2.5 Список соединений:
Arduino Nano:
5V → VCC датчика тока (ACS712).
GND → Общий GND схемы (H-мост, датчики, делитель напряжения).
A0 → Выход датчика тока (ACS712 OUT).
A1 → Выход делителя напряжения (для измерения напряжения батареи).
D2, D3, D4, D5 → Входы H-моста (IN1, IN2, IN3, IN4).
D9, D10 → Входы включения двигателей (ENA, ENB) на H-мосте.
H-мост (L298N):
VCC → Плюс аккумуляторной батареи.
GND → Общий GND схемы.
OUT1, OUT2 → Двигатель 1.
OUT3, OUT4 → Двигатель 2.
IN1, IN2, IN3, IN4 → Цифровые выходы Arduino (D2, D3, D4, D5).
ENA, ENB → ШИМ-выходы Arduino (D9, D10).
Датчик тока (ACS712):
VCC → +5V от Arduino.
OUT → Аналоговый вход Arduino (A0).
GND → Общий GND схемы.
IP+ → Плюс аккумуляторной батареи.
IP- → Вход VCC H-моста.
Делитель напряжения:
Резистор 10 кОм → Плюс батареи.
Резистор 20 кОм → Общий GND.
Средняя точка → Аналоговый вход Arduino (A1).
Аккумуляторная батарея:
Плюс → Вход VCC H-моста и IP+ датчика тока.
Минус → Общий GND схемы.
На рисунке 2 изображены внешний вид схемы робота в сборе. На рисунке 3 изображена вольт-амперная характеристика датчика ACS712 в зависимости от температуры окружающей среды. На рисунке 4 изображена внутренняя структура микросхемы L293D.
Рисунок 2 – Внешний вид схемы робота в сборе, изображенный в ПО Fritzing
Рисунок 3 – Вольт-амперная характеристика датчика ACS712
Рисунок 4 – Внутренняя структура микросхемы L293D, используемой в качестве двухканального Н-моста
В таблице 1 изображены возможные состояния ключей Н-моста:
Таблица 1. Схема включения Н-моста
Мотор |
Режим |
IN1 |
IN2 |
IN3 |
IN4 |
||
Левый мотор |
Вперед |
1/ШИМ |
0 |
- |
|||
Назад |
0 |
1/ШИМ |
|||||
Остановка |
0 |
0 |
|||||
Торможение |
1 |
1 |
|||||
Правый мотор |
Вперед |
- |
1/ШИМ |
0 |
|||
Назад |
0 |
1/ШИМ |
|||||
Остановка |
0 |
0 |
|||||
Торможение |
1 |
1 |
|||||
На рисунке 6 изображена электрическая схема разработанного робота. В состав схемы вошли два электромотора, микроконтроллер Arduino Nano, микросхема L293D, датчик тока ACS712, литий-полимерная батарея на 3.7V, и делитель напряжения, собранный из резистором номиналом 10кОм и 20кОм.
Рисунок 5 – Электрическая схема разработанного робота
2.6 Программирование
Далее, была написана программа для микроконтроллера Arduino Nano, которая будет считывать данные от датчиков, обрабатывать их и выводить в интерактивном режиме на экран компьютера. На рисунках 6-9 приведен листинг программы в ПО Fritzing. На рисунке 10 изображен интерактивный режим работы робота, посредством передачи команд через последовательный порт. Полный скрипт программы в приложении 1. Так же, в алгоритм управления роботом была добавлена фильтрация входного сигнала по методике, описанной в [1-7].
Рисунок 6 – Создание глобальных переменных для расчета напряжения и тока и указание номеров используемых портов
Рисунок 7 – Инициализация цифровых выходов микроконтроллера для управления Н-мостом и первичное указание опций движения для проверки работы
Рисунок 8 – Основной цикл расчета напряжений и цикл управления движением
Рисунок 9 – Основные функции движения робота
Рисунок 10 – Вывод сигнала на экран с помощью Serial Monitor