自己動手做個智能小車(4)


自己動手做個智能小車(4)

——電機控制電路

CPU是接通了,程序也可以跑了,現在得讓程序可以控制電機才行。

前面我們知道,單片機是一個運行程序的芯片,當程序里把變量P0.0變成1時,芯片39接口就變成高電位(5v),變量賦值為0時,接口就變成了低電位(0v),很是方便。

但問題來了,這個如何控制電機呢? 先理一下,我們電機有幾種功能:正轉、反轉、剎車、滑行、調速,這幾大功能。現在的問題就是考慮如何用0和1來實現這些功能。

正轉、反轉,小時候玩過電動機的朋友都知道,將電機的兩個引線反過來接,那電機就反過來轉了,即正負極決定正反轉。好了看下面的電路應該就明白了:

中間一個電機,然后當按下開關A、D時 正轉,按下B、C時 電機就反轉,這樣就簡單的多了,不用把電機的兩根引線拆下來,反過來接,而是按按開關,就可以實現正轉、反轉了。

仔細看電路,如果把A、C 或B、D按下時,電機沒有接通電源,但兩個引腳處於短路狀態,此時什么狀態呢,剎車!! 為什么。。。 這時由於電機的磁力感應,我們知道電機當手動撥轉動時,兩個極會反向發電,而且發電的正負極與通電正負極后的轉向是相反的。 所以說當轉動后,產生的電,電再驅動電機轉動,此轉動又是反向的,與轉動的力抵消。所以此時大家可以試一下,電機是轉不動的,或是很緊。那的確就是剎車功能了。

電機轉動時,突然把四個按健全打開,發現電機還要轉一會兒,那這就是滑行咯。 當然,在轉動時,按上面的方法,A、C 或B、D 按下,電機會就突然停止,可以驗證剎車功能。

 

好了,現在功能時還差一個調速,這個先等等。 先想另一個功能,剛才說的這些都是開關按來按去,如果接到單片機上,讓其控制呢? 不過,看出來,好像這個開關正好是0和1么。

想到在學三極管時,有一個功能就是開關,

當三級管的B(基極)通上電時,C(發射極)E(極電極)就會接通,這不就是我們要的功能么,好電路改進下:

    改進后,可以看到,當a=1 b=0時Q13 Q16接通,當a=0 b=1時Q14 Q15接通,這正是我們要的功能。

就按這個電路來么?

實驗證明,失敗了(可以看到小車圖中中間一堆三極管,其實已經廢棄了),這樣可能控制電機的正反轉,但是小車啟動很困難,為什么呢。

我們知道,電動機,是一個感性電路,不是一個純電阻。簡單的說,電機的電阻不是一成不變的,轉速越低,電阻越小,轉速越高,電阻越大。

所以小車啟動過程,就是從低速或零速度開始運作。零速度時,電阻最小,只有零點幾歐姆,好了,上面圖中,三級管,本身也有內阻,這樣,電路簡化成這樣:

這個想必大家都會算,這個0.1歐的電阻兩端會有多少電壓,非常小吧,也就零點幾。那這么低的電壓加到電機上,能轉嗎? 顯然轉不了。 所以最后的結果是,小車要手動推一把才能運作。

於是大家應該想到了,既然電動機變不了,能不能先個內阻非常小的三極管不就行了么?

對,找個內阻小的,而且要非常小,后來發現三極管是找不到,於是最終換了場效管:

好了,這下安逸了,這個內阻非常小,最后小車啟動時也很敏捷。

取個名字,這個電路標准叫法為H橋。

現在還差個功能,就是調速咯,電壓變了,速度就會變,這個我們知道,但是對於單片機來說,只會輸出0和1,輸出不了多種電壓啊。於是考慮這樣:

我們給場效管的電路,不要一至輸出1,而是輸出一個方波:

即,輸入1時,間歇的輸出0,因為頻率比較高,輸入0時,電機不會立即停。於是當調整t1和t2的比例(稱為間歇比)時,電機的速度也就變了下來:

    這個就是傳說中的PWM控制技術。

    好了,到此為止,我們通過0和1也就可以控制小車的一系列的功能了,達到我們的要求的,組織下電路:

    注:這個電路是在Multisim軟件中繪制,好處是這個軟件可以模擬,就是通上電,上面的電壓表,電流表都會有讀數,這個可以盡可能模擬電路的真實環境。

    注:里面的場效管的型號不一定准,以第一章的配件清單來。

 

    好了,直接按這電路來么,當然可以運行。但后來試運行時,發現單片機不穩定了,經常重啟。查了很久,后來發現,原來是電機運行時,會導至整個電路電壓不穩定,干擾了單片機的運行。所以后來想到,在上面A、B、C三個接電單片機的地方,再加一個光電耦合器,這樣,就可以把電機電路與單片機電路分開了。光電耦合這樣接:

    

    這里,電路圖上就不繪在一起了。接單片機的,直接選幾個引腳一接即可。

    電路設計好了后,就開始焊接:

    當拿到場效管時,有點驚訝,發現非常小,於是沒辦法,整個電路就圍着它來了,而且沒有長的引腳,所以只能在萬能板的反面焊接先這樣排布:

注意:

這個場效管的外腳是這樣排的:

同時,電路中,這兩個是不一樣的,中間一個進,一個出,所以對就的型號也是A,B兩種,所以連接時,不要排錯。

    寫軟件時,經常說小步快跑,同樣硬件也是, 當這四個管子焊好后,就可以跑一下了,把它當成開關,試着能否控制電機的轉動,如果正轉、反轉都可以,說明這塊電路OK,可以繼續往下焊了。

    四個場效管好了后,就可以繼續焊三極管,然后是電阻,最后把引線全部加到邊上的與門電路上。

    反面是這樣的:

    

 

    好了,控制電路完成了,接下來就等着寫程序控制小車吧。


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