Điều khiển tốc độ Motor DC

Chào các bạn, bài viết này sẽ hướng dẫn các bạn cách ứng dụng Transistor và Diode để điều khiển động cơ DC, rơ le.

Nội dung

  • Các đặc tính của Transistor Diode.
  • Lập trình Arduino để điều khiển tốc độ động cơ DC với nút bấm (button).

Phần cứng

Giới thiệu linh kiện

Transistor

Transistor là 1 linh kiện cho phép chúng ta điều khiển dòng điện có cường độ lớn hơn mức cho phép của Arduino (tối đa 40mA mỗi chân Digital).

Cấu tạo

  • Gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N.
  • Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực:
    • Lớp giữa gọi là cực gốc hay cực nền (Base) ký hiệu là B.
    • Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát (Emitter) ký hiệu là E và cực thu hay cực góp (Collector) ký hiệu là C.

Có 2 loại Transistor là PNPNPN tương ứng với 2 cách sắp xếp 3 lớp bán dẫn. Trong bài này mình sử dụng Transistor loại NPN  N2222.

Mỗi loại Transistor có sơ đồ chân khác nhau, do đó, khi sử dụng 1 loại Transistor nào đó (VD:C1815, BC548...) bạn nên tìm đọc datasheet của nó (trên google) để sử dụng chính xác.

Nguyên lý hoạt động

Để đơn giản, chúng ta xem Transistor như 1 công tắc bình thường. Đối với Transistor NPN, khi một dòng điện có cường độ nhỏ (như chân digital của Arduino) được cấp vào chân Base, Transistor sẽ cho phép dòng điện đi từ chân Collector đến chân Emitter (theo chiều mũi tên trên kí hiệu). Khi chân Base không còn được cấp điện (ở mức LOW), sẽ không có dòng điện chạy qua transitsor.

Bạn có thể xem giới thiệu đầy đủ hơn về linh kiện này tại bài viết Transistor (BJT)

Diode (đi-ốt)

Diode là 1 linh kiện rất đơn giản, nó chỉ cho phép dòng điện đi qua theo 1 chiều (từ anot đến catot).

Trong bài viết này mình sử dụng Diode N4007 để bảo vệ các linh kiện trong mạch khỏi bị hư hỏng do dòng điện cảm ứng phát sinh khi motor, rơle, ...hoạt động. Dòng điện cảm ứng có chiều ngược với chiều dòng điện trong mạch, do đó gây hại cho các thiết bị điện trong mạch vốn chỉ hoạt động với một chiều dòng điện nhất định.

Ứng dụng Transistor và Diode

Chúng ta sẽ sử dụng Transistor Diode để điều khiển motor DC vì:

  • Chip vi điều khiển trên Arduino chỉ có thể cung cấp dòng điện tối đa 40mA trên mỗi chân Digital - nhỏ hơn yêu cầu của hầu hết motor.
  • Khi hoạt động, motor sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng (do hiện tượng cảm ứng điện từ) có chiều ngược với chiều dòng điện trong mạch. Do đó ta phải sử dụng Diode để triệt tiêu nó.

Lắp mạch

  • Bạn có thể thay tụ 101 (C1,C2) bằng các loại tụ điện khác tương đương như 102,103,104,...
  • Bạn có thể thay diode 1N4001 bằng các loại diode có chức năng tương đương.
  • Các điện trở có thể thay bằng những điện trở khác có trị số gần bằng.

