ออกแบบตัวขับมอเตอร์ DC 1.5V / 12V ราคาถูกสำหรับนักเรียนมัธยม


9

ฉันแนะนำวงจรไฟฟ้าให้นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 9 เป็นส่วนหนึ่งของวิชาวิศวกรรมเฉพาะทาง นักเรียนไม่เคยสัมผัสกับวงจรไฟฟ้ามาก่อน

เป็นส่วนหนึ่งของโมดูลนี้ฉันต้องการออกแบบตัวขับมอเตอร์ให้นักเรียนสร้างโดยใช้เขียงหั่นขนมหรือหัวแร้ง ผู้ขับขี่ยานยนต์มีความจำเป็นที่จะต้องขับขี่ยานยนต์เชิงกลในภายหลัง

มอเตอร์ในคำถามคือมอเตอร์อดิเรกอดิเรกที่แสดงด้านล่าง ตัวเลือกของฉันขับเคลื่อนด้วยราคา (มอเตอร์เหล่านี้มีราคา $ 1 / ea ในการกวาดล้าง)

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

1.5VDC, 650 mA M-13-2270-1.5V

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

12 VDC, 650 mA MF-26CS-18165-12.0V

ความต้องการ

ปัญหาของฉันคือการออกแบบไดรเวอร์มอเตอร์ DC ตามข้อกำหนดต่อไปนี้:

  • แบบสองทิศทาง (ไปข้างหน้าและไดรฟ์ย้อนกลับ)
  • ควบคุมด้วยปุ่มกด / สวิตช์สลับ มีปุ่ม "ไปข้างหน้า / ย้อนกลับ" หรือสลับ "ทิศทางไปข้างหน้า / ย้อนกลับ" และปุ่ม "ไป"
  • ไดรฟ์ทั้งสองชนิดของมอเตอร์ - 1.5VDC 650 mA M-13-2270-1.5Vหรือ 12 VDC, 650mA MF-26CS-18165-12.0V ฉันวางแผนที่จะใช้มอเตอร์ 1.5V เพื่อกระตุ้นกลไกขนาดเล็กและมอเตอร์ 12V เป็น "กว้าน" สำหรับลิฟต์รุ่น
  • ราคาถูก - น้อยกว่า $ 5 ในส่วนต่างๆ ถูกกว่าดีกว่า ขนาดชั้นเรียนของนักเรียน 30 คนอาจสันนิษฐานได้ดังนั้นฉันสามารถสั่งซื้อชิ้นส่วนจำนวนมากได้ 50 หรือ 100 ซึ่งน่าจะช่วยได้มาก
  • สามารถใช้เขียงหั่นขนมได้ดีเพื่อให้สามารถนำชิ้นส่วนกลับมาใช้ใหม่สำหรับนักเรียนในปีหน้า

การแก้ปัญหาที่เป็นไปได้

ฉันได้พิจารณา SN754410 Quad Half-H Bridge IC ซึ่งมีราคาถูก ($ 0.80 / ea เป็นกลุ่มจาก eBay เช่นฮ่องกง) อย่างไรก็ตามมันมีแรงดันเอาท์พุท 4.5-36 VDC ฉันเชื่อว่านี่อาจทำให้มอเตอร์ 1.5V ปล่อยควันออกมา

ในทางกลับกันฉันคิดว่าH-bridge ที่สร้างขึ้นมาจากทรานซิสเตอร์ไม่ต่อเนื่องราคาถูกเช่น 2N2222 อย่างไรก็ตามฉันไม่แน่ใจเกี่ยวกับขีด จำกัด พลังงานของ H-bridge ดังกล่าว นอกจากนี้ยังมีส่วนเกี่ยวข้องอย่างน้อยหนึ่งโหลซึ่งอาจเป็นเรื่องยากสำหรับนักเรียนที่ไม่เคยจัดการกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มาก่อน

