МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ
КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Московский технический университет связи и информатики»
(МТУСИ)
Кафедра «Интеллектуальные системы в управлении и автоматизации»
(ИСУиА)
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №6
По дисциплине
Технологии промышленного интернета вещей
Выполнили:
Студенты 4-го курса
Группы БАП2201
Ли Самен
Мягков А.К.
Проверил:
к.т.н., доцент
Воронов В.И.
Москва 2026
СОДЕРЖАНИЕ
Водяная помпа 2
Светодиодная лента 5
Подключение светодиодной ленты 6
Сервопривод 8
ВЫПОЛНЕНИЕ 13
ВЫВОДЫ 15
Водяная помпа
Водяная помпа – это устройство на основе двигателя постоянного тока. Двигатель работает, когда на него подано напряжение 12В, и не работает, когда напряжение не подано.
Рисунок 1 – Помпа
Чтобы управлять включением и отключением помпы, необходимо между источником питания и помпой включить программно управляемый ключ – реле. Реле имеет три контакта: средний – подвижный, а также NC и NO. Если подключить реле к цифровому выводу, то при подаче HIGH на вывод средний контакт замыкается с NO, при подаче LOW – с NC. При подключении помпы также необходимо соблюдать полярность («плюс» одного устройства соединяется с «минусом» другого).
Рисунок 2 – Реле
В качестве источника питания будет использоваться блок питания на 12V. Для него понадобится специальный переходник на провода типа «папа-папа» или «папа-мама».
Рисунок 3 – Переходник
С одной стороны подключается блок питания, а с другой к клеммам прикручиваются провода. Схема подключения помпы представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Схема подключения помпы
Рисунок 5 – Пример сборки схемы на плате Arduino UNO
Пример программы для схемы с использованием реле представлен на рисунке 6.
Рисунок 6 – Программа для использования помпы
Светодиодная лента
Светодиодная лента представляет собой узкую гибкую ленту с проводниками, длиной до 5 м, на которой равноудаленно установлены светодиоды. Светодиоды на ленте разбиты на группы. Каждая группа состоит из нескольких включенных последовательно светодиодов и является законченной схемой, что позволяет разрезать ленту поперек на отрезки любой длины кратной длине одной группы.
Подробности о местах разрезов и пайки изображены на рисунке 7.
Рисунок 7 – Устройство светодиодной ленты
Разновидностей лент много. Основными из них являются: одноцветные светодиодные ленты, простые RGB – ленты и адресуемые RGB-ленты. В чем же их различие? В одноцветных светодиодных лентах используются светодиоды одного цвета. Наиболее часто используемые в проектах это ленты красных и белых цветов. Белый цвет так же, как и у обычных лампочек можно подобрать в магазине по «теплоте»: от более холодного света до теплого желтого.
На RGB-лентах в одном светодиодном элементе содержится сразу три разных светодиода: красный, зеленый и синий. Наличие нескольких цветов позволяет менять свечение по настроению.
Рисунок 8 – Устройство RGB-элемента
Подключение светодиодной ленты
Светодиодную ленту можно подключить двумя способами. Первый способ: подключение ленты с использованием реле. В этом случае реле будет контролировать подачу питания на ленту: включать и выключать её. Это наиболее простой способ управления. Схема представлена на рисунке 9.
Второй способ подключения: с использованием mos-модуля. Он позволит регулировать яркость свечения ленты, как мы делали это ранее со светодиодом. Схемы представлена на рисунках 9 и 10.
Рисунок 9 – Подключение светодиодной ленты с использованием реле
Рисунок 10 – Подключение светодиодной ленты с использованием
mos-модуля
Программирование
Пример программы для схемы с использованием реле представлен на рисунке 11. Для схемы с использованием mos-модуля пример программы приведен на рисунке 12.
Рисунок 11 – Программа для использования реле
Рисунок 12 – Программа для использования mos-модуля
Сервопривод
Под сервоприводом чаще всего понимают механизм с электромотором, который можно попросить повернуться в заданный угол и удерживать это положение.
Если рассматривать точнее, то:
1. Сервопривод получает на вход значение управляющего параметра. Например, угол поворота;
2. Блок управления сравнивает это значение со значением на своём датчике;
3. На основе результата сравнения привод производит некоторое действие, например: поворот, ускорение или замедление так, чтобы значение с внутреннего датчика стало как можно ближе к значению внешнего управляющего параметра.
