H-Bridge 1: Budowanie sterownika silnika H-bridge na płytce stykowej z użyciem tranzystorów Darlington TIP120 i TIP125

H-Bridge 1: Budowanie sterownika silnika H-bridge na płytce stykowej z użyciem tranzystorów Darlington TIP120 i TIP125

Ten samouczek poprowadzi Cię przez budowę sterownika silnika H-bridge z użyciem tranzystorów Darlington TIP120 i TIP125 na płytce stykowej. Ta konfiguracja jest idealna do kontrolowania kierunku i prędkości silnika prądu stałego, co jest niezbędne w różnych projektach robotyki i automatyzacji. Na koniec tego samouczka będziesz w stanie kontrolować silnik zarówno w kierunku zgodnym, jak i przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, wraz z modulacją prędkości.

W tym przewodniku wykorzystamy Arduino do sterowania silnikiem. Konfiguracja mostka H umożliwia odwrócenie kierunku silnika poprzez kontrolowanie sygnałów wejściowych wysyłanych do tranzystorów. Jest to kluczowy aspekt w wielu zastosowaniach, takich jak ramiona robotyczne czy roboty mobilne, które wymagają precyzyjnego sterowania silnikiem. W celu dalszego wyjaśnienia proszę odwołać się do wideo (w wideo o 00:00).

Wyjaśnienie sprzętu

Główne komponenty tego projektu to tranzystory TIP120 i TIP125, które są używane jako przełączniki do kontrolowania pracy silnika. TIP120 to tranzystor NPN Darlington, a TIP125 to tranzystor PNP Darlington. Razem tworzą konfigurację mostka H, co pozwala nam kontrolować kierunek prądu płynącego przez silnik.

W tej konfiguracji sygnał PWM (modulacja szerokości impulsu) jest używany do kontrolowania prędkości silnika. Tranzystory włączają się i wyłączają szybko, aby stworzyć średnie napięcie, które określa prędkość silnika. Piny EN włączają lub wyłączają tranzystory, zapewniając, że silnik działa tylko wtedy, gdy jest to konieczne.

Szczegóły karty katalogowej

• Zapewnij odpowiednie odprowadzanie ciepła w aplikacjach o dużym prądzie.
• Użyj sygnałów PWM, aby skutecznie kontrolować prędkość silnika.
• Sprawdź orientację tranzystora, aby zapobiec uszkodzeniu obwodu.
• Zwróć uwagę na wartości napięcia, aby nie przekroczyć limitów.
• Użyj kondensatorów odsprzęgających, aby ustabilizować zasilanie napięciem.

Instrukcje dotyczące okablowania

Aby podłączyć sterownik silnika H-bridge, najpierw podłącz pin VCC z TIP120 i TIP125 do zasilania 5V na swoim Arduino. Podłącz pin GND do masy. Piny sterujące PWM,PWM1iPWM2, powinny być podłączone do cyfrowych pinów 9 i 3 na Arduino, odpowiednio. Piny enable,EN1iEN2, połączy się z cyfrowymi pinami 8 i 2.

Następnie podłącz terminale silnika do pinów kolektora tranzystorów TIP120 i TIP125. Upewnij się, że silnik jest kompatybilny z twoim zasilaczem. Jeśli używasz dodatkowych komponentów, takich jak diody do ochrony przed przepięciami, umieść je równolegle z terminalami silnika, aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym przez odwrotną EMF. Jeśli używasz różnych modeli Arduino, sprawdź mapowanie pinów dla sygnałów PWM i włączających.

Przykłady kodu i przewodnik

const int PWM1= 9; //pin with ~
const int EN1= 8;
const int PWM2= 3; //pin with ~
const int EN2= 2;

W konfiguracji definiujemy piny sterujące dla sygnałów PWM oraz piny włączające.pinModefunkcja ustawia te piny jako wyjście do sterowania tranzystorami, które napędzają silnik.

void loop() {
  Motor(CW, 50); //in CW at 50% speed
  delay(5000);
  stop(); // stops the motor
  delay(2000);
}

Ta funkcja pętli demonstruje działanie silnika. Najpierw uruchamia silnik w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara z prędkością 50% przez 5 sekund, a następnie zatrzymuje się na 2 sekundy.Motorfunkcja jest wywoływana z parametrami kierunku i prędkości, kontrolując zachowanie silnika na podstawie tych danych wejściowych.

void Motor(boolean direction, int speed=0) {
  int speedPWM = map(speed, 0, 100, 0, 255);
  if(direction) {
    analogWrite(PWM1, speedPWM); // Set speed for CW
  } else {
    analogWrite(PWM2, speedPWM); // Set speed for CCW
  }
}

TheMotorfunkcja przyjmuje wartość logiczną kierunku i liczbę całkowitą prędkości. Mapuje procent prędkości na wartość PWM i używaanalogWriteustawić odpowiedni pin do sterowania silnikiem. Ta funkcja jest kluczowa dla dynamicznej zmiany kierunku i prędkości silnika.