ปัญหา

อะไรทรานซิสเตอร์ IC หรือส่วนประกอบอื่น ๆ สลับฉันสามารถใช้เพื่อสร้างไดรฟ์ DC มอเตอร์ที่จับ 1.5 และ 12 VDC มอเตอร์? ถ้าฉันสามารถทำความเข้าใจเกี่ยวกับองค์ประกอบหลักฉันสามารถออกแบบสิ่งเสริมทั้งหมด (สวิตช์ตัวต้านทานการให้น้ำหนักด้วยตัวคุณเอง)

จะต้องมีราคาถูก (เราต้องการ 30 ของพวกเขา) และสามารถสร้างได้โดยนักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 และครูของพวกเขา (ฉันไม่ใช่ครู)

ถ้าแรงดันขาออกของ SN754410 สามารถลดลงให้เป็นมิตรกับมอเตอร์ 1.5VDC นั่นจะเป็นวิธีที่ง่ายมากในการแก้ปัญหาของฉัน


ฉันเองมีประสบการณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์น้อยมาก แต่ฉันยินดีที่จะ RTFM หากกำกับ

โรงเรียนสามารถสร้าง PCB พื้นฐานบนเครื่องกัดได้ตามต้องการ


โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันต้องเป็นสะพาน H หรือคล้ายกัน? สวิทช์ DPDT สามารถย้อนกลับมอเตอร์ (เพียงเชื่อมต่อปลายทั้งสองด้านมอเตอร์ในทางอื่น ๆ )
PeterJ

@PeterJ: มันไม่จำเป็นต้องเป็น H-bridge เลย คุณต้องการโพสต์ "ใช้สวิตช์ DPDT" เป็นคำตอบและรวบรวม upvotes ของคุณหรือไม่
Li-aung Yip

สำหรับสิ่งที่คุ้มค่าฉันยังคงสนใจใน "คำตอบอิเล็กทรอนิกส์" เพื่อประโยชน์ของความสนใจ ส่วนใหญ่สำหรับการขยายไปยังกรณีขั้นสูงที่ต้องการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ บางทีเมื่อนักเรียนไปถึงเกรด 12 และเรียนรู้วิธีการเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ ...
Li-aung Yip

ไม่มีปัญหาถ้าคุณชอบไม่มีอะไรผิดปกติกับการไม่ยอมรับคำตอบของฉันในขณะนั้นเพื่อดูว่ามีคำตอบอื่นใดที่คุณได้รับในเรื่องนั้น บางครั้งหากคำถามมีคำตอบที่ยอมรับได้ก็สามารถเพิกเฉยได้
PeterJ

@PeterJ สังเกต ฉันจะเอามันกลับมาในภายหลัง
Li-aung Yip

คำตอบ:


4

วิธีง่าย ๆ อย่างหนึ่งคือใช้สวิตช์ DPDT โดยใช้การจัดเรียงต่อไปนี้ คุณอาจรวมปุ่มกดหลังแบตเตอรี่หากจำเป็นสำหรับการทำงานชั่วขณะและยังมีสวิตช์ที่มีตำแหน่งกึ่งกลางที่ปิดอยู่ เพียงตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ใช้สวิตช์ break-before-make เพื่อให้คุณไม่ได้รับกางเกงขาสั้น:

แผนผัง

จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab


จำเป็นต้องมีไดโอดหรือสไนเปอร์เพื่อป้องกันการเกิดประกายไฟแบบเหนี่ยวนำในสวิตช์หรือไม่หรือไม่ก็สามารถเพิกเฉยต่อมอเตอร์ 12V ขนาดเล็กเช่นนี้ได้หรือไม่?
Li-aung Yip

