Proiectarea Unei Masini cu Control de la Distanta sau In Regim Autonom Prin Ocolirea Obstacolelor

Capitolul 1

Introducere

Prezentare generală

Dezvoltarea rapidă a electronicii în ultimii 20 de ani, prin apariția acesteia in toate domeniile industriei cât si in bunurile de larg consum se datorează faptului dorinței omului de a automatiza toate procesele tehnologice și de a ușura munca oamenilor. Încapsularea componentelor în circuite integrate digitale a produs o explozie in ceea ce priveste progresul electronic fiid posibilă aplicarea lor în orice domeniu (industrial, medicină, casnic, militar etc.) Având la bază ideile de flexibilitate în implementare și testare, parametrizare, posibilitatea de reutilizare, abstractizare structurală și funcțională a structurilor digitale, s-au născut începând de prin 1980 limbajele de descriere hardware și software.

Lucrarea de față își propune să prezinte folosirea acestor circuite integrate pentru a realiza o mașină cu control de la distanță sau în regim autonom prin ocolirea obstacolelor. . Această mașină poate fi folosită (în cazul conectării unei camere video) la analiza unor gauri de dimensiuni mici în care omul nu poate pătrunde.

Mașina poate fi controlată de la distanță foarte usor prin intermediul PC-ului sau al unui smartphone prin intermediul interfe pentru comunicații wireless(în cazul nostru Bluetooth). Am ales acest proiect deoarece mi-a plăcut ideea de a face o mașină autonomă care de asemenea să aiba posibilitatea de a fi controlată de la distanță. Este foarte potrivit pentru copii de asemenea cu puține modificări poate fi folosită si în alte scopuri, cum ar fi măsurarea suprafeței unei încaperi, analiza unor grote in care nu are acces omul, măsurarea distanței parcurse etc.

Proiectul este structurat în trei capitole, fiecare având subcapitole, care sunt urmate la rândul lor de o serie de concluzii si referințe bibliografice.

Primul capitol este unul introductiv, în care sunt prezentate scopul lucrarii, câteva date despre mașină precum și schema bloc.

În capitolul doi este prezentat părțile componente și descrierea acestora.

În capitolul trei este prezentată construcția și programarea mașinii parcurgând toate etapele necesare finalizării părții practice, realizarea structurii mecanice si a celei electrice și de control / programarea circuitului.

Schema bloc

Capitolul 2

Proiectare și implementare

2.1 Unitatea electronică de control (Arduino Mega 2560)

Pentru implementarea acestui proiect se va folosi platforma Arduino. Aceasta este o placă ce ajuta calculatoarele să examineze și să controleze mult mai mult lumea fizică decât un computer. Arduino este o placa de circuit mic cu un microcontroller Atmel, oscilator, alimentare etc. Poate fi utilizat atît de persoane cu experiență de programare cât și începători. Arduino a fost dezvoltat în Italia de către Massimo Banzi și un grup de oameni care au crezut că software-ul și hardul trebuie să fie „Open Source” și disponibil pentru toată lumea.

Arduino Mega 2650 este o placă de dezvoltare cu microcontroller integrat ATmega 2560. Are 54 pini digitalide intrare/ieșire (din care 15 pot fi utilizați ca ieșiri PWM ), 16 intrări analogice, 4 UART (porturi seriale hardware), un oscilator de cristal de 16 MHz, o conexiune USB, un conectro de putere, mufă ICSP și un buton de resetare.

Figura 2.1 Arduino Mega 2560

2.1.1 Microcontrollerul Mega 2560

Elementul principal al platformei este Atmel AVR Atmega 2560, bloc negru, pătratic având pe toate laturile a câte 25 pini proeminenți.

Considerat și mircocalculator, acesta conține o unitate centrală de procesare (CPU), memorie RAM/ROM, EEPROM, clock și periferice într-un singur pachet.

Figura 2.2 Schema bloc a microcontrollerului

ATmega 2560 face parte din familia de microcontrollere “AVR” pe 8 biți.

Familia de microcontrollere AVR pe 8 biți prezintă următoarele caracteristici:

• Are memorie Flash programabilă integrată, folosită ca memorie de program. Toate procesoarele AVR au memorie de program integrată. Asta înseamnă că nu ai nevoie de memorii EPROM sau ROM externe pentru a stoca codul programelor. Programarea se poate face în două moduri: serial și paralel.

