среда, 27 июля 2016 г.

5.4. Плата расширения для управления моторами

Урок: 5.4. Плата расширения для управления моторами

Транскрибация урока: Теперь мы умеем управлять мотором с помощью микросхемы L293D. Однако существует альтернативный способ, зачастую, более удобный. Существуют специальные платы расширения для управления моторами, которые так и зовутся – Motor Shield. Они позволяют не разводить схему на макетной плате, следовательно, избавиться от пучка проводов. А кроме этого, для управлением мотором через Motor Shield используется вместо 3-х всего 2 пина. Итого, для двух моторов – 4 пина. Давайте познакомимся с этой платой. Основной ее компонент – это микросхема L298. Как вы можете догадаться по ее маркировке, она похожа на L293D. Основная разница в том, что с помощью данной микросхемы вы можете управлять еще большим током. Далее, мы видим клеммники. M1 и M2 служат для подключения моторов. Вот этот вот клеммник нужен для подключения силового питания. Затем обратите внимание на вот этот джампер PWR JOIN. Он служит для того, чтобы использовать один источник питания и для моторов, и для контроллера, на который установлен Motor Shield. В положении PWR JOIN, соответственно, используется один источник питания, если же джампер переставить в соседнее положении или вовсе снять, контроллер нужно будет запитать отдельно, а питание для моторов подключить через вот этот специальный клеммник. Для управления моторами через Motor Shield используются пины № 4, 5, 6 и 7. 4 и 5 – для управления мотором M1, и 6 и 7 – для управления мотором M2. Как вы можете догадаться, 5-й и 6-й пины регулируют скорости, а 4-й и 7-й – направление. Теперь давайте переключим мотор к плате расширения и посмотрим, как это работает. Итак, мы подключили мотор к клеммнику M1, а силовое питание к клеммнику, который для этого и предназначен. И мы даже увидели, что зажегся индикатор питания. Согласитесь, все это было проще, чем разводить схему вокруг драйвера двигателя на макетной плате. Давайте теперь протестируем, как работает Motor Shield. Прежде чем мы приступим к эксперименту с Motor шилдом, я хочу обратить ваше внимание на вот эту вот группу джамперов, расположенных рядом с пинами с 4-го по 7-й. Они на некоторых платах присутствуют, на некоторых нет. Там, где они есть, они предназначены для того, чтобы можно было воспользоваться и другими пинами для управления моторами. Но если мы хотим использовать стандартные 4-й, 5-й, 6-й, 7-й, нам следует установить джамперы на эти ножки. Теперь посмотрим код, который нужен для вращения мотором с помощью Motor шилда. За основу можно взять наш предыдущий скетч, с помощью которого мы проверяли L293D. Он всего лишь навсего станет компактнее. У нас остался только один INPUT без номера. Собственно, все. Затем мы задаем направление, давая логическую единицу на него. Точно так же, как в прошлый раз, крутим мотор, наращивая скорость. Затем меняем направление, и будем вращать мотор обратно. К сожалению, в момент съемки у нас оказался только один джампер, поэтому я соединил только 5-й пин с помощью него, поскольку мы будем регулировать скорость. Таким образом, у нас сейчас 4-й пин не будет работать, несмотря на то, что в коде есть переключение направления. То есть мотор будет ускоряться, а затем замедляться, но он не изменит направление перед замедлением. Давайте посмотрим на это. [ШУМ] [ШУМ] [ШУМ] Действительно, мы увидели полный цикл ускорения и замедления, но не произошло изменения направления. Мы нашли еще один джампер. Сейчас мы его установим на 4-й пин и посмотрим, как программа работает полностью. [БЕЗ_ЗВУКА] [БЕЗ_ЗВУКА] [ШУМ] [ШУМ] Та же самая программа, залитая прежде в контроллер, стала работать иначе, потому что теперь мы смогли управлять направлением вращения. А теперь совет для тех, кому понадобилось управлять мощным мотором, но под рукой не оказалось Motor шилда. Вы можете взять просто две микросхемы драйвера двигателя и соединить их, а точнее – надеть одну на другую. Конечно, следите за тем, чтобы выемка совпала с выемкой и все ножки совпадали соответственно. Таким образом, управляющая логика работает в них синхронно, а ток делится между двумя микросхемами.

