2.2 Выбор компонентов
Основным компонентом предполагаемого стенда был выбран микроконтроллер Arduino Nano. Это микроконтроллер с достаточным количеством входов/выходов для подключения датчиков и управления процессом измерений, а так же с возможностью чтения как цифровых, так и аналоговых сигналов, что убирает потребность использования в данном стенде отдельного аналогово-цифрового преобразователя. Рабочее напряжение для данного микроконтроллера 5 В, а так же он оборудован стабилизатором входного напряжения, что позволит использовать широкий спектр источников питания цепи, при необходимости, в том числе и исследуемую ячейку ТАБ. В качестве основного измеряющего устройства был выбран датчик тока ACS712, позволяющий измерять силу тока с высокой точностью без сложных систем контроля и записи сигнала. Чувствительность данного датчика – 0.185 В/А. Допустимый предел силы тока, протекающий через данный датчик – 5 А, что должно быть достаточно для исследования малоемкой ячейки ТАБ. Для зарядки батареи был использован источник постоянного тока напряжением 5 В и силой тока 0,5 А. В качестве драйвера двигателя выбран MINI L293D - интегрированный высоковольтный, четырехканальный драйвер высокого тока, разработанным для принятия стандартных логических уровней и индуктивных нагрузок привода (например, реле, соленоидов постоянного тока, шаговые двигатели), переключения силовых транзисторов. Для упрощения использования в качестве двух мостов каждая пара каналов оснащена входом включения. Для логической цепи предусмотрен отдельный вход питания, позволяющий работать при меньшем напряжении и включены внутренние защитные диоды. Данный драйвер подходит для использования в системах с ШИМ модуляцией на частотах до 5 кГц.
2.3 Разработка схемы
Для разработки робота с двумя электромоторами, микроконтроллером Arduino Nano, датчиком тока и аккумуляторной батареей, можно использовать модифицированную схему Н-моста, изображенную на рисунке 1. Эта схема соответствует описанным требованиям и включает все необходимые компоненты для управления движением, а также питания робота от аккумуляторной батареи.
В состав робота войдут:
Микроконтроллер: Arduino Nano.
Двигатели: 2 коллекторных двигателя постоянного тока на 3.7V.
Драйвер двигателей: двухканальный H-мост (например, L298N или L293D) для управления двигателями.
Датчик тока: ACS712 (датчик тока на эффекте Холла).
Аккумуляторная батарея: Литий-полимерная батарея 7.4V LiPo 260 mAh 5C, разделенная на две отдельных ячейки. Для данной работы будет использоваться одна ячейка из двух, обеспечивающая напряжение в 3.7V и ёмкость в 130 мА/ч.
Делитель напряжения: Для измерения напряжения на клеммах батареи.
|
|
Рисунок 1 – Схема подключений Н-моста на микросхеме L293D MINI
2.4 Схема подключения
1. Подключение двигателей:
Два двигателя постоянного тока подключаются к выходам H-моста (L298N или L293D).
Входы H-моста (IN1, IN2, IN3, IN4) подключаются к цифровым выходам Arduino Nano (например, D2, D3, D4, D5).
Входы включения двигателей (ENA, ENB) подключаются к ШИМ-выходам Arduino (например, D9, D10) для регулировки скорости.
Питание H-моста (VCC) подключается к аккумуляторной батарее (7.4V).
Земля (GND) H-моста подключается к общему GND схемы.
2. Подключение датчика тока (ACS712):
Вход датчика тока (VCC) подключается к +5V от Arduino Nano.
Выход датчика (OUT) подключается к аналоговому входу Arduino (например, A0).
Земля (GND) датчика подключается к общему GND схемы.
Датчик тока подключается в разрыв цепи между аккумуляторной батареей и H-мостом для измерения тока, потребляемого двигателями.
3. Подключение аккумуляторной батареи:
Плюс батареи подключается к входу VCC H-моста и через датчик тока.
Минус батареи подключается к общему GND схемы.
Для измерения напряжения батареи используется делитель напряжения (два резистора, например, 10 кОм и 20 кОм), подключённый к аналоговому входу Arduino (например, A1).