Motoren

Servo's

Servo's zijn kleine elektromotoren die in twee richtingen kunnen draaien, maar doorgaans niet meer dan in totaal 180 of 360 graden. De motoren worden door middel van een spanningspuls van een bepaalde lengte in de gewenste hoek gezet. Ik heb een servo getest die hoogstens 90° naar links of naar rechts kan draaien. Het programmeren van een servo is lastig, daarom is er een speciale bibliotheek beschikbaar die dit vereenvoudigt. Deze bibliotheek (Servo.h) is waarschijnlijk al aanwezig als je een niet al te oude versie van de Arduino IDE hebt.
Je sluit de servo als volgt aan:
zwart gaat naar GND en rood naar 5V
de derde draad mag je op een willekeurige pin aansluiten, bijvoorbeeld pin 9
Om de servo soepel te laten lopen moet hij in kleine stapjes naar de gewenste positie worden gestuurd. Voor een aantal toepassingen is het hoekbereik te klein. Er bestaan ook servo's die 360° kunnen ronddraaien. De prijs van dergelijke servo's is slechts enkele euro's. De bibliotheek heeft een functie waarin het bereik kan worden opgegeven. Hieronder zie je de programmacode van het sweep programma van Barragàn. Dit programma is uitstekend geschikt om je servo's te testen.

#include <Servo.h>

Servo myservo;  // maak servo object 
// maximaal 12 servo's op de meeste Arduino's

int pos = 0;    // hierin blijft de (laatste) positie bewaard

void setup() {
  myservo.attach(9);  // de pin waarop je de servo hebt aangesloten
}

void loop() {
  for (pos = 0; pos <= 180; pos += 1) { // van 0 graden tot 180 graden
    myservo.write(pos);                 // stuur de servo naar positie 'pos'
    delay(15);                          // 15 ms zijn nodig om de positie te bereiken
  }
  for (pos = 180; pos >= 0; pos -= 1) { // van 180 graden tot 0 graden
    myservo.write(pos);
    delay(15);
  }
}

Als je in plaats van write(position) de functie writeMicroseconds(position) gebruikt moet je waardes invoeren tussen 1500 (linksom) en 2300 (geheel rechtsom) en moet je de stap vergroten tot i += 10. Als je write(position) gebruikt kun je de hoek gewoon in graden opgeven.

Gelijkstroommotoren

Voor gelijkstroommotoren geldt dat ze harder draaien naarmate de gelijkspanning hoger wordt. Je kunt met de Arduino de snelheid regelen door ze op een pin aan te sluiten die PWM ondersteunt. De meeste gelijkstroommotoren gebruiken echter zoveel stroom dat ze niet rechtstreeks op de Arduino mogen, er moet dan een (eenvoudige) versterker of motordriver tussen. De motor draait, afhankelijk van hoe je hem hebt aangesloten steeds dezelfde kant op. Een motordriver heeft als bijkomend voordeel dat je de richting van motor via het programma kunt omkeren. Als je de positie van de motoras wilt weten dan heb je een aparte encoder nodig, maar dan kun je beter een stappenmotor gebruiken. Gelijkstroommotoren zijn vooral geschikt voor toepassingen waarbij de positie en draairichting niet belangrijk zijn, zoals bij ventilatoren. De goedkoopste gelijkstroommotoren zijn meestal goed genoeg. Ook de motoren voor zonneceltoepassingen voldoen erg goed.

Stappenmotoren

Een stappenmotor maakt - indien hij de juiste spanningen krijgt - zeer nauwkeurige stapjes. Omdat deze motoren de laatste tijd supergoedkoop geworden zijn is er geen noodzaak meer om met gelijkstroommotoren met ingewikkelde encoders te werken. Een bekend setje is de BYJ48 motor met ULN2003a motor driver.

Stappenmotor BYJ48 en motor driver ULN2003

Dit setje is zelfs zo nauwkeurig dat je een robot kunt bouwen die lange tijd rakelings langs de rand van een tafel blijft lopen zonder er af te vallen. Dat uitsluitend door de gemaakte stappen van de motoren te tellen. Omdat de BYJ48 stappenmotor intern een versnellingsbak heeft (of liever een vertragingsbak) kan hij een behoorlijk krachtmoment leveren, maar loopt hij vrij langzaam (ca. één omwenteling in 4 seconden).

