUT، OUTPUT)؛) // يعمل روتين الحلقة مرارًا وتكرارًا إلى الأبد: حلقة باطلة () ( // يتحرك الروبوت للأمام بمرور الوقت TIME AnalogWrite(WHITE_LIGHT, White_Light); // قم بتشغيل "المصابيح الأمامية" LED البيضاء التناظرية (RED_LIGHT, 0); تمثيلي (FORWARD، Forward_Speed)؛ // تقدم الروبوت إلى الأمام تمثيلي (BACK، 0)؛ تأخير (TIME)؛ // وانتظر قليلاً // يقوم الروبوت بتشغيل "المصابيح الأمامية" إلى نصف السطوع الطبيعي ويقف تمثيليًا ( WHITE_LIGHT، White_Light / 2)؛ // قم بتشغيل "المصابيح الأمامية" LED البيضاء كأضواء وقوف السيارات تمثيلية (RED_LIGHT، 0)؛ تمثيلية (FORWARD، 0)؛ // يقف الروبوت تمثيليًا (BACK، 0)؛ تأخير (TIME) ); // وانتظر قليلاً // يقوم الروبوت بتشغيل مصابيح LED "العكوسة" الحمراء ويعود للخلف AnalogWrite(WHITE_LIGHT, 0); // قم بتشغيل "المصابيح الأمامية" LED البيضاء كأضواء وقوف السيارات (إلى الأمام، 0)؛ AnalogWrite(BACK, Back_Speed); // يعود الروبوت إلى الخلف متأخرًا (TIME)؛ // وانتظر قليلاً // يقوم الروبوت بتشغيل مصابيح LED باللونين الأحمر والأبيض بالتناوب ويقف تمثيليًا (WHITE_LIGHT، 0)؛ تمثيلي(RED_LIGHT, Red_Light / 2); // قم بتشغيل مؤشر LED الأحمر كأضواء وقوف السيارات تمثيلية (FORWARD، 0)؛ AnalogWrite(BACK, 0); // تأخير تكاليف الروبوت (TIME / 2)؛ // وانتظر قليلاً AnalogWrite(WHITE_LIGHT, White_Light / 2); // قم بتشغيل "المصابيح الأمامية" LED البيضاء كأضواء وقوف السيارات تمثيلية (RED_LIGHT، 0)؛ تأخير (الوقت / 2)؛ // وانتظر قليلا)
رسم تخطيطى
مواصفات الوحدة
- مخرجان مستقلان، يصل كل منهما إلى 800 مللي أمبير
- الحد الأقصى لقدرة التحميل الزائد 1.2 أمبير
- جهد الإمداد من 2.5 إلى 12 فولت
- مستويات منطقية متوافقة مع منطق 3.3 و 5 فولت
- نطاق التشغيل من 0 درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية
تظهر مكانة واضحة في سوق المكونات الإلكترونية في شكل عدم وجود مكونات متكاملة يمكنها التحكم في الحمل الذي يستهلك تيارًا كبيرًا (حوالي 2 أمبير) عند جهد إمداد منخفض (حوالي 3 فولت). هذا المشروع يمكن أن يكون الحل لهذه المشكلة. يتم استخدام الترانزستورات IRF7307 المصنعة بواسطة International Rectifier كعناصر تشغيل في الجسر H.
تحتوي حزمة SO-8 على وحدتي MOSFET، واحدة بقناة P والأخرى بقناة N. هذه الترانزستورات مناسبة جدًا لتطبيقات الجهد المنخفض. بالإضافة إلى ذلك، توفر المقاومة المنخفضة للقناة المفتوحة انخفاضًا منخفضًا في الجهد: الحمل الذي يستهلك تيارًا قدره 1 أمبير يخلق انخفاضًا في الجهد لا يزيد عن 140 مللي فولت عند جهد إمداد يبلغ 4.5 فولت، أي 3٪ فقط من الجهد إجمالي جهد الإمداد.
بالإضافة إلى ذلك، يحتوي IRF7307 على صمام ثنائي مثبط، وهو مصمم لحماية الترانزستور من انبعاثات الطاقة عند تبديل الأحمال الحثية.
جسر H على ترانزستورات التأثير الميداني IRF7307
يوضح الشكل أدناه مخطط الدائرة لجسر H منخفض الجهد وعالي الطاقة. للتحكم، يتم استخدام العناصر المنطقية "AND-NOT" للدائرة الدقيقة CD4093، والتي تحتوي على مشغل Schmitt في بنيتها. يبلغ الحد الأقصى للجهد عند مخرجات العناصر المنطقية حوالي 50 مللي فولت (وفقًا لشركة Texas Instruments). هذه القيمة كافية لجعل قنوات MOSFET تفتح أو تغلق بالكامل، بغض النظر عن جهد التحكم في الإدخال.
إذا كانت العناصر المنطقية بدون مشغل شميت، فهناك خطر من أن يؤدي الإمداد المتزامن بجهد التحكم إلى إتلاف ترانزستورات أحد فروع الدائرة، وكذلك إتلاف مصدر الطاقة بسبب ماس كهربائى. تشكل المقاومات R1 و R2 جهد الدخل في حالة عدم وجود إشارة تحكم.
بعد التجميع، لا توجد حاجة لأي إعدادات؛ الجهاز جاهز للاستخدام على الفور. يتراوح جهد الإمداد من 3 إلى 12 فولت ويقتصر بشكل صارم على الجهد الأقصى لترانزستورات MOSFET. في الحالة الأولية، عندما لا يكون هناك حمل، تستهلك الدائرة تيارًا أقل من 1 مللي أمبير.
وقت تبديل العناصر المنطقية طويل نسبيًا، لذا من المستحسن ألا يتجاوز تردد تبديل الحمل عدة مئات من الهرتز. عند الترددات الأعلى، هناك احتمال أن تكون قناتي الترانزستور مفتوحتين، مما سيؤدي إلى ارتفاع استهلاك التيار.
