Laboration Motorstyrning

Från Wikiskola
Hoppa till navigering Hoppa till sök


[redigera]

Elmotorn

Motor med motstånd i brygga.JPG
  1. Bilden till höger visar en koppling med en spänningsbrygga av två motstånd. Tanken är att reglera motorns varvtal genom att välja lämplig kombination av motstånd.
  2. Kretsen skulle kunna förbättras med en potentiometer
  3. Vad finns det för nackdelar med en konstruktion som denna? Fundera och anteckna några problem.

Länkar

Elmotorer på Kjell


Vår Arduino ska kunna styra två elmotorer. Till vår hjälp kommer vi att använda en så kallad motorstyrningsenhet. Det går att ansluta en elmotor direkt till en Arduino och få motorn att snurra men detta medför ett antal problem:

  • Motorn kommer bara att ha två lägen. Antingen snurrar den åt ett specifikt håll eller så står den stilla.
  • När elmotorn roterar finns en risk att den genererar en ström som kan skada Arduinon.
  • Strömmen och spänningen som skickas ut från Arduino n är förhållandevis låg och räcker endast för att driva mycket svaga motorer.

För att hantera de här problemen används en motorstyrningsenhet som kopplas mellan Arduino n och motorerna. Denna krets innehåller H-bryggor som gör det möjligt att skifta riktningen hos strömmen så att motorerna kan rotera åt olika håll. På Wikipedia kan du läsa mer om H-bryggor. Motorstyrningsenheten är också uppbyggd så att eventuell ström som genereras av motorn inte skadar varken motorstyrningsenheten eller Arduinon. Dessutom går det att ansluta en mycket starkare energikälla till enheten för att driva motorerna.

Laborationsinstruktioner

I denna laboration kommer ni att undersöka hur motorstyrningsenheten reagerar på olika typer av kommandon. Vi kommer att använda en motorstyrningsenhet med namnet L298N.

Förberedelse

Två komponenter behöver avlägsnas från motorstyrningsenheten om de inte redan är avlägsnade. På de rödmarkerade områdena på bilden nedan visas så kallade "jumpers", en typ av kontakter. Ta bort dessa två kontakter och ge till din lärare. Om motorstyrningsenheten redan saknar de 2 kontakterna på dessa ställen behöver du inte göra något.

Ta bort jumpers om det inte redan är gjort.


Koppla enligt bilden nedan. För vissa av kopplingarna kan det vara lämpligt att använda hane-hona-kablar, d.v.s. att ena kontakten har en pigg och den andra har ett hål.

Motorstyrning koppling.png


Genomförande

När ni kopplat klart är dags att genomföra själva labben. I labben ska ni undersöka hur motorstyrningsenheten reagerar på olika kommandon. Genom att ta in information från input 1-4 avgör motorstyrningsenheten hur motorerna ska agera. Varje input matas antingen med en 1:a eller 0:a, eller egentligen spänning från Arduinon eller ingen spänning. I tabellen nedan visas ett antal kombinationer av möjliga inmatningar till motorstyrningsenheten. Er uppgift är att ta reda på vad kombinationerna ger för utslag på motorerna. Exempelvis, i steg A ska ni koppla input 2 och input 4 till Arduinons 3V (med hjälp av ett breadboard).

Använd tabellen som mall och för anteckningar för varje steg.

IN 1 IN 2 IN 3 IN 4 Kommentar
A 0 1 0 1
B 1 0 1 0
C 0 1 0 0
D 0 0 0 1
E 0 0 0 0


Extrauppgift 1

Skriv ett program till Arduinon som växlar mellan inmatningskombinationerna A-E med intervall om 5 sekunder.

Extrauppgift 2

För att reglera hastigheten på en elmotor används något som kallas för PWM (Pulse Width Modulation). Läs på om vad det är för något här.  

Länken beskriver hur man kan reglera hastigheten med Arduino som styrenhet.

Testa att reglera era motorers hastighet med PWM.

Motorstyrning med mer effekt

L293D
33FFB130-BB65-4680-B1C8-9E7BEFCED0DA.jpeg

L293D är en IC-krets med en så kallad H-brygga. Den innehåller fyra förstärkare som kan styra motorer att köra framåt eller bakåt. Här har du alltså ett stort antal transistorer, motstånd och dioder integrerade i en IC-krets (Integrated Circuit).

Uppgift
Laboration - att styra en motor

Följ den här instruktionen så lär du dig hur motorstyrning med H-bryggan L293D fungerar. Genom att klicka på flikarna till vänster stegar du dig igenom hela instruktionen men de viktigaste momenten syns nedan.

Läs (skumläs åtminstone) igenom hela instruktionen innan du börjar så att du vet var du hittar informationen och så att du vet vad det hela går ut på.

Ett enkelt test för att bekanta oss med L293D.
Arduino Lesson 15. DC Motor Reversing För att testa en mer komplicerad koppling.

Arbeta i grupper om tre och följ instruktionerna noga.



Mer info

Ni kan behöva ladda ner Arduino IDE för att ladda över programmet.

Kretsen kan köpas från fr Elfa:

Beställ L293D
Datablad L293D

Man kan även använda SparkFun Motor Driver.

När du är klar

Viktigt
Modifiera koden

Ändra i koden och kopplingen så att motorn körs på något sätt utan att du använder potentiometern och knappen, exempelvis snurrar olika tid åt olika håll eller ökar och minskar hastigheten i cykler.

Rita av din koppling med hjälp av Tinkercad. Ladda ner här.


Simulera H-brygga i Falstad Vi diskuterar några frågor enligt EPA-modellen. Du bör Googla dig till så mycket information du hinner. Frågorna är följande:

  1. Vad är en H-brygga?
  2. Hur ser den ut principiellt?
  3. Hur kan man styra en motor med H-bryggan.
  4. Vilken typ av komponent är lämpligast till H-bryggan?
  5. Vilka fördelar har komponenten
  6. Komponenten finns som n-typ och p-typ. Vad kallas de och vad har de för funktion, dvs vad är utmärkande för hur man använder dem?
  7. Vad behöver du mer veta för att kunna koppla upp en H-brygga?

Jämför - Halv H-brygga

En klass B-förstärkare:

https://www.falstad.com/circuit/e-pushpullxover.html

Som extrauppgift (överkurs) kan du bygga den H-brygga som du tidigare simulerat.

Du ska alltså bygga en H-brygga av MOSFET. Sätt komponenter med p-kanal överst och av n-kanaltyp nederst i bryggan.

Komponenter: IRLZ14 och IRF9630