Изучаем Arduino: инструметы и методы технического волшебства - страница 24

Вал двигателя постоянного тока вращается при подаче постоянного напряжения на его контакты. Подобные двигатели можно встретить во многих бытовых приборах, например, в радиоуправляемых автомобилях, в приводе DVD-плеера. Такие двигатели бывают разного размера и обычно стоят недорого. Регулируя напряжение, подаваемое на двигатель, можно менять скорость его вращения. Переключая полярность приложенного напряжения, можно изменять направление вращения. Это делают, используя Н-мост, о котором вы узнаете далее в этой главе.

- 85 -

Щеточные двигатели постоянного тока состоят из неподвижных магнитов ( статора) и вращающейся обмотки (ротора). Электроэнергию подводят через контакты "щетки", поэтому двигатели называются щеточными. В отличие от электродвигателей постоянного тока других типов (таких, например, как шаговые двигатели), щеточные электродвигатели дешевле и скорость вращения легко регулировать. Однако их срок службы невелик, потому что щетки со временем изнашиваются.

Двигатели постоянного тока обычно требуют ток больше, чем может выдать встроенный в Arduino блок питания, к тому же они могут создавать опасные выбросы напряжения. Для решения этой проблемы необходимо научиться эффективно изолировать двигатель постоянного тока от платы Arduino и подключать его к отдельному источнику питания. Транзистор позволит безопасно включать двигатель, а также управлять его скоростью с помощью методов ШИМ, рассмотренных в главе 2. Прежде чем собирать схему подключения двигателя постоянного тока, изображенную на рис. 4.1, рассмотрим основные компоненты схемы:

Q1 - n-p-n биполярный плоскостной транзистор действует как ключ, включая и выключая внешний источник питания 9 В. Существуют два типа биполярных плоскостных транзисторов: n-p-n и p-n-p. Мы будем применять транзисторы типа n-p-n. Говоря упрощенно, n-p-n транзистор представляет собой переключатель, управляемый напряжением, что позволяет подавать или отключать ток;

R1 - резистор номиналом 1 кОм, соединяющий контакт платы Arduino с базой транзистора;

Рис. 4.1. Схема включения двигателя постоянного тока

- 86 -

U 1 - двигатель постоянного тока;

С 1 - конденсатор для фильтрации помех, вызванных работой двигателя;

Dl - диод для защиты блока питания от обратного напряжения.

Транзисторы применяются во многих устройствах: от усилителей до компонентов центрального процессора в компьютерах и смартфонах. У нас транзистор будет работать в качестве простого электрически управляемого переключателя. Каждый биполярный транзистор имеет три контакта (рис. 4.2): эмиттер (Е), коллектор (С) и базу (В).

Рис. 4.2. Биполярный n-p-n транзистор

Между коллектором и эмиттером течет большой ток, величина которого зависит от малого тока базы. Изменяя ток базы, мы можем регулировать ток через транзистор и менять скорость вращения двигателя. Напряжения 5 В, подаваемого на выход Arduino, достаточно для включения транзистора. Используя ШИМ, можно управлять скоростью вращения двигателя. Поскольку механические детали двигателя обладают инерцией, быстрое переключение транзистора под действием ШИМсигнала с разной скважностью приведет к плавной регулировке скорости вращения.