BBC micro:bit [28

Poštovani čitatelji, u prošlom je nastavku serije predložen zadatak za samostalan rad koji glasi: projektirajte, sastavite i programirajte sklop koji će s dva fotootpornika tjerati elektromotor (servomotor ili koračni motor) da se na njemu montirana fotonaponska ćelija namješta prema najjačem izvoru svjetlosti, odnosno neka prati sunce. Trebate sastaviti uređaj koji se sastoji od male fotonaponske ćelije (solarne ploče) postavljene na vratilu koračnog motora. Na samu ćeliju montirajte i dva fotootpornika koji će BBC micro:bitu slati podatke o količini svjetlosti. Na Slici 28.1. vidljiv je cijeli sklop koji koristi koračni motor iz kompleta VMA401 (Velleman). U kompletu s koračnim motorom dolazi i pločica s elektronikom koja je prilagođena za Arduino, ali dobro radi i s BBC micro:bitom, Slika 28.2.

Slika 28.1. Fotonaponska ćelija selotejpom je zalijepljena za vratilo koračnog motora, a dva fotootpornika selotejpom su zalijepljena na poleđini fotonaponske ćelije

KODIRANJE

Slika 28.2. Komplet VMA401 od Vellemana

Slika 28.3. Fotootpornici idu na fotonaponsku ćeliju i sve će se skupa zakretati. Radi toga, treba ih spojiti s nešto dužim premosnicama. Birajte različite boje premosnica kako biste si olakšali posao koji slijedi

Slika 28.4. Izvodi fotootpornika nisu izolirani pa na poleđinu fotonaponske ćelije najprije zalijepite selotejp kako ne bi došlo do spojeva ukratko, a potom zalijepite fotootpornike novim slojem selotejpa

No idemo redom. Najprije fotootpornicima dodajte spojne žice (premosnice), Slika 28.3. Fotootpornike zalijepite selotejpom na poleđinu fotonaponske ćelije, Slika 28.4.

Slika 28.5. Montažna shema sklopa za praćenje sunčeve svjetlosti

Slika 28.6. Određivanje početnih uvjeta, odnosno ukazivanje BBC micro:bitu na izvode koje treba koristiti za upravljanje koračnim motorom Slika 28.7. Kako je vidljivo, trebate iskazati nekoliko promjenljivih, “fotoLIJEVI”, “fotoDESNI” i “razlika”, dok “motor” ne trebate iskazivati jer je već uključen u ekstenziji za upravljanje koračnim motorima

Sve skupa zalijepite za vratilo koračnog motora te krenite sa sastavljanjem. Prema montažnoj shemi sa Slike 28.5. spojite sve potrebne elemente. Ovdje valja skrenuti pozornost da trebate biti oprezni kod spajanja kako ne biste doživjeli neuspjeh zbog velikog broja premosnica i spojnih žica. Izvode na lijevoj strani pločice VMA401 treba spojiti na rubni priključak BBC micro:bita kako slijedi: IN1 na 9, IN2 na 10, IN3 na 11 i IN4 na 12. Izvode na donjoj strani pločice VMA401 koji nose oznaku (+) i (-) trebate spojiti na plus i minus baterije od 4,5 V. Fotootpornike trebate spojiti na BBC micro:bit preko otpornika pull-down od 10 kΩ (pogledajte Sliku 27.11. u prošlom broju ABC tehnike), LDR1 na 0, a LDR2 na 1. Nemojte zaboraviti dvije premosnice (crvenu i crnu) koje idu s rubnog priključka 0V i 3V do eksperimentalne pločice. Izabran je spoj pull-down radi njegovog logičkog odziva, naime kod tog se spoja u mraku dobivaju manji brojevi, a kod jarkog svjetla veći. Fotootpornike usmjerite pomalo “razroko” kako je vidljivo na Slici 28.1., lijevi usmjerite ulijevo, a desni usmjerite udesno u odnosu na fotonaponsku ćeliju. Kad je hardver spreman, možete krenuti s kodiranjem. Najprije u MC Editoru pronađite, a potom učitajte ekstenziju “stepper-motor” te prepišite sve dijelove programa sa Slika 28.6. i 28.7.