Часть: Видео

Модуль: Мобильный робот

Описание модуля: Сначала крутим одно колесо, затем крутим два колеса и тележка едет, затем тележка едет по линии или под управлением или просто дразнит вашу руку.

Курс: Строим роботов и другие устройства на Arduino. От светофора до 3D-принтера

Описание курса: На протяжении тысячелетий люди усовершенствовали орудия труда, изучали силы природы и подчиняли их себе, использовали их энергию для работы машин, а в прошлом веке создали машины, которые могут управлять другими машинами. Теперь создание устройств, которые взаимодействуют с физическим миром, доступно даже школьнику.

Наш курс состоит из серии практических задач про создание вещей, которые работают сами: изучают мир, принимают решения и действуют – двигаются, обмениваются данными друг с другом и с человеком, управляют другими устройствами. Мы покажем, как собирать эти устройства и программировать их, используя в качестве основы платформу Arduino.

Пройдя этот курс, вы сможете создавать устройства, которые считывают данные о внешнем мире с разнообразных датчиков, обрабатывают информацию, получают и отправляют данные на ПК, в Интернет, на мобильные устройства, управляют индикацией и движением. Создание устройств будет включать проектирование, изучение компонентов, сборку схем, написание программ, диагностику. Попутно с созданием самих устройств вы сделаете визуализацию на ПК, создадите веб-страницу, которую будет демонстрировать одно из ваших устройств, а также разберетесь с устройством и работой FDM 3D-принтера.

Помимо тех, кто увлекается робототехникой или стремится расширить кругозор и свои навыки, курс будет полезен всем, кто сталкивается с задачами бытовой и производственной автоматизации, а также занимается промышленным дизайном, рекламой и искусством.

Курс не требует специальных знаний у слушателей, доступен даже ученикам старших классов средней школы. Плюсом будут навыки программирования и владение английским языком на уровне чтения технической документации, однако обязательным это не является.

Весь курс посвящен практике и самым лучшим решением для вас будет раздобыть электронику, повторять показанные примеры и экспериментировать самостоятельно.

Программа:
  • Неделя 1 Один старый и много новых знакомых
  • Неделя 2 Контроллер изучает мир
  • Неделя 3 Цель обнаружена
  • Неделя 4 Как полить цветок из другого города
  • Неделя 5 Мобильный робот
  • Неделя 6 Как создать новый предмет за час
Преподаватель: Алексей Перепелкин (1), Дмитрий Савицкий (2)

Описание преподавателя: (1) Алексей Перепёлкин занимается развитием робототехники на базе ЛИОТ МФТИ. В 2012 году открыл для себя новое захватывающее чувство – когда устройство, которое сам построил и запрограммировал, работает. Свернул с финансовой дорожки и создал кружок робототехники для подростков. Готовил их к соревнованиям. Стал посещать конференции, а затем проводил мастер-классы для тех, кто тоже хочет организовать занятия. Совместно с коллегами в 2013 году разработал новые соревнования – Робопрофи – для конкурса Робот для жизни и провел их. В 2014 году впервые провел Arduino-номинацию на фестивале Робофест, а для российского финала Russian Robot Olympiad 2014 сделал творческую категорию. С тех пор эти соревнования стали регулярными. Летом 2014 провел двухнедельную мастерскую в детском лагере Никола-Ленивца, а затем преподавал в выездной школе, посвященной программированию и робототехнике, которую провели ABBYY и Яндекс. В 2015 году стал руководителем направления робототехники в GoTo Camp, выездных школах, где участники создали десятки проектов, от прототипов умных домов и операторских тележек до робота-бубниста и принтера для незрячих. В 2014 году с коллегами начал проект Роболабы: мероприятия для школьников и студентов, где участники параллельно решают усложненные задачи, а затем проводят рефлексию сделанной работы и оценивают чужие в ходе серии мероприятий.

