Андрей Смирнов
Время чтения: ~23 мин.
Просмотров: 0

Управление двигателем постоянного тока с применением драйвера l298n и arduino uno

Расчеты конструкции четырехскатной крыши

Монтаж кровли такой формы невозможно реализовать, если нет проекта ее строительства. 

Порядок, как рассчитать четырехскатную крышу правильно, знают только сотрудники специализированных проектных организаций. В технической документации, подготовленной специалистами, имеются чертежи стропильной конструкции, основных ее узлов соединения, схема кровельного «пирога» и других элементов для обустройства кровли. 

При расчете прочностных показателей, учитывают, что на систему стропил оказываются постоянные (среди которых вес самой кровли) и временные нагрузки. К последним факторам относятся атмосферные осадки, сильные ветра, вес людей, осматривающих или ремонтирующих крышу. Вес кровли определяют путем умножения удельного веса каждого используемого материала на площадь поверхности скатов. Для этого нужно знать, как посчитать площадь крыши дома.

Прежде всего, для кровли рассчитывают угол наклона крыши, исходя из климатических особенностей конкретного региона. Среднее значение данного показателя составляет от 5 до 60 градусов. Если в районе расположения дома наблюдаются обильные осадки, специалисты настоятельно рекомендуют строить четырехскатные крыши с углом наклона в пределах от 45 до 60 градусов. Согласно СНиПу, снеговая нагрузка для средней полосы России равна 180 кг/м², если уклон составляет не более 60 градусов. С возрастанием угла наклона увеличивается количество материала для создания кровли, а соответственно стоимость ее строительства значительно возрастает. 

Когда известен уклон скатов, требуется узнать высоту кровельного конька. Для этого величину, равную половине пролета дома, умножают на табличный коэффициент, который соответствует этому углу. Например, для угла в 25 градусов коэффициент равен 0,47, а при 30 градусах – 0,59, таким образом, если дом имеет ширину 10 метров, тогда высота конька составит 2,35 и 2,95 метра. 

Затем производятся расчеты относительно длины стропил и их рекомендуемого сечения. Такой параметр как сечение стропил зависит от угла наклона крыши и оказываемых нагрузок. Запас прочности элементов стропильной конструкции не может быть меньше коэффициента 1,4. При определении размеров крыши – ее высоты, ширины и длины учитывают угол постройки. До того, как посчитать площадь четырехскатной крыши, необходимо знать площадь каждого из кровельных скатов, которые, как говорилось ранее, могут иметь форму треугольника или трапеции. Так как рассчитать площадь крыши иногда без схемы весьма сложно, рекомендуем это выполнять по заранее составленному проекту. 

Шим регулятор на таймере ne555

Потребовалось мне сделать регулятор скорости для пропеллера. Чтобы дым от паяльника сдувать, да морду лица вентилировать. Ну и, для прикола, уложить все в минимальную стоимость.

Проще всего маломощный двигатель постоянного тока, конечно, регулировать переменным резистором, но найти резюк на такой малый номинал, да еще нужной мощности это надо сильно постараться, да и стоить он будет явно не десять рублей. Поэтому наш выбор ШИМ + MOSFET.

Ключ я взял IRF630. Почему именно этот MOSFET? Да просто у меня их откуда то завелось штук десять. Вот и применяю, так то можно поставить что либо менее габаритное и маломощное. Т.к.

ток тут вряд ли будет больше ампера, а IRF630 способен протащить через себя под 9А. Зато можно будет сделать целый каскад из вентиляторов, подсоединив их к одной крутилке — мощи хватит

Теперь пришло время подумать о том, чем мы будем делать ШИМ.

Сразу напрашивается мысль — микроконтроллером. Взять какой-нибудь Tiny12 и сделать на нем. Мысль я эту отбросил мгновенно.

  1. Тратить такую ценную и дорогую деталь на какой то вентилятор мне западло. Я для микроконтроллера поинтересней задачу найду
  2. Еще софт под это писать, вдвойне западло.
  3. Напряжение питания там 12 вольт, понижать его для питания МК до 5 вольт это вообще уже лениво
  4. IRF630 не откроется от 5 вольт, поэтому тут пришлось бы еще и транзистор ставить, чтобы он подавал высокий потенциал на затвор полевика. Нафиг нафиг.

Остается аналоговая схема. А что, тоже неплохо. Наладки не требует, мы же не высокоточный девайс делаем. Детали тоже минимальные. Надо только прикинуть на чем делать.

