Z- Motor + Sensor Shield (L293D)

Z- Motor + Sensor Shield (L293D) - это плата расширения для Arduino UNO и подобных позволяющая управлять двумя коллекторными DC двигателями либо одним биполярным шаговым двигателем с напряжением питания 4.5 - 25В и током до 600мА. Имет старшего брата Z- Motor + Sensor Shield (L298P)

На плате имеется сенсор шилд на все незадействованные цифровые и аналоговые выводы, а также интерфейсы UART и I2C, что позволит легко и очень удобно подключать датчики, модули и прочую периферию с помощью соединительных проводов.

Основные технические характеристики:

• Напряжение питания: 4.5 - 25В

• Количество каналов драйвера L293D: 2

• Максимальный ток на канал драйвера: 600мA

• Рабочее напряжение сенсор шилда: 5В

Особенности шилда:

Полноценная работа мотор части со всеми платами Arduino Uno, Leo, Mega любой версии.

Полноценная работа сенсор части со всеми платами Arduino Uno, Leo, Mega версии R3 (pinout 1.0).  

На различных платах Arduino интерфейс I2C (линии SDA/SCL)  может быть привязан к различным выводам (к примеру у UNO за него отвечают пины A4/A5, а у Mega уже D20/D21). Распиновка 1.0 предназначена для решения данной проблемы совместимости и имеет на верхней левой гребенке дублирующие выводы интерфейса I2C. 

Одной из составляющих частей сенсор шилда является разъем интерфейса I2C, который, для совместимости с различными платами Arduino, привязан именно к вышеописанным контактам. В связи с этим, при использовании плат Arduino не имеющих дублирующие пины (что уже встречается довольно редко), I2C разъем работать не будет.

Задействуемые пины Arduino:

Выводы отвечающие за направление вращения двигателей:

(I1) Цифровой вывод 4- DC Мотор №1
(I2) Цифровой вывод 7- DC Мотор №2
 

Выводы отвечающие за скорость вращения двигателей:

(E1) Цифровой вывод с поддержкой ШИМ 5- DC Мотор №1
(E2) Цифровой вывод с поддержкой ШИМ 6- DC Мотор №2

Выбор источника питания

На плате имеется джампер UN.PWR, соединяющий вывод "M+" клеммника внешнего питания силовой части и вывод "VIN" платы Arduino.

Замыкая и размыкая данный джампер можно переводить платы на режимы питания от одного источника или раздельного от разных источников.

• Питание от одного  источника

При сборке автономных моторизированных платформ питающихся от аккумуляторов либо батареек, Ардуинщику не всегда легко найти аккумулятор для самой платформы, не говоря уже об еще одном аккумуляторе для питания Arduino. К тому же не совсем удобно работать сразу с двумя аккумуляторами т.к. разряжаться будут по разному. В связи с этим в большинстве проектов практикуется питание силовой части и платы Arduino от одного источника питания.

Рекомендуемое напряжение для стабилизатора на плате Arduino лежит в пределах 6 ... 12В. Ниже 6В - стабилизатор может не выдавать необходимые 5В для работы, а выше 12В - может перегреться и сгореть. В связи с этим напряжение для работы шилда и платы Arduino от одного источника лежит в пределах 6 ... 12В.

Для питания от одного источника необходимо замкнуть джампер как показано на рисунке

• Питание от отдельных источников

Напряжение питания самого же мотор шилда может лежать в пределах от 4.5 до 25В.

Для питания от отдельных источников необходимо снять/переместить джампер как показано на рисунке

Полезная информация

Не всегда аккумуляторная батарея либо батарейки справляется с задачей объединенного питания. При включении моторов возможна просадка напряжения, которая в свою очередь приведет к перезагрузке контроллера.

Для уменьшения просадки напряжения на линии питания моторов установлен конденсатор большой емкости. В случае если ваша батарея не сможет справиться с питанием и моторов и Arduino, то воспользуйтесь раздельной схемой питания Arduino и Z-Motor Shield.

Подключение моторов

• Подключение моторов постоянного тока 

Итак, моторами M1 и M2 управляют два отдельных канала микросхемы L293D. Для управления M1 служат выводы I1 и E1, для M2 выводы I2 и E2. "I" отвечают за направление вращения, а выводы "E" отвечают за вкл/выкл и скорость вращения моторов.

На примере одного канала, для второго будет идентично, рассмотрим самый простой пример - вращение мотора в две стороны.