Наиболее распространены сервоприводы, которые удерживают заданный угол и сервоприводы, поддерживающие заданную скорость вращения.
Устройство сервопривода
Сервоприводы имеют несколько составных частей.
Привод – электромотор с редуктором. Чтобы преобразовать электричество в механический поворот, необходим электромотор. Однако зачастую скорость вращения мотора бывает слишком большой для практического использования.
Для понижения скорости используется редуктор: механизм из шестерней, передающий и преобразующий крутящий момент.
Рисунок 13 – Устройство сервопривода
Включая и выключая электромотор, можно вращать выходной вал – конечную шестерню сервопривода, к которой можно прикрепить объект управления. Однако, для того чтобы положение контролировалось устройством, необходим датчик обратной связи – энкодер, который будет преобразовывать угол поворота обратно в электрический сигнал. Для этого часто используется потенциометр. При повороте бегунка потенциометра происходит изменение его сопротивления, пропорциональное углу поворота. Таким образом, с его помощью можно установить текущее положение механизма.
К сервоприводу тянется три провода. Два из них отвечают за питание мотора, третий доставляет управляющий сигнал, который используется для выставления положения устройства.
Управление сервоприводом
Чтобы задать желаемое положение вала, по предназначенному для этого проводу необходимо посылать управляющий сигнал. Управляющий сигнал – импульсы постоянной частоты и переменной ширины.
Рисунок 14 – Управляющий сигнал
То, какое положение должен занять сервопривод, зависит от длины импульсов. Когда сигнал поступает в управляющую схему, имеющийся в ней генератор импульсов производит свой импульс, длительность которого определяется через потенциометр. Другая часть схемы сравнивает длительность двух импульсов. Если длительность разная, включается электромотор. Направление вращения определяется тем, какой из импульсов короче. Если длины импульсов равны, электромотор останавливается.
Наибольшее распространение получили сервоприводы, представленные на рисунках 15 и 16.
Рисунок 15 – Сервопривод с питанием +5V
Рисунок 16 – Сервопривод с питанием +9 – 12 V
Для первого не требуется никаких дополнительных элементов, и подключение происходит напрямую к плате. На рисунке 17 представлена схема подключения для сервопривода с питанием +5V.
Второй же требует подключения понижающего DC-DC преобразователя на базе LM2596. В качестве источника питания будет так же использоваться блок питания с переходником, как при подключении ленты и помпы. + и – питания необходимо подключить к IN+/VIN и IN–/GND преобразователя.
Рисунок 17 – Подключение сервопривода с питанием +5V
Рисунок 18 – Подключение сервопривода с питанием +12V
Программирование
Рисунок 19 – Управляющий сигнал
Для работы используем стандартную библиотеку Servo.h. Для задания угла поворота необходимо использовать метод «write» и указать его значение в промежутке от 0 до 180 градусов.
ВЫПОЛНЕНИЕ
Ввиду отсутствия водяной помпы и светодиодной ленты, проведём работу по управлению сервоприводом.
В листинге 1 представлена программа для управления сервоприводом через 18-й пин контроллера ESP32, резервируя необходимые таймеры и задавая параметры ШИМ-сигнала. В основном цикле она бесконечно переключает положение сервомотора между 0 и 180 градусами с задержкой в две секунды между движениями. На рисунке 20 представлен результат работы программы.
Листинг 1 – Программа управления сервоприводом с помощью ESP32 |
#include <ESP32Servo.h>
Servo servo;
int servoPin = 18;
void setup() { ESP32PWM::allocateTimer(0); ESP32PWM::allocateTimer(1); ESP32PWM::allocateTimer(2); ESP32PWM::allocateTimer(3);
servo.setPeriodHertz(50); servo.attach(servoPin, 500, 2400); }
void loop() { servo.write(0); delay(2000); servo.write(180); delay(2000); } |
Рисунок 20 – Управление сервоприводом с цикличным проворачиванием
лепестков между положениями 0 и 180 градусов
ВЫВОДЫ
Собрана схема подключения сервопривода к контроллеру ESP32. Написана и загружена программа для цикличного поворота мотора в положения 0 и 180 градусов.