Операционные усилители можно отбросить сразу. Дело в том, что у ОУ общего назначения уже после 8-10кГц, как правило, предельное выходное напряжение начинает резко заваливаться, а нам надо полевик дрыгать.

Да еще на сверхзвуковой частоте, чтобы не пищало.

ОУ лишенные такого недостатка стоят столько, что на эти деньги можно с десяток крутейших микроконтроллеров купить. В топку!

Остаются компараторы, они не обладают способностью операционника плавно менять выходное напряжение, могут только сравнивать две напруги и замыкать выходной транзистор по итогам сравнения, но зато делают это быстро и без завала характеристики.

Пошарил по сусекам и компараторов не нашел. Засада! Точнее был LM339, но он был в большом корпусе, а впаивать микросхему больше чем на 8 ног на такую простую задачу мне религия не позволяет. В лабаз тащиться тоже было влом.

Что делать?

И тут я вспомнил про такую замечательную вещь как аналоговый таймер — NE555. Представляет собой своеобразный генератор, где можно комбинацией резисторов и конденсатором задавать частоту, а также длительность импульса и паузы.

Как это работает
Если не вникать глубоко в структуру таймера 555, то несложно. Грубо говоря, таймер следит за напряжением на конденсаторе С1, которое снимает с вывода THR (THRESHOLD — порог). Как только оно достигнет максимума (кондер заряжен), так открывается внутренний транзистор.

Который замыкает вывод DIS (DISCHARGE — разряд) на землю. При этом на выходе OUT появляется логический ноль. Конденсатор начинает разряжаться через DIS и когда напряжение на нем станет равно нулю (полный разряд) система перекинется в противоположное состояние — на выходе 1, транзистор закрыт.

Конденсатор начинает снова заряжаться и все повторяется вновь.
Заряд конденсатора С1 идет по пути: «R4->верхнее плечо R1 ->D2«, а разряд по пути: D1 -> нижнее плечо R1 -> DIS. Когда мы крутим переменный резистор R1 то у нас меняются соотношения сопротивлений верхнего и нижнего плеча. Что, соответственно, меняет отношение длины импульса к паузе.

Частота задается в основном конденсатором С1 и еще немного зависит от величины сопротивления R1.

Резистор R3 обеспечивает подтяжку выхода к высокому уровню — так так там выход с открытым коллектором. Который не способен самостоятельно выставить высокий уровень.

Шим регулятор 12в на 555

Представляем простую конструкцию регулятора мощности, схема которого построена на таймере 555, работающем в режиме ШИМ. Транзисторы IRF3205 являются управляемыми элементами, причем транзисторы соединены параллельно для уменьшения сопротивления и лучшего рассеивания тепла.

Схема ШИМ на 12 В для ламп

Напряжение от трансформатора выпрямляется мостом на 50 А, установленным на радиаторе. Подается оно далее на стабилизатор 8 В, а затем в схему управления. Устройство должно было работать с несколькими галогенками 12 В 50 Вт.

Кстати, вы можете хорошо уменьшить нагрев транзисторов снизив частоту коммутации — на это стоит обратить внимание

При полной яркости будет ток в нагрузке около 25 А

Так что уделите особое внимание винтовым соединительным разъемам. Кабели сечением 1,5 мм2 тоже недостаточны для такого большого тока

Конечно, затворы лучше переключать напряжением около 10 — 12 В (не более 15 В для безопасности МОП-транзисторов), чем 6 В, хотя бы для того чтобы быть уверенным в их насыщении во включенном состоянии.

А более высокое напряжение также означает более быструю перезагрузку затворов, что приводит к более короткому переходному времени, а это снижает потери мощности на них.

Если они не насыщаются, то тепло, генерируемое на них с высокой рабочей мощностью, заставит транзисторы сильно греться.

Чтобы поднять управляющее напряжение, достаточно подключить R3 напрямую к источнику питания, а не к стабилизатору. Чтобы ускорить переключение, предлагаем конденсатор 0.1 мкФ поставить параллельно с R2 и, если необходимо, дополнительно в ряд перед этим параллельным соединением резистор, чтобы минимизировать токи при разряде конденсатора.

Вместо резистора R3 ещё лучше ставить резисторы 5-10 Ом в затворах mosfet и использовать более мощные биполярные транзисторы, например семейства BD136 — BD140 соответствующих типов проводимости.

