Arduino модуль управления двигателем

Содержание

Драйвер моторов с управляющим контроллером, FLASH-I2C

Общие сведения:

Модуль — Драйвер моторов с управляющим контроллером, I2C-flash — является драйвером коллекторных моторов с управлением по шине I2С.

Модуль относится к серии «Flash», а значит к одной шине I2C можно подключить более 100 модулей, так как их адрес на шине I2C (по умолчанию 0x09), хранящийся в энергонезависимой памяти, можно менять программно.

Для запуска мотора достаточно передать модулю число, определяющее коэффициент заполнения ШИМ от 0 до ±100%, значение определяет скорость, а знак, направление вращения мотора.

Модуль позволяет блокировать (стопорить) и освобождать вал остановленного (останавливаемого) мотора. В первом случае остановка мотора осуществляется с резким торможением и последующим удержанием вала, а во втором, торможение осуществляется плавно, по инерции, без удержания вала.

Модуль может получать данные с магнитного или оптического энкодера установленного на ротор мотора. В таком случае модулю нужно задать количество магнитов или оптических щелей энкодера. После чего скорость можно задавать не только коэффициентом заполнения ШИМ, но и количеством полных оборотов в минуту. Наличие энкодера позволит не только задавать скорость, но и получать реальную скорость вала и количество совершённых оборотов, даже если он вращается посредством внешних сил. Если на роторе мотора установлен редуктор, то модулю нужно указать его передаточное отношение.

Видео:

Спецификация:

Напряжение питания логики: 5 В (номинально), или 3,3 В.
Диапазон напряжений мотора поддерживаемый драйвером: 2,7 В . 12 В.
Максимальный ток мотора поддерживаемый драйвером: до 3 А (пиковый ток до 4 А).
Драйвер оснащён защитой от перегрева и перегрузки по току.
Интерфейс: I2C.
Скорость шины I2C: 100 кбит/с.
Адрес на шине I2C: устанавливается программно (по умолчанию 0x09).
Уровень логической 1 на линиях шины I2C: Vcc.
Уровень логической 1 сигналов с энкодера: Vcc.
Рабочая температура: от -20 до +70 °С.
Габариты: 45 х 25 мм.
Вес: 7 г.

Подключение:

Перед подключением модуля ознакомьтесь с разделом «Смена адреса модуля на шине I2C» в данной статье.

Назначение разъёмов модуля:

Разъем из 4 выводов шины I2C (используется для подключения модуля к Arduino).

SCL — вход/выход линии тактирования шины I2C.
SDA — вход/выход линии данных шины I2C.
5V — вход питания +5 В (номинально), или 3,3 В.
GND — общий вывод питания (соединён с выводом питания мотора -V_MOT).

Разъем из 2 выводов используется для подключения проводов питания мотора.

+V_MOT — вход питания мотора от +2,7 В до +12 В.
-V_MOT — общий вывод питания (соединён с выводом GND).

Разъем из 6 выводов используется для подключения мотора и энкодера.

Выходы модуля M, M (Motor) используются для питания мотора.
Входы модуля S,S (Signal) подключаются к выходам оптопар или датчиков Холла энкодера.
Выходы модуля G, V (GND, Vcc) используются для питания энкодера.

Если у мотора нет энкодера, то выводы G (GND), V (Vcc), S, S (Signal) не используются.

Энкодер: устройство позволяющее определять наличие и направление поворотов. На моторах, чаще всего, устанавливают оптические или магнитные энкодеры. Оптический энкодер состоит из двух оптопар и щелевого диска. Магнитный энкодер состоит из двух датчиков Холла и магнитного диска. Диск (магнитный или щелевой) устанавливается на валу ротора мотора.

Подключение мотора без энкодера:

При подключении мотора без энкодера используются только выводы M (Motor).
Выводы G (GND), V (Vcc), S, S (Signal) остаются не задействованы.

Подключение мотора GM12-N20:

Подключение мотора с энкодером:

Для подключения мотора используются выводы M.
Для подключения энкодера используются выводы G (GND), V (Vcc), S, S (Signal).

Подключение мотора GM12-N20:

Выходы модуля G, V (GND, Vcc) используются для питания энкодера.
Входы модуля S, S (Signal) подключаются к выходам оптопар или датчиков Холла энкодера.

