Драйвер двигателей L293D

L293D

Как и обещал, следующую статью посвящаю L293D. Микросхема эта очень известная, тем не менее хочу поделиться личными впечатлениями от работы с ней. Это четырёхканальная микросхема, которая позволяет осуществлять работу как с двумя двигателями (при возможности прямого и обратного включения), так и с четырьмя (но в этом случае двигатели будут работать только в одну сторону). Нас, разумеется, в роботоконструировании интересует больше первый способ, потому что вращать двигатели обычно надо и туда и обратно - в первую очередь приводящие в движение колёса. Согласно даташиту (datasheet - инструкция к детали/устройству/программе), микросхема L293D снабжена защитными диодами, предохраняющими электронику от избыточного тока. На сколько я понимаю, у L293 такой фишки нет, и их обязательно надо припаивать самому. Напряжение питания этой микросхемы от 4,5 до 36 вольт. Это её очень большой плюс, так как регулярно возникает ситуация, что одну схему надо питать одним напряжением, другую другим, всё это нужно засунуть в одно устройство - компактно и так чтоб ничего не сгорело. В любом случае, проблем это добавляет, а здесь можно питать как угодно - лишь бы ток был постоянный. Переходим к току. Вот здесь начинаются минусы, так как максимально допустимый ток на канал - 600 мА. Есть, правда, оговорка, что с должной системой охлаждения ток можно поднять до 1А, а короткими импульсами микруха выживет даже выдавая на пиках 1,2 ампера, но не чаще чем раз в 100 микросекунд. Это всё чудесно, однако, в реалиях мы сталкиваемся с жутким дефицитом этого самого тока. Как ни накачивал я её ни импульсами, ни постоянным током - ничего путного у меня не выходило. Роботы ездили медленно и плохо, а те что побольше - вообще не ездили. Значит ли это, что микросхема ни на что не годна? Нет. Просто, её применение, как и у любого электронного компонента, имеет свои ограничения. Моё мнение - для системы, приводящей большого робота в движение эта микруха не годится. Скажем так, она пригодна для более деликатных задач, а выполнять она их умеет. Дело в том, что L293D - не просто может работать по принципу "включил-поехал", хотя она и так может работать. Эта микросхема также способна управлять двигателями с помощью широтно-импульсной модуляции, что открывает возможности управления серво-двигателями - двигателями, способными поворачиваться на заданный угол и поддерживать это положение. А также полезна для всех остальных двигателей не слишком большой мощности для регулирования скорости их вращения. Короче, штука очень удобная, а по началу, пока роботы простые и лёгкие, она подойдёт и для управления их колёсами. Кстати, никто не мешает сдвоить оба канала (соединить их параллельно), тогда можно будет подцепить только один двигатель, но уже выдавать на него 1,2 ампера, при этом с возможностью гонять его вперёд-назад. Меня, правда, такое положение дел всё время не устраивало, потому что тогда нужна ещё микросхема для организации поворотов, а робот, который не умеет поворачивать не слишком-то интересен.

Теперь несколько слов о подключении. Как мною уже говорилось в предыдущей статье, паять я микросхемы категорически не советую. Вообще нигде. Ну, может быть, конечно, цель создать неразборное устройство, где всё надо намертво впаять, дорог каждый миллиметр пространства и каждый бюджетный рубль - паяйте, я так не люблю. Я паяю панельки, и всё вставляю в них. Были любители и у радиоламп ножки прямо без панелек припаивать, но это была эпоха дефицита, а сейчас для микросхем этого дела навалом, а вот сжечь её очень легко, особенно по началу, когда много не знаешь. Да и вынуть её потом в случае ошибки тоже уже без паяльного фена, по одной ножке - затея 50 на 50. Вам оно надо? В связи с этим предлагаю не рисковать и пожертвовать пять рублей за своё спокойствие.