Полезное:  Лабораторный источник питания 30В 5А

Упрощенный ШИМ 12V регулятор постоянного тока

Для регуляторов оборотов мотора постоянного тока можно использовать эту, показанную выше схему. Здесь нет необходимости использовать управляющие транзисторы. Mosfet могут быть подключены параллельно, добавив один 30-ти омный резистор к затвору каждого транзистора. Плату можете скачать в архиве.

4— 5,00

НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

Примечание: чтобы видеть ответы модуля ESP8266 на поступающие команды откройте монитор последовательного порта (Serial Monitor) в программной среде Arduino IDE.

В программе первым делом нам необходимо будет соединить наш Wi-Fi модуль с Wi-Fi роутером чтобы подключить Wi-Fi модуль к сети интернет. Затем мы должны сконфигурировать локальный сервер, передать данные на веб-страницу и закрыть соединение. Для этого нам необходимо выполнить следующую последовательность действий:

1. Сначала нам необходимо произвести тест Wi-Fi модуля при помощи передачи ему AT команды, он должен ответить OK.

2. После этого мы должны выбрать необходимый режим работы с помощью команды AT+CWMODE=mode_id , мы будем использовать Mode id =3. Полный же список доступных режимов выглядит следующим образом:
1 = Station mode (client) (режим станции, клиента)
2 = AP mode (host) (режим базовой станции, хоста)
3 = AP + Station mode (Yes, ESP8266 has a dual mode!) (режим станции + хоста – модуль ESP8266 поддерживает этот двойной режим).

3. Затем мы должны отсоединить наш Wi-Fi модуль от прежней Wi-Fi сети с помощью команды AT+CWQAP поскольку модуль ESP8266 по умолчанию автоматически соединяется с предыдущей использованной сетью Wi-Fi.

4. После этого можно сбросить модуль командой AT+RST – это необязательный шаг.

5. После этого мы должны соединить модуль ESP8266 с Wi-Fi роутером с помощью команды:AT+CWJAP=”wifi_username”,”wifi_password”.

6. После этого мы должны получить IP адрес с помощью команды AT+CIFSR, которая вернет нам IP адрес.

7. После этого нам необходимо задействовать режим мультиплексирования с помощью команды AT+CIPMUX=1 (1 для соединения с мультиплексированием и 0 для одиночного соединения).

8. Теперь сконфигурируем ESP8266 как сервер с помощью команды AT+CIPSERVER=1,port_no (port может быть 80). Теперь наш Wi-Fi готов. В представленной команде ‘1’ используется для создания сервера и ‘0’ для удаления сервера.

9. Теперь с помощью соответствующих команд можно передавать данные на созданный локальный сервер:AT+CIPSEND =id, length of data
Id = ID no. of transmit connection (номер соединения)
Length = Max length of data is 2 kb (максимальная длина данный 2 Кбайта).

10. После передачи ID (номера, идентификатора) и Length (длины данных) на сервер мы можем передавать данные, к примеру: Serial.println(“circuitdigest@gmail.com”);

11. После передачи данных нам необходимо закрыть соединение с помощью команды:AT+CIPCLOSE=0
После этого данные будет переданы на локальный сервер.

12. Теперь вы можете набрать IP адрес в строке адреса вашего браузера и нажать Enter. После этого вы увидите переданные данные на веб-странице.

Все описанные шаги можно более наглядно посмотреть в видео в конце статьи.

Использование ШИМ для регулировки скорости мотора

Если мотором управлять ничуть не сложнее, чем светодиодом, то, наверное можно изменять яркость скорость вращения мотора точно так же, как при работе со светодиодами? Именно так! С точки зрения Arduino абсолютно не важно с чем мы имеем дело. Как вы уже, наверно, могли догадаться, для изменения скорости вращения мотора нам понадобится скетч Fade

Как вы уже, наверно, могли догадаться, для изменения скорости вращения мотора нам понадобится скетч Fade.