#define I1 4 // Вывод I1 подключен к пину 4
#define E1 5

void setup()
{
  pinMode (I1, OUTPUT); // Задаем работу выводов в качестве выходов
  pinMode (E1, OUTPUT);
}

void loop()
{
  digitalWrite (I1, HIGH); // На вывод I1 подан положительный сигнал, мотор вращается в одну сторону
  digitalWrite (E1, HIGH); // На вывод ENABLE подан высокий логический уровень, вращение разрешено на максимальной скорости
  delay(1000); // Ждем 1 сек
  
  digitalWrite (I1, HIGH); 
  digitalWrite (E1, LOW); // На вывод ENABLE подан низкий логический уровень, вращение запрещено
  delay(1000); 
  
  digitalWrite (I1, LOW); // На вывод I1 подан отрицательный сигнал, мотор вращается в другую сторону
  digitalWrite (E1, HIGH); // На вывод ENABLE подан высокий логический уровень, вращение разрешено на максимальной скорости
  delay(1000); 
  
  digitalWrite (I1, LOW); 
  digitalWrite (E1, LOW); // На вывод ENABLE подан низкий логический уровень, вращение запрещено
  delay(1000);
}

Рассмотрим второй вариант. Теперь мы будем регулировать скорость вращения двигателя. Для регулировки скорости вращения на выводы "E" нужно подать ШИМ сигнал.

В программном коде он будет задаваться функцией

analogWrite (E1, число от 0 до 255);

#define I1 4 // Вывод I1 подключен к пину 4
#define E1 5 // Вывод E1 подключен к пину 4

void setup()
{
  pinMode (I1, OUTPUT); // Задаем работу выводов в качестве выходов
  pinMode (E1, OUTPUT);
}

void loop()
{
  digitalWrite (I1, HIGH); // На вывод I1 подан положительный сигнал, мотор вращается в одну сторону
  analogWrite (E1, 0); // Значение ШИМ минимальное, двигатель не вращается
  delay(1000); 
  
  digitalWrite (I1, HIGH); 
  analogWrite (E1, 100); // Значение ШИМ равно 100, двигатель вращается с медленно 
  delay(1000); 
  
  digitalWrite (I1, HIGH); 
  analogWrite (E1, 170); // Значение ШИМ равно 170, двигатель вращается с быстрее 
  delay(1000); 
  
  digitalWrite (I1, HIGH); 
  analogWrite (E1, 255); // Значение ШИМ максимальное, двигатель вращается на максимальной скорости 
  delay(1000); 
}

В качестве финального примера разгоним моторы постоянного тока до максимальной скорости и обратно

#define I1 4
#define I2 7
#define E1 5
#define E2 6

void setup()
{
  pinMode (E1, OUTPUT);
  pinMode (E2, OUTPUT);
  pinMode (I1, OUTPUT);
  pinMode (I2, OUTPUT);
  digitalWrite (E1, LOW);
  digitalWrite (E2, LOW); 
}

void loop()
{
  digitalWrite (I1, HIGH);
  digitalWrite (I2, HIGH);
  for (int i = 40; i < 255; i++)
  {
    analogWrite  (E1, i);
    analogWrite  (E2, i);
    delay(50);
  }
  for (int i = 255; i > 0; i--)
  {
    analogWrite  (E1, i);
    analogWrite  (E2, i);
    delay(50);
  }
  digitalWrite  (E1, LOW);
  digitalWrite  (E2, LOW);
  delay(1000);
}

• Подключение шагового мотора

#include <Stepper.h>
#define STEPS 50 // количество шагов на 360 градусов (из документации к шаговику)
// задаем пины которые будут программно чередоваться, без использования 74HC00 их будет 4
Stepper stepper(STEPS, 4, 7); 

void setup() 
{
  pinMode(5, OUTPUT); // вывод отвечающий за ENABLE
  pinMode(6, OUTPUT); // вывод отвечающий за ENABLE
  stepper.setSpeed(20); //скорость поворота шагового двигателя
  pinMode(13, OUTPUT);
  digitalWrite(13, HIGH); // индикация включения
}

void loop()
{
  // делаем один оборот
  digitalWrite(5, HIGH); // разрешаем вращение мотора
  digitalWrite(6, HIGH); // разрешаем вращение мотора
  stepper.step(1*STEPS); // делаем оборот
  delay(1);
  digitalWrite(5, LOW); // запрещаем подачу напряжения на мотор
  digitalWrite(6, LOW); // запрещаем подачу напряжения на мотор 
  delay(1000);  


  /* делаем один оборот назад */
  digitalWrite(5, HIGH);  // разрешаем вращение мотора
  digitalWrite(6, HIGH);  // разрешаем вращение мотора
  stepper.step(-1*STEPS); // делаем оборот в обратном направлении
  delay(1);
  digitalWrite(5, LOW); // запрещаем подачу напряжения на мотор
  digitalWrite(6, LOW); // запрещаем подачу напряжения на мотор  
  delay(1000);  
}

Сенсор шилд

• Доступные разъемы 

Как уже говорилось, на плате имеется сенсор шилд на все незадействованные цифровые и аналоговые выводы, а также интерфейсы UART и I2C. 

При подключении питания соблюдайте полярность. Неправильное подключение может вывести из строя платы или источник питания.

Не прикасайтесь руками к драйверу двигателей. В процессе работы  он может сильно нагреваться. Прикосновение может привести к ожогу.

Документация:

• Принципиальная схема: z-motor-sensor-shield-l293d-schematic.jpg

• Принципиальная схема: z-motor-sensor-shield-l293d-schematic.pdf

• Техническое описание микросхемы L293D: datasheet

Купить в России Z- Motor + Sensor Shield (L293D)