Контроль швидкості та напрямку руху двигуна постійного струму Arduino за допомогою реле та MOSFET

У цьому проекті ми контролюємо напрямок і швидкість двигуна сильного струму 24 В за допомогою Arduino та двох реле. Для цієї схеми не потрібні перемикачі живлення, лише дві кнопки та потенціометр для управління напрямком та швидкістю двигуна постійного струму. Одна кнопка буде обертати двигун за годинниковою стрілкою, а інша - проти годинникової стрілки. Для управління швидкістю двигуна необхідний один n-канальний MOSFET. Реле використовуються для перемикання напрямків двигуна. Це нагадує схему H-Bridge.

Необхідні компоненти:

1. Arduino Uno
2. Два реле на 12 В (також можна використовувати реле на 5 В)
3. Два транзистори; До н.е.547
4. Дві кнопки
5. IRF540N
6. 10k резистор
7. Джерело 24 вольт
8. Потенціометр 10K
9. Три діоди 1N4007
10. Підключення проводів

Принципова схема та пояснення:

Принципова схема цього двонаправленого проекту управління двигуном показана на зображенні нижче. Зробіть підключення відповідно до нього:

• Підключіть нормально закриту клему обох реле до плюсової клеми акумулятора.
• Підключіть нормально розімкнену клему обох реле до зливної клеми MOSFET.
• Підключіть джерело MOSFET до мінусової клеми акумулятора і до заземлювача Arduino UNO.
• Шлюзовий термінал до ШІМ-контакту 6 Arduino.
• Підключіть 10k резистор від воріт до джерела та діод 1N4007 від джерела до стоку.
• Підключіть двигун між середньою клемою реле.
• З двох терміналів, що залишилися, один надходить на штифт Vin Arduino Uno, а інший - на колекторну клему транзистора (для кожного реле).
• Підключіть висновок випромінювача обох транзисторів до виводу GND Arduino.
• Цифрові висновки 2 і 3 Arduino, кожен послідовно з кнопкою, спрямовуються на базу транзисторів.
• Підключіть діод через реле точно, як показано на малюнку.
• Підключіть кінцеву клему потенціометра до 5-контактного і Gnd-контакту Arduino відповідно. І термінал склоочисника на штифт A0.
• ** якщо у вас є дві окремі батареї на 12 В, тоді підключіть позитивну клему однієї батареї до мінусової клеми іншої батареї та використовуйте дві інші клеми як позитивну і мінусову.

Призначення транзисторів:

Цифрові висновки Arduino не можуть подавати кількість струму, необхідного для включення нормального реле 5 В. Крім того, в цьому проекті ми використовуємо реле 12 В. Він-штифт Arduino не може легко подати стільки струму для обох реле. Отже, транзистори використовуються для проходження струму від виводу Vin Arduino до реле, яке управляється за допомогою кнопки, підключеної від цифрового виводу до базової клеми транзистора.

Призначення Arduino:

• Для забезпечення величини струму, необхідного для включення реле.
• Щоб увімкнути транзистор.
• Для регулювання швидкості двигуна постійного струму за допомогою потенціометра за допомогою програмування. В кінці перевірте повний код Arduino.

Призначення MOSFET:

MOSFET необхідний для управління швидкістю обертання двигуна. MOSFET вмикається та вимикається при напрузі високої частоти, і оскільки двигун підключений послідовно до стоку MOSFET, значення ШІМ напруги визначає швидкість двигуна.

Поточні розрахунки:

Опір котушки реле вимірюється за допомогою мультиметра, який виявляється = 400 Ом

Vin шпилька Arduino дає = 12v

Отже, струм потрібно включити на реле = 12/400 ампер = 30 мА

Якщо обидва реле під напругою, струм = 30 * 2 = 60 мА

** Він-штифт Arduino може подавати максимальний струм = 200 мА.

Таким чином, в Arduino немає надто актуальних проблем.

Робота двонаправленого двигуна, керованого Arduino:

Експлуатація цієї двосторонньої схеми управління двигуном проста. Обидва шпильки (2, 3) Arduino залишатимуться завжди високими.

Коли жодна кнопка не натиснута:

У цьому випадку струм не тече до основи транзистора, отже, транзистор залишається вимкненим (діє як розімкнений перемикач), через що струм не надходить на котушку реле від виводу Vin Arduino.

Коли натискається одна кнопка:

У цьому випадку деякий струм надходить на основу транзистора через натиснуту кнопку, яка вмикає його. Тепер струм легко протікає до котушки реле від штиря Vin через цей транзистор, який включає це реле (РЕЛЕ A) і перемикач цього реле переводиться в положення НІ. Поки інше реле (РЕЛЕ B) все ще знаходиться у положенні ЧПУ. Отже, струм протікає від позитивної клеми акумулятора до негативної клеми через двигун, тобто струм протікає від реле А до реле В. Це викликає обертання двигуна за годинниковою стрілкою.

При натисканні іншої кнопки:

Цього разу включається інше реле. Тепер струм легко надходить до котушки реле від штиря Vin через транзистор, який включає це реле (РЕЛЕ B) і перемикач цього реле переводиться в положення НІ. Тоді як інше реле (RELAY A) залишається в положенні NC. Отже, струм протікає від позитивної клеми акумулятора до негативної клеми акумулятора через двигун. Але цього разу струм протікає від реле B до реле A. Це спричиняє обертання двигуна проти годинникової стрілки

Коли натиснуті обидві кнопки:

У цьому випадку струм тече до основи обох транзисторів, завдяки чому обидва транзистора включаються (діє як закритий вимикач). І отже, обидва реле тепер не в положенні НІ. Отже, струм не протікає від позитивної клеми акумулятора до негативної клеми через двигун і, отже, він не обертається.

Керування швидкістю двигуна постійного струму:

Шлюз MOSFET підключений до ШІМ-контакту 6 Arduino UNO. Мосфет вмикається і вимикається при високій частотній напрузі ШІМ, а оскільки двигун підключений послідовно до стоку мосфет, значення ШІМ напруги визначає швидкість двигуна. Тепер напруга між висновком склоочисника потенціометра та Gnd визначає напругу ШІМ на виводі No 6, і коли обертається висновок склоочисника, напруга на аналоговому виводі A0 змінюється, спричиняючи зміну швидкості двигуна.

Повна робота цього двонаправленого керування швидкістю та напрямком двигуна на базі Arduino показано у відео нижче з кодом Arduino.