Lab 4 การสั่งงาน DC Motor

จุดประสงค์การเรียนรู้

สามารถเขียนCodeในKB-IDEควบคุมการทำงานของDC Motorได้

สาระการเรียนรู้

 1. DC Motor

      DC Motor เป็นมอเตอร์กระแสตรงที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าไปเป็นพลังงานกล โดยอาศัยหลักการเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็ก จะมีแรงเกิดขึ้นที่ลวดเหนี่ยวนำ ทำให้ลวดตัวนำเกิดการเคลื่อนที่ ซึ่งหาค่าแรงนี้ได้จาก สมการ F = BIL  

 เมื่อ  F  คือ แรงที่เกิดขึ้นจากลวดตัวนำ   มีหน่วยเป็นนิวตัน

         B  คือ ค่าความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็ก มีหน่วยเป็นเทสลา

        L คือ ความยาวของขดลวดเหนี่ยวนำมีหน่วยเป็นเมตร

การหาทิศทางของแรงมอเตอร์(แรงแม่เหล็กไฟฟ้า) โดยใช้กฎมือซ้าย โดยนิ้วชี้คือทิศของความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็ก (ฺB) นิ้วกลางคือทิศของการไหลกระแสไฟฟ้า(I) นิ้วหัวแม่มือคือทิศทางของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นต้นกำเนิดให้DC Motorนั้นทำงาน ดังรูปข้างล่าง

2. สัญญาณ PWM

  PWM (Pulse-Width modulation) ซึ่งเป็นเทคนิคในการเข้ารหัสสัญญาณDigitalให้มีOuputเฉลี่ยคล้ายสัญญาณAnalog โดยจะสร้างLogic HIGH(5V) และ LOW(0V)สลับกันซึ่งจะทำให้คาบเวลาช่วงHIGHของหนึ่งลูกคลื่นมีหน่วยเป็นเปอร์เซนต์หรือที่เรียกกันว่าDuty Cycle หากใช้สัญญาณDigitalในการสั่งงานจะไม่สามารถทำให้DC Motorปรับความเร็วได้  ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้สัญญาณPWMในการควบคุมความเร็วของมอเตอร์ เพื่อสั่งให้PWMทำงานตั้งแต่ 0 - 255 เทียบกับ 0 - 100 เปอร์เซนต์ของความต่างศักย์ที่จ่ายให้มอเตอร์นั่นเอง (ความต่างศักย์มากมอเตอร์หมุนเร็ว ความต่างศักย์น้อยมอเตอร์จะหมุนช้า) ซึ่งสามารถดูรายละเอียดและคำอธิบายสัญญาณ PWM ดังภาพประกอบข้างล่าง

3. ไดซ์ควบคุมมอเตอร์TB6612FNG

     คุณสมบัติโดยทั่วไปของไดซ์ควบคุมมอเตอร์ TB6612FNG

• รับค่าความต่างศักย์สูงสุดVMที่ใช้งานกับมอเตอร์สูงสุดที่ 15 V

• กระแสที่ขับได้อย่างต่อเนื่องสูงสุด 1.2A

• กระแสสูงสุดชั่วขณะไม่เกิน 3.2A

Datasheetการทำงานของขาสัญญาณ TB6612FNG 

หลักการในการสั่งงานความเร็วและควบคุมทิศทางของมอเตอร์กระแสตรง โดยปกติจะใช้ 3 พอร์ตสัญญาณในการควบคุมมอเตอร์กระแสตรง 1 ตัว ดังนี้ พอร์ตดิจิตอล 2 พอร์ต และพอร์ตPWM1พอร์ต ดังนี้

  - กรณีที่ 1 Digital AI1 เป็น HIGH ->  Digital AI2 เป็น HIGH  มอเตอร์จะหยุดโดยมีการจ่ายกระแสไฟฟ้าล้อจะเบรก

  - กรณีที่ 2 Digital AI1 เป็น LOW - >Digital AI2 เป็น LOW  มอเตอร์จะหยุดโดยไม่มีการจ่ายกระแสไฟฟ้าล้อจะฟรี

  - กรณีที่ 3 Digital AI1 เป็น HIGH -> Digital AI2 เป็น LOW - > PWMA(ความเร็วจาก 0-255) มอเตอร์จะหมุนไปข้างหน้า

  - กรณีที่ 4 Digital AI1 เป็น LOW - >Digital AI2 เป็น HIGH- > PWMA (ความเร็วจาก 0-255) มอเตอร์จะหมุนกลับทาง

4. กลุ่มคำสั่งการทำงานมอเตอร์ ด้วยภาษาC++ ใช้กับLibrary LotusMegaBot.h

4.1 run(ความเร็วมอเตอร์ซ้าย , ความเร็วมอเตอร์ขวา);  // ความเร็วตั้งแต่ 0-255  ถ้ามอเตอร์หมุนกลับทางใส่เครื่องหมาย-  ถ้าสั่งหยุดมอเตอร์ความเร็วเป็น 0

4.2 runa(ความเร็วมอเตอร์ซ้าย , ความเร็วมอเตอร์ขวา);  //มอเตอร์ไดซ์a ความเร็วตั้งแต่ 0-255  ถ้ามอเตอร์หมุนกลับทางใส่เครื่องหมาย-  ถ้าสั่งหยุดมอเตอร์ความเร็วเป็น 0