Lập trình

const int motor = 6;    // khai báo chân PWM điều khiển motor
const int button = 8;   // khai báo chân đọc nút bấm
boolean oldState = 0;   // trạng thái của nút bấm
int time;               // biến lưu thời gian
boolean state = 0;
int speedMotor = 0;     // biến lưu giữ tốc độ của motor

void setup() {
  Serial.begin(9600);   // giao tiếp Serial với 9600 baudrate.
  pinMode(motor,OUTPUT);
  pinMode(button,INPUT);
}

void loop() {
  if (digitalRead(button) != oldState) {  // kiểm tra thay đổi trạng thái nút bấm
    time = millis();    // reset lại bộ timer khi nút bấm thay đổi trạng thái
  }
  
  state = digitalRead(button);      // đọc giá trị nút bấm
  int duration = millis() - time;   // đo thời gian duy trì trạng thái hiện tại
  duration = constrain(duration,0,5000);   // 0 <= duration <= 5000 ms.
  if (state == 1) {   //nếu đang nhấn nút
      speedMotor = map(duration,0,5000,0,255);
      analogWrite(motor,speedMotor);  // xuất xung PWM để điều khiển tốc độ motor
                                      // duty cycle càng lớn thì motor quay càng nhanh
       delay(500);
  }
  
  Serial.println(speedMotor);  // in ra Serial monitor giá trị tốc độ
  oldState = state;            // cập nhật trạng thái nút bấm.
}

Giải thích

  • Đoạn code trên thực hiện việc xác định thời gian giữ nút bấm, sau đó chuyển giá trị thời gian đó sang xung PWM. Thời gian nhấn nút càng lâu thì motor quay càng nhanh.
  • Chân Digital 8 sẽ điều khiển tốc độ motor bằng cách xuất xung PWM để cấp điện áp (mức HIGH) vào chân Base của Transistor ==> Transistor cho phép dòng điện đi qua ==> motor hoạt động. Duty cycle càng lớn thì điện áp đặt vào chân Base của Transistor càng cao ==> tốc độ motor càng lớn và ngược lại.
  • Nếu không muốn điều khiển tốc độ, chúng ta chỉ cần dùng lệnh digitalWrite(motor,1) và digitalWrite(motor,0) để bật tắt motor.
  • Nếu thay motor DC bằng relay (rơle) và lập trình 1 chút, chúng ta có thể điều khiển bật-tắt các thiết bị điện trong nhà như đèn, quạt,.... Sau này mình sẽ viết 1 bài về cách điều khiển thiết bị điện với remote TV và rơle.

Lời kết

Chế cái gì đó thật cool nào!

Chúc các bạn thành công!

lên
19 thành viên đã đánh giá bài viết này hữu ích.
Hướng dẫn sử dụng các loại module

Nếu bạn đang muốn thực hiện hóa ý tưởng của mình mà không biết dùng loại module nào? Hãy tham khảo các module trong danh sách sau

Các dự án được truyền cảm hứng

Attiny13 học lệnh từ remote, điều khiển on/off 3 kênh

Có bao giờ bạn có tự hỏi như mình: liệu có thể làm một thiết bị remote từ xa sử dụng điều khiển TV hay không? Với bài viết Infrared remote control (điều khiển bằng hồng ngoại) với Arduino của bạn NTP_PRO, mình đã làm được điều đó. Nhưng thực sự Arduino UNO quá đắt để làm được việc này! Vì vậy, mình dùng một dòng chip khác là ATtiny13. Và hôm nay, mình sẽ hướng dẫn các bạn làm nên mạch này!

lên
7 thành viên đã đánh giá bài viết này hữu ích.
Các bài viết cùng tác giả

Giao tiếp I2C và sử dụng module Realtime clock DS1307 (module RTC)

Xin chào các bạn, bài viết này của mình sẽ giới thiệu về giao tiếp I2C trên Arduino và sử dụng module Realtime clock DS1307.

  • Giới thiệu về chuẩn giao tiếp I2C.
  • Giao tiếp I2C trên Arduino.
  • Cách sử dụng module Realtime Clock DS1307.
lên
19 thành viên đã đánh giá bài viết này hữu ích.

Truyền tín hiệu với module radio frequence 433Mhz

Xin chào các bạn, bài viết hôm nay của mình sẽ giới thiệu về cách truyền dữ liệu không dây bằng modules RF (radio frequence) 433Mhz.

lên
14 thành viên đã đánh giá bài viết này hữu ích.