Controle 1.3.1.1.1: arduino, grasshopper e circuito baseado em meia ponte H.


O controle desenvolvido para esta versão depende novamente dos três elementos já vistos em outra versões:

  • Uma interface digital baseada no aplicativo Grasshopper (explicações mais detalhadas nos próximos parágrafos), para entrada de dados do usuário.
  • Uma placa controladora capaz de receber instruções via cabo USB e controlar dispositivos ligados às suas diferentes portas. No caso um circuito intermediador.
  • Um circuito customizado, intermediador de tensões, que cria uma interface de comando compatível com a tensão da placa controladora, isolada da tensão dos motores, que é maior e danificaria a placa.

A placa controladora é a mesma usada em versões anteriores do controle: um Arduino Uno R3. É capaz de interpretar os dados enviados pelo cabo USB do computador na forma de sinais elétricos, interpretá-los de acordo com as regras escritas no firmware da placa naquele momento e então produzir novas instruções elétricas para serem transmitidas à dispositivos ligados nos pinos da placa. Neste caso, o circuito intermediário.

A interface digital desta versão é composta por uma combinação de aplicativos: pelo Firefly – que oferece elementos visuais para controlar portas específicas Arduino – que é uma extensão para o aplicativo Grasshopper, que por sua vez também estende o aplicativo Rhinoceros. Alguns experimentos feitos com essa interface estão no registro cronológico de ideias e atividades e podem ilustrar melhor esse funcionamento.

O circuito intermediário, similarmente aos outros circuitos criados para outras versões, foi montado para permitir que o Arduino possa controlar os motores sem ser arruinado pela tensão elevada. A diferença agora é que a compreensão do funcionamento dos motores evoluiu, permitindo que uma solução mais apropriada fosse concebida.

O circuito foi criado com uma combinação de fontes de inspiração:

  • O conhecimento recém adquirido sobre o funcionamento dos atuadores com potenciômetros.
  • Um valioso rascunho-base feito pelo Sr. Maurício Ortega do Lab de Garagem , que assessorou o desenvolvimento, traduzindo as novas descobertas sobre o funcionamento dos atuadores.
  • O design de uma ponte H usada para controlar um motor DC simples, produzido por um usuário do aplicativo CircuitLab e disponibilizado publicamente.
  • Um tutorial sobre transistores do tipo MOSFET, também do Laboratório de Garagem.

Abaixo, o diagrama elétrico:

circuito_circuitlab

mosfetOs dois elementos identificados como M3 e M5 são os MOSFETs de canal N. A imagem ao lado mostra a nomenclatura da interface elétrica do componente: Drain, Gate e Source.
Os MOSFETs funcionam como chaves de controle de circulação de corrente neste circuito e a denominação “de canal N” serve para indicar o funcionamento interno do componente: quanto maior a tensão em G, maior é a corrente que circula de D para S. A vantagem é que a tensão máxima de controle em G é pequena – neste caso compatível com os 5V do Arduino – e a tensão e correntes controladas nos terminais D e S são bem maiores, compatíveis com as necessidades do atuador.

grafico_mosfet_terminal_sO gráfico ao lado mostra a relação entre a tensão aplicada pelo Arduino nos dois terminais G dos MOSFETs M3 e M5 e a corrente no terminal Sinal do atuador (consulte a entrada sobre o funcionamento dos motores desta versão para maiores detalhes).

O Arduino só e capaz de usar sinais de 5V, mas os pinos PWN~ (ou Pulse Modulation Width) usados no circuito, empregam uma técnica que permite que sinais com tensões diferentes possam ser simulados com a modulação do pulso.

O circuito está aterrado no pino GND do Arduino porque é necessário que a tensão entre os terminais Gate e Source do MOSFET mantenha-se abaixo de um determinado valor, do contrário o transistor muda de modo de funcionamento e pode alterar a dinâmica do circuito.

Depois de terminado, postei meu desenho no fórum do Laboratório de Garagem para obter ajuda com o aperfeiçoamento do projeto: http://labdegaragem.com/forum/topics/bra-o-rob-tico-com-atuadores-de-farol mas não obtive muito sucesso.

Não foi necessário fazer outros pedidos de ajudas em outros canais porque ao desenvolver as hastes mais longas para os motores, este circuito foi novamente inutilizado, já que a placa controladora interna dos atuadores não poderá ser usada.