Introdução
Hoje começaremos nossos estudos para o uso de motores elétricos com projetos do Arduino. Os motores são considerados atuadores porque transformam energia elétrica em movimento mecânico. Existem diversas aplicações com Arduino que envolvem o uso de motores. Para isso o estudante encontrará no mercado diferentes tipos de motores de acordo com a aplicação desejada.
Teremos desde Motores comuns de múltiplo propósito semelhantes aos encontrados em brinquedos, como também os mais especializados para robótica com engrenagens para reduzir a rotação, motores de passo, servo motores, como também os motores de vibração.
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| Diferentes tipos de motores para Arduino. Fonte: Luis Llamas |
No estudo de Controle e Automação o estudante de embarcados vê bastante sobre o uso de motores industriais. Por aqui veremos apenas alguns exemplos de pequenos motores para uso com Arduino de acordo com o que as plataformas de simulação nos permitem abordar.
O mínimo que você precisa saber
Os motores elétricos geralmente são dispositivos formados por duas partes: um eixo giratório chamado de rotor e uma partes externa estática chamada de estator. No rotor temos uma bobina, isto é, um fio condutor enrolado que ao ser energizado forma um campo magnético.
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| Um motor comum por dentro Fonte: Luis Llamas |
Os polos desse campo magnético se atraem e se repelem alternadamente em relação a outro campo magnético exterior formados por imãs ou bobinas no estator. Essa atração e repulsa mantem o movimento giratório no rotor enquanto o mesmo é energizado.
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Ilustrando o funcionamento de um motor Fonte: Wikipedia
Os motores podem ser de corrente alternada(AC) como aquele do ventilador da sua casa ou de corrente contínua (DC) como aquele do carrinho de brinquedo que está quebrado em alguma caixa da sua casa. De acordo com o número de pilhas usada no brinquedo, podemos presumir sua voltagem: Se ele usa 4 pilhas AA de 1,5 V provavelmente é um motor de 6VDC.
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| Motor DC de 3 a 6V genérico |
Os motores comuns DC
Eu vou focar nesse tipo de motor porque na maioria das vezes ele vai parar na lata de lixo quando alguém joga um carrinho de brinquedo de pilha fora. Geralmente ele é um motorzinho que trabalha a uma velocidade constante, sem nenhum mecanismo de redução e em um mesmo sentido.
Por ser de corrente contínua teremos nele um terminal positivo e outro negativo. A primeira coisa a saber é que o sentido de rotação geralmente é determinado pelo sentido da corrente. Se eu inverto esses terminais, mudo o sentido da corrente e altero o sentido da rotação do motor ou seja, se é em um carrinho eu consigo fazer ele ir para frente ou para traz.
A segunda coisa a saber é que a intensidade de corrente pode controlar a rotação do motor, quanto maior a corrente, mais rápido o motor gira, quanto menor, mais lento. Também sabemos que resistores instalados em série diminuem a corrente. Logo um resistor variável como um potenciômetro pode funcionar como mecanismo de controle de velocidade em um minimotor.
Ilustrei essas explicações com uma montagem no TinkerCAD que para ver basta o aluno clique aqui ou apenas observe a imagem abaixo com o print da simulação. Nela temos três motores DC ligados a uma bateria 9V: Um ligado normalmente, outro está com os terminais invertidos mostrando a rotação inversa (negativa) e o último atrelado a um potenciômetro com a rotação reduzida.
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| Simulação de exemplo no TinkerCAD |
Tendo alinhado essas informações, agora precisamos fazer uma montagem que junte tudo isso, isto é, inverta a rotação e altere a velocidade em um único motor. Ao longo dos cursos passados fomos conhecendo alguns componentes que permitirão isso.
A maior dificuldade será fazer a inversão, mas veremos que dois reles podem facilmente fazer isso e depois de entender a parte elétrica envolvida poderemos em uma próxima próxima postagem incluir uma placa Arduino na brincadeira.
Montagem
Como até agora a gente não fez uma montagem no TinkerCAD do zero, eu vou te convidar para montar esse circuito junto comigo. Depois eu coloco o link dele pronto para quem estiver com preguiça.
Entre no TinkerCAD com sua conta e no canto superior direito da tela clique em CRIAR e depois na opção CIRCUITOS.
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| Criando um Circuito no TinkerCAD |
O TinkerCAD criará um projeto com um nome aleatório que você poderá mudar dando um clique nele, digitando outro nome, por exemplo, Framework Arduino II: Aula 15 Motores Parte I e finalizando com ENTER.
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| Mudando o nome no TinkerCAD |
Para adicionar componentes básicos basta clicar no componente no painel a direita da tela e depois clicar na dashboard no centro da tela. Use esse procedimento para adicionar um potenciômetro, duas baterias de 1,5V, uma placa de ensaio, um botão e um motor CC. Pressionando a tecla "F" você dará um zoom para ajustar a tela.