Program otpremite i testirajte. Kako ne biste čekali cijeli dan, pokrenite aplikaciju svjetiljke na vašem mobitelu te njom simulirajte sunčevu putanju. Dok svjetlost jače zahvaća lijevi fotootpornik, fotonaponska bi se ćelija trebala zakretati ulijevo. Zakretanje će se zaustaviti kad su vrijednosti dobivene s oba fotootpornika približno jednake. Fotonaponska ćelija zakretat će se udesno kada je desni fotootpornik jače zahvaćen svjetlom. Načelno, program radi dobro i bez uvjeta u promjenljivoj “razlika”, no kod ubrzane simulacije s umjetnim izvorom svjetlosti dolazi do neiz-

vjesnosti pa koračni motor neprekidno mijenja položaj vratila, čas ulijevo, a čas udesno. Kad je “razlika” jednaka nuli neizvjesnost je očita, ako odredite da bude 10 kao u ovom primjeru, koračni će motor u određenom položaju simuliranog svjetla stati i neće se dvoumiti. Nadalje, kako bi simulacija bila uočljivija zadano je da koračni motor čini po 10 koraka kod svake promjene. U stvarnosti, ako budete sve koristili zapravo, trebate korake svesti na samo jedan. Pauza je dodana kako bi se koračnom motoru dalo vremena da zakrene vratilom prije nego se učita nova vrijednost sa osjetila. Naravno, ta se pauza također koristi samo u simulaciji jer se u stvarnosti sve odvija znatno sporije pa nema potrebe za njom. Izvrsno! Uspješno ste riješili zadatak, no postavlja se pitanje znate li zašto je koračnom motoru potrebna dodatna elektronika i zašto ima toliko izvoda?

Koračni motori

Koračni motor (Slika 28.8.), kao i “običan” elektromotor sastoji se od rotora s permanentnim magnetima i od određenog broja zavojnica izolirane bakrene žice na statoru. Kako biste razumjeli načelo rada bit će objašnjen pojednostavljen koračni motor s rotorom koji ima samo jedan magnet i sa statorom koji ima četiri zavojnice pobude koje su označene brojevima 1-3 i 2-4, Slika 28.9. Želite li pomaknuti rotor motora u položaj A trebate na minus napajanja priključiti zavojnice 1 i 3. Magnet će se odmah namjestiti između tih dviju zavojnica čim priključite napon. Za pomicanje rotora u položaj B morate napajati druge dvije zavojnice, 3 i 2. Sigurno već nagađate, za namještanje rotora u položaj C trebate napajati zavojnice 2 i 4, dok za položaj D trebate napajati zavojnice 4 i 1. Želite li zavrtjeti rotor u suprotnom smjeru tako da najprije zauzme položaj C, tada morate napajati zavojnice 4 i 2, za položaj zavojnice B 2 i 3 te za položaj zavojnice A 1 i 3. Na ovaj način koračni motor treba nešto jaču struju jer istovremeno treba napajati dvije zavojnice, ali je zato vrlo stabilan i siguran u radu. Koračni motor možete pokrenuti i u štednom spoju tako da napajate samo jednu zavojnicu. Tada se rotor namjesti točno ispod aktivne zavojnice. Kombinacijom ovih dvaju načina napajanja moguće je udvostručiti korake motora.

Slika 28.8. Fotografija prikazuje nekoliko koračnih motora raznih proizvođača Slika 28.10. U stvarni koračni motor ugrađeno je više od jednog magneta i više od četiri zavojnice

Slika 28.9. Načelo rada koračnog motora

Kako je prije rečeno, u ovom je razmatranju uzet pojednostavljen motor sa samo jednim magnetom koji se za svaki korak može zakrenuti ¼ punoga kruga, kod stvarnih koračnih motora pronaći ćete veći broj magneta i zavojnica, Slika 28.10. Što je broj magneta i zavojnica veći, rotor će se za jedan korak zarotirati za manji kut. Radi toga će za puni krug rotora trebati višestruko ponavljati prije navedene četiri kombinacije napajanja zavojnica. Broj zavojnica uvijek je višekratnik broja 4 i sve su spojene paralelno. Radi toga iz motora izlaze četiri žice (1-3-2-4) koje valja spajati redom na negativan pol napajanja i dvije žice koje valja spojiti na pozitivan pol napajanja. Kod koračnog motora koji ima 24 koraka, za jedan puni krug rotora (360°) morate šest puta uzastopno napajati zavojnice po redu kako je prije opisano (1 i 3, 3 i 2, 2 i 4, 4 i 1). Kod koračnog motora koji ima 48 koraka, zavojnice morate napajati dvanaest puta, a za koračni motor s 200 koraka to morate ponoviti pedeset puta.

