motores aula

Prévia do material em texto

1
Aula Prática 03 - Motores
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
LAROSE - Laboratório de Robótica e Sistemas Embarcados
Introdução a Engenharia da Computação
Renato Ventura Bayan Henriques
Semestre 2017/2
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
2
Motores DC - CC
I Motores são dispositivos que convertem a energia elética em
energia mecânica de rotação;
I A ponte H é um conceito utilizado para que seja possível
controlar o sentido da rotação (horário ou anti-horário). Todas as
técnicas citadas acima, garantem um excelente uso de motores
de corrente DC e de vários tamanhos e potências.
I O objetivo é realizar o controle independente de dois motores
DC, que estão fixados no chassi do robô, para que o mesmo
seja capaz de se deslocar em qualquer direção.
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
3
Motores DC - CC
I Os motores utilizados geralmente para pequenos projetos
possuem tensão entre 5V a 12V. O controle dos motores é
realizado através de PWM - Modulação por Largura de Pulso. A
técnica de PWM constitui uma maneira fácil de controlar
motores, onde é utilizada uma saída digital para o controle e
consiste em um padrão de rápida alternância entre liga e desliga
de um período T, na qual, parte do tempo ela estará em estado
ativo e parte do tempo em estado desativado.
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
4
Por dentro de um motor de corrente contínua
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
5
Funcionamento
I Os motores de corrente contínua (CC) ou motores DC (Direct
Current), como também são chamados, são dispositivos que
operam aproveitando as forças de atração e repulsão geradas
por eletroímãs e imãs permanentes. Conforme sabemos, se
fizermos passar correntes elétricas por duas bobinas próximas,
conforme mostra a imagem, os campos magnéticos criados
poderão fazer com que surjam forças de atração ou repulsão.
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
6
Funcionamento
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
7
Funcionamento
I A ideia básica de um motor é montar uma bobina entre os polos
de um imã permanente ou então de uma bobina fixa que
funcione como tal, conforme mostra a figura.
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
8
Funcionamento
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
9
Transistores
I Transistor (transference resistor) é um componente constituído
de uma pastilha monocristalina de material semicondutor
(Germânio ou Silício) com regiões dopadas com impurezas do
tipo N e do Tipo P. Os transistores dependendo do fim a que se
destina, pode funcionar como:
I Amplificador de corrente
I Amplificador de sinal Chave eletrônica
I Tradicionalmente os transistores se dividem em dois(2) grupos:
a saber:
I Bipolares
I Unipolares ou de efeito de campo
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
10
Transistores
I O transístor bipolar é o transístor mais importante do ponto de
vista histórico e o de utilização mais corrente. No entanto,
convém referir os transístores de efeito de campo (FET, “Field
Effect Transistor”), nomeadamente, os transístores FET de
junção unipolar, os transístores MOSFET (“Metal Oxide
Semiconductor Field Effect Transistor”), e os CMOS
(“complementary MOSFET”), os quais são muito usados na
electrónica integrada de alta densidade.
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
11
Tipos de transistores
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
12
Transistores
I NPN: o coletor é positivo e o emissor é negativo; a base deve
ser polarizada positivamente;
I PNP: o coletor é negativo, o emissor é positivo e a base deve ser
polarizada com tensão negativa.
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
13
Transistores
I Para simplificar, podemos pensar no transistor como uma
torneira. O lado do cano que vem da rua é o terminal de entrada
e o lado de onde sai a água é o terminal de saída. Quando você
abre ou fecha a torneira, sua mão atua como o terminal do meio.
Quanto mais você girar a torneira, mais água passará. Portanto,
quando é aplicada uma tensão ao terminal do meio em um
transistor, ele permite que a corrente elétrica circule pelos outros
dois terminais. A quantidade de tensão aplicada ao terminal do
meio (ou terminal de controle) determinará qual será a
intensidade da corrente que sairá pelo terminal de saída. Se
nenhuma tensão for aplicada ao terminal de controle
(equivalente à torneira fechada), não há circulação de corrente
elétrica, o que confere ao transistor duas propriedades:
amplificação de sinal elétrico e controle do fluxo da corrente,
como se fosse um botão “on/off”.