Подключение модуля к управляющей плате:

Модуль подключается к аппаратной или программной шине I2C Arduino. В комплекте имеется кабель для быстрого и удобного подключения модуля к колодке I2C на Trema Shield. Если на шине I2C уже имеется другое устройство, то для подключения модуля, предлагаем воспользоваться I2C Hub.

Питание:

Входное напряжение питания модуля 5В (номинально), или 3,3 В постоянного тока, подаётся на выводы 5V и GND.

Входное напряжение питания мотора от 2,7В до 12В постоянного тока, подаётся на выводы +V_MOT и -V_MOT.

Подробнее о модуле:

Модуль построен на базе микроконтроллера STM32F030F4, драйвера DRV8833 и снабжен собственным стабилизатором напряжения. Модуль способен поддерживать заданную скорость и направление вращения вала, сверяясь с показаниями энкодера. На плате модуля имеется красный светодиод информирующий об отличии реальной скорости от заданной.

Модуль без энкодера позволяет:

Менять свой адрес на шине I2C.
Управлять внутренней подтяжкой линий шины I2C (по умолчанию включена).
Указывать борт установки модуля (модуль левого колеса / модуль правого колеса).
Задавать скорость вращения вала от 0 до ±100%, при этом знак определяет направление.
Останавливать двигатель и/или указать тип его остановки. Двигатель может быть остановлен двумя способами: отключением мотора (свободный ход) или торможением (стопор).
Заданный тип применяется ко всем последующим остановкам двигателя.
Останавливать двигатель по истечении заданного времени.
Определять наличие ошибки драйвера (перегрузка по току, перегрев, низкое напряжение).

Модуль с энкодером дополнительно позволяет:

Указывать передаточное отношение редуктора мотора.
Указывать количество магнитов или оптических щелей энкодера.
Задавать скорость вращения вала, указав количество оборотов в минуту или метров в секунду. Во всех случаях можно указывать отрицательные значения для вращения в обратную сторону.
Получать флаг отличия заданной скорости вращения вала от реальной, а так же указывать процент отклонения при котором будет устанавливаться данный флаг. На плате модуля имеется красный светодиод, который дублирует состояние этого флага.
Узнавать текущую скорость вращения вала.
Скорость вращения вала определяется по показаниям энкодера, даже если мотор отключён, а вал вращается по средством внешних сил.
Узнавать количество совершённых полных оборотов вала.
Количество оборотов вала определяется по показаниям энкодера, даже если мотор отключён, а вал вращается по средством внешних сил.
Остановить двигатель по истечении заданного количества полных оборотов вала. А зная размеры колеса, можно остановить двигатель по прохождении указанного расстояния.

Специально для работы с модулем — Драйвер моторов с управляющим контроллером, I2C-flash, нами разработана библиотека iarduino_I2C_Motor которая позволяет реализовать все функции модуля.

Подробнее про установку библиотеки читайте в нашей инструкции.

Смена адреса модуля на шине I2C:

По умолчанию все модули FLASH-I2C имеют установленный адрес 0х09. Если вы планируете подключать более 1 модуля на шину I2C, необходимо изменить адреса модулей таким образом, чтобы каждый из них был уникальным. Более подробно о том, как изменить адрес, а также о многом другом, что касается работы FLASH-I2C модулей, вы можете прочесть в этой статье.

Настройка модуля:

Настройка модуля заключается в указании параметров энкодера и редуктора.

Настройка модуля на работу мотора без энкодера:

Если драйвер работает с мотором без энкодера, то необходимо сбросить количество магнитов энкодера и указать состояние флагов инверсии вращения. Дополнительно можно указать способ остановки мотора (с освобождением или блокировкой вала).

Настройку модуля достаточно выполнить один раз в коде функции setup() .
Функция begin() инициирует работу с модулем.
Функция setMagnet() позволяет задать количество магнитов или оптических щелей энкодера. Так как данный пример демонстрирует настройку модуля на работу мотора без энкодера, то функция вызывается с параметром 0 — нет магнита или оптических щелей на валу энкодера.
Функция setInvGear() позволяет настроить инверсии вращения вала.
- Первый параметр функции устанавливается в true если выходной вал редуктора вращается в сторону противоположную вращению ротора мотора.
- Второй параметр функции устанавливается в true если ротор мотора вращается против часовой стрелки, при положительных скоростях.
Функция setStopNeutral() позволяет определить поведение вала при остановке. Если остановка должна быть плавной, то указывается true , иначе false .
В коде функции loop() демонстрируется работа модуля.
Функция setSpeed() задаёт скорость и направление вращения мотора, а функция setStop() останавливает мотор.
Если модуль настроен правильно, то выходной вал редуктора будет вращаться по часовой стрелке при положительных скоростях.

