Recapitulando
Nas duas últimas aulas trabalhamos com motores DC genéricos, implementando um controle de velocidade com potenciômetro e um controle de inversão da rotação com o uso de dois relês. Isso é chamado por ai de "Ponte H com relês", mas afinal o que é uma ponte H?
O texto de hoje é exatamente sobre isso e apresentaremos também o motor com redução disponível no TinkerCAD.
O que é uma ponte H?
Ponte H é um dispositivo utilizado para controlar motores. Ele possibilita controlar o sentido e velocidade da rotação em um único componente, dispensando o uso de relês e potenciômetros associados.
Geralmente é comercializado na forma de módulos, que contem dois conjuntos de conectores para controlar até dois motores DC comum. Além disso possui três conectores para receber a alimentação dos motores e um conjunto de quatro entradas para controlar o sentido e a velocidade de cada motor.
Cabe ressaltar que todo chaveamento feito pela Ponte H não é eletromecânico como nos relês, pois integrado ao módulo geralmente temos um CI que faz a parte lógica dos controles, através dos comandos recebidos nas quatro entradas.
Os CIs mais utilizados para esse propósito são os das famílias L298, L9110, L293d, BTS7960 e LMD18200, sendo que o TinkerCAD disponibiliza o L293D para as nossas simulações. É um CI que tem sido substituído nos projetos mais novos pelo L298, mas para os nossos fins didáticos ele nos serve.
Detalhando as conexões
Existem alguns detalhes quanto às conexões de uma ponte H que precisaremos comentar. Para começar, com relação aos três conectores de alimentação, teremos um que pode receber ou fornecer 5V, outro para receber o GND e outro que poderá receber uma fonte superior a 5V.
Essas fontes mais potentes geralmente estão entre 6 e 35V, mas para utilizá-las será necessário manter fechado um jumper que ativa um regulador de voltagem para transformar essa tensão superior em 5V.
Se esse jumper estiver fechado e uma fonte entre 6-35V estiver alimentando o sistema, o conector de 5V funcionará como uma saída e poderá ser utilizado para alimentar outros dispositivos, mas não deve ser alimentado com mais 5V para não danificar o sistema.
Na ausência de uma fonte superior a 5V, o jumper deverá ficar aberto e a alimentação deverá ser feita pelo conector 5V que funcionará como entrada. Cabe ressaltar que o estudante deverá sempre consultar o datasheet, pois pode haver diferenças de um fabricante para outro.
Além do jumper citado, existem outros dois jumpers que de acordo com a maioria das referencias consultadas, serviriam para habilitar ou desabilitar os respetivos motores A e B. Quando fechado habilita, quando aberto desabilita.
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| Pinagem de uma ponte H com CI L298 como exemplo |
Com base nessas informações podemos ter as seguintes montagens físicas possíveis tomando como exemplo uma ponte L298:
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| Para uma fonte externa acima de 5V |
No caso específico dessa ponte alguns autores afirmam que a alimentação para fonte externa foi desenhada para 12V e que o jumper do regulador de voltagem seria apenas necessário se a fonte fosse superior a essa voltagem.
Outros autores afirmam que 6V alimentados por quatro pilhas não necessitam o fechamento do jumper ou que o uso de um diodo deixaria a tensão próxima dos 5V. Por via das dúvidas eu prefiro fechar o jumper SEMPRE que for acima do 5V.
Combinando as Entradas
Pela combinação de estados nas entradas digitais identificadas como Input 1 e 2, para o Motor A e Input 3 e 4 para o Motor B, teremos o controle do sentido da rotação dos motores, permitindo obter até quatro saídas para cada entrada.
Essas saídas ou resultados para cada motor podem ser descritas como: rotação normal, rotação reversa, ponto morto e freio. Tanto o ponto morto como o freio produzem paradas no motor. A diferença é que o freio travaria a rotação, impedindo uma rotação involuntária:
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| Tabela de combinações de entradas e suas saídas |
Essas combinações poderiam ser facilmente transmitidas por saídas digitais do pinos do Arduino.
Montagem no TinkerCAD
Para essa simulação de Ponte H no TinkerCAD usaremos o CI L293D por isso é interessante estabelecer uma correspondência entre a pinagem real do CI e o diagrama do dispositivo no simulador:
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| Esquerda a pinagem do L293D real e seu análogo do TinkerCAD a direita |
Para ganhar tempo vou disponibilizar uma montagem pronta no TinkerCAD. Basta você clicar aqui entrando com a sua conta e pedindo para COPIAR E USAR.