(2) Физик, научный сотрудник, выпускник МФТИ. Запустил кружок робототехники в 2011 году. Рассказал Алексею Перепелкину о том, как здорово вести кружок робототехники. Рассказал об этом еще целому ряду людей. Побеждал со своими командами на соревнованиях. Проводил проектную работу с участниками исследовательской выездной школы МКШ с 2013 года, где руководил реализацией физических и робототехнических проектов, например, «Вслед за солнцем», в котором изучалась эффективность динамической ориентации солнечных батарей на солнце. Вместе с коллегами разрабатывал и был судьей Робопрофи. Участвовал в подготовке проекта Роболабы. Вновь пришел в МФТИ для проведения факультативного курса «Основы создания киберфизических устройств»

Организатор: Лаборатория инновационных образовательных технологий МФТИ (1), Лаборатория инновационных образовательных технологий МФТИ (2)

Описание организатора: (2) Московский физико-технический институт (неофициально известный как МФТИ или Физтех) является одним из самых престижных в мире учебных и научно-исследовательских институтов. Он готовит высококвалифицированных специалистов в области теоретической и прикладной физики, прикладной математики, информатики, биотехнологии и смежных дисциплин. Физтех был основан в 1951 году Нобелевской премии лауреатами Петром Капицей, Николаем Семеновым, Левом Ландау и Сергеем Христиановичем. Основой образования в МФТИ является уникальная «система Физтеха»: кропотливое воспитание и отбор самых талантливых абитуриентов, фундаментальное образование высшего класса и раннее вовлечение студентов в реальную научно-исследовательскую работу. Среди выпускников МФТИ есть Нобелевские лауреаты, основатели всемирно известных компаний, известные космонавты, изобретатели, инженеры.

Категория: Компьютерные науки

Описание категории: Специализации и курсы по компьютерным наукам посвящены разработке и дизайну программного обеспечения, алгоритмическому мышлению, человеко-компьютерному взаимодействию, языкам программирования и истории вычислительной науки. Курсы в этой широкой области помогут вам мыслить абстрактно, методически подходить к проблемам и вырабатывать качественные решения.

Тематика: Разработка ПО

Материал:



Практика
Программы
Скетчи, показанные на этой неделе, лежат в архиве w5_sketches.zip https://drive.google.com/open?id=0B6zopUwNtrV0VHFWLS1qRUttaVE
Сборка устройств
Собрать все варианты роботов можно с использованием дополнения Киберфизика.Мобильный робот к набору Киберфизика.Фундамент
В съемке видео этой недели использовались колеса и некоторые прототипы деталей корпуса, которые в дополнении Мобильный робот были заменены детали другого вида но с тем же функционалом.

Ссылки на материалы
Коллекторные моторы: кратко http://wiki.amperka.ru/%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%81%D0%BF%D0%B5%D0%BA%D1%82-arduino:%D0%BC%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%80, подробнее http://wiki.amperka.ru/%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0:%D0%BC%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%8B
Фильм Электрические двигатели http://www.youtube.com/watch?v=l7lx9-c3Po0
Принцип работы и классификация электродвигателей http://engineering-solutions.ru/motorcontrol/motor/
Редукторы http://cncnc.ru/documentation/detalimashin_lecture/book/book9.htm
Драйвер двигателей L293D http://www.myrobot.ru/stepbystep/el_driver.php datasheet http://www.ti.com/lit/ds/symlink/l293.pdf
Описание Motor Shield http://wiki.amperka.ru/%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%8B:motor-shield
Вариант списка необходимого для проверки устройства https://drive.google.com/open?id=0B6zopUwNtrV0NUpmdGVmZWI0RDQ
Макет трассы для робота, показанной в видео https://drive.google.com/open?id=0B6zopUwNtrV0UkQzVFctQklZUFk
ПИД-регулятор http://www.bookasutp.ru/Chapter5_2.aspx
Приложения-"джойстик" ArduinoRC https://play.google.com/store/apps/details?id=eu.jahnestacado.arduinorc
RemoteXY: приложение https://play.google.com/store/search?q=remotexy, сайт http://remotexy.com/
Внешние прерывания http://www.arduino.cc/en/Reference/AttachInterrupt