No último tutorial vimos como ligar um motor DC no Arduino com o auxilio de um módulo Ponte H, usando as suas entradas para variar o sentido de giro. Mas na robótica é comum termos de controlar, além do sentido, a velocidade do motor. Neste tutorial iremos ensinar, de forma simples e didática, como podemos controlar a velocidade de um motor DC.
Como controlar a velocidade de um motor?
Um motor DC gira baseado em campos magnéticos gerados pela corrente que passa em suas bobinas. Pode variar a velocidade do motor podemos alterar essa corrente que é diretamente proporcional a tensão sobre elas.
Campo magnético motor DC
Dessa forma, com a mudança da tensão em cima do motor, teremos uma alteração de velocidade. mas como podemos fazer isso usando o Arduino e a Ponte H? A solução é simples e eficiente e se chama PWM.
PWM
PWM (Pulse Width Modulation – Modulação por Largura de Pulso) é uma técnica para obter resultados analógicos por meios digitais (Leia mais sobre Grandezas digitais e analógicas e PWM). Esta técnica consiste na geração de uma onda quadrada em uma frequência muito alta em que pode ser controlada a percentagem do tempo em que a onda permanece em nível lógico alto. Esse tempo é chamado de Duty Cycle(Ciclo de trabalho) e sua alteração provoca mudança no valor médio da onda, indo desde 0V (0% de Duty Cycle) a 5V (100% de Duty Cycle) no caso do Arduino.
O duty cycle é a razão do tempo em que o sinal permanece na tensão máxima (5V no Arduino) sobre o tempo total de oscilação, como está ilustrado na figura abaixo:
ºDuty Cycle (%) = (x/x+y)*100% = (x/T)*100%
Vmédio = Vmáx*Duty Cycle(%)
O valor do Duty Cycle usado pelo Arduino é um inteiro armazenado em 8 bits, de forma que seu valor vai de 0 (0%) a 255 (100%).
Exemplo.: Para um sinal PWM de valor 200 temos:
Se 255 é 100%, 200 é aproximadamente 78,4%.
Como a tensão máxima de saída do Arduino é 5V a tensão média do sinal PWM será:
Vmédio = Vmax*Duty Cycle(%)
Vmédio=5*78,4%
Vmédio=3,92V
Modulando a ponte H
No módulo Ponte H com CI L298N cada ponte H possui um pino que ativa ou não a ponte H. Caso tenha um sinal de 5V inserido nele, a ponte esta ligada, caso seja 0V a ponte esta desligada. Como temos 2 pontes H, temos o Enable A(Ativa A) e o Enable B (Ativa B).
Normalmente o Enable A e B fica em curto com um sinal de 5V da placa através de um jumper.
Jumpers Enable A e B
Se retiramos esse jumper e inserimos um sinal PWM nessa entrada, modularemos a tensão que é enviada para o motor no mesmo formato. Isso ocorre porque a ponte H só ira “funcionar” enquanto o sinal de Enable estive com 5V.
inal PWM entrando no Enable A em vermelho (5V) e a saída para o motor A em preto (12V).
Sendo assim, a saída para o motor será um sinal PWM com um Duty Cycle igual ao do Enable e terá tensão média calculada pela seguinte formula.
Vmédio = Vmax(tensão PonteH)*Duty Cycle(%)
Com essa modulação, podemos variar a velocidade do motor através de PWM.
Exemplo de Código 1 – Controle de velocidade
Neste segundo exemplo, vamos verificar o controle de velocidade dos motores A e B.
Para este exemplo, utilizaremos:
- Arduino UNO
- Ponte H
- 2 Motores DC 12V (pode ser feito com apenas 1)
- Fonte alimentação de 12V
Prossiga com a montagem conforme esquema abaixo(caso use apenas um motor, basta desconsiderar o motor B:
Garanta que seu Arduino e a fonte externa estejam desligados durante a montagem.
Esquema de montagem exemplo 1
5Agora vamos à implementação do programa. Dessa forma, dentro da IDE Arduino: escreva o seguinte código e ao final clique em Upload para que o programa seja transferido para seu Arduino.
/*Pinagem do arduino*/
//motor A
int IN1 = 2 ;
int IN2 = 4 ;
int velocidadeA = 3;
//motor B
int IN3 = 6 ;
int IN4 = 7 ;
int velocidadeB = 5;
//variavel auxiliar
int velocidade = 0;
//Inicializa Pinos
void setup(){
pinMode(IN1,OUTPUT);
pinMode(IN2,OUTPUT);
pinMode(IN3,OUTPUT);
pinMode(IN4,OUTPUT);
pinMode(velocidadeA,OUTPUT);
pinMode(velocidadeB,OUTPUT);
}
void loop(){
/*Exemplo de velocidades no motor A*/
//Sentido Horario
digitalWrite(IN1,HIGH);
digitalWrite(IN2,LOW);
//Alta
analogWrite(velocidadeA,230);
//Intermediaria
analogWrite(velocidadeA,150);
//Baixa
analogWrite(velocidadeA,80);
/*Exemplo de variacao de velocidade no motor B*/
//Sentido Horario
digitalWrite(IN3,HIGH);
digitalWrite(IN4,LOW);
//velocidade de 0 a 255
while (velocidadeB < 255){ analogWrite(velocidadeB,velocidade); velocidade = velocidade + 10; delay(50); } //velocidade de 255 a 0 while (velocidadeB > 0){
analogWrite(velocidadeB,velocidade);
velocidade = velocidade - 10;
delay(50);
}
}
Exemplo de Código 2 – Controlo de velocidade
Caso queira fazer um código mais compacto e modularizado, temos este exemplo de implementação um pouco avançado que usa funções.
#define MOTOR_A 1
#define MOTOR_B 2
#define HORARIO true
#define ANTIHORARIO false
//inicializa pinos
void setup(){
for (int i = 2; i < 8; i++)
pinMode(i,OUTPUT);
}
void loop(){
acionaMotor(MOTOR_A,HORARIO, 255);
acionaMotor(MOTOR_B,ANTIHORARIO, 255);
}
//função para acionamento individual de cada motor
void acionaMotor(int motor, boolean sentido, int velocidade){
if (motor == MOTOR_A){
digitalWrite(2,sentido);
digitalWrite(4,!sentido);
analogWrite(3,velocidade);
}
else if (motor == MOTOR_B){
digitalWrite(6,sentido);
digitalWrite(7,!sentido);
analogWrite(5,velocidade);
}
}
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