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| Montagem simulando Ponte H no TinkerCAD |
Repare que o terminal POTENCIA1 do CI recebe o VCC da fonte externa. Os solos do CI recebem os GNDs que estão interligados, isto é, tanto a fonte externa como o Arduino estão conectados. Potencia2 recebe o VCC do Arduino que disponibiliza os mesmos 5V para habilitar as entradas 1, 2, 3 e 4.
Cada entrada do CI recebe o sinal de um pino de saída digital do Arduino e as saídas do CI são conectadas aos pares nos motores. Repare que nessa montagem a conexão dos pinos dos motores está invertida para que ambos rodem no mesmo sentido, de acordo com a tabela de combinações de entrada comentada anteriormente.
Sketch
Para acessar o código dessa montagem clique no botão CÓDIGO no canto superior direito da tela do TinkerCAD e clique abaixo em MONITOR SERIAL para acompanhar as orientações impressão. O código é bem simples e não requer nenhuma biblioteca.
Das linhas 1 a 4 estamos declarando constantes para identificar os pinos de saída responsáveis por enviar sinais para entradas do CI. Na função setup estamos configurando esses pinos como saídas digitais e inicializando o monitor serial.
Na função loop eu destaquei quatro blocos de instruções com cores distintas para chamar a atenção das combinações de entrada que promovem os quatro estados de saída, isto é, rotação normal, ponto morto, rotação inversa e freio.
Para conseguir isso basta mudar os estados dos pinos, respeitando a tabela de combinações citada anteriormente.
- const int input1=3;
- const int input2=4;
- const int input3=5;
- const int input4=6;
- void setup() {
- pinMode(input1, OUTPUT);
- pinMode(input2, OUTPUT);
- pinMode(input3, OUTPUT);
- pinMode(input4, OUTPUT);
- Serial.begin(9600);
- }
- void loop() {
- Serial.println("Rotacao normal");
- digitalWrite(input1, HIGH);
- digitalWrite(input2, LOW);
- digitalWrite(input3, HIGH);
- digitalWrite(input4, LOW);
- delay(5000);
- Serial.println("Ponto Morto");
- digitalWrite(input1, LOW);
- digitalWrite(input2, LOW);
- digitalWrite(input3, LOW);
- digitalWrite(input4, LOW);
- delay(3000);
- Serial.println("Rotacao Inversa");
- digitalWrite(input1, LOW);
- digitalWrite(input2, HIGH);
- digitalWrite(input3, LOW);
- digitalWrite(input4, HIGH);
- delay(5000);
- Serial.println("Freio");
- digitalWrite(input1, HIGH);
- digitalWrite(input2, HIGH);
- digitalWrite(input3, HIGH);
- digitalWrite(input4, HIGH);
- delay(3000);
- }
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| Saídas no monitor serial |
Cabe ressaltar que nessa montagem NÃO trabalhamos a questão da alteração de velocidade, mas veremos isso em breve. Ainda com relação às conexões invertidas na alimentação dos motores, dependendo da disposição desses elementos e sua aplicação, tal inversão pode não ser necessária.
Por exemplo, se fossem motores dispostos em lados opostos, conectados diretamente a uma roda, a inversão de polos não deve ser feita para que ambas as rodas sigam na mesma direção, isto é, as duas pra frente ou pra traz. Veremos isso melhor na próxima aula
Referências
BLOG ELETROGRATE. Guia Definitivo de uso da Ponte H L298N Disponível em <https://blog.eletrogate.com/guia-definitivo-de-uso-da-ponte-h-l298n/> Acesso em 17 nov 2024.
BLOG ELETROGRATE. Motor Shield L293D Driver Ponte H para Arduino Disponível em <https://blog.eletrogate.com/motor-shield-l293d-driver-ponte-h-para-arduino/> Acesso em 17 nov 2024.
MAKER HERO. Controlando um motor DC com driver Ponte H L298N. Disponível em <https://www.makerhero.com/blog/motor-dc-arduino-ponte-h-l298n/> Acesso em 17 nov 2024.
MANUAL DA ELETRÔNICA. Ponte H – O que é e como funciona!. Disponível em <https://www.manualdaeletronica.com.br/ponte-h-o-que-e-como-funciona/> Acesso em 17 nov 2024.
PONTE H. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2022. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Ponte_H&oldid=64498524>. Acesso em: 17 nov. 2024.
ROBO CORE. Controlando Motores com o Módulo L298N. Disponível em <https://www.robocore.net/tutoriais/motor-dc-arduino-ponte-h-l298n> Acesso em 17 nov 2024.