Lab 9 DC Motor
จุดประสงค์การเรียนรู้
สามารถเขียนCodeภาษาCในArduino IDEควบคุมการทำงานของDC Motorได้
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
ที่มาของภาพ : https://blog.rmutl.ac.th/montri/assets/dc06.pdf
2. สัญญาณ PWM
PWM (Pulse-Width modulation) ซึ่งเป็นเทคนิคในการเข้ารหัสสัญญาณDigitalให้ัมีOuputเฉลี่ยคล้ายสัญญาณAnalog โดยจะสร้างLogic HIGH(3.3V) และ LOW(0V)สลับกันซึ่งจะทำให้คาบเวลาช่วงHIGHของหนึ่งลูกคลื่นมีหน่วยเป็นเปอร์เซนต์หรือที่เรียกกันว่าDuty Cycle หากใช้สัญญาณDigitalในการสั่งงานจะไม่สามารถทำให้DC Motorปรับความเร็วได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้สัญญาณPWMในการควบคุมความเร็วของมอเตอร์ ในที่นี้เราจะใช้ Library-> ESP32Servo.h ที่มีคำสั่ง analogWrite เพื่อสั่งให้PWMทำงานตั้งแต่ 0 - 255 เทียบกับ 0 - 100 เปอร์เซนต์ของความต่างศักย์ที่จ่ายให้มอเตอร์นั่นเอง (ความต่างศักย์มากมอเตอร์หมุนเร็ว ความต่างศักย์น้อยมอเตอร์จะหมุนช้า) ซึ่งสามารถดูรายละเอียดและคำอธิบายสัญญาณ PWM ดังภาพประกอบข้างล่าง
ที่มาของภาพดัดแปลงจาก : https://blog.thaieasyelec.com/espino32-ch6-how-to-use-analog-output/
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. คำสั่งการใช้งาน
รูปแบบการใช้งานคำสั่งในภาษาซีของArduino IDEในเนื้อหานี้ จะใช้คำสั่งดังต่อไปนี้
วัสดุอุปกรณ์
1. ไมโครสวิตซ์ ชนิดกดติดปล่อยดับ จำนวน 1 ตัว
2. ตัวต้านทาน 10 กิโลโอห์ม จำนวน 1 ตัว
3. บอร์ด ESP32 Devkit V.1 จำนวน 1 บอร์ด
4. สายMicro USB จำนวน 1 เส้น
5. Breadboard
6. สายแพร Male-Male
7. หลอด LED จำนวน 3 หลอด
8. ตัวต้านทาน 220 โอห์ม จำนวน 3 ตัว
9. ตัวต้านทานปรับค่าได้ Potentiometer จำนวน 1 ตัว
10. ลำโพงBuzzer จำนวน 1 อัน
11. จอแสดงผล OLED I2C จำนวน 1 อัน
12. Servo Motor จำนวน 1 ตัว
13. โมดูลMb 102 Breadboard จำนวน 1 ตัว
14. Adaptor 9Vdc จำนวน 1 ตัว
15. ไดซ์มอเตอร์ TB6612 FNG จำนวน 1 ตัว
16. มอเตอร์กระแสตรง จำนวน 2 ตัว
วิธีทำการทดลอง
1. ต่อวงจรเพิ่มเติมจากLab1-Lab9 โดยไดซ์มอเตอร์TB6612FNG จำนวน 1 ตัว และมอเตอร์กระแสตรงจำนวน 2 ตัว ต่อเพิ่มเติมตามDatasheetและรูปการต่อวงจรด้านล่าง
ตาราง Datasheet การต่อวงจร
ภาพการต่อไดซ์มอเตอร์TB6612FNGร่วมกับESP32,Mb102BreadboardและDC Motor
ภาพการต่อ Mb102Breadboardร่วมกับ Adaptor
2. ทำการCopy Codeด้านล่างก่อนUpload code Arduino IDE ลงไปใบนบอร์ด ESP32 Devkit v1
ควรเลือกที่Tool -> Board -> ESP32 Arduino ->ESP32 Dev Module (ดังภาพประกอบด้านล่าง)
Arduino IDE Code
#include <ESP32Servo.h>
///////// motor/////////
#define DR1 2
#define DR2 15
#define PWMR 13
/////////////////////////////////