• Are 32 de registri de lucru de 8 biți fiecare (acest lucru este specific procesoarelor RISC). Numărul mare de regiștri de lucru permite stocarea variabilelor în interiorul procesorului, în loc să fie stocate în memorie, lucru care necesită un timp mai lung pentru accesare. În acest fel crește viteza de execuție a programului (deci va rula mai repede).

• Are memorie de date integrată de tip EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) și memorie RAM integrată. Unitatea centrală de prelucrare are arhitectură Harvard, iar memoriile de tip RAM și EEPROM ale microcontrolerului sunt memorii de date, fiind folosite pentru a stoca variabile, respectiv constante.

• Are frecvența de lucru care poate fi controlată prin software de la 0 la 16 MHz. Cele mai multe instrucțiuni sunt executate într-un singur ciclu de tact, ceea ce duce la îmbunătățirea performanței de 10 ori față de procesoarele convenționale care operează la aceeași frecvență (de exemplu: Intel 8051).

• Realizează funcția de RESET fără decuplarea circuitului.

• Are un timer programabil încorporat cu circuit de prescalare separat, care este folosit pentru sincronizarea aplicațiilor.

• Surse interne și externe de întrerupere.

• Are un timer watchdog cu oscilator independent, care este folosit pentru recuperarea informațiilor în caz de apariția unei erori software, dar mai poate fi folosit și în alte aplicații.

• Are 6 moduri de operare pentru economisirea energiei. Poate lucra în modurile de operare SLEEP și POWER DOWN, moduri ce economisesc energie, atunci când procesorul nu lucrează.

• Multe cipuri au oscilator integrat RC, care micșorează și mai mult numărul componentelor în cazul microcontrolerelor care-l conțin.

• Sunt prevăzute cu o gamă largă de dispozitive de I/O și de periferice încorporate.

• Beneficiază de existența unui set unitar de instrumente software pentru dezvoltarea aplicațiilor.

• Are o compatibilitate mare, pornind de la procesoare mici cu 8 pini și ajungând la procesoare cu 68 de pini.

Microcontrolerele din familia AVR prezintă o organizare de tip RISC din punctul de vedere al execuției unei instrucțiuni pe ciclu mașină. Prezența unor blocuri interne precum: oscilator intern, timere, unitate UART (Universal asynchronous receiver/transmitter), interfață SPI, rezistoare pull-up, PWM (pulse width modulation), convertoare analog-digitale, comparatoare analogice determină utilizarea acestor microcontrolere într-o gamă foarte largă de aplicații.

Specific arhitecturii Harvard, microcontrolerele AVR folosesc spații de memorie și magistrale de acces separate pentru coduri și pentru date. Memoria de program care este de tip FLASH integrată, poate fi programată fără scoaterea din sistem, ceea ce permie efectuarea rapidă de upgrade-uri în programe. Instrucțiunile acestei familii de microcontrolere au fost proiectate pentru a reduce dimensiunea unui program scris în limbaj C sau în limbaj de asamblare. Posibilitatea programării memoriei FLASH și a memoriei EEPROM, determină ca aceste microcontrolere să aibă o largă utilizare datorată costului mic de dezvoltare a unei aplicații (au timpul de proiectare scurt).

Aceste microcontrolere au consum redus de energie. Domeniul tensiunilor de alimentare este cuprins între 1,8V și 5V. Prezintă 6 moduri diferite de operare cu consum redus de energie, ceea ce ne asigură că aceste microcontrolere nu vor consuma energie decât atunci când este nevoie. Controlul software al frecvenței de tact garantează o viteză maximă de execuție atunci când este nevoie, iar în restul timpului microcontrolerul poate trece în modul STANDBY, unde consumul de energie este minim. Utilizarea acestor microcontrolere poate reduce semnificativ timpul de dezvoltare a unei aplicații datorită prezenței unui bloc de depanare în timp real, circuitul aflându-se chiar pe placă.

2.1.2 Blocul de alimentare

Pinii de alimentare:

• Vin – tensiunea de intrare la placa Arduino când folosește o sursă de alimentare externă (spre deosebire de 5 V la alimentarea prin USB). Se alimentează cu tensiune prin intermediul acestui pin sau in cazul alimentarii prin mufa de alimentare conexiunea se face de asemenea prin pinul Vin.

• 5V – sursa de alimentare regulată care alimentează microcontrolerul și celelalte componente de pe placa. Aceasta tensiune poate proveni fie de la pinul Vin printr-un regulator de pe placă, fie de la conexiunea USB sau alte surse regulate de 5 V.

• 3.3 V – tensiunea generată din interiorul placuței. Curentul maxim suportat este de 50 mA.

