Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2014
На сегодняшний день доступно множество различных плат расширения Arduino, а также отдельных контроллеров на платформе Arduino, предназначенных для управления электродвигателями. При работе с маломощными двигателями все они прекрасно выполняют свои функции. Но если потребуется реализовать проект для мощного мотора, обнаружится, что бóльшая часть этих плат и контроллеров управлять им не способна. Команда конструкторов из Arc Robotics, решив изменить ситуацию, разработала контроллер для управления двумя мощными электродвигателями, обеспечивающий выходной ток до 43 А.
Разработчики, видимо с целью продвижения и дальнейшего усовершенствования контроллера, приняли решение запустить кампанию на портале Kickstarter; проект получил название Arc Controller. Гибкость, мощность и простота использования – самые важные характеристики представленного контролера электродвигателей. Он может работать автономно, благодаря встроенному Arduino-совместимому микроконтроллеру, или в качестве ведомого устройства подключаться к любой другой микроконтроллерной плате (Arduino, Raspbery Pi) по шине I2C. Возможность реализовать управление скоростью и направлением вращения одного шагового двигателя или двух электродвигателей постоянного тока, встроенные схемы защиты и простота управления делают его идеальным для применения в робототехнике.
Автономная работа контроллера обеспечивается установленным на плату Arduino-совместимым микроконтроллером ATmega328, что одновременно определяет возможность программирования контроллера из интегрированной среды разработки Arduino IDE.
Чем же отличает представленное решение от существующих ?
- доступный по цене и мощный контроллер управления электродвигателями;
- простота применения и управления;
- возможность подключения одного шагового двигателя или двух электродвигателей постоянного тока;
- работа в автономном режиме или в качестве платы расширения Arduino;
- при подключении к Arduino сохраняется возможность наращивания функционала и одновременного подключения еще одной платы расширения;
- возможность параллельного подключения нескольких контроллеров к интерфейсу I2C;
- возможность пользовательского программирования в среде Arduino IDE;
- встроенные схемы защиты;
- широкий диапазон входных напряжений (5 – 27 В).
Силовая часть контроллера образована двумя H-мостами на специализированных микросхемах. При надлежащем охлаждения микросхем каждая мостовая схема способна обеспечить выходной ток до 43 А. Две мостовые схемы работают независимо друг от друга при подключении двух электродвигателей постоянного тока, или как единая силовая мостовая схема при подключении шагового двигателя.
Помимо схемы защиты от переполюсовки питания, контроллер имеет интегрированные в драйверы электродвигателей цепи защиты от перегрева и перегрузки по току, повышающие его надежность. Если происходит перегрев микросхем, или выходной ток достигает максимального уровня, то срабатывает механизм ограничения выходного тока. Он автоматически выключает драйверы до тех пора, пока не снизится их температура, или не исчезнут условия перегрузки по току.
Возможность контроля в реальном времени тока силовых мостовых схем позволяет пользовательскому приложению следить за потребляемым током каждого электродвигателя, обнаруживая состояния короткого замыкания и перегрева.
Установленный микроконтроллер ATmega328P, такой же, как на плате Arduino UNO, отвечает за управление драйверами электродвигателей и определяет автономный режим работы контроллера. Кроме того, пользователю доступны аналоговые, входы, цифровые входы/выходы, интерфейс I2C, интерфейс внутрисхемного программирования, интерфейс программирования Arduino (FTDI) и последовательный интерфейс UART. Сигнальные линии портов и интерфейсов снабжены маркировкой на разъемах. На плате расположены также разъемы форм-фактора плат расширения Arduino. Программирование пользовательских приложений ничем не отличается от программирования Arduino. Все, что потребуется пользователю – это среда разработки Arduino IDE и кабель. Контроллер разработан так, чтобы у пользователей оставалась возможность подключения других дополнительных плат расширения или нескольких контроллеров к одной плате Arduino.
Максимальное напряжение питания контроллера не должно превышать 27 В. Встроенная схема стабилизатора напряжения 5 В/500 мА, предназначенная для питания микроконтроллера и периферии, может также использоваться для питания платы Arduino или внешних схем.
Для работы с контроллером электродвигателей разработчики создали простую библиотеку функций, которая формирует и отправляет команды по интерфейсу I2C.
К сожалению, на момент публикации материала данный проект существовал только на портале Kickstarter, и более подробной информации по его аппаратной и программной части разработчики не представили. Не исключено, что он может перейти в категорию проектов с открытым исходным кодом, и дополнительная информация появится после завершения кампании на портале Kickstarter.