Demonstracja / Czego się spodziewać

Po zakończeniu okablowania i przesłaniu kodu powinieneś zaobserwować, że silnik obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara z prędkością 50% przez 5 sekund, a następnie zatrzymuje się. Po opóźnieniu obróci się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara z prędkością 80% przez kolejne 5 sekund. Do powszechnych pułapek należy niewłaściwe okablowanie oraz przekroczenie wartości napięcia, co może uszkodzić tranzystory lub silnik.

Znaczniki czasowe wideo

• 00:00- Wprowadzenie
• 01:30- Przegląd sprzętu
• 03:15- Instrukcje dotyczące okablowania
• 05:00- Przegląd kodu
• 08:45- Demonstracja

Obrazy

H-Bridge Project with TIP120 TIP125 Wiring diagram

schematic for TIP120 TIP125 H-Bridge

H-Bridge Project with TIP120 TIP125 3

555 Relay Timer of 20A 0-10 minutest on breadboard wiring

H-Bridge Project with TIP120 TIP125 Wiring diagram

schematic for TIP120 TIP125 H-Bridge

H-Bridge Project with TIP120 TIP125 3

555 Relay Timer of 20A 0-10 minutest on breadboard wiring

/*
This code is for:
Building an H-Bridge Motor driver using TIP120 and TIP125 on a breadboard and full PCB Design with Arduino
https://youtu.be/6ugrL5ziPn8

This code has been downloaded from Robojax.com
You can access the resources page and download the Gerber file to produce
the PCB or a fully assembled PCB from PCBX.com
Visit https://robojax.com/tutorial_view.php?id=392
to control a DC motor using TIP120 and TIP125 as an
H bridge
Written by Ahmad Shamshiri
26 Aug 2024
*/
const int PWM1= 9;//pin with ~
const int EN1= 8;

const int PWM2= 3;//pin with ~
const int EN2= 2;

const boolean CW =1;
const boolean CCW =0;

void Motor(boolean, int);//prototype
void brake();//prototype

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("TIP120 H Bridge by Robojax");
  pinMode(PWM1, OUTPUT);
  pinMode(EN1, OUTPUT);

  pinMode(PWM2, OUTPUT);
  pinMode(EN2, OUTPUT);   

}

void loop() {
  Motor(CW, 50);//in CW at 50% speed
  delay(5000);

  stop();
  delay(2000);

  Motor(CCW, 80);//in CCW at 80% speed
  delay(5000);

  brake();
  delay(2000);

  for (int i=0; i<=100; i++)
  {
   Motor(CCW, i);
   delay(25);
  }
    delay(5000);

  brake();
  delay(2000);
}

/*
stop()
stops the output
*/
void stop()
{
    Serial.println ("=== Stop"); 
  digitalWrite(PWM1, LOW);
  digitalWrite(EN1, LOW);
  digitalWrite(PWM2, LOW);
  digitalWrite(EN2, LOW);  
}

/*
brake()
*/
void brake()
{
    Serial.println ("=== Brake"); 
  digitalWrite(PWM1, HIGH);
  digitalWrite(EN1, LOW);
  digitalWrite(PWM2, HIGH);
  digitalWrite(EN2, LOW);   
}

void Motor(boolean direction, int speed=0)
{
  int speedPWM = map(speed, 0, 100, 0, 255);
  Serial.print("Speed: "); Serial.print (speedPWM);
  Serial.print ("(");Serial.print (speed);Serial.print ("%)");


  if(direction){
    Serial.print(" dir: ");Serial.println ("CW");   
      analogWrite(PWM1, speedPWM);
    digitalWrite(EN1, HIGH);
    digitalWrite(PWM2, LOW);
    digitalWrite(EN2, LOW); 
  }else{
    Serial.print(" dir: ");Serial.println ("CCW");  
    digitalWrite(PWM1, LOW);
    digitalWrite(EN1, LOW);    
      analogWrite(PWM2, speedPWM);
    digitalWrite(EN2, HIGH); 
  }
 
}