• GND – masa (pinul alimentare).

• IOREF – acest pin de pe placa Arduino furnizează tensiunea cu care functioneaza microcontroler-ul. Este situat langă pinul de reset, pentru a indica viitoarelor versiuni de shield-uri cu cât sunt alimentate 5 V sau 3.3 V. Definirea portului ca Output va schimba starea lui din pin digital de intrare in pin digital de iesire. Starea lui in modul High va determina controlerul sa aplice o tensiune constanta de 5V pe pin.

O categorie specială de pini digitali sunt pinii PWM (Pulse Width Modulation). Pe acești pini se pot aplica tensiuni variabile, ceea ce nu este posibil in cazul pinilor digitali normali care pot scoate fie 0V, fie 5V. Pentru a aplica tensiunea dorită, controlerul va scoate pe port 5V de multe ori pe secundă, astfel încât media rezultantă să fie cea cerută. Doar câțiva pini suportă funcția PWM. In cazul Arduino UNO acestia sunt: pinii digitali 3, 5, 6, 9, 10, 11.

Putem grupa multitudinea de senzori ce pot fi cuplați la Arduino în două mari clase și anume:

• fără logică;

• cu logică.

Fără logică:

În această categorie intră ledurile, butoanele, potențiometrele, releele, senzorii de lumină, temperatură, umiditate, îndoire, fum etc. Aceste produse au două sau trei fire:

• Gnd – acest fir este masa și va fi cuplat în portul Gnd din Arduino.

• Vcc – acest fir este alimentarea și va fi conectat la portul Arduino Vin de +3.3V sau +5V, în funcție de tipul de alimentare cerut de senzor.

• Out/Analog Out – doar în cazul deficiturilor de intrare. Prin acest fir vom citi datele de la senzorul nostru, aceste date sunt tensiuni cuprinse între 0 și 5V. În general acest fir se cuplează la porturile analogice A0->A5.

• Data/Digital – doar în cazul deficiturilor de ieșire (Ex: relee, leduri). Acest pin poate fi conectat la porturile digitale D0->D13. Portul digital conectat va fi setat ca Output iar atunci când se va scrie valoarea 'High' pe acest port, Arduino va genera 5V iar device-ul cuplat se va activa.

Cu logică:

În această categorie intră LCD-urile, modulele infraroșu, modulele Bluetooth, modul ceas, display-uri etc.

Conectarea pinilor se face la fel, cu mențiunea că nu se folosesc pinii analogici. Pentru comunicare se folosesc diverse protocoale de comunicație pentru care se găsesc librării software deja scrise.

2.1.3 Comunicarea

Tendința în electronica zilelor noastre este, evident, minimizarea. Orice circuit integrat, pentru protecție și o bună funcționare, este încapsulat. Cea mai mare problemă a circuitelor integrate este comunicarea cu exteriorul. Cea mai mare parte din capsulă este ocupată de pinii circuitului. Pentru a reduce cât mai mult și numărul lor, proiectanții au dezvoltat protocoale de comunicare.

Comunicarea serială este o comunicare de tip digital, în sensul că pe fir se transmit biți (la fel cum se întâmplă într-o rețea de calculatoare, doar că folosind un protocol mult simplificat). Această comunicare serială are loc întotdeauna între Arduino și calculator, atunci când Arduino este programat. O comunicare serială are loc întotdeauna la o anumită rata de transfer, care determină viteza cu care se transmit bitii pe fir. Rate comune de transfer sunt 9600, 19200, 57600, 115200.

SoftwareSerial este tot o modalitate de comunicare serială, doar că, în loc de a utiliza pinii RX si TX ai microcontroller-ului (care sunt dedicați pentru o astfel de comunicare), utilizăm o librărie software care emuleaza comunicarea folosind (aproape) oricare doi Pini digitali ai plăcii Arduino. Avantajul imediat este faptul că în acest mod putem conecta placă Arduino cu mult mai multe dispozitive seriale.

Cel mai simplu protocol de comunicare pentru circuite integrate digitale este SPI (Serial Peripheral Interface), o modalitate de a comunica cu dispozitive de tipul master – slave. Un dispozitiv este master (de obicei Arduino) și celelalte dispozitive sunt slave. Comunicarea SPI se face folosind 4 semnale (fire de conexiune). Aceste semnale sunt SS (53), MOSI (51), MISO (50) și SCK (52):

Semnalul select SS (slave select) este activ pe 0 logic. Atunci când valoarea din acest canal este LOW adică 0 logic, dispozitivul slave comunica cu master-ul. Când valoarea SS este HIGH, atunci dispozitivul ignora comunicarea SPI. În acest mod se pot conecta pe același canal SPI oricât de multe dispozitive, cu condiția ca fiecărui dispozitiv să i se atașeze un canal Slave Select. Pentru a inițializa o transmisie trebuie să avem un front negativ pe SS iar pentru a încheia o transmise un front pozitiv pe SS. Semnalul are rolul de a selecta circuitul slave pentru comunicare.