@ Li-aungYip อาจเป็นความคิดทางเทคนิคที่ดี แต่ฉันคิดว่าในความเป็นจริงมันอาจถูกละเว้นทั้งสองเนื่องจากมอเตอร์ที่มีขนาดค่อนข้างเล็กรวมทั้งน่าจะเป็นสิ่งที่จะไม่ใช้เป็นระยะเวลานาน อาจเป็นเรื่องดีที่จะรวมไว้ในมุมมองด้านการศึกษาที่อธิบายว่าทำไมพวกเขาถึงถูกใช้งานและทำไมพวกเขาถึงมีความสำคัญกับมอเตอร์ขนาดใหญ่กว่า (และเมื่อขับเคลื่อนด้วยทรานซิสเตอร์เป็นต้น)
PeterJ

1

ฉันกำลังมองหาบางสิ่งที่คล้ายกับหุ่นยนต์ที่ใช้ตัวควบคุมแบบไมโครซึ่งต้องขับมอเตอร์ DC ขนาดเล็กสองตัวที่ฉันเชื่อว่าทำงานที่ประมาณ 1.5v จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ฉันเพิ่งคุ้นเคยกับ L293D (Dual H-bridge) ซึ่งถือว่าเป็นไดรเวอร์มอเตอร์แรงดันไฟฟ้าต่ำ แต่ไม่ต่ำพอสำหรับการใช้งานของฉัน ฉันได้รับคำแนะนำให้มองหาการใช้ไดรเวอร์ mosfet เพราะพวกเขาสามารถจัดการกับแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า โชคดีที่ฉันพบหนึ่งที่สามารถจัดการกับแรงดันไฟฟ้าที่หลากหลายจาก 0 ถึง 11 โวลต์ ฉันไม่รู้ว่าฉันสายเกินไปสำหรับคำถามนี้หรือไม่ แต่คุณอาจต้องการดู Texas Instruments DRV8835 Texas Instruments DRV8835

มีไดรเวอร์มอเตอร์ที่ทำไว้ล่วงหน้าซึ่งใช้วงจรรวมนี้และยังมีการฝ่าวงล้อมคุณสามารถรับ IC ที่สามารถบัดกรีได้ มันเป็นแพคเกจที่ค่อนข้างเล็กดังนั้นมันจะง่ายกว่าถ้ามีเขียงติดกับ breakout อยู่แล้ว

ดูเหมือนว่า Ti กำลังขายสิ่งเหล่านี้ที่ 70 เซ็นต์ต่อหน่วย แต่ถ้าฉันอ่านถูกต้องนั่นคือสมมติว่าคุณกำลังซื้อ 1,000 คน มีผู้ขายอื่น ๆ ออกมีที่จะขายในปริมาณน้อย หวังว่าคำตอบนี้จะช่วยได้

แก้ไข เมื่อต้องการเพิ่มโซลูชันข้างต้นเนื่องจากฉันกำลังมองหาโซลูชันที่คล้ายกันเมื่อพบเธรดนี้ฉันจึงสิ้นสุดการค้นหาแพ็คเกจ 8835 ที่ติดตั้งไปแล้วและรวมถึงส่วนประกอบที่จำเป็นอื่น ๆ พร้อมคำแนะนำการใช้งานที่ Pololu พวกเขาจะราคา $ 4.49 และรองรับช่วงแรงดันไฟฟ้าจาก 0 ถึง 11 โวลต์ ฉันหยิบขึ้นมาหนึ่งตัวและใช้งานได้อย่างประสบความสำเร็จในหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่พอดีกับฝ่ามือของฉันซึ่งขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์กระแสตรงสองตัว หน่วยนี้ง่ายต่อการติดตั้งและใช้งานได้ดีคุณอาจต้องการลองดู DRV8835 พาหะขับมอเตอร์คู่

ฉันยังค่อนข้างใช้เธรดในฟอรัม Arduino.cc เป็นรายงานความคืบหน้าของฉันมีรูปน่าเกลียดของหุ่นยนต์ของฉัน (จนถึง) ถ้าคุณอยากรู้ หุ่นยนต์ตัวจิ๋วที่ใช้ไดรเวอร์ 8835ระวังการใช้สายสัมพันธ์และเทปไฟฟ้า มันเป็นต้นแบบ;)

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.