Bagaimana perangkat yang lebih tinggi saat ini (motor, solenoida, lampu, dll.) Dikontrol oleh Arduino?

Saya mencari solusi yang dapat diterapkan secara luas, yang dapat disesuaikan dengan berbagai proyek.

Saat ini saya sedang mengerjakan beberapa proyek yang masing-masing memerlukan perangkat pengendali mulai dari 800mA hingga 2A dari Arduino Uno. Satu mengendalikan motor stepper, satu mengendalikan aktuator solenoid 12vdc, dan satu mengendalikan katup pneumatik 12vdc.

Sebagai contoh:

Arduino memonitor sebuah tombol, dan setiap kali tombol ditekan akan memicu aktuator solenoida. Karena Arduino tidak dapat sumber arus yang diperlukan oleh solenoid, catu daya terpisah diperlukan dengan Arduino mengendalikan sakelar (relay, transistor, dll.) Yang memungkinkan arus yang lebih tinggi untuk lewat. Untuk motor stepper, tata letaknya lebih kompleks karena perlu ada empat pin yang mengendalikan empat sakelar terpisah (untuk mempertahankan interoperabilitas rangkaian). Relai mengontrol katup udara dan membutuhkan 12vdc juga.

Saya mencoba mencari cara bagaimana menggunakan satu sirkuit yang dapat digunakan di masing-masing aplikasi ini (dan setiap proyek masa depan) yang melibatkan pengontrolan perangkat saat ini yang lebih tinggi daripada pin Arduino.

Kecepatan prototipe, komponen standar, dan biaya rendah adalah faktor pendorong. Beralih kecepatan, masa manfaat, dan kebisingan juga penting.

Apakah ada papan breakout, sirkuit, atau komponen yang dapat dihubungkan ke pin Arduino dan digunakan untuk mengontrol perangkat arus tinggi? Idealnya dengan potensiometer yang dikendalikan perangkat lunak sehingga hambatan untuk proyek yang berbeda dapat diatur dalam sketsa itu sendiri.

Untuk menggerakkan arus tinggi seperti itu, Anda mungkin harus mengalirkan beberapa transistor (Anda juga dapat menggunakan transistor Darlington ). Ada array Darlingtons yang dipasang dalam sebuah chip (mis. ULN2803A memiliki 8 transistor darlington, tetapi terbatas pada 500mA).

Anda mungkin harus berurusan dengan transistor daya yang lebih tinggi; sebagai contoh saya telah menemukan STMicroelectronics TIP110 yang dapat mendukung switching arus 2A (puncak 4A), tetapi mungkin perlu heatsink untuk menghilangkan panas.

Perhatikan bahwa saya ingin tahu apakah steppers Anda benar-benar membutuhkan arus 2A (apakah mereka sebesar itu?). Untuk steppers, Anda biasanya dapat menemukan IC yang dapat menggerakkannya dengan mudah, misalnya L293D tetapi yang ini dapat mendorong "hanya" 600mA).

Sebagai kesimpulan, saya khawatir Anda tidak akan menemukan solusi "satu ukuran cocok untuk semua", karena semua perangkat Anda berbeda dan harus didorong oleh sirkuit yang sesuai.

Edit:

Karena terlalu besar bukan masalah dalam kasus prototyping Anda, maka Anda bisa menggunakan MOSFET daripada transistor bipolar biasa. MOSFET akan mampu menggerakkan arus dan voltase yang lebih tinggi daripada transistor standar.

Kelemahannya adalah Anda dapat menggunakannya hanya sebagai sakelar (seperti misalnya relay) dan karenanya tidak dapat benar-benar menggerakkan daya yang tepat untuk perangkat Anda. Saya kira itu tidak masalah untuk motor Stepper, atau Solenoid, tapi itu mungkin penting untuk mengendarai lampu misalnya.

Namun, intinya adalah Anda masih dapat menggunakan PWM untuk itu karena kecepatan switching MOSFET cukup baik untuk tujuan tersebut.

Mengenai harga, ada banyak jenis MOSFET yang berbeda di luar sana, tapi saya kira Anda dapat menemukan satu yang sesuai dengan kebutuhan Anda (12V, 2A) dengan harga kurang dari $ 1.

Saya menyarankan Anda untuk melihat artikel hebat ini tentang topik ini.

Ada banyak cara untuk mengganti beban yang lebih tinggi, dan jfpoilpret telah menjelaskan beberapa opsi yang baik. Saya akan merangkum beberapa solusi berbasis relai, yang terutama cocok untuk kecepatan switching yang relatif lambat (yaitu biasanya tidak cocok untuk PWM).