MOSI este semnalul master out, slave in. Masterul are în componență un registru de 8 sau mai mulți biți. În funcție de modul în care funcționează magistrala (buss-ul) SPI, pe front de SCK este transmis câte un bit din registrul intern, primul bit fiind MSB (Most significant bit). MOSI este conectat la LSB-ul (least significant bit) registrului intern al slave-ului. Cu alte cuvinte este firul prin care dispozitivele master trimit date către slave.

MISO este semnalul master in, slave out. Slave-ul are în componență un registru de 8 sau mai mulți biți (egal cu numărul de biți din master). Identic cu funcționarea MOSI, pe fiecare front de SCK este transmisă informația din registrul intern al slave-ului, primul bit fiind MSB. MISO este conectat la LSB-ul masterului. Cu alte cuvinte este firul prin care dispozitivele slave trimit date către master.

Semnalul SCK este semnalul de tact al buss-ului SPI. Este stabilit de alte 2 semnale ce determina 4 moduri de funcționare ale buss-ului. Primul determină polaritatea ceasului (dacă semnalul este activ pe 0 sau 1 logic) , iar al doilea faza ceasului (dacă transmiterea biților pe MOSI și MISO se face pe front pozitiv sau negativ). Cu alte cuvinte este firul prin care este transmis clock-ul. Practic, protocolul SPI este un protocol de interschimbare a datelor intre master și slave. Nu poate avea loc transfer de date fără interschimbare.În cazul în care avem mai multe circuite de tip slave, acestea pot fi ori selectate de același semnal, caz în care MOȘI și MISO sunt indentice, ori selectate de semnale SS diferite (număr de semnale egal cu numărul de circuite de tip slave), caz în care informația este interschimbată între circuitele slave și master în lanț.

Comunicarea prin SPI se face pentru fiecare dispozitiv diferit. Acest lucru înseamnă că trebuie acordată o atenție sporită datasheet-ului atunci când se scrie codul.

Comunicarea I2C (Inter Integrated Circuits) este un mod interesant de comunicare, în sensul că necesită doar două fire de comunicare și permite conectarea a oricât de mult dispozitive (cu adrese diferite). Fiecare dispozitiv I2C are o adresă (care se poate sau nu modifica). De obicei, se întâlnesc dispozitive I2C cu adresa fixă (care nu se poate modifica), sau dispozitive la care se poate alege adresa I2C dintr-o listă de câteva adrese prestabilite, lucru care de obicei se face prin conectarea unui pin de adresa – marcat de obicei ADDR– la pinul GND, sau VCC, sau SDA (Serial Data line), sau SCL (Serial Clock Line).

Ca și în cazul SPI, a înțelege modul de comunicare citind datasheet-ul dispozitivului I2C nu este facil. Primul lucru care se face atunci când este nevoie să se comunice cu un dispozitiv I2C este căutarea unei librării deja scrise pentru dispozitivul respectiv. În acest mod, singurul lucru de care trebuie de ținut cont este adresa dispozitivului. Mai departe, modul concret de comunicare este realizat în întregime de librărie, accesul fiind doar la informația utilă.

În cazul Arduino MEGA, pinii I2C pentru Arduino sunt pinul digital 20 (care este pinul SDA), și respectiv 21 (care este pinul SCL). Pentru a folosi un dispozitiv I2C, se conectează pinul SDA al dispozitivului cu pinul SDA al Arduino, pinul SCL al dispozitivului cu pinul SCL al Arduino. În plus, în funcție de dispozitiv, s-ar putea să fie necesar de a conecta și pinul de adresa la GND sau la VCC (în cele mai multe cazuri, pinul de adresa este deja conectat, dar nu întotdeauna).

Figura 2.3 Pinii de comunicare

2.1.4 Programarea microcontrolerului

Partea de software a platformei este integrată într-o interfață grafică de tip IDE bazată pe limbajul de programare Processing . Programarea controllerului de pe platforma fizică se face folosind limbajul de programare Arduino. Cu platformele fizice Arduino calculatorul poate fi transformat într-un instrument de măsură complex sau într-un dispozitiv inteligent de testare și evaluare a prototipurilor.