Motor drivers

Hoewel je stappenmotoren en gelijkstroommotoren rechtstreeks kunt aansluiten op de Arduino is het handiger om dit via een driver board of controller te doen. Hiermee voorkom je dat je teveel stroom trekt waardoor de Arduino kan beschadigen. Bovendien krijg je extra mogelijkheden, zoals het gemakkelijk omkeren van de draairichting. Ik testte drie soorten:

De ULN2003. Dit is eigenlijk de naam van de gebruikte chip. Hierdoor weet je niet welk specifiek type board je krijgt, dus zijn er verschillende uitvoeringen van. Een van de goedkope uitvoeringen heeft vier ledjes die de staat aangeven van de vier IO pinnen In1 t/m In4.
Een combinatie ULN2003 met een 28KYJ-48 motor kost maar drie of vier euro.
Je sluit het drive board als volgt aan:
De motor heeft een aansluiting die als het goed is in de connector past. Sluit deze aan.
IN1 gaat naar Arduino pin 8
IN2 gaat naar Arduino pin 9
IN3 gaat naar Arduino pin 10
IN4 gaat naar Arduino pin 11
5V gaat ofwel naar een externe voeding van 5 volt of naar de 5V uitgang van de Arduino De - (of 0 of GND) gaat naar GND van de Arduino en naar GND of - van de externe voeding
Een externe voeding van 5 volt werkt uitstekend, maar als je hoger wil: bij veel uitvoeringen mag je tot 12 volt gaan.
Het is niet per se nodig om een bibliotheek te gebruiken, zoals je in het voorbeeldprogramma ziet. Maar een bibliotheek, zoals bijvoorbeld Stepper.h kan wel erg makkelijk zijn. Arduino heeft zelf een voorbeeldprogramma bij, dat je kunt vinden onder menu Bestand → Voorbeelden → Stepper. Je moet wel een paar regels aanpassen om dit voorbeeldprogramma werkend te krijgen.
De volgende regels vervangen de oorspronkelijke regels:
```
const int stepsPerRevolution = 2048;
Stepper myStepper(stepsPerRevolution, 8, 10, 9, 11);
myStepper.setSpeed(10);
```
Werkt hierna uitstekend.
Een andere goed werkende biblotheek is TinyStepper_28BYJ_48.h. Deze kan via het menu Bibliotheken beheersen worden geïnstalleerd.
L298n motor driver board
De L298N, of voluit L298N Dual H Bridge DC Stepper Motor Drive Controller Board Module.
Dit is een controller die zowel voor gelijkstroom- als voor stappenmotoren geschikt is. Hij kan veel vermogen leveren. Ik heb hem alleen getest met een gelijkstroommotor, dan werkt hij perfect. Je kunt twee motoren tegelijk aansturen. LET OP dat je de voedingsspanning, ook als dat 5 volt is aansluit op de 12 volt ingang en NIET op de +5V aansluiting. De +5V aansluiting kun je alleen gebruiken als 5 volt uitgang en alleen als je meer dan 7 volt op de ingang hebt gezet. De motoren worden aangesloten op de twee blauwe connectorblokjes die aan de zijkant zitten. Aan de voorkant zit een rijtje van 6 pinnen en twee pinnen daarachter. Die twee pinnen kun je met een jumper verbinden met de pin ervoor. Daarmee worden de motoren gebruiksklaar gezet. Ik raad aan dit niet te doen. Deze pinnen kun je namelijk gebruiken om de snelheid van de twee motoren te regelen via analogWrite(). Hierdoor kun je ervoor zorgen dat de motoren even snel draaien zodat een robotkar recht vooruit kan rijden. Als je dat niet wilt doen dan hoef je deze pinnen niet te gebruiken en kun je de jumper erop laten zitten. Je kunt de snelheid van de motoren ook regelen via analogWrite() op de IN pinnen, maar dan moet je ze alle vier op een pin aansluiten die PWM ondersteunt.
Meer info komt later...
L293D Motor Controller Driver IC.
pin layout van de L293D

Nog goedkoper dan de L288N en makkelijk te monteren op een breadboard. Sluit de voeding die het vermogen moet leveren aan op pootje 16 en de stuurspanning (bijvoorbeeld 5V van de Arduino) op pootje 8. Sluit aarde aan op pootje 4. Sluit de ene motor aan tussen pootje 3 en 6 en de andere tussen 14 en 11. Op de pootjes 1 en 9 zet je een spanning via PWM, om de snelheid van de motoren te regelen. Pootje 2 en pootje 7 moeten een verschillende spanning hebben (HIGH en LOW of LOW en HIGH), hiermee bepaal je welke kant de motor 1 op draait. Hetzelfde geldt pootje 15 en 10, voor motor 2. Je kunt vooraf niet weten welke kant de motor op zal draaien. Als een motor de verkeerde kant op draait, dan kun je de twee draden van die motor omwisselen of het oplossen in de software.