Переходим к распайке контактов. Всего их тут 16, левая и правая сторона почти симметричны, так что разобраться очень несложно. Нумерация выводов, как у всех микросхем идёт сверху вниз по левой стороне и снизу вверх по правой. Верх (первая и последняя нога) обозначены на микросхеме полукруглой выбоинкой. Выводы 1 и 9 - выводы "enable" - они служат для управления двигателями по принципу - на ноге есть напряжение (логическая единица) - двигатель включён, нет напряжения (уровень земли - логический ноль) - двигатель не работает. Вывод 1 управляет 1 и 2 каналом, вывод 9 - 3 и 4. Я вешал на них напряжение питания и не мучился. Выводы, обозначенные буквой А (2, 7, 10 и 15) - это на самом деле входы (inputs) - на них подаётся управляющий сигнал - или постоянный, или в виде ШИМ (об этом позже). Входы эти соответственно для первого-четвёртого каналов. Рядом с ними находятся выходы (outputs) - ноги 3,6,11 и 14. Теперь вешаем один мотор одним контактом на 3, другим на 6 - подали напряжение на 2 - мотор закрутился в одну сторону, выключили, подали на 7 - закрутился в другую. Идея понятна? Пробуем со второй стороной то же самое. Наконец выводы 4, 5 и 12, 13 - это земля (ground), отрицательный контакт батареек вешается сюда. Все четыре вывода можно смело соединить вместе. К ним же рекомендуют припаивать охлаждение - металлическую пластинку обычно из меди, но это если предполагается перегрев схемы. Я это охлаждение на неё никогда не вешал. Ну и самое главное - напряжение питания. Здесь есть два входа - 8 и 16, если напряжение робота, как у меня, небольшое - 5-6 вольт, можно их оба повесить на него. Если напряжение питания высокое (микруха-то у нас аж до 36 вольт выдерживает), а моторчики слабенькие, то вывод 16 - питание микросхемы, а 8 - питание моторов.
На последок: схема возможного включения L293D

Слева вариант 2 канала на один двигатель, справа - по двигателю на канал. Диоды игнорируем и паяем только в случае, если у нас L293 (без D). Ну вот, кажется всё, что хотел сказать.

По теме рекомендую также к ознакомлению:
http://robocraft.ru/blog/electronics/563.html
http://zelectro.com.ua/L293D
Даташит: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/l293d.pdf

Робот на фотодиодах или Lightbot 2.0

В прошлой статье я рассказывал о простейшем аналоговом роботе на биполярных транзисторах, которыми управляла обычная солнечная панелька из старого калькулятора. Сегодня мне бы хотелось рассказать о модернизации этого робота, который едет на свет, точнее, который едет, пока свет горит, потому что до настоящего движения на свет такой разработке ещё далеко. Зато это ещё один вариант очень простого аналогового робота, которого можно сделать в течение дня своими руками.

Принципиальная модернизация заключается в том, что в качестве датчика используются особые полупроводниковые элементы - фотодиоды. В любом радиомагазине они стоят несколько рублей, так что достать их не проблема. Принцип работы фотодиода основывается на том, что он меняет свои токопроводящие способности в зависимости от освещённости его p-n перехода. Иными словами в темноте его сопротивление становится таким большим, что, если измерить его мультиметром, получится несколько мегом, при этом если на него начнёт падать свет, сопротивление упадёт в сотни и тысячи раз. Тогда через фотодиод потечёт ток, напряжение на нём упадёт, и это можно замечательно использовать для управления нашим роботом.

Фотодиод

Напрямую подключать двигатель через такой диод нельзя. Во-первых, тока, текущего через него всё равно будет не достаточно, чтобы раскрутить колёса, а во вторых, полупроводниковые приборы очень чувствительны к токовым нагрузкам и возникающим вслед за этим перегревам. Короче говоря, могут сгореть. Именно поэтому фотодиоды мы будем использовать только как датчики, а для управления двигателем выберем всеми рекомендуемую микросхему для маломощных двигателей L293D. Я сразу хочу сказать, что при последующей работе я в ней весьма разочаровался. Дело в том, что она не в состоянии подать достаточно тока для движения более-менее приличного робота. То есть в перспективе колёсами она у нас управлять не будет. Но для простеньких проектов она подходит хорошо. Правда, я встречал в сети идеи соединять L293D параллельно - припаивая одну поверх другой для увеличения мощности. Что же, думаю, это имеет право на существование. Но моё мнение: микросхемы вообще лучше не паять, так как их цены уже варьируют от нескольких единиц до нескольких десятков долларов, что делает порчу микросхемы иногда серьёзным ударом по бюджету. Да и вообще, лучше сразу тогда взять микруху помощнее. В общем, я предпочитаю использовать панельки и распаивать их.