Soft-ul împreună cu driverele sunt disponibile și se pot descărca de la adresa https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Înainte de a putea programa placa Arduino trebuie instalate driver-ele pe PC. În cazul în care se rulează pe Linux, nu este nevoie de instalarea acestora. În final, în Device Manager, în secțiunea Ports (COM & LPT) se găsește o intrare numită în cazul de fata “Arduino Mega(COM13)”.

2.1.4.1 Mediul integrat de dezvoltare (IDE) Arduino

Mediul integrat de dezvoltare Arduino este destinat scrierii programelor ce pot fi încărcate pe platformele fizice Arduino. Interfața este scrisă în Java și mediul de programare folosește limbaje de programare de tip open source precum Processing. Interfața este multiplatformă, putând rula în Windows și Linux. Programul poate fi obținut atât ca executabil specific platformei de lucru existente dar și sub formă de cod sursă care se poate compila într-un mod destul de accesibil.

Orice program Arduino are 2 secțiuni. Secțiunea “setup”, care este rulata doar o singură dată, atunci când placa este alimentată (sau este apăsat butonul “Reset”) și secțiunea “loop”, care este rulata în ciclu atât timp cât este alimentată placă. Astfel, în rutină “setup” se pune de obicei cod de inițializare, iar în rutină “loop”, se scrie partea principală a programului care urmează rulat.

După instalare interfața principală a programului arată ca în captură de ecran de mai jos:

Figura 2.4 Mediul de programare Arduino

În care:

Verifică. Verifică corectitudinea codului scris.

Încarcă. Compilează și încarcă la I/O placa Arduino.

Nou. Creează o schiță nouă.

Deschide. Deschide un proiect.

Salvează. Salvează proiectul curent. 

Monitorizare serială. Comunicarea prin portul serial cu calculatorul.

ARDUINO IDE permite scrierea programului pe calculator, care este format dintr-un set de instrucțiuni pas cu pas pe care le încarci apoi în ARDUINO. După încărcarea programului propriu-zis pe placa de dezvoltare, ARDUINO va efectua instrucțiunile date și va interacționa cu mediul. ARDUINO numește aceste programe “Sketches” (schițe).

2.2 Comanda motoarelor cu ajutorul shield-ului L293D

Pentru comanda motoarelor se folosește shield-ul L293D . Pe această placă se găsesc 2 circuite integrate L293D (1) care permite dirijarea motoarelor de putere mică cu un consum de curent de până la 600 mA pe canal. Două blocuri terminale (2) a câte cinci pini pot fi observați 4 conectori pentru motoare (M1, M2, M3, M4), pinul central al blocurilor este tras la masă și servește pentru comoditate la conectarea motorlui treptat cu 5 fire. Utilizarea a doua intrgrate L293D permite conectarea a patru motoare DC sau 2 servomotoare sau două motoare DC si un servomotor. Pentru controlul direct al ieșirilor integratelor L293D (IN1, IN2, IN3, IN4) răspunzătoare de direcția de rotație, este nevoie de 4 ieșiri iar în cazul nostrum pentru cele doua vom folosi 8. Pentru a reduce cât mai mult numărul de terminale de control intră în joc registrul de deplasare 74HC595 (3). Datorită registrului se reduc pinii de la 8 la 4. De asemenea pe placă se găsesc 2 conectrori pentru servomotoare (4) . Alimentarea shield-ului este efectuată fie de un terminal din exterior (5) sau printr-un jumper (5) (+M este conectat la ieșirea Vin de la arduino sau de la o sursă separată). Tensiunea de alimentare optimă este de 6-12 V.

Figura 2.5 Schema de comanda a motoarelor

2.2.1 Circuitul integrat L293D

L293D poate controla simultan două motoare de putere mică în orice direcție utizând 4 pini ai microcontrolerului.

Putem enumera următoarele caracteristici:

Limita curentului de ieșire pe canal este de 600mA, limita maximă a curentului de ieșire însă poate fi1.2A (non-repetitiv). Acest lucru semnifică faptul ca nu pot fi controlate motoare mari.

Tensiunea de alimentare poate ajunge până la 36V.

Catalogul menționează „o temperatură de protecție” încorporat în IC. Acest lucru înseamnă un sensor intern ce măsoară temperatura și se oprește motoarele dacă temperature depășește o valoare setată.