Fade.ino
int led = 9;           // Пин, к которому подключён затвор транзистора
int brightness = ;    // Теперь эта переменная отвечает за скорость вращения
int fadeAmount = 5;    // Шаг изменения скорости
 
void setup()
{ 
  // Настраиваем цифровой пин 9 на вывод
  pinMode(led, OUTPUT);
} 
 
void loop()
{ 
  // Устанавливаем скорость вращения мотора
  analogWrite(led, brightness);    
 
  // Увеличиваем текущее значение скорости вращения
  brightness = brightness + fadeAmount;
 
  // Когда скорость становится максимальной/минимальной — начинаем её снижать/повышать 
  if (brightness ==  || brightness == 255)
  {
    fadeAmount = -fadeAmount ; 
  }     
  // Пауза 30 миллисекунд    
  delay(30);                            
}

Грибная запеканка с овсянкой

Категория:
Горячие блюда Запеканки Запеканка с грибами

Быстрая и оригинальная запеканка к обеду с овсянкой и шампиньонами.

Проект четырёхскатной крыши

Этот тип крыши отличается наибольшей устойчивостью к любым нагрузкам – повышенной надёжностью и долговечностью. Возведение стропильной системы и укладка кровельного пирога не требует значительных трудозатрат, что позволяет использовать меньше денежных средств при найме специалистов.

Такая конструкция даёт большое количество возможностей и вариантов исполнения. Существует множество видов четырёхскатных крыш. Наиболее простая в исполнении система состоит из двух трапециевидных и двух треугольных сегментов, стыки которых закрыты коньками

Важно заметить, что треугольные скаты находятся обычно со стороны фронтонов.

Возможен вариант, при котором сразу все секции имеют форму равнобедренного треугольника. Все рёбра при этом сходятся в одной точке, которая находится в вершине конструкции. Есть и другие способы создания 4 скатной крыши. Например, кровля с использованием многоуровневых или коротких скатов, сочетающихся с фронтонами, а также конструкции со сложными окнами мансардного типа и ломаными линиями стыков.

Четырехскатная крыша одноэтажного домаИсточник homestroy.net

Заметьте, что для создания стропильной системы этого типа крыши нужен немалый опыт в строительстве. Поэтому лучше нанять специалистов из строительной фирмы, если вы планируете возведение постройки с кровлей, имеющей четыре ската.

Необходимые компоненты

Мы рассмотрим вариант взаимодействия с полевым транзистором. Принципы подключения мотора будут разобраны на конкретном железе: DC-мотор, плата Arduino, N-канальный полевой транзистор, резистор на 10 кОм (R1), резистор на 220 Ом (R2).

Вы же в своих экспериментах вольны использовать то, что есть в наличии. Важны лишь 3 условия:

  • Максимальный ток потребления мотора (ток при блокировке) не должен превышать максимальный ток стока полевого транзистора.
  • Затвор транзистора должен отпираться при напряжении 5 В.
  • Транзистор должен обладать встроенным диодом обратной цепи (flyback диод).

Советы к рецепту

Шим регулятор большой мощности

Такой ШИМ регулятор может быть применен для управления мощными нагрузками , в том числе и низковольтными электродвигателями.Сегодня постараюсь сделать небольшой поверхностный обзор этого чудо-модуля и показать основные части и принцип работы.

Произведено естественно в Китае, жаль , что на плате затерты многие компоненты, хотя итак понятно что к чему.

Шим регулятор обеспечивает плавную регулировку мощности , диапазон выходных напряжений 10-50 Вольт , что проверялось неоднократно. Максимальный ток до 60 Ампер, а это дает возможность использовать такую плату для управления (регулировки) оборотов электрокаров, скутеров или велосипедов. Модуль как раз специально заточен для таких целей из-за наличия гасящих диодов, которые предназначены для защиты полевых ключей от самоиндукции двигателя.  Для того кто захочет приобрести данный товар, вот ссылка

  • На плате 12 трехвыводных компонента  в  корпусе ТО220, у каждого свой теплоотвод, из них 4 являются диодами , а остальные 8 – полевые транзисторы .
  • Китайские инженеры затерли очень многое на плате, в том числе и полевики (точнее они вообще без маркировки).

Имеется задающий генератор, на выходе которого установлен делитель. Таким образом получено два аналогичных сигнала, которые поступают на двайвера, а их две.

Каждый драйвер управляет линейкой полевиков ( 4 шт) в итоге силовые выводы всех полеввиков включены параллельно.
Схема очень продуманная, но одного китайцы не учли – не имеется защита от кз на выходе.

Вообще это уже второй подобный модуль у меня, в первом варианте был установлен низкоомный шунт – беседа с продавцом подтвердила, что это токовый шунт, с которого берутся показания для системы защиты, т.