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| Inserindo componentes no TinkerCAD |
Alguns componentes mais específicos só aparecerão se você clicar em PESQUISAR e digitar o nome dele ou então clicar onde está escrito BÁSICO e selecionar TODOS. Use essa segunda alternativa e role a tela para baixo até encontrar a categoria CONTROLE DE POTÊNCIA em seguida adicione dois Relês SPDT.
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| Inserindo reles SPDT no TinkerCAD |
Agora que temos todos os componentes precisamos montá-los conforme a figura abaixo. Caso tenha dificuldade clique aqui para abrir o link de uma montagem pronta para guiá-lo.
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| Orientação para montagem |
A seguir vamos comentar alguns recursos básicos do TinkerCAD caso você ainda não conheça:
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| Clique para selecionar conexões e use a opções de cores da barra superior para alterar a cor dos fios |
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| Clique no potenciômetro e ajuste a resistência para 10 KΩ |
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| Clique em uma bateria e use os botões no canto superior esquerdo para rotacionar |
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| Com a bateria selecionada você alterar o número de pilhas do conjunto no item CONTAGEM e incorporar uma CHAVE liga e desliga |
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| Com as orientações acima deixe quatro pilhas alimentando o motor e duas pilhas alimentando os reles |
Vou detalhar a parte mais difícil que é ligar os reles:
- No rele esquerdo: O terminal 6 recebe o positivo que alimenta o motor e o terminal 7 o negativo, o terminal 8 liga o barramento negativo inferior da protoboard e o terminal 5 liga o positivo, inferior, por último o terminal 1 vai para o limpador do potenciômetro.
- No rele direito: O terminal 6 recebe o negativo que alimenta o motor e o terminal 7 o positivo, o terminal 8 liga o barramento negativo inferior da protoboard e o terminal 5 liga o positivo, inferior, por último o terminal 1 vai para o positivo do motor.
O resto é fácil:
- O terminal 2 do potenciômetro vai para negativo do motor
- Os terminais positivo e negativo das quatro pilhas vão para o barramento superior da protoboard, cada um no seu respectivo barramento.
- O terminal positivo das duas pilhas vão para o barramento inferior positivo da protoboard
- Já o terminal negativo dessas duas pilhas vão para o terminal 2a do botão
- O terminal 1a desse botão desce para o barramento inferior negativo da protoboard
Entendendo a montagem
Como dito antes, o mais complicado é entender a ligação dos relês. Por isso vamos relembrar como é a pinagem do relê de 1 canal no TinkerCAD:
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| Pinagem do relê de 1 canal no TinkerCAD |
- Terminal 5 para ligar o controlador (pino de saída do arduino, por exemplo)
- Termina 8 para ligar o terra (GND do Arduino, por exemplo)
- Terminal 1 ou 12 para o "comum" da alimentação externa
- Terminal 6 para o NA (Normalmente Aberto)
- Terminal 7 para o NF (Normalmente Fechado)
- Os terminais 5 e o 8 podem ter seus papeis trocados sem prejuízo do funcionamento
O que você fez foi configurar os reles de maneira oposta. Enquanto um esta como NORMALMENTE FECHADO para a ligação positivo-negativo, o outro como NORMALMENTE ABERTO para a mesma combinação.
Com isso quando você clica em iniciar a simulação o motor gira normalmente porque quem está atuando é a ligação positivo-negativo. Quando clicamos no botão, fechamos o circuito e passa atuar a ligação inversa, negativo-positivo.
Mudando o sentido da corrente, o movimento giratório se inverter. Por isso a rotação aparece negativa. Para ambas as ligações de relê temos a ação do potenciômetro que funciona como um resistor variável mudando a corrente e consequentemente alterando sua rotação.
Isso é o que se chama Ponte H com relês. Na próxima aula colocaremos um Arduino para controlar isso.
Referências
BLOG ELETROGRATE. Como Montar uma Ponte H com Relés. Disponível em <https://blog.eletrogate.com/arduino-ponte-h-com-rele/> Acesso em 14 nov 2024.
BOSON TREINAMENTOS. Como acionar um motor DC usando o Arduino e um Relé. Disponível em <https://www.bosontreinamentos.com.br/eletronica/arduino/como-acionar-um-motor-dc-usando-o-arduino/> Acesso em 14 nov 2024.
LUIS LLAMAS. Types of Rotary Motors for Arduino Projects Disponível em <https://www.luisllamas.es/en/rotary-motors-types-arduino-projects/> Acesso em 14 nov 2024.
MOTOR ELÉTRICO. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2024. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Motor_el%C3%A9trico&oldid=67998771>. Acesso em: 14 nov. 2024.