DC Motor Controller

Circuitos_1

Hoje irá ser construído um circuito para controlar motores DC.

Os motores eléctricos de qualquer tipo funcionam graças ao electromagnetismo. Permitem converter a energia eléctrica em energia mecânica. Os motores DC são motores de controlo relativamente simples.

São motores que têm dois modos de funcionamento e que os permite girar em ambos os sentidos em função da forma como lhes é aplicada a polaridade do circuito DC.

Habitualmente quando que pretende controlar este tipo de motores, são usadas as chamadas pontes H (H bridges) que podem ser construídas com 4 transístores bipolares (dois NPN e dois PNP) emparelhados de forma a que em função das tensões aplicadas em dois pontos conseguimos controlar o sentido do movimento do motor. Têm a designação de ponte H porque o desenho do circuito assume a forma da letra H.

Atendendo a que qualquer motor também é um gerador têm que se prevenir as chamadas correntes indutivas que são geradas quando o motor se transforma num gerador. Este passo é resolúvel através da colocação de diodos que irão proteger o circuito destas correntes.

É preciso ter em atenção que embora existam dois circuitos de alimentação (um para o controlo e outro para a alimentação dos motores), ambos devem partilhar o GND.

A utilização de uma ponte H para controlo do motor permite separar o circuito de alimentação do motor, que tipicamente precisa de uma tensão e mais corrente, do circuito de controlo.

No circuito que iremos construir iremos usar um IC designado por L293D. Este já incorpora praticamente tudo que precisamos e simplifica grandemente o circuito. A velocidade do motor é controlada por PWM aplicada ao pino de ENABLE do IC.
Este IC é muito interessante porque tem quatro meias pontes H e permite controlar motores até 600mA.

Quando usamos motores diferentes deverá ter-se em atenção das características do mesmo e as limitações do IC em termos de máximo de corrente que pode disponibilizar.

Para suavizar a carga de energia nos motores convém colocar alguns condensadores, isto ajuda a evitar picos e estabiliza a corrente. Na alimentação deverá usar-se um condensador electrolítico de 10 uF com uma tensão miníma superior à usada no circuito de alimentação e também pode ser usado um condensador cerâmico de 220nF mesmo junto a cada motor.

Dica:

Existe uma forma simples de duplicar a corrente que o L293D pode aguentar. Basta colocar outro em cima do primeiro.
Pode igualmente usar-se um IC alternativo que é o SN754410NE que suporta até 1A. Sendo necessário neste ultimo acrescentar os diodos de proteção.

Relativamente ao L293D, em função dos valores nos pinos 1,2 e 7 temos os seguintes resultados:

Pino 1	Pino 2	Pino 7	Resultado
Alto	Baixo	Alto	Girar no sentido dos ponteiros do relógio
Alto	Alto	Baixo	Girar contra o sentido dos ponteiros do relógio
Alto	Baixo	Baixo	Parar
Alto	Alto	Alto	Parar
Baixo	N/A	N/A	Parar

Esquemático

Este é um circuito base de uma ponte H construída com transístores:

Circuitos_3_Schematics

O circuito usado foi o seguinte:

Circuitos_3_Schematics

Componentes (BOM)

Circuito:

1x IC L293D
1x Botão de pressão (SW1)
1x Resistência de 10K Ohms (R2)
1x Resistência de 470 Ohms (R1,R3)
1x LED de 5mm Verde (D1)
1x LED de 5mm Vermelho (D2)
1x Resistência Variável de 10K Ohms (RV1)
1x Condensador Cerâmico de 220nF (C1)
1x Condensador Electrolítico de 10uF 25V (C2)
1x Motor DC (M1)

Pin-out dos IC/Componentes

Circuitos_4_Pinout

Código

Este sketch deve ser carregado num Arduino através do seu IDE. Quando o botão for premido o motor mudará de direção.
O potenciómetro pode ser usado para mudar a velocidade de rotação do motor.

const int switchPin = 2;   // botão
const int speedPin = A0;   // ligado no pino do meio do Potenciometro
const int motor1Pin1 = 3;  // pino 2 do L293D
const int motor1Pin2 = 4;  // pino 7 do L293D
const int enablePin = 9;   // pino 1 do L293D (PWM)

void setup() {
  pinMode(switchPin, INPUT);

  pinMode(motor1Pin1, OUTPUT);
  pinMode(motor1Pin2, OUTPUT);
  pinMode(enablePin, OUTPUT);

  digitalWrite(enablePin, HIGH);
}

int direction = false;

void loop() {
  int speed = analogRead(speedPin);
  speed = map(speed, 0, 1023, 0, 255);
  analogWrite(enablePin, speed); // PWM
  if (digitalRead(switchPin) == LOW) {
    direction = !direction;
  }

  if (direction) {
    digitalWrite(motor1Pin1, LOW);
    digitalWrite(motor1Pin2, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(motor1Pin1, HIGH);
    digitalWrite(motor1Pin2, LOW);
  }
}
// Sketch uses 1,772 bytes (5%) of program storage space. Maximum is 32,256 bytes.
// Global variables use 17 bytes (0%) of dynamic memory, leaving 2,031 bytes for local variables. Maximum is 2,048 bytes.

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