Lab7 การใช้งานDC motor (โปรแกรมควบคุมทิศทางการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์)

เป้าหมาย : เพื่อเขียนโปรแกรมในKB-IDEควบคุมการทำงานของมอเตอร์กระแสตรงในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ได้

สาระการเรียนรู้

1. DC Motor

     DC Motor เป็นมอเตอร์กระแสตรงที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าไปเป็นพลังงานกล โดยอาศัยหลักการเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็ก จะมีแรงเกิดขึ้นที่ลวดเหนี่ยวนำ ทำให้ลวดตัวนำเกิดการเคลื่อนที่ ซึ่งหาค่าแรงนี้ได้จากสมการ F = BIL 

            เมื่อ  F  คือ แรงที่เกิดขึ้นจากลวดตัวนำ   มีหน่วยเป็นนิวตัน

                 B  คือ ค่าความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็ก มีหน่วยเป็นเทสลา

                 L คือ ความยาวของขดลวดเหนี่ยวนำมีหน่วยเป็นเมตร

     การหาทิศทางของแรงมอเตอร์(แรงแม่เหล็กไฟฟ้า) โดยใช้กฎมือซ้าย โดยนิ้นชี้คือทิศของความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็ก (ฺ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

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

วัสดุอุปกรณ์

1. บอร์ดLotus Devkit V.1.0 จำนวน 1 ตัว

2. สายMicro USB   จำนวน 1 เส้น

3.DC Motor  จำนวน 2 ตัว

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

วิธีทำการทดลอง

1. ต่อมอเตอร์เข้ากับบอร์ดLotus NanoBot พร้อมติดตั้งใส่ที่ล้อหุ่นยนต์ให้เรียบร้อย โดยเมื่อหมุนล้อไปข้างหน้าเมื่อไม่จ่ายไฟจากแบตเตอรี่หลอดLEDจะต้องขึ้นไฟสีเขียว และเมื่อหมุนล้อไปข้างล่างไฟLEDจะต้องขึ้นไฟสีแดง หากไม่ใช่ให้ทำการสลับขั้วมอเตอร์

2. Block ที่ใช้ในการสั่งงานมอเตอร์กระแสตรง มีดังนี้

3. ทำการทดลองเขียนโปรแกรมควบคุมมอเตอร์ หลังจากกดปุ่มD2ให้เคลื่อนที่ดังนี้  

• เคลื่อนที่ไปข้างหน้า 1 วินาที แล้วหยุด 1 วินาที แล้วส่งเสียงบิ๊บ

• เลี้ยวซ้าย 1 วินาที แล้วหยุด 1 วินาที แล้วส่งเสียงบิ๊บ

• เลี้ยวขวา 1 วินาที แล้วหยุด 1 วินาที แล้วส่งเสียงบิ๊บ

• ถอยหลัง 1 วินาที แล้วหยุด 1 วินาที แล้วส่งเสียงบิ๊บ