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
14
Diodo semi-condutor
I Diodo semicondutor é um dispositivo ou componente eletrônico
composto de cristal semicondutor de silício ou germânio numa
película cristalina cujas faces opostas são dopadas por
diferentes gases durante sua formação, que causa a polarização
de cada uma das extremidades. É o tipo mais simples de
componente eletrônico semicondutor, usado como retificador de
corrente elétrica entre outras aplicações. Possui uma queda de
tensão de, aproximadamente, 0,3 V (germânio) e 0,7 V (silício).
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
15
Diodo semi-condutor
I O diodo é um componente elétrico que permite que a corrente
atravesse-o num sentido com muito mais facilidade do que no
outro. O tipo mais comum de diodo é o diodo semicondutor, no
entanto, existem outras tecnologias de diodo. Diodos
semicondutores são simbolizados em diagramas esquemáticos
como na figura abaixo. O termo "diodo" é habitualmente
reservado a dispositivos para sinais baixos, com correntes iguais
ou menores a 1A.
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
16
Montagem do Hardware para Acionar o Motor
DC com Transistor TIP120
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
17
Ponte H
I Para implementar um circuito capaz de inverter o sentido de
circulação numa carga usando apenas transistores e com fonte
simples é usado a Ponte H. Pela distribuição dos componentes
lembra a letra “H”, assim temos uma ponte de controle completa,
pois há controle das correntes em dois ramos do circuito. Ponte
H é um circuito eletrônico que permite que um microcontrolador
controle um motor DC, o micro controlador por sí não consegue
"dar" a corrente necessária para o funcionamento do motor, e
ainda torna possível que o motor rode tanto para um sentido
quanto o outro. Estes circuitos são geralmente utilizados em
robótica e estão disponíveis em circuitos prontos ou podem ser
construídos por componentes.
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
18
Ponte H
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
19
Ponte H
I As chaves S1 e S2 assim como as chaves S3 e S4 nao podem
ser ligadas ao mesmo tempo pois podem gerar um curto circuito.
Para construção da ponte H pode ser utilizado qualquer tipo de
componente que simule uma chave liga-desliga como
transistores, relés, MOSFETs. Outro melhoramento que pode
ser feito à ponte H , seria a colocação de diodos entre as
"chaves", pois quando a corrente não tem onde circular, no caso
de omotor parar, ela volta para a fonte de alimentação
economizando assim o gasto de energia de uma bateria ou
evitando que a corrente danifique o microcontrolador, por
exemplo.
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
20
Ponte H simples com TIP120
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
21
Ponte H simples com TIP120
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
22
Ponte H – CI Driver L298N
I Para este projeto é utilizado o CI L298N. O CI contém Ponte-H
dupla internos que permitem controlar até quatro motores DC
em um único sentido ou dois motores nos dois sentidos.
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
23
Circuito do Robô com o L298N
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
24
Firmware – Problema Proposto com Ponte H
I Devem ser criados os protótipos e funções para as rotinas do
Slide 26, 27 e 28. Um Motor DC, por exemplo, tem seus dois
terminais conectados nas saídas da Ponte-H: OUTPUT 1 e
OUTPUT 2 (Slide 68). E são acionados por 3 Pinos/Portas
Digitais do Arduino, que devem ser conectados nos Pinos de
ENABLE_A, IN1 e IN2 da Ponte-H. Os dois últimos recebem 0
ou 1 dos Pinos Digitais do uC. O ENABLE_A, também pode ser
acionado por um pino digital ou de PWM, fazendo com que as
saídas onde estão o Motor DC (OUTPUT 1 e OUTPUT 2)
passem a receber a tensão de entrada da bateria VS (12V),
quando IN1 e IN2 são chaveados acionando os sentidos de
rotações horário e anti-horário do Motor DC. Logo, precisamos
de 6 Pinos/Portas Digitais do uC, para acionar dois Motores DC
e inverter os sentidos de rotações.
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
25
No código:
void moverParaFrente () {
//Pinos de PWM para acionar os Motores
digitalWrite(enable_ESQ , HIGH);
digitalWrite(enable_DIR , HIGH);
//motor 1
analogWrite(N1_ESQ_pwm , NORMAL_VEL );
analogWrite(N2_ESQ_pwm , 0);
//motor 2
analogWrite(N3_DIR_pwm , NORMAL_VEL );
analogWrite(N4_DIR_pwn , 0);
}
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
26
Movimento...
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
27
Movimento...
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
28
Movimento...
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
29
L293D ou SN754410
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
30
L293D ou SN754410
Renato Ventura Bayan Henriques | DELAE - EE | Introdução a Engenharia da Computação
Obrigado!