 Вот как здесь. Микросхема вставляется в панельку, её в любой момент можно вынуть, переставить на другого робота или вообще перепаять контакты подо что-то другое. Сами панельки стоят 3-5 рублей в розницу (сравним с 200 р. за L293D), при этом они не боятся перегревов, потому что ломаться там нечему, только уж если пластик в упор паяльником расплавить вдрызг. Короче, панелька вечная, только их уже лучше не перепаивать, а выкинуть и поставить новую - дешевле для нервной системы. Такой вот получился робот. Питался он от четырёх пальчиковых батареек (это основной недостаток в соотношении масса батареек/мощность двигателей). Как видим, спереди два фотодиода торчат - по одному на двигатель. В теории какой фотодиод сильнее освещён, тот двигатель быстрее и крутится - туда робот и поворачивает. На практике - такое шасси поворачивает из ряда вон плохо, и делать так очень всем не советую! Поворачивать должны сами колёса - или одно рулевое колесо, иначе выйдет ерунда. В общем, получилась у меня вот такая простенькая моделька. В заключение смотрим видео:

О том, как подключить двигатели и датчики к L293D в следующей статье.

Робот-жук

Доброго всем времени суток! В этот раз хочу рассказать Вам ещё об одном своём эксперименте, который называется "Робот-жук". Подобных идей такого робота в сети навалом, так что Америку я не открою, но идея робота достаточно занятная и простая, поэтому кому-то может быть интересной. Робот называется жуком, потому что у него спереди устанавливается особый бампер-антенны, как у насекомого. Выглядело это всё примерно так:

Сам ус согнут из обычной скрепки. Он должен свободно вращаться вокруг болта, на который цепляется, слева я поставил ограничитель, он же контакт. Лёгкая пружинка приводит антенну на место всякий раз, когда столкновение прекращается. Сейчас по прошествии времени советую антенну делать побольше, а главное - длиннее, лучше из куска проволоки, чтобы рычаг образовывался побольше, а чувствительность была повыше.

Вместе с управляющей схемой получилось что-то вот такое. Здесь пока подключён только правый датчик. Идея управляющей схемы очень проста - два транзистора на каждый ус, открыт всегда только один из них. Ус прижат - открыт транзистор, подающий на двигатель реверс, ус отжат - открыт транзистор, подающий ток в прямом направлении. Получился своего рода тумблер на два положения. Конечно, сразу скажу, что схема управления крайне примитивная, но зато очень простая. И да, схема смонтирована на куске картона, абсолютно бесхитростно, но когда у вас на схеме 12 деталей, то можно себе это позволить.

Двигатель я взял самый что ни на есть простенький и слабенький - на 2-3 вольта из старого CD-ROMа. Чтоб колесо с него не сваливалось - надел кусочек резиновой трубки.

Тестовая версия. Двухкнопочный пульт от проводной игрушечной машинки - самое оно для таких случаев.

Аккумулятор из сотового телефона, двигатели примотаны к основанию проводами. Робот готов. Тест. Не едет. Я писал и ещё буду писать - шасси - это самая жёсткая часть, особенно для новичка. Я это прочувствовал, и даже сейчас, когда уже кое-что смог построить всё равно вижу в этом огромный камень преткновения. Иногда так и тянет на всё плюнуть, заказать в Китае шасси за 30 баксов и не париться, но желание сделать самому перевешивает. Не знаю, как у вас, мне в кайф только когда я каждый винтик сам на место поставил, иначе какое-то ощущение изначально не своей конструкции.

За "не едет" пошли видоизменения шасси. Вот поэтому я и говорю, что чтобы не тратить на это много часов, надо сначала хорошо подумать. Но если цель вволю пособирать, тогда - другой разговор. В конце-концов, по-моему, как раз в сборке и весь интерес + удачный запуск, конечно, в качестве финала.

Наконец, модернизация пришла вот к такой модели. Дальше убирать уже было нечего. Два колеса, сведённая на нет металлическая рама. Да-да - из железа в идеале только болты и гайки. Ну и расширенный вариант антенн. Данное чудо на удивление успешно ездило по бетонному полу без ковра, тыркалось во всё подряд, отталкивалось от стенок и по большей части где-то постоянно застревало и за несколько минут выжирало аккумулятор. Честно говоря, я бы данному произведению поставил уверенную тройку. Видео, к сожалению, не записывал, а сейчас уже разобрал это дело давно. Однако, рассказать захотелось. Всё-таки один из первых удачных моих экспериментов был.