е фиксируется падение именно на этом шунте, но когда плата доехала я был в шоке – шунт имеется, но на плате попросту не установлены компоненты схемы защиты , таким образом шунт играет роль банальной перемычки, в итоге эта плата сгорела в один прекрасный миг.

А та плато , о которой сегодня беседуем, пока жива и здорова, но опять же – очень уязвима из-за отсутствия защит.
По схематической части все стандартно – мощный шим регулятор оборотов для движка, важно не превысить максимально допустимое входное напряжение (50 Вольт макс) а то сгорит схема стабилизатора, который обеспечивает питание для шим микросхемы и драйвера

Регулировать яркость галогенных ламп и других пассивных нагрузок тоже можно без проблем. Проверял регулятор под нагрузкой в 30 Ампер , ключи еле -еле теплые , не смотря на маленькие теплоотводы, хотя это стоило ожидать, ведь шим управление гораздо эффективнее, чем линейное.

Ещё раз укажу ссылку на генератор

Объяснение работы схемы и исходный код программы

В представленной схеме мы управляем скоростью вращения двигателя постоянного тока с помощью потенциометра на 100 кОм, вращая ручку которого мы изменяем коэффициент заполнения ШИМ сигнала. Потенциометр 100 кОм подсоединен к аналоговому входному контакту A0 Arduino UNO, а двигатель постоянного тока соединен с контактом 12 Arduino (который является контактом ШИМ). Принцип работы программы основан на том, что она считывает значение напряжения с аналогового контакта A0. Значение напряжения на этом аналоговом контакте изменяется с помощью потенциометра. Потом после необходимых вычислений коэффициент заполнения ШИМ регулируется в соответствии с этим значением.

К примеру, если мы получаем значение 256 (то есть это уже преобразованное цифровое значение) с аналогового входа, то в этом случае высокий уровень на контакте ШИМ будет в течение 768 мс (1024-256), а низкий уровень будет в течение 256 мс. Следовательно, коэффициент заполнения ШИМ будет равен 75%. Человеческий глаз не может различить колебания такой высокой частоты поэтому ему кажется что двигатель постоянно вращается со скоростью 75% от максимальной.

Arduino

int pwmPin = 12; // вводим переменную для контакта 12 (он будет использоваться для ШИМ)
int pot = A0; // вводим переменную для обозначения аналогового входа A0
int c1 = 0; // объявляем переменную c1
int c2 = 0; // объявляем переменную c2
void setup() // setup loop
{
pinMode(pwmPin, OUTPUT);
pinMode(pot, INPUT);
}
void loop()
{
c2= analogRead(pot);
c1= 1024-c2; // вычитаем c2 из 1024 и сохраняем результат в c1
digitalWrite(pwmPin, HIGH);
delayMicroseconds(c1);
digitalWrite(pwmPin, LOW);
delayMicroseconds(c2);
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

intpwmPin=12;// вводим переменную для контакта 12 (он будет использоваться для ШИМ)

intpot=A0;// вводим переменную для обозначения аналогового входа A0

intc1=;// объявляем переменную c1

intc2=;// объявляем переменную c2

voidsetup()// setup loop

{

pinMode(pwmPin,OUTPUT);

pinMode(pot,INPUT);

}

voidloop()

{

c2=analogRead(pot);

c1=1024-c2;// вычитаем c2 из 1024 и сохраняем результат в c1

digitalWrite(pwmPin,HIGH);

delayMicroseconds(c1);

digitalWrite(pwmPin,LOW);

delayMicroseconds(c2);

}

Простой пример работы Arduino с драйвером L298N

Сейчас мы рассмотрим пример простой схемы совместного использования Arduino и L298N. Такой вариант позволяет управлять скоростью вращения вала и его направлением у двигателя постоянного тока. Для этого задается специальная программа на ПК, которая будет определять генерацию ШИМ сигнала от L298N и направление протекания электрического тока через Н-мост. Разумеется, для формирования схемы потребуются еще несколько дополнительных компонентов, которые позволят соединить между собой драйвер, Ардуино, компьютер и двигатели.

