Wie steuert man einen Linearantrieb mit einem Arduino?

Was ist ein Arduino?

Arduino ist eine Open-Source-Prototyping-Plattform für die Elektronik, die auf flexibler, benutzerfreundlicher Hardware und Software basiert. Es ist für DIY-Projekte, Künstler, Designer, Hobbyisten und alle gedacht, die an der Erstellung interaktiver Projekte interessiert sind. Arduinos sind Mikrocontroller-Boards, die alles enthalten, was Sie für eine einfache Verbindung mit dem Mikrocontroller benötigen. Ein Mikrocontroller ist wie ein Mini-Computer für eingebettete Systeme, und die Art des enthaltenen Mikrocontrollers hängt vom Stil des Arduino ab. Arduino reicht von den größeren Arduino Mega zum Mittelmaß Arduino Uno zum kleineren Arduino Pro Mini. Die Boards unterschiedlicher Größe bieten eine zunehmende Anzahl von E / A-Pins und zusätzlichen Funktionen. Das beliebteste dieser Boards ist das Uno. Arduino bietet auch eine kostenlose Open Source-IDE zum Programmieren Ihrer Mikrocontroller. Die Arduino IDE verwendet eine leicht verständliche Programmiersprache. Aufgrund der Beliebtheit von Arduino finden Sie online viele hilfreiche Beispiele, die Ihnen beim Codieren für Ihre spezifische Anwendung helfen. Wenn dies Ihr erstes Arduino-Projekt ist, ist das Arduino Kit bietet Ihnen alles, was Sie brauchen, von Überbrückungskabeln über Sensoren bis hin zu Relais, und Arduino Uno, um Ihnen den Einstieg zu erleichtern.

Wie steuert man einen Linearantrieb mit einem Arduino?

Warum ein Arduino zur Steuerung eines Linearaktuators verwenden?

Einer der größten Vorteile der Verwendung eines Arduino oder eines beliebigen Mikrocontrollers zur Steuerung von a Linearantrieb ist, dass Sie mehr Kontrolle über Ihren Linearantrieb haben. Mit Mikrocontrollern können Sie komplexere Eingaben von Sensoren oder anderen Geräten zur Steuerung Ihres Linearantriebs verwenden. Mit ihnen können Sie Echtzeitberechnungen durchführen, um Ihren Aktuator in der idealen Position zu positionieren, oder Zeitgeber implementieren, um Positionsänderungen Ihrer Aktuatoren zu automatisieren. Mikrocontroller können auch Rückmeldungen von Ihren Aktuatoren aufnehmen, um eine genauere Positions- und Geschwindigkeitssteuerung sowie die gleichzeitige Steuerung mehrerer Aktuatoren bereitzustellen. Kurz gesagt, Mikrocontroller bieten Ihnen mehr Kontrolle und Flexibilität. Dank des benutzerfreundlichen Designs und der großen Beliebtheit von Arduino ist die zusätzliche Komplexität minimal.

Steuerung eines Linearaktuators mit einem Arduino

Sie können Ihren Linearantrieb nicht wie mit einem Schalter direkt an ein Arduino anschließen, da die Betriebsspannung des Arduino nur 5 V beträgt und sehr kleine Strombegrenzungen aufweist. Sie müssen eine Zwischenkomponente verwenden, um den Linearantrieb zu steuern. Dies kann entweder über Relais oder einen Motortreiber erfolgen.

Relais

Wie besprochen Hier, Relais sind elektromagnetische Schalter, die durch Ein- und Ausschalten einer Spule zum Öffnen und Schließen des Schalters gesteuert werden. Mit dem Arduino kann das Relais gesteuert werden, indem die Spule mit einem E / A-Pin aktiviert und deaktiviert wird. Abhängig von der Art des verwendeten Relais ändert sich die Kontrolle über Ihren Linearantrieb. Die Schnittstelle zum Arduino ist jedoch recht einfach. Schalten Sie die Spule einfach mit einem E / A-Pin ein. Sie müssen sicherstellen, dass die Nennspannung der Spule in der Nähe der Betriebsspannung des Arduino (5 V) liegt. Andernfalls kann der Arduino die Spule nicht ausreichend mit Strom versorgen, damit der Schalter schließt.