Solid State Relays
Solid State Relay (SSR) adalah sakelar berbasis semikonduktor yang efektif. Mereka datang dalam berbagai konfigurasi, tergantung pada kebutuhan Anda, tetapi faktor utama adalah bahwa mereka tidak memiliki bagian yang bergerak. Ini berarti mereka bisa sangat andal dalam jangka panjang jika digunakan dengan benar.

Secara internal, mereka biasanya terdiri dari MOSFET dan thyristor atau sejenisnya. Ini dapat membuat mereka mencapai kecepatan switching yang cukup tinggi secara teori. Namun dalam praktiknya, semakin banyak kekuatan yang dirancang, semakin sulit untuk beralih dengan cepat. Itu berarti kecepatan tinggi + daya tinggi bisa sangat mahal.

Faktor penting yang perlu diingat adalah bahwa Anda biasanya akan membutuhkan jenis SSR yang berbeda jika Anda berniat untuk beralih AC daripada DC. Ini juga baik untuk dicatat bahwa beberapa akan datang dengan built-in opto-isolator atau serupa untuk menjaga catu daya Anda terpisah.

Relai Mekanik Elektro
Ini adalah pendekatan yang lebih 'tradisional'. Electro Mechanical Relay (EMR) adalah komponen yang cukup sederhana, mengandung sakelar mekanis, dikendalikan oleh koil elektromagnetik. Jika saklar biasanya terbuka, koil menariknya tertutup ketika arus kontrol diterapkan. Sebaliknya, saklar yang biasanya tertutup akan ditarik terbuka ketika arus kontrol diterapkan.

Ada sejumlah keuntungan ESDM atas hal-hal seperti RSK. Yang paling jelas adalah biaya - kesederhanaannya membuatnya sangat murah, dan biaya tidak naik begitu tajam untuk versi yang lebih tinggi. Selain itu, kontrol dan beban pada dasarnya terisolasi, dan mereka tidak peduli apakah Anda mengganti AC atau DC.

Ada beberapa kelemahannya. Aspek mekanik berarti bahwa EMR biasanya jauh lebih lambat daripada solusi switching non-mekanis, dan dapat menderita bouncing kontak. Selain itu, mereka secara fisik dapat aus, dan mereka dapat dipengaruhi oleh hal-hal seperti guncangan, getaran, dan (berpotensi) medan magnet lainnya.

Ketika merancang sebuah sirkuit untuk menggunakan EMR, penting untuk menyadari EMF-belakang (gaya gerak listrik). Ketika arus kontrol diterapkan, koil bertindak sebagai induktor, menyimpan muatan secara elektromagnetik. Ketika arus kontrol dihentikan, muatan yang disimpan dapat melonjak kembali melalui sirkuit kontrol, menciptakan lonjakan tegangan negatif yang besar (berpotensi jauh lebih besar dari apa yang awalnya diterapkan).

Lonjakan ini sayangnya dapat merusak / menghancurkan komponen yang terpasang atau pin mikrokontroler. Ini biasanya dicegah / dikurangi dengan meletakkan dioda secara terbalik di kontak kontrol relay. Dalam konteks ini, kadang-kadang dikenal sebagai dioda flyback, dan memungkinkan EMF untuk menghilang dengan aman.

Seperti yang sudah dikatakan jfpoilpret, MOSFET daya sangat bagus untuk menghidupkan dan mematikan daya 12 VDC ke perangkat yang menarik hingga 44 A. Ada puluhan MOSFET daya semacam itu untuk masing-masing di bawah $ 1. MOSFET yang lebih mahal tersedia yang dapat menangani arus dan tegangan yang jauh lebih tinggi.

Pada prinsipnya adalah mungkin untuk mengendarai motor stepper dengan mikrokontroler dan beberapa transistor dan beberapa bagian kecil lainnya. Namun, banyak orang lebih suka menggunakan "chip driver stepper", sehingga tidak mungkin bug perangkat lunak untuk secara tidak sengaja menghidupkan transistor sedemikian rupa untuk mempersingkat catu daya ke tanah (biasanya menghancurkan setidaknya 2 transistor). Banyak chip driver stepper baru-baru ini juga menangani microstepping, pembatasan arus, proteksi kelebihan panas, dan fitur-fitur bagus lainnya.

Semua chip driver stepper yang pernah saya dengar, dan beberapa papan break-off-the-shelf menggunakan chip tersebut, terdaftar di http://reprap.org/wiki/stepper_motor_driver .

Secara khusus, banyak dari printer 3D RepRap yang saya lihat menghubungkan Arduino ke empat driver stepper Pololu (masing-masing di bawah $ 15) untuk menggerakkan lima motor stepper.

Saya membuat rangkaian Arduino (Arduino Nano) untuk menyalakan Peltier 12V (yang juga merupakan sumber daya tinggi). Menggunakan MOSFET 60V 12A transistor MTP3055V. Dan sirkuit beroperasi dengan sangat baik.