#define DL1 16
#define DL2 17
#define PWML 4
int snd = 18 ;
int button = 27 ;
void setup() {
pinMode(button,INPUT);
pinMode(DL1, OUTPUT);
pinMode(DL2, OUTPUT);
pinMode(PWML, OUTPUT);
pinMode(DR1, OUTPUT);
pinMode(DR2, OUTPUT);
pinMode(PWMR, OUTPUT);
tone(snd,800,50);tone(snd,900,50);tone(snd,800,500);
}
void loop() {
if (digitalRead(button)==0){
///////// command //////////////////
run(150,150);delay(1000);run(0,0);delay(1000);tone(snd,800,50);
run(-150,-150);delay(1000);run(0,0);delay(1000);tone(snd,800,50);
run(-150,150);delay(1000);run(0,0);delay(1000);tone(snd,800,50);
run(150,-150);delay(1000);run(0,0);delay(1000);tone(snd,800,50);
run(0,0);
}
}
void run(int spl, int spr) // ประกาศฟังก์ชัน run(กำลังมอเตอร์ซ้าาย,กำลังมอเตอร์ขวา);
{
if (spl > 0)
{
digitalWrite(DL1, LOW);
digitalWrite(DL2, HIGH);
analogWrite(PWML, spl);
}
else if (spl < 0)
{
digitalWrite(DL1, HIGH);
digitalWrite(DL2, LOW);
analogWrite(PWML, -spl);
}
else
{
digitalWrite(DL1, HIGH);
digitalWrite(DL2, HIGH);
}
//////////////////////////////////////
if (spr > 0)
{
digitalWrite(DR1, LOW);
digitalWrite(DR2, HIGH);
analogWrite(PWMR, spr);
}
else if (spr < 0)
{
digitalWrite(DR1, HIGH);
digitalWrite(DR2, LOW);
analogWrite(PWMR, -spr);
}
else
{
digitalWrite(DR1, HIGH);
digitalWrite(DR2, HIGH);
}
}
3.หลังจากนั้นให้เข้ามาที่ Tool ->Port แล้วเลือกพอร์ตC om portที่เชื่อมกับUSB ดังรูปข้างล่าง
** กรณีใช้งานใน Ubuntu พอร์ตที่ใช้อาจจะเป็นพอร์ตttyUSB0 ซึ่งจะต้องเลือกเป็นพอร์ตชื่อนี้แทนCom port และก่อนกดUpload ให้ทำการเปิดTerminal โดยเข้าไปที่desktop คลิกขวาตรงพื้นที่ว่าง แล้วเลือก Open Terminal หลังจากนั้นให้พิมพ์ข้อความในTerminalดังนี้เพื่อทำการเปิดพอร์ตUSB : sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0 หลังจากนั้นให้กดEnter และทำการกรอกรหัสผ่านของเครื่องพร้อมกับกดปุ่มEnterอีกครั้ง หลังจากนั้นก็Upload codeในArduino IDE
4.ทำการกดปุ่มUpload ที่เป็นรูปหัวลูกษร หรือจะกด Ctrl+u ที่คีย์บอร์ดเพื่อทำการUploadโปรแกรมไปที่บอร์ดESP32 ดังรูปข้างล่าง
5.หลังจากที่Uploadโปรแกรมแล้ว ให้กดที่ไมโครสวิตซ์เพื่อเริ่มการทำงานของมอเตอร์ดังนี้
-เดินหน้า1วินาที หยุด1วินาที มีเสียงความถี่ 800Hz ยาว 50 มิลลิวินาที
-ถอยหลัง1วินาที หยุด1วินาที มีเสียงความถี่ 800Hz ยาว 50 มิลลิวินาที
-เลี้ยวซ้าย1วินาที หยุด1วินาที มีเสียงความถี่ 800Hz ยาว 50 มิลลิวินาที
-เลี้ยวขวา1วินาที หยุด1วินาที มีเสียงความถี่ 800Hz ยาว 50 มิลลิวินาที
-หยุดการทำงาน