Схема совместного использования Arduino и L298N

Перечень необходимых компонентов для сборки схемы:

  • Arduino UNO  — наиболее простая модель из линейки, но его функционала будет более чем достаточно. Если вы используете более продвинутый вариант, то он также хорошо справится с этой задачей.
  • Драйвер  L298N – не самый доступный драйвер, но заменить его другим не получится, так как принцип работы похожих моделей может в корне отличаться.
  • Двигатель на 12 В – в данном примере используется электрическая машина постоянного тока.
  • Потенциометр 100 кОм.
  • Кнопка для коммутации цепи.
  • Источник питания 12 В  — может подойти любой вариант, включая несколько пальчиковых батареек.
  • Плата для установки элементов.
  • Соединительные провода, желательно с готовыми штекерами папа/мама.
Компонент Спецификация Количество Где купить
Arduino UNO Rev3.0 1 Ссылка
Драйвер L298N 1 Ссылка
Мини-двигатель 12В, DC, 6000 об/мин. 1 Ссылка
Блок питания 12 Вольт 1 Ссылка
Кнопка Micro SMD SMT 1 Ссылка
Потенциометр 100 кОм 1 Ссылка
Соединительные провода папа-мама   Ссылка

Полный код проекта:

Практическое применение.

Программирование работы электрическими двигателями широко используется в робототехнике, к примеру, ваше изобретение, оснащенное колесами, сможет осуществлять движение и в прямом, и в обратном направлении. Как вы могли уже убедиться, совместная работа  Arduino и драйвера L298N сможет без проблем решить такую задачу. При этом вы можете обеспечить одновременную работу сразу двух двигателей от одного драйвера, то есть управлять сразу двумя колесами, причем независимо друг от друга.

В другом варианте двигатели, управляемые Arduino и драйвером L298N могут перемещать руки робота в прямом и реверсивном направлении, передвигаться по линейной траектории  и т.д. Полный перечень возможностей платы Arduino и драйвера L298N ограничивается только вашей собственной фантазией, поэтому вы можете самостоятельно найти им интересное применение.

Программинг

Для наибольшей простоты воспользуемся, пожалуй, самым известным скетчем из готовых примеров — Blink.

Blink.ino
int led = 13;
 
 
void setup() 
{                
  // Инициализация цифрового пина 13 на вывод
  pinMode(led, OUTPUT);     
}
 
 
void loop()
{
  digitalWrite(led, HIGH);   // Включение светодиода и мотора
  delay(1000);               // Задержка на 1 секунду
  digitalWrite(led, LOW);    // Выключение светодиода и мотора
  delay(1000);               // Задержка на 1 секунду
}

Посмотрим, что получилось.

Цифровой пин 13 раз в секунду меняет своё состояние. Когда на выходе устанавливается значение HIGH — загорается светодиод и начинает вращаться мотор. Когда устанавливается LOW — светодиод гаснет, а мотор останавливается.

Почему дроны и вертолеты используют именно BLDC двигатели?

Сейчас существует множество различных типов дронов – с двумя лопастями, с четырьмя лопастями и т.д. Но все они используют именно BLDC двигатели. Почему именно их, ведь BLDC двигатели стоят дороже чем обычные электродвигатели постоянного тока?

Существует несколько причин для этого:

большой крутящий момент, который очень важен для того чтобы оторвать летающее средство от земли;
эти двигатели доступны в формате OutRunner, что позволяет обойтись без сцепления в конструкции дрона;
маленький уровень вибраций во время работы, что очень важно для неподвижного зависания дрона в воздухе;
хорошее соотношение мощности к весу двигателя. Это очень важно для использования на летающих механизмах чтобы все элементы его конструкции имели как можно меньший вес

Обычный двигатель постоянного тока, обеспечивающий такой же крутящий момент как и BLDC двигатель, будет как минимум в два раза тяжелее него.

Что нужно для подключения RGB ленты

Разберемся как правильно подключить светодиодную RGB ленту. Для полноценной схемы освещения нам понадобится:

  • Светодиодная лента;
  • блок питания;
  • RGB-контроллер с пультом управления;
  • RGB-усилитель (опционально).

Блок питания

Питание для светодиодной ленты нужно подбирать с учетом предполагаемой нагрузки и его будущего места расположения. Рассмотрим на примере SMD5050 60 led. Потребляемая мощность – 14,4 Вт/м.

При длине в 5 метров, необходимая мощность БП будет:

5м * 14,4Вт * 1,25 (коэффициент запаса) = 90Вт

Разновидности блоков питания для led

Если длина 15 метров, то БП соответственно нужен в 3 раза мощнее – 270W. Если длина ленты 20, 25 и больше метров – целесообразно устанавливать несколько БП меньшей мощности.