4.3 runb(ความเร็วมอเตอร์ซ้าย , ความเร็วมอเตอร์ขวา);  //มอเตอร์ไดซ์b ความเร็วตั้งแต่ 0-255  ถ้ามอเตอร์หมุนกลับทางใส่เครื่องหมาย-  ถ้าสั่งหยุดมอเตอร์ความเร็วเป็น 0

4.4 runc(ความเร็วมอเตอร์ซ้าย , ความเร็วมอเตอร์ขวา);  //มอเตอร์ไดซ์c ความเร็วตั้งแต่ 0-255  ถ้ามอเตอร์หมุนกลับทางใส่เครื่องหมาย-  ถ้าสั่งหยุดมอเตอร์ความเร็วเป็น 0

4.5 RUN(ความเร็วมอเตอร์ซ้าย , ความเร็วมอเตอร์ขวา); // มอเตอร์ทั้ง6ตัวทำงานพร้อมกัน

4.6 RUN4(ความเร็วมอเตอร์ซ้าย , ความเร็วมอเตอร์ขวา); // มอเตอร์ทั้ง4ตัวทำงานพร้อมกัน ช่องไดซ์ที่aและb

4.7 fd(ความเร็วมอเตอร์ทุกตัว); // มอเตอร์ทั้ง6ตัวทำงานพร้อมกัน เดินหน้าตามความเร็วที่ใส่เข้าไปตั้งแต่ 1-255

4.8 fd2(ความเร็วมอเตอร์ซ้าย,ความเร็วมอเตอร์ขวา); // ความเร็วตั้งแต่ 0-255 สามารถใช้ได้สูงสุด 255 ต่ำสุด -255 (เครื่องหมาย - จะกลับทาง)

4.9 bk(ความเร็วมอเตอร์ทุกตัว); // มอเตอร์ทั้ง6ตัวทำงานพร้อมกัน เดินหน้าตามความเร็วที่ใส่เข้าไปตั้งแต่ 1-255

4.10 sr(ความเร็วมอเตอร์ทุกตัว); // มอเตอร์ทั้ง6ตัวทำงานพร้อมกัน เดินหน้าตามความเร็วที่ใส่เข้าไปตั้งแต่ 1-255

4.11 sl(ความเร็วมอเตอร์ทุกตัว); // มอเตอร์ทั้ง6ตัวทำงานพร้อมกัน เดินหน้าตามความเร็วที่ใส่เข้าไปตั้งแต่ 1-255

4.12 tr(ความเร็วมอเตอร์ทุกตัว); // มอเตอร์ทั้ง6ตัวทำงานพร้อมกัน เดินหน้าตามความเร็วที่ใส่เข้าไปตั้งแต่ 1-255

4.13 tl(ความเร็วมอเตอร์ทุกตัว); // มอเตอร์ทั้ง6ตัวทำงานพร้อมกัน เดินหน้าตามความเร็วที่ใส่เข้าไปตั้งแต่ 1-255

4.14 ao(); //มอเตอร์ทั้ง6ตัวหยุดการทำงาน

4.15 AO(); //มอเตอร์ทั้ง6ตัวหยุดการทำงาน

เป้าหมาย

หลังจากกดปุ่ม ok (D53) หุ่นยนต์จะเคลื่อนที่ดังต่อไปนี้

• เดินตรงไปข้างหน้า ในเวลา 1 วินาที ส่งเสียงจากBuzzerแล้วหยุด 0.5 วินาที

• เลี้ยวซ้าย ในเวลา 1 วินาที ส่งเสียงจากBuzzerแล้วหยุด 0.5 วินาที

• เลี้ยวขวา ในเวลา 1 วินาที ส่งเสียงจากBuzzerแล้วหยุด 0.5 วินาที

• ถอยหลัง ในเวลา 1 วินาที ส่งเสียงจากBuzzerแล้วหยุด 0.5 วินาที

วัสดุอุปกรณ์

1. บอร์ดLotusMegaBot จำนวน 1 ตัว

2. สายMicro USB   จำนวน 1 เส้น

3.DC Motor  จำนวน 2-6 ตัว

4.Adapter 9 Vdc หรือ Battery Lipo 7.4Vdc จำนวน 1 ตัว/ก้อน

วิธีทำ

• การประกอบตัวหุ่นยนต์ขับเคลื่อน 4 ล้อ ให้ทำการต่อมอเตอร์ตามผังต่อไปนี้ โดยที่ตอนไม่จ่ายไฟฟ้าให้กับมอเตอร์ เมื่อหมุนมอเตอร์ไปข้างหน้าหลอดLEDที่ไดซ์มอเตอร์จะต้องติดเป็นสีเขียวและเมื่อหมุนไปข้างหลังหลอดLEDจะต้องติดเป็นสีแดง

1. เปิด Arduino IDE แล้วทำการเขียนโค้ดดังภาพข้างล่าง โดยที่หากเขียนโค้ดไว้ในเครื่องหมายปีกกา{} ภายใต้ void setup() โปรแกรมจะทำงานเพียงครั้งเดียว และหากเขียนโค้ดภายในเครื่องหมายปีกกา{} ภายใต้void loop() โปรแกรมจะทำงานต่อเนื่อง 

2.ทำการเสียบสายMicroUSBกับบอร์ดLotusMegaBotกับเครื่องคอมพิวเตอร์ ดังรูปข้างล่าง  

3.สำหรับการอัพโหลดโปรแกรมลงบนบอร์ดสามารถทำตามขั้นตอนต่อไปนี้  

ตัวอย่างVDOการทำงานของโปรแกรม