Sterowanie prędkością i kierunkiem silnika prądu stałego Arduino za pomocą przekaźników i mosfetu

W tym projekcie sterujemy kierunkiem i prędkością silnika wysokoprądowego 24V za pomocą Arduino i dwóch przekaźników. W tym obwodzie nie są potrzebne żadne przełączniki zasilania, tylko dwa przyciski i potencjometr do sterowania kierunkiem i prędkością silnika prądu stałego. Jeden przycisk obraca silnik w prawo, a drugi w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Do sterowania prędkością silnika wymagany jest jeden n-kanałowy tranzystor MOSFET. Przekaźniki służą do przełączania kierunków silnika. Przypomina układ mostka H.

Wymagane komponenty:

1. Arduino Uno
2. Dwa przekaźniki 12 V (można również użyć przekaźnika 5 V)
3. Dwa tranzystory; BC547
4. Dwa przyciski
5. IRF540N
6. Rezystor 10k
7. Źródło 24 V.
8. Potencjometr 10 K.
9. Trzy diody 1N4007
10. Przewody łączące

Schemat obwodu i objaśnienia:

Schemat obwodu tego projektu dwukierunkowego sterowania silnikiem pokazano na poniższej ilustracji. Wykonaj połączenia zgodnie z nim:

• Podłączyć normalnie zamknięty zacisk obu przekaźników do dodatniego zacisku akumulatora.
• Podłącz normalnie otwarty zacisk obu przekaźników do zacisku drenu tranzystora MOSFET.
• Podłącz źródło MOSFET do ujemnego bieguna akumulatora i do bolca uziemienia Arduino UNO.
• Terminal bramki do pinu 6 PWM Arduino.
• Podłącz rezystor 10k od bramki do źródła i diodę 1N4007 od źródła do drenu.
• Podłączyć silnik między środkowym zaciskiem przekaźników.
• Z dwóch pozostałych zacisków jeden idzie do pinu Vin Arduino Uno, a drugi do zacisku kolektora tranzystora (dla każdego przekaźnika).
• Podłącz końcówkę emitera obu tranzystorów do pinu GND Arduino.
• Cyfrowy pin 2 i 3 Arduino, każdy połączony szeregowo z przyciskiem, jest podłączony do bazy tranzystorów.
• Podłącz diodę do przekaźnika dokładnie tak, jak pokazano na rysunku.
• Podłącz końcówkę potencjometru odpowiednio do pinów 5 V i pinów Gnd Arduino. I zacisk wycieraczki do styku A0.
• ** jeśli masz dwa oddzielne akumulatory 12 V, podłącz dodatni zacisk jednego akumulatora do ujemnego zacisku innego akumulatora, a pozostałe dwa zaciski użyj jako dodatniego i ujemnego.

Cel tranzystorów:

Cyfrowe piny Arduino nie mogą dostarczyć ilości prądu potrzebnego do włączenia normalnego przekaźnika 5 V. Poza tym w tym projekcie używamy przekaźnika 12V. Pin Vin Arduino nie może łatwo dostarczyć tak dużego prądu dla obu przekaźników. Stąd tranzystory służą do przewodzenia prądu z pinu Vin Arduino do przekaźnika, który jest sterowany za pomocą przycisku połączonego z pinem cyfrowym do zacisku bazowego tranzystora.

Cel Arduino:

• Zapewnienie ilości prądu wymaganego do włączenia przekaźnika.
• Aby włączyć tranzystor.
• Do sterowania prędkością silników prądu stałego za pomocą potencjometru za pomocą programowania. Sprawdź cały kod Arduino na końcu.

Cel MOSFET:

MOSFET jest wymagany do sterowania prędkością silnika. MOSFET jest włączany i wyłączany przy napięciu o wysokiej częstotliwości, a ponieważ silnik jest połączony szeregowo z drenem tranzystora MOSFET, wartość napięcia PWM określa prędkość silnika.

Bieżące obliczenia:

Rezystancja cewki przekaźnika jest mierzona za pomocą multimetru, która okazuje się = 400 omów

Pin Vin Arduino daje = 12v

Więc prąd trzeba włączyć przekaźnik = 12/400 A = 30 mA

Jeśli oba przekaźniki są zasilane, prąd = 30 * 2 = 60 mA

** Pin Vin Arduino może dostarczyć maksymalny prąd = 200mA.

Dzięki temu w Arduino nie ma problemu z nadmiernym prądem.

Działanie silnika dwukierunkowego sterowanego przez Arduino:

Obsługa tego 2-drożnego obwodu sterowania silnikiem jest prosta. Oba piny (2, 3) Arduino pozostaną zawsze wysokie.

Gdy żaden przycisk nie jest wciśnięty:

W tym przypadku żaden prąd nie płynie do bazy tranzystora, stąd tranzystor pozostaje wyłączony (działa jak otwarty przełącznik), przez co żaden prąd nie płynie do cewki przekaźnika z pinu Vin Arduino.

Po naciśnięciu jednego przycisku:

W tym przypadku pewien prąd płynie do bazy tranzystora przez wciśnięty przycisk, który go włącza. Teraz prąd łatwo przepływa do cewki przekaźnika z pinu Vin przez ten tranzystor, który włącza ten przekaźnik (PRZEKAŹNIK A), a przełącznik tego przekaźnika jest ustawiany w pozycji NO. Podczas gdy inny przekaźnik (PRZEKAŹNIK B) jest nadal w pozycji NC. Tak więc prąd płynie z dodatniego bieguna akumulatora do ujemnego zacisku przez silnik, tj. Prąd płynie z przekaźnika A do przekaźnika B. Powoduje to obrót silnika w prawo.

Po naciśnięciu innego przycisku:

Tym razem włącza się inny przekaźnik. Teraz prąd łatwo przepływa do cewki przekaźnika z pinu Vin przez tranzystor, który włącza ten przekaźnik (PRZEKAŹNIK B), a przełącznik tego przekaźnika jest ustawiany w pozycji NO. Podczas gdy inny przekaźnik (PRZEKAŹNIK A) pozostaje w pozycji NC. Tak więc prąd płynie z dodatniego bieguna akumulatora do ujemnego bieguna akumulatora przez silnik. Ale tym razem prąd płynie z przekaźnika B do przekaźnika A. Powoduje to obrót silnika w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara

Gdy oba przyciski są wciśnięte:

W tym przypadku prąd płynie do bazy obu tranzystorów, dzięki czemu oba tranzystory włączają się (działa jak zamknięty przełącznik). I tak oba przekaźniki są teraz w pozycji NO. Tak więc prąd nie płynie z dodatniego bieguna akumulatora do ujemnego bieguna przez silnik, a tym samym nie obraca się.

Sterowanie prędkością silnika prądu stałego:

Bramka MOSFET jest podłączona do pinu 6 PWM Arduino UNO. Mosfet jest włączany i wyłączany przy wysokim napięciu częstotliwości PWM, a ponieważ silnik jest połączony szeregowo z drenem mosfetu, wartość napięcia PWM określa prędkość silnika. Teraz napięcie między zaciskiem wycieraczki potencjometru a Gnd określa napięcie PWM na pinie nr 6 i gdy zacisk wycieraczki jest obracany, napięcie na pinie analogowym A0 zmienia się powodując zmianę prędkości silnika.

Pełne działanie tego dwukierunkowego sterowania prędkością i kierunkiem silnika opartym na Arduino pokazano na poniższym wideo z kodem Arduino.