Степень защиты зависит от расположения БП. Если располагается в сухом, закрытом помещении достаточно IP20. Если в ванной или других агрессивных условиях, то не ниже IP67.

Подробнее про расчет блока питания для светодиодной ленты.

RGB контроллер

Управление светом осуществляется через специальный контроллер. Он подключается между блоком питания и светодиодами, снабжается проводным или беспроводным пультом.

RGB контроллер

Контроллер, как и блок питания, подбирается в зависимости от суммарной мощности ленты. С тем отличием, что к необходимой мощности БП добавляют 25-30% запаса, а контроллер подбирают впритык по мощности.

Например. Нужно подключить 10 метров SMD5050 60 led. Мощность 1 метра – 14,4 Вт, соответственно нам нужен контроллер на 144 Вт.

По принципу управления различают: проводные – чаще монтируются на стену; беспроводные с управлением через:

  • Инфракрасный порт (ИК) – пульт должен находиться в зоне прямой видимости;
  • радио-канал – позволяет пользоваться в пределах дома;
  • Wi-Fi – позволяют как управлять с пульта, так и с приложения на смартфоне.

Управление освещением со смартфона

После установки и подключения, вы сможете:

  1. Устанавливать цвет вручную. Доступны как чистые цвета, так и смешанные оттенки.
  2. Регулировать яркость – аналогично обычному диммеру (подробнее про диммеры).
  3. Автоматические режимы. К ним относится переключение цветов, быстрое мерцание, плавное изменение, плавные затухания и другие алгоритмы.

А если мощности RGB контроллера не хватает, чтобы подключить все освещение (больше 20 метров)? Можно установить 2 контроллера, но управлять светом одной комнаты придется с двух пультов, что не удобно и дорого. Второй (правильный) вариант — использовать RGB усилитель.

RGB усилитель (led amplifier)

Этот прибор позволяет усиливать и передавать дальше по цепи сигнал от контроллера. Таким образом, задействовав несколько усилителей, можно собрать контур освещения любой длины.

Rgb усилитель (led amplifier)

Усилитель устанавливается в разрыв ленты и имеет отдельное подключение к блоку питания (про подключение ниже). Мощность подбираем исходя из остатка ленты, которой не хватает мощности контроллера.

Наглядный пример. Нужно подключить 20м SMD 3528 (14,4 Вт/м), общей мощностью 288 Вт. В наличии у нас только контроллер с мощностью 216 Вт и блок питания на 300W. Соответственно нужен усилитель:

288 Вт — 216 Вт = 72 Вт

Мощность БП 300 Вт, его достаточно для питания контроллера и усилителя. В случае если мощности БП недостаточно (например 250W), нужен отдельный БП для усилителя.

Управление двигателем при помощи реле

Если вам необходимо управление двигателем постоянного тока, и вы знаете, что частота переключения не будет слишком большая (ниже 20 Гц), то вы можете для коммутации использовать реле (реле не подходят для управления ШИМ). Преимуществом такого решения является, прежде всего, малое выделение тепла.

Существуют малогабаритные реле способные управлять токами до 10 А ! Для таких больших токов, потери мощности в реле являются приемлемыми, но для небольших токов хуже. Катушка управления контактами реле можно работать даже от нескольких сотен мА. Так что нет никакого смысла в использовании такого реле для управления током подобной величины.  К счастью, есть отдельные экземпляры, которые потребляют ток около 40 мА и это уже гораздо лучше.

Если речь идет о напряжении управления реле, то оно бывает от 3 до 24 В.  Как мы уже писали ранее, максимальный выходной ток микроконтроллера 20 мА, а это слишком мало, чтобы управлять реле напрямую. Поэтому для управления необходимо использовать транзистор. Схема такого подключения, как правило, выглядит следующим образом:

Так и так, нам нужен транзистор. Следует, отметить, что в данном случае выделяется гораздо меньше тепла, чем на схеме, основанной только на транзисторе, так как через транзисторный ключ в этой системе течет небольшой ток, а само реле почти не рассеивает энергию в выходной цепи.

Защитный диод на реле не является обязательным. Его наличие зависит от силы тока, индуктивности катушки и максимального напряжения Uкэ транзистора. А вот наличие диода в выходной цепи больше зависит от того, хотим ли мы продлить срок службы контактов реле.