SPDT-Relais mit einem Arduino gesteuert

Oben sehen Sie ein Beispiel für eine Arduino-Schnittstelle mit einer Konfiguration mit zwei SPDT-Relais. In dieser hier beschriebenen Konfiguration werden die beiden Relais verwendet, um die Polarität der Spannung zum Linearantrieb umzudrehen und die Stromversorgung zum Aktuator zu unterbrechen. In dem unten gezeigten Codebeispiel aktiviert der Arduino das obere Relais, um den Aktuator für 2 Sekunden zu verlängern, indem er Pin 7 auf niedrig setzt, und stoppt dann den Aktuator für 2 Sekunden, indem er das obere Relais abschaltet, indem er beide Pins auf hoch setzt. Um den Aktuator zurückzuziehen, zieht der Arduino das zweite Relais 2 Sekunden lang an, indem er Pin 8 auf niedrig setzt, und stoppt dann den Aktuator für 2 Sekunden, indem er alle Pins erneut auf hoch setzt. Da sich dieser Code im Loop-Bereich des Programms befindet, wiederholt der Arduino diesen Code immer wieder. Natürlich könnten Sie eine elegantere Codierungslösung für Ihre Anwendung implementieren. Wenn Sie jedoch noch mehr Kontrolle wünschen, sollten Sie einen Motortreiber verwenden.

https://gist.github.com/OMikeGray/6bf644b6cda85bfe8c898ccd44ec6d78

Kraftfahrer

EIN Kraftfahrer ist ein integriertes Schaltungsdesign speziell zur Steuerung von Gleichstrommotoren, die Gleichstrom-Linearantriebe antreiben. Motortreiber verwenden üblicherweise eine H-Brücke, um sowohl die Richtung als auch die Geschwindigkeit zu steuern. Wie Sie Ihren Arduino genau mit Ihrem Motortreiber verbinden, hängt vom genauen Motortreiber ab, erfordert jedoch mindestens zwei E / A-Pins, von denen einer ein PWM-Signal ist. PWM- oder Pulsweitenmodulation ist ein Verfahren zum Variieren eines Signals zwischen Ein- und Ausschaltwerten, um effektiv eine niedrigere Betriebsspannung als die Betriebsspannung zu liefern. Der Motortreiber kann dann dieses Signal verwenden, um die Geschwindigkeit einzustellen, mit der der Motor läuft.

Arduino Steuern eines Motortreibers 

Oben ist ein Beispiel für unsere Hochstrom-Gleichstrommotorantrieb mit einem Arduino verbunden. Für diesen Motortreiber müssen Sie zwei PWM-Signale senden, eines zum Ausfahren des Stellantriebs und das andere zum Einfahren. Die PWM wird als vorzeichenloses Byte angegeben, dh sie reicht von 0 (keine Spannung) bis 255 (maximale Spannung) (5 V), was proportional zur Drehzahl des Motors ist. Da PWM kein Binärwert ist, müssen wir die PWM-Pins des Arduino verwenden und die analoge Schreibfunktion verwenden, wie im folgenden Beispiel gezeigt. PWM-Pins werden auf dem Arduino mit einem ~ gekennzeichnet oder einfach als PWM-Pins gekennzeichnet.

https://gist.github.com/OMikeGray/c4e0196704a4d62db5507ad8297708f4

Im obigen Codebeispiel verlängert der Arduino den Aktuator zwei Sekunden lang mit voller Geschwindigkeit, indem er dem Motortreiber die vollen 5 V von Pin 10 an den LPWM-Pin des Motortreibers sendet. Dann stoppt der Arduino den Aktuator, indem er kein Signal an einen der Eingangspins des Motortreibers sendet. Der Arduino fährt dann den Aktuator mit halber Geschwindigkeit zurück, indem er das Motortreibersignal sendet, das zur Hälfte von Pin 11 zum PinWM-Pin des Motortreibers eingeschaltet ist. Dann stoppt der Antrieb wieder. Da sich dieser Code im Loop-Bereich des Programms befindet, wiederholt der Arduino diesen Code immer wieder. Auch hier können Sie eine elegantere Codierungslösung implementieren, die zu Ihrer Anwendung passt, insbesondere wenn Sie Eingaben zur Steuerung Ihres Stellantriebs hinzufügen. 

Eingaben hinzufügen

Sobald Sie Ihren Aktuator mit einem Arduino steuern können, können Sie Eingaben in das Arduino für eine bessere Automatisierung und Steuerung implementieren. Diese Eingänge können sein Schalter, eine breite Palette von Sensoren oder sogar Rückmeldungen vom Aktuator selbst. Da es eine Vielzahl von Optionen für Eingaben gibt, variiert die Implementierung, es gibt jedoch einige allgemeine Punkte, die Sie kennen sollten. Wenn der Eingang wie ein Schalter einen Binäreingang bietet, sollten Sie die digitalen Pins des Arduino verwenden, die auf der Platine oder im Datenblatt gekennzeichnet sind, und die Funktion digitalRead () im verwenden Arduino IDE. Wenn Ihr Eingabegerät ein analoges Signal liefert, müssen Sie die analogen Pins verwenden, die auf der Karte oder im Datenblatt gekennzeichnet sind, und die Funktion AnalogRead () verwenden.


 

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