O altă caracteristică importantă o reprezintă diodele interne. Aceste diode protejează motoarele de supratensiunile care pot să apară.

Acest circuit integrat conduce nu numai motoare de current continuu ci poate fi folosit și pentru controlul servomotoarelor

Figura 2.6 Schema bloc al integratului L293D

2.3 Motoarele

Un motor electric (sau electromotor) este un dispozitiv electromecanic ce transformă energia electrică în energie mecanică. Transformarea în sens invers, a energiei mecanice în energie electrică, este realizată de un generator electric.

Majoritatea motoarelor electrice funcționează pe baza forțelor electromagnetice ce acționează asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic. Există însă și motoare electrostatice construite pe baza forței Coulomb și motoare piezoelectrice.

Fiind construite într-o gamă extinsă de puteri, motoarele electrice sunt folosite la foarte multe aplicații: de la motoare pentru componente electronice (hard disc, imprimantă) până la acționări electrice de puteri foarte mari (pompe, locomotive, macarale).

Motoarele electrice pot fi clasificate după tipul curentului electric ce le parcurge: motoare de curent continuu și motoare de curent alternativ. În funcție de numărul fazelor curentului cu care funcționează, motoarele electrice pot fi motoare monofazate sau motoare polifazate (cu mai multe faze).

Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemănător. Astfel, a putut observa că mașina se rotește, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator. Astfel el a constatat, că generatorul "inițial" era de fapt o mașină electrică reversibilă, care putea lucra ca un convertizor de energie bidirecțional.

Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici și bobinele polare concentrate care creează câmpul magnetic de excitație. Pe axul motorului este situat un colector ce schimbă sensul curentului prin înfășurarea rotorică astfel încât câmpul magnetic de excitație să exercite în permanență o forță față de rotor.

Motoarele de curent alternativ funcționează pe baza principiului câmpului magnetic învârtitor. Acest principiu a fost identificat de Nikola Tesla în 1882. În anul următor a proiectat un motor de inducție bifazat, punând bazele mașinilor electrice ce funcționează pe baza câmpului magnetic învârtitor. Ulterior, sisteme de transmisie prin curent alternativ au fost folosite la generarea și transmisia eficientă la distanță a energiei electrice, marcând cea de-a doua Revoluție industrială. Un alt punct important în istoria motorului de curent alternativ a fost inventarea de către Michael von Dolivo-Dobrowlsky în anul 1890 a rotorului în colivie de veveriță.

2.3.1 Motoarele de curent continuu

Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemănător. Astfel, a putut observa că mașina se rotește, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator. Astfel el a constatat, că generatorul "inițial" era de fapt o mașină electrică reversibilă, care putea lucra ca un convertizor de energie bidirecțional.

Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici și bobinele polare concentrate care creează câmpul magnetic de excitație. Pe axul motorului este situat un colector ce schimbă sensul curentului prin înfășurarea rotorică astfel încât câmpul magnetic de excitație să exercite în permanență o forță față de rotor.

În cazul proiectului acesta va fi conectat ca în figură :

Figura 2.6 Conectarea motoarelor cu shield-ul

2.3.2 Servomotorul

Servomotoarele sunt dispozitive mici electro-mecanice în formă de cutie care conțin un motor de curent continuu. Sunt mecanisme de acționare rotativ, care permite un control precis al poziției unghiulare, viteza și accelerația.

Servomotoarele nu sunt o clasă specifică a motoarelor, deși termenul de servomotor este adesea folosit pentru a desemna un motor adecvat pentru utilizarea într-un sistem de control în buclă închisă

Servomotoarele sunt ultilizate în aplicații cum ar fi robotica, utilaje CNC, mașini automatizate.

Acum, toate servomotoarele RC au un conector cu trei fire. Un fir furnizează tensiune pozitivă DC – de obicei 5-6V, al doilea fir este de masă iar al treilea de semnal. Se poate roti cu aproximativ 180° (90° în fiecare direcție). Viteza de rotație se măsoară în funcție de timp, acest lucru fiind standardizat în majoritatea specificațiilor la 60°. Astfel vom avea la o mișcare a brașului la 60° într-o perioadă de 0.12 sec.

În cazul nostru vom folosi servomotorul de tip SG90 care este prezentat și în fighura de mai jos:

Figura 2.7 Servomotorul SG90

Specificațiile acestuia sunt:

Temperatura de lucru: 0°C – 55°C

Viteza de lucru: 0.1 s/60°

Tensiunea de lucru: 4.8V (~5V)

2.4 Senzorii cu ultrasunete