В конце рассуждений о реле приведем ситуацию, когда данный вид управления двигателем является оптимальным. Предположим, что мы хотим управлять двигателем, у которого номинальное рабочее напряжение 2,5 В и ток 3А и работает он от источника напряжением 2,5 В (переключение с небольшой частотой). Если вы будете использовать усилитель, построенный на транзисторе, то на выходе мы будем иметь падение напряжения около 1 В, что в данном случае является слишком большим значением. При использовании же реле у нас никакого падения напряжения не будет.

Выбор частоты ШИМ

Предположим ситуацию, когда, частота ШИМ 8 кГц, скважность 100% (полный газ), двигатель вращается со скоростью, при которой частота коммутаций тоже равняется 8 кГц. Т.е

от момента переключения ключей до следующего переключения проходит ровно один период ШИМ сигнала. Если скорость вращения возрастёт и частота коммутаций превысит частоту ШИМ, возникнет ситуация, при которой ШИМ сигнал будет удерживать ключи открытыми дольше необходимого и противодействовать вращению двигателя. Кроме того, измерение напряжения на свободной фазе синхронизированы частотой ШИМ сигнала, поэтому нет технической возможности вычислить скорость коммутации выше частоты ШИМ. Другими словами контролер теоретически не сможет управлять двигателем, если тот вращается со скоростью, при которой частота коммутаций превышает частоту ШИМ сигнала. Это только теоретические расчеты. На практике, желательно чтобы частота ШИМ в несколько раз превышала частоту коммутаций.

Например, имеем регулятор с частотой ШИМ 8 кГц, и двигатель с 14 магнитами.
Максимальная теоретически возможная частота вращения вала двигателя будет:

V=(Q/6/(N/2)*60);

Q — частота ШИМ в герцах
6 — количество коммутаций за один электрический оборот
N — количество магнитов
60 — количество секунд в минуте

V=((8000/6/(14/2))*60) = 11428 об/мин.

Двигатель с 28 магнитами:
V=((8000/6/(28/2))*60) = 5714 об/мин.

Т.е. если вам нужно управлять многополюсным двигателем на высоких оборотах, придется использовать регулятор с более высокой частотой ШИМ.

Например, чтобы раскрутить двигатель с 24 магнитами до 10000 об/мин понадобится регулятор с частотой ШИМ не ниже 24кГц. Нужно так же помнить, что чем выше частота ШИМ, тем больше переходных процессов происходит на ключах за единицу времени. Это может привести к увеличению потерь и к увеличению тепловыделения на ключах.

Статьи по бесколлекторным моторам:

  • Что такое Бесколлекторный мотор?
  • Устройство бесколлекторного мотора
  • Как управлять бесколлекторным мотором с датчиками Холла (Sensored brushless motors)
  • Как управлять бесколекторным мотором без датчиков (Sensorless BLDC)
  • Запуск бездатчикового бесколекторного мотора (Sensorless BLDC)
  • Определение положения ротора бесколлекторника в остановленном состоянии
  • Контроллер бесколлекторного мотора. Структура ESC
  • Схема контроллера бесколлекторного мотора (ESC)
  • Силовая часть контроллера бесколлекторного мотора
  • Литература по бесколлекторнм моторам
  • Примеры на С для управления бесколлекторными моторами
  • Схема контроллера бесколлекторного мотора BLDC, PMSM на микроконтроллере STM32
  • STM32. Управление бесколлекторным мотором (BLDC)
  • STM32. Пример регулятора для бесколлекторного PMSM
  • Видео о бесколлекторных моторах. BLDC, PMSM, векторное управление

Итог

Сделать Дуюнов мотор-колесо своими руками смог не так давно. Стоит помнить о том, что это комплект сложнейших электрических устройств. Все соединения и детали требуют тщательной и надежной изоляции. Кроме того, необходимо побеспокоиться о защите транспортного средства от песка, грязи, соли и прочих факторов, негативно отражающихся на работе электромотора.

При мощности велосипеда выше 250 Вт нужно обеспечить минимальные зазоры в трущихся подвижных частях. Специальные втулки изготавливаются на токарном станке по размеру. Следует отметить несколько основных плюсов эксплуатации моторного колеса на велосипеде, о которых говорят пользователи. Во-первых, на данное транспортное средство не требуются права. Во-вторых, электрический двигатель позволяет преодолевать значительные расстояния без существенных затрат физических сил.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации