Материал: 2155
выходе делителя (и входе АЦП микроконтроллера) напряжение увеличивается, когда освещенность падает, − все наоборот.
Напряжения 0В и 5В берутся с Arduino. Ножка А0 используется как вход АЦП.
Если нужно подключать более мощную нагрузку, такую как лампа накаливания, то ее следует подключать через реле или тиристор.
В коде программы есть закомментированные участки, они служат для отладки. Можно будет контролировать значение АЦП (от 0 до 1024). Также можно в коде изменить значение 500 (порог включения и выключения) на то, которое вы подберете опытным путем, изменяя освещенность.
Код:
/* фоторезистор*/ |
|
|
|
int sensorPin = A0; |
|
// устанавливаем входной вывод для АЦП |
|
|
|
|
И |
unsigned int sensorValue = 0; // напряжение с фоторезистора |
|||
void setup() { |
|
|
|
pinMode(13, OUTPUT); |
|
|
|
Serial.begin(9600); |
// старт монитора данных (для контроля) |
||
} |
|
А |
|
void loop() { |
|
|
|
|
|
|
|
sensorValue = analogRead(sensorPin); // считываем напряжение с фоторезистора
if(sensorValue<500) digitalWrite(13, HIGH); // включаем |
|||||
else digitalWrite(13, LOW); |
б |
Д// выключаем |
|||
Serial.print(sensorValue, DEC); // вывод данных с фоторезистора (0-1024) |
|||||
Serial.println(""); |
и |
|
|||
|
// перевод строки |
||||
delay(500); } |
С |
|
|
||
|
2.3. Блок управления электродвигателем |
||||
Электродвигатель |
постоянного |
тока с независимым возбуждением |
|||
(возбуждением от постоянного магнита, расположенного в статоре) приводит в движение поршень цилиндра макета ДВС, описанного ниже. Для управления скоростью вращения якоря электродвигателя необходимо изменять ток через обмотку якоря. Один из способов изменения тока – это его широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Управляющий сигнал с ШИМ формируется микроконтроллером, находящимся на плате Ардуино. Выходы контроллера Arduino не могут обеспечить напряжения и токи, требуемые для управления мощными нагрузками, такими как электродвигатель. К п римеру, в автомобильной технике часто используются двигатели на 12, 24, 48 В и т.п. А токи, потребляемые, например, электродвигателями стеклоочистителя, стеклоподъемника и т.п., составляют 5 – 10 А.
16
Максимальный ток, который может отдать в нагрузку микроконтроллер с одного вывода, составляет 40 мА. Поэтому между микроконтроллером и мощной нагрузкой ставят усилитель мощности на биполярном или полевом транзисторе, работающем в ключевом режиме.
Широтно-импульсная модуляция позволяет плавно управлять скоростью вращения. Сигнал ШИМ, вырабатываемый контроллером, поступает на ключевую схему, собранную на транзисторе, к которой подключена мощная нагрузка. В нашем случае это электродвигатель. Пример такой схемы на биполярном транзисторе показан на рис. 11.
|
И |
б |
Д |
Рис. 11. Ключевая схема на биполярном транзисторе |
|
и |
|
Здесь используется мощныйАключевой биполярный транзистор, например КТ630, КТ829 др., в ключевом режиме. Резистор R1 подбирают
так, чтобы транзСстор VT полностью открывался (входил в режим насыщения), а R2 – чтобы он быстро закрывался. VD – защитный диод, он защищает транзистор от перенапряжения в момент выключения тока через индуктивную нагрузку (обмотку ротора электродвигателя).
Второй вариант усиления выходного тока и напряжения с выхода микроконтроллера для управления мощной нагрузкой – использование MOSFET-транзисторов. Транзистор IRF244 (с изолированным затвором и индуцированным каналом) N-Channel Power MOSFET фирмы Hyrris Semiconductor имеет следующие электрические параметры: ток стока ID = 14 A, напряжение сток-исток VDS = 250 В, сопротивление открытого канала rDS = 0,34 Ом, пороговое напряжение VGS = 2 – 4 В. Так как сопротивление цепи затвора велико, мы можем напрямую подсоединить данный транзистор к выводам Arduino.
17
Рис. 12. Схема регулятора на полевом транзисторе
На схеме (рис. 12) показано подключение электрического двигателя к
MOSFET-транзистору через |
сглаживающий |
LC-фильтр нижних |
частот. |
||||
|
|
|
|
|
Д |
|
|
Назначение L и C1 – элементы фильтра нижних частот для сглаживания |
|||||||
импульсов напряжения при |
регулировании, |
С2 – фильтрация |
помех |
||||
напряжения питания. |
|
|
|
А |
И |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
б |
|
|
|
||
|
и |
|
|
|
|
||
С |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 13. Фотография платы с усилителями мощности и переменными резисторами нагрузки
На рис. 13 приведено фото платы управления электродвигателем с двумя вариантами электрических схем. Также на ней видны два проволочных переменных резистора для подключения в цепь якоря второго электродвигателя, выполняющего роль механической нагрузки.
18
На рис. 14 показаны временные диаграммы напряжений на электродвигателях при ШИМ.
|
Uк |
U1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uи |
|
|
|
|
|
|
|
|
U2 |
|
|
|
|
0 |
|
T |
2T |
3T |
4T |
t |
|
Uвх |
|
|
|
|
|
Uи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
τ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4T |
|
t |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
T |
|
|
2T |
|
3T |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 14. Временная диаграмма ШИМ |
|
|
|
|
|
|
|||||||
Напряжение U1 (для схемы на рис.Д14) – это импульсы длительностью |
|||||||||||||||||||||
τ и периодом следования Т. При регулировании изменяется длительность |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
Т. Параметром ШИМ является |
|||||||||||
(ширина) импульсов от нуля до |
|||||||||||||||||||||
коэффициент заполнен я |
мпульсов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
С |
бКз = τ /Т |
|
|
|
|
|
|
(1) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
или скважность импульсов |
|
С = Т /τ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Напряжение U2 на |
конденсаторе С1 |
фильтра нижних частот |
|
– |
|||||||||||||||||
волнистая кривая. Величина её пульсаций уменьшается при увеличении емкости и индуктивности фильтра. Уменьшение пульсаций снижает потери на вихревые токи и перемагничивание в электродвигателе. Однако увеличение индуктивности связано с увеличением числа витков, а это приводит к увеличению их сопротивления и потерям мощности на нем. Здесь нужен разумный компромисс.
На рис. 15 для этих двух случаев представлены регулировочные характеристики электродвигателей. Это зависимости числа оборотов n от момента нагрузки М. Пунктиром обозначена величина момента трения в подшипниках и щетках электродвигателя МТР.
19
|
n |
n |
|
n0 |
|
n0 |
|
|
|
|
0 МТРтр |
а |
М 0 МТРтр |
М |
|
|
б |
Рис. 15. Механические регулировочные характеристики электродвигателей: а − при использовании схемы на рис.11; б − при использовании схемы на рис. 12
Как известно |
из курса |
электропривода, |
регулировочные |
характеристики при |
импульсном |
И |
из одной точки |
управлении идут |
(см. рис. 15, а), а при регулировании изменением постоянного напряжения параллельны друг другу. Это обеспечивает большую «жесткость» характеристик или меньшую зависимость числа оборотов от нагрузки при малых моментах нагрузки на вал электродвигателя.
Для управления мощностью (и скоростью вращения) электромотора
мы используем ШИМ-выход контроллера (вывод 9). Кроме него для ШИМ |
|
|
Д |
можно также использовать следующие выводы платы Ардуино: D3, D5, |
|
D6, D9, D10, D11. |
|
Для управления шириной импульсов используем переменный |
|
|
А |
резистор, подключенный крайн ми выводами к напряжению питания и |
|
«земле», а средним – к А0. бПри этом переменное напряжение от 0 до 5 В с этого резистора будет поступать на аналогово-цифровой преобразователь,
который будет Спревращатьиего в число в диапазоне от 0 до 1023, а оно будет задавать длительность импульса.
Схема подключения к плате Ардуино показана на рис. 16.
Рис. 16. Схема подключения к Ардуино
20