Temat 5 - Silniki elektryczne dla konstruktorów modeli i robotów

Zadaniem silników jest zamiana energii elektrycznej na ruch obrotowy. Jeżeli do wyprowadzeń silnika podłączymy źródło zasilania to jego wał zacznie się obracać. Najczęściej silnik modelarski zasilany jest napięciem stałym od 4 do 8 Voltów i wygląda podobnie jak ten na zdjęciu.

[ Dioda LED służy tylko do porównania wielkości silnika ]

Silniki mają wysokie obroty wynoszące ponad 3000 obrotów na minutę. To za dużo do napędu np. kół samochodu. Dlatego też będziemy stosować przekładnie zębate, które zmniejszą obroty. W budowie przekładni zębatych obowiązuje zasada, że jeżeli koło napędzające ma małą ilość zębów, a odbierające dużą to obroty ulegną zmniejszeniu. Tak może wyglądać przekładnia, służąca do napędu modelu pojazdu, która zmniejszy obroty silnika około 300 razy.

A teraz trochę poeksperymentujemy. Podłącz silnik za pomocą płytki stykowej tak jak na rysunku.

Przy podłączeniu baterii pamiętaj o biegunowości - przewód czerwony to plus. Przytrzymaj silnik jedną ręką, a drugą naciśnij przycisk. Przez silnik zaczyna płynąć prąd i silnik się obraca. A teraz zamień miejscami przewody doprowadzające prąd z baterii i powtórz to samo. I co zauważyłeś różnicę? Silnik będzie się teraz obracał w drugą stronę. Tak więc aby zmienić kierunek obrotów silnika prądu stałego należy zamienić bieguny źródła prądu.

A teraz będziemy sterować silnikiem za pomocą Raspberry Pi, czyli "malinki". Ta czarna kosteczka na płytce stykowej, która ma 16 nóżek, to jest układ scalony. W jego wnętrzu znajduje się wiele podzespołów elektronicznych. Tworzą one wzmacniacz sygnałów komputera do wartości pozwalającej zasilić silnik.

Nie wolno podłączać silnika bezpośrednio do wyprowadzeń "malinki" bo można ją w ten sposób zniszczyć!

Połącz elementy na płytce stykowej według przedstawionego schematu, a potem podłącz do "malinki".

Sprawdź dokładnie to co połączyłeś i włącz zasilanie malinki, a potem uruchom program SCRATCH GPIO4. Do sterowania silnikiem wykorzystamy wyjścia (określane jako piny) 12 i 16.

Jeżeli chcemy aby silnik kręcił się w prawo to wysyłamy polecenie: pin12high, a pin16low. Przy obrotach w lewo powinno być pin16low, pin12low. Aby zatrzymać silnik wysyłamy na oba piny sygnał off.

Ćwiczymy.

Ułóż program, który będzie obracał silnikiem w LEWO przez 3 sekundy, a potem po jednosekundowej przerwie przez 3 sekundy w PRAWO.

Temat 4 - podłączamy diody LED do Raspberry Pi

Raspberry Pi to wspaniały komputer pozwalający podłączać wiele czujników i odbiorników.
Znamy już program SCRATCH to teraz spróbujemy sterować diodami LED za jego pomocą.
Użyjemy trzech diod LED, o różnych kolorach, połączonych tak jak na schemacie ideowym.

R1, R2 i R3 to rezystory o wartości 510 omów. Do połączenia elementów użyjemy płytki stykowej.
Tak powinien wyglądać rezultat naszej pracy.

Podłączenia do RasPi można dokonać tylko przy wyłączonym zasilaniu i po dokładnym sprawdzeniu układu. Przy błędnym połączeniu możemy uszkodzić komputer.

Po połączeniu wszystkich elementów na płytce stykowej sprawdź ich działanie podłączając źródło zasilania, czyli nasz koszyk z trzema bateriami AA. Biegun ujemny (czarny kabelek) podłączamy do dowolnego pinu w wierszu Y. Biegun dodatni (+) podłączamy kolejno do przewodów służących do połączenia z RasPi.

Jeżeli zapalają się wtedy diody LED to wszystko jest OK. Odłączamy zasilanie, sprawdzamy czy zasilanie RasPi jest wyłączone i podłączamy cztery kabelki do odpowiednich pinów złącza GPIO.

Sprawdzamy raz jeszcze i jeżeli wszystko jest OK włączamy zasilanie RasPi.

Po chwili uruchomi się system z ekranem powitalnym podobnym do systemu Windows. Na pulpicie znajdziemy ikonę SCRATCH GPIO4.  Jest to specjalna wersja umożliwiająca sterowanie diodami.

A teraz stworzymy pierwszy program:

Wewnątrz pętli "zawsze" znajdziesz nowe polecenie "nadaj" Powoduje ono nadanie, czyli wysłanie sygnału włączania lub wyłączenie odpowiedniego wyjścia. Nadaj pin15high oznacza ustaw linię 15 w stan wysoki, a pin15low oznacza ustaw ją w stan niski. No to teraz chyba wszystko już jest jasne.

Po wykonaniu pierwszego polecenia zaświeci się dioda połączona do wyjścia 15. Potem po 1 sekundzie zgaśnie, bo nadaliśmy polecenie pin15low. Potem po sekundzie znów zostanie nadane polecenie pin15high i tak wszystko będzie się odbywało w pętli bez końca.

A tutaj pokażę jeszcze inne sposoby sterowania wyjściami GPIO.

Polecenia high i low zastąpimy teraz przez on i off. Działanie jest dokładnie takie samo. All na początku oznacza, że polecenie dotyczy wszystkich wyjść.

Można też łączyć po dwa lub więcej poleceń w jednej komendzie nadaj.
Pytanie kontrolne:
Jak będzie działał program pokazany na ostatnim wydruku?