Priključne žice koračnog motora

Na Slici 28.11. prikazane su sve mogućnosti na koje biste mogli naići. Za točno određivanje broja žica najbolje je proučiti proizvođačke specifikacije koje možete pronaći na internetu upisivanjem ključne riječi, odnosno upisivanjem tvorničke oznake. Na primjer, za koračni motor iz ove vježbe upišite 28BYJ-48 i dobit ćete sve što vam treba.

Slika 28.11. Priključne žice kod raznih proizvođača koračnih motora

Priključnih žica za spajanje zavojnica na minus napajanja uvijek je četiri. Broj priključnih žica za spajanje na plus napajanja ovisi o unutrašnjem spoju pa tako možete pronaći koračne motore s jednom, dvije ili četiri žice. Prema tome, ukupan broj priključnih žica za jedan koračni motor može biti 5, 6 ili 8. Sve dosad rečeno važi za unipolarne koračne motore, no trebate znati da postoje i bipolarni koračni motori. Prepoznat ćete ih jer imaju ukupno četiri priključne žice. Upravljanje je znatno kompliciranije, a koriste se samo u specifičnim slučajevima.

Koliko struje trebaju zavojnice?

Razni koračni motori trebaju od 100 mA do 1 A struje, što naravno ovisi o snazi samog motora. Kako biste saznali koliko struje treba vaš koračni motor najprije trebate izmjeriti omski otpor samo jedne zavojnice te koristiti formulu I = U / R. Na primjer, za jednu zavojnicu koračnog motora iz kompleta VMA401 izmjereno je R = 22 Ω. Iz toga proizlazi da je kod napona U = 4,5 V potrebno I = 0,205 A. Radi toga tranzistori koji se koriste za napajanje koračnog motora moraju izdržati najmanje duplo od toga. U kompletu s motorom dolazi pločica s integriranim sklopom ULN2003. To je takozvani SEVEN DARLINGTON ARRAYS (sedam matrica s tranzistorima u darlington-spoju). Darlington označava da su u svakom redu matrice korištena dva tranzistora u specifičnom spoju. Iz proizvođačkih specifikacija vidljivo je da svaki red matrice podnosi do 500 mA struje što odgovara korištenom koračnom motoru. Vi naravno ne morate koristiti navedeni komplet, već možete iskoristiti koračni motor koji ste skinuli s nekog starog pokvarenog printera. Motoru ćete pridružiti odgovarajuće tranzistore, a sve ćete potom spojiti prema elektroničkoj shemi sa Slike 28.12. Na shemi nije nacrtano, ali trebate dodati vanjsko napajanje (bateriju), a napon mora biti prilagođen naponu napajanja koračnog motora.

Slika 28.12. Elektronička shema spajanja koračnog motora s BBC micro:bitom preko četiri tranzistora tipa NPN 11

Isto tako, trebate odabrati tranzistore prema struji i naponu koje trebaju zavojnice koračnog motora, a četiri otpornika neka su svaki po 1000 Ω. Vjerojatno je svima jasno da na BBC micro:bit idu izvodi 1, 2, 3, 4 i zajednička masa. Sretno!

Osjetilo plinova

Jedno vrlo zanimljivo osjetilo koje dosad nije bilo obrađeno je analogno osjetilo plinova. Na tržištu postoje razna osjetila plinova i sva se

Slika 28.13. Fotografija prikazuje osjetilo plina koje je ugrađeno na pločicu koju proizvodi DFROBOT

više-manje ponašaju isto. Za eksperimente koji slijede bit će korištena pločica koju proizvodi DFROBOT s ugrađenim osjetilom plina MQ7B, Slika 28.13. Prema proizvođačkim specifikacijama najbolje detektira vodik (H2) i ugljični monoksid (CO), no dobro osjeća i plinove poput metana, propana i butana te nešto slabije detektira i alkoholne pare. Kako biste ga ispitali morate ga spojiti s BBC micro:bitom kako je prikazano na Slici 28.14. Kako je vidljivo, osjetilo treba napajanje. Iako je predviđen radni napon od 5 V, za ovaj će test dobro poslužiti i napon od 3,3 V koji dolazi s BBC micro:bita. Izlazni priključak (žuta žica) spojite na izvod 0 rubnog priključka.

Slika 28.14. Montažna shema spajanja osjetila plinova s BBC micro:bitom

Slika 28.15. Programski kôd za čitanje podataka s osjetila plinova Prema Slici 28.15. u MC Editoru prepišite program. Program otpremite te pokrenite aplikaciju TeraTerm. Ako je sve kako valja, na zaslonu apli-