Řízení rychlosti a směru stejnosměrného motoru Arduino pomocí relé a MOSFET

V tomto projektu řídíme směr a rychlost 24V silnoproudého motoru pomocí Arduina a dvou relé. Pro tento obvod nejsou potřeba žádné výkonové spínače, pouze dvě tlačítka a potenciometr pro ovládání směru a rychlosti stejnosměrného motoru. Jedno tlačítko bude otáčet motorem ve směru hodinových ručiček a druhé bude otáčet proti směru hodinových ručiček. K řízení rychlosti motoru je vyžadován jeden n-kanálový MOSFET. Relé se používají k přepínání směrů motoru. Připomíná to obvod H-Bridge.

Požadované komponenty:

1. Arduino Uno
2. Dvě 12v relé (lze použít i 5v relé)
3. Dva tranzistory; BC547
4. Dvě tlačítka
5. IRF540N
6. 10k rezistor
7. 24voltový zdroj
8. 10K potenciometr
9. Tři diody 1N4007
10. Připojovací vodiče

Schéma zapojení a vysvětlení:

Obvodové schéma tohoto projektu obousměrného řízení motoru je zobrazeno na obrázku níže. Podle toho proveďte připojení:

• Připojte normálně uzavřenou svorku obou relé ke kladnému pólu baterie.
• Připojte normálně otevřenou svorku obou relé k odtokové svorce MOSFET.
• Připojte zdroj MOSFET k zápornému pólu baterie a k uzemňovacímu kolíku Arduino UNO.
• Terminál brány na PWM pin 6 Arduina.
• Připojte 10k rezistor od brány ke zdroji a diodu 1N4007 od zdroje k odtoku.
• Připojte motor mezi střední svorku relé.
• Ze dvou zbývajících svorek jedna jde na pin Vin Arduino Uno a druhá na kolektorovou svorku tranzistoru (pro každé relé).
• Připojte svorku emitoru obou tranzistorů na pin GND Arduina.
• Digitální pin 2 a 3 Arduina, každý v sérii s tlačítkem, jde do základny tranzistorů.
• Připojte diodu přes relé přesně podle obrázku.
• Připojte koncovou svorku potenciometru k 5V pinu a Gnd pinu Arduina. A svorka stěrače na pin A0.
• ** Pokud máte dvě samostatnou 12 V baterii, připojte kladnou svorku jedné baterie k záporné svorce jiné baterie a zbývající dvě svorky použijte jako kladnou a zápornou.

Účel tranzistorů:

Digitální piny Arduina nemohou dodávat množství proudu potřebné k zapnutí normálního 5V relé. Kromě toho v tomto projektu používáme 12V relé. Vin pin Arduina nemůže snadno dodávat tolik proudu pro obě relé. Tranzistory se proto používají k vedení proudu z vinového kolíku Arduina do relé, které je ovládáno pomocí tlačítka připojeného z digitálního kolíku na základní svorku tranzistoru.

Účel Arduina:

• Zajistit potřebné množství proudu pro zapnutí relé.
• Zapnutí tranzistoru.
• Řízení otáček stejnosměrných motorů potenciometrem pomocí programování. Na konci zkontrolujte kompletní Arduino kód.

Účel MOSFET:

MOSFET je vyžadován pro řízení rychlosti motoru. MOSFET se zapíná a vypíná při vysokofrekvenčním napětí a protože motor je zapojen do série s odběrem MOSFET, hodnota PWM napětí určuje otáčky motoru.

Aktuální výpočty:

Odpor cívky relé se měří pomocí multimetru, který se ukáže být = 400 ohmů

Vin pin Arduina dává = 12v

Takže proud musí zapnout relé = 12/400 A = 30 mA

Pokud jsou obě relé pod napětím, proud = 30 * 2 = 60 mA

** Vin pin Arduino může dodávat maximální proud = 200 mA.

V Arduinu tedy není žádný aktuální problém.

Práce s obousměrným motorem řízeným Arduino:

Obsluha tohoto obousměrného ovládacího obvodu motoru je jednoduchá. Oba piny (2, 3) Arduina zůstanou vždy vysoké.

Pokud není stisknuto žádné tlačítko:

V tomto případě neteče žádný proud na základnu tranzistoru, proto tranzistor zůstává vypnutý (chová se jako otevřený spínač), kvůli kterému neteče žádný proud do reléové cívky z Vin pin Arduina.

Po stisknutí jednoho tlačítka:

V tomto případě nějaký proud proudí do základny tranzistoru stisknutím tlačítka, které jej zapne. Nyní proud snadno proudí do cívky relé z Vin pin přes tento tranzistor, který zapíná toto relé (RELÉ A) a spínač tohoto relé je hozen do polohy NO. Zatímco ostatní relé (RELÉ B) jsou stále v poloze NC. Takže proud proudí z kladné svorky baterie na zápornou svorku motorem, tj. Proud proudí z relé A do relé B. To způsobí otáčení motoru ve směru hodinových ručiček.

Když stisknete jiné tlačítko:

Tentokrát se zapne další relé. Nyní proud snadno proudí do cívky relé z kolíku Vin přes tranzistor, který zapne toto relé (RELÉ B) a spínač tohoto relé je vyhozen do polohy NO. Zatímco ostatní relé (RELÉ A) zůstávají v poloze NC. Takže proud protéká z kladné svorky baterie do záporné svorky baterie motorem. Ale tentokrát teče proud z relé B do relé A. To způsobí otáčení motoru proti směru hodinových ručiček

Když jsou stisknuta obě tlačítka:

V tomto případě teče proud do základny obou tranzistorů, díky čemuž se oba tranzistory zapnou (působí jako uzavřený spínač). A tak je obě relé nyní v poloze NO. Takže proud neprotéká z kladného pólu baterie do záporného pólu motorem, a proto se neotáčí.

Ovládání rychlosti stejnosměrného motoru:

Gate MOSFET je připojen k PWM pin 6 Arduino UNO. Mosfet se zapíná a vypíná při vysokém frekvenčním napětí PWM a protože motor je zapojen do série s odběrem mosfetu, hodnota PWM napětí určuje rychlost motoru. Nyní napětí mezi svorkou stěrače potenciometru a Gnd určuje napětí PWM na pinu č. 6 a při otáčení svorky stěrače se mění napětí na analogovém pinu A0, což způsobí změnu rychlosti motoru.

Kompletní fungování tohoto obousměrného řízení rychlosti a směru motoru založeného na Arduinu je zobrazeno na videu níže s kódem Arduino.