Настройка модуля на работу мотора с энкодером:

Если драйвер работает с мотором и энкодером, то необходимо указать количество магнитов энкодера, состояние флагов инверсии вращения и передаточное отношение редуктора. Дополнительно можно указать способ остановки мотора (с освобождением или блокировкой вала) и процент отклонения скорости до установки ошибки.

Настройку модуля достаточно выполнить один раз в коде функции setup() .
Функция begin() инициирует работу с модулем.
Функция setMagnet() позволяет задать количество магнитов или оптических щелей энкодера. В данном примере указано 7 магнитов или оптических щелей.
Функция setInvGear() позволяет настроить инверсии вращения вала.
- Первый параметр функции устанавливается в true если выходной вал редуктора вращается в сторону противоположную вращению ротора мотора.
- Второй параметр функции устанавливается в true если ротор мотора вращается против часовой стрелки, при положительных скоростях.
Функция setReducer() позволяет указать передаточное отношение редуктора, от 1: 0,01 до 1: 167’772,15 . В данном примере указано 1: 10,0 .
Функция setStopNeutral() позволяет определить поведение вала при остановке. Если остановка должна быть плавной, то указывается true , иначе false .
Функция setError() позволяет задать процент максимального отклонения скорости до установки ошибки. В данном примере, если заданная скорость будет отличаться от реальной более чем на 20 %, то установится флаг ошибки, а на плате включится красный светодиод.
В коде функции loop() демонстрируется работа модуля.
Функция setSpeed() задаёт скорость и направление вращения мотора, а функция setStop() останавливает мотор.
Если модуль настроен правильно, то выходной вал редуктора будет вращаться по часовой стрелке при положительных скоростях.

Настройка модуля при помощи регистров:

Карта всех регистров модуля с их подробным описанием доступна на странице Wiki — Мотор-редуктор с управляющим контроллером, I2C-flash — Datasheet.

В предыдущих разделах модуль был настроен при помощи функций: setMagnet() , setInvGear() , setReducer() и setError() .
Работа модуля была продемонстрирована функциями setSpeed() и setStop() .
Функция setMagnet() записывает значение параметра в регистр 0x11 «MAGNET» .
Функция setInvGear() записывает значение параметров в регистр 0x25 «BITS_2» .
Функция setReducer() записывает значение параметра в регистры 0x12-14 «REDUCER» .
Функция setStopNeutral() сохраняет бит поведения вала при остановке в регистр «STOP» .
Функция setError() записывает значение параметра в регистр 0x0A «MAX_RPM_DEV» .
Функция setSpeed() записывает значение в регистры «SET_PWM» или «SET_RPM» .
Функция setStop() устанавливает бит остановки в регистре 0x24 «STOP» или записывает условие остановки в регистры 0x1E-20 «STOP_REV» , или 0x21-23 «STOP_TMR» .

Следующий пример выполняет те же действия, что и пример из раздела «Настройка модуля на работу мотора с энкодером», но без использования библиотеки iarduino_I2C_Motor.

Если для остановки мотора записывать в регистр REG_STP значение 0b00000010 , то мотор будет останавливаться резко, в отличии от плавной остановки записью значения 0b00000011 .

Примеры работы с модулем:

Примеры работы с модулем при помощи библиотеки iarduino_I2C_Motor и описание всех её функций, доступны на странице Wiki — Мотор-редуктор с управляющим контроллером, FLASH-I2C.

Сама библиотека содержит больше примеров, доступных из меню Arduino IDE: Файл / Примеры / iarduino I2C Motor (мотор).

Функции setSpeed() , getSpeed() , setStop() и getSum() , вызванные с параметрами MOT_RPM, MOT_M_S, MOT_MET и MOT_REV поддерживаются только модулем с установленным энкодером.

Источник