Arduino 習作計畫MakerBar Taipei Workshop

2015.01.14

游允赫YHYu@cavedu.com

實踐大學 工業產品設計學系CAVEDU 教育團隊 講師

Arduino 可以做些什麼？• 二輪平衡車segway

• 按讚機器人

http://lab.cavedu.com/arduino

馬達的種類• 直流馬達 DC Motors• 交流馬達 AC Motors• 步進馬達 Step Motors• 伺服馬達 RC Servo Motors• 線性馬達 Linear Motors

RC 伺服機

數位輸出 ? 類比輸出？

Pulse Width Modulation (PWM)脈衝寬度調變• 以數位訊號模擬類比訊號的技術

PWM

• 數位輸出可以控制訊號的開和關，開和關同時意味著通電與斷電

• 如果我們可以進一步控制通電的時間比例，就能讓輸出的訊號產生變化，例如 LED 燈通電時間為50% ，就可以控制 LED 燈只有 50% 的亮度

電壓 VS感應值 (類比與數位差別 )電壓值

5V

0數位輸入數位輸出

1

0

類比輸入

1023

0

類比輸出255

0

2.5V 1 約 512 約 128

(PWM~腳位 )

PWM 使用方法• IDE code 為 analogWrite()• 格式： analogWrite(pin, value)• 在 uno 板子中， pin 可以是 3/5/9/10/11 腳位• Value: duty cycle ，介於 0-255 ， 0 為

0% ， 127 為 50% ， 255 為 100%

拿程式範例修改File => Example => Basic => Fade

int led = 9; // the pin that the LED is attached toint brightness = 0; // how bright the LED isint fadeAmount = 5; // how many points to fade the LED by

// the setup routine runs once when you press reset:void setup() { // declare pin 9 to be an output: pinMode(led, OUTPUT);}

// the loop routine runs over and over again forever:void loop() { // set the brightness of pin 9: analogWrite(led, brightness);

// change the brightness for next time through the loop: brightness = brightness + fadeAmount;

// reverse the direction of the fading at the ends of the fade: if (brightness == 0 || brightness == 255) { fadeAmount = -fadeAmount ; } // wait for 30 milliseconds to see the dimming effect delay(30); }

http://pcbheaven.com/

1. 控制器（即控制電路）會將輸入的 PWM 訊號轉換成相對的參考電壓（解碼 ,decoding ），不同的參考電壓會對應到伺服馬達轉軸的不同位置。

2. 控制器藉由量測電位計的分壓得知目前伺服馬達轉軸的位置。

3. 控制器比較此兩電壓的差異（也就是位置的差異），並開始轉動，直到輸入的參考電壓與實際的電位計分壓相同為止。

4. 因此，伺服馬達只要通電就會鎖死，無法由外力轉動，因為其會不斷地比較位置變化（當然會有一個初始值），並嘗試修正到目標位置。

 

 

 

伺服機 (Servo) 範例(File >> Example >> Servo >> Sweap)

程式 - Sweep#include <Servo.h> Servo myservo; // create servo object to control a servo // a maximum of eight servo objects can be created int pos = 0; // variable to store the servo position void setup() { myservo.attach(9); // attaches the servo on pin 9 to the servo object } void loop() { for(pos = 0; pos < 180; pos += 1) // goes from 0 degrees to 180 degrees { // in steps of 1 degree myservo.write(pos); // tell servo to go to position in variable 'pos' delay(15); // waits 15ms for the servo to reach the position } for(pos = 180; pos>=1; pos-=1) // goes from 180 degrees to 0 degrees { myservo.write(pos); // tell servo to go to position in variable 'pos' delay(15); // waits 15ms for the servo to reach the position } }

伺服機 (Servo)範例(File >> Example >> Servo >>

Knob)

程式 -Knob#include <Servo.h> Servo myservo; // create servo object to control a servo int potpin = 0; // analog pin used to connect the potentiometerint val; // variable to read the value from the analog pin void setup() { myservo.attach(9); // attaches the servo on pin 9 to the servo object } void loop() { val = analogRead(potpin); // reads the value of the potentiometer (value between 0 and 1023) val = map(val, 0, 1023, 0, 179); // scale it to use it with the servo (value between 0 and 180) myservo.write(val); // sets the servo position according to the scaled value delay(15); // waits for the servo to get there }

程式 -Knob#include <Servo.h> Servo myservo; // create servo object to control a servo int potpin = 0; // analog pin used to connect the potentiometerint val; // variable to read the value from the analog pin void setup() { myservo.attach(9); // attaches the servo on pin 9 to the servo object Serial.begin(9600);} void loop() { val = analogRead(potpin); // reads the value of the potentiometer (value between 0 and 1023) val = map(val, 0, 1023, 0, 179); // scale it to use it with the servo (value between 0 and 180) println(val); myservo.write(val); // sets the servo position according to the scaled value delay(15); // waits for the servo to get there }

DC 直流馬達

正反轉怎麼辦？

H 橋電路 • 一個典型的 H 橋 IC 主要是由四個電晶體組成，透過電晶體的開關控制電流流動的方向，因此可以用於馬達正反轉的控制上

原理說明

TA7279P

電路 D8D10馬達5V馬達GND

14 電池盒正電（紅）

阻抗值

煞車

逐漸停止

程式• File => Example => Basic => Blink

int input1 = 8;int input2 = 10;void setup() {

pinMode(input1, OUTPUT); pinMode(input2, OUTPUT);

}// the loop routine runs over and over again forever:void loop() {

digitalWrite(input1, HIGH); digitalWrite(input2, LOW); delay(1000);// wait for a second digitalWrite(input1, LOW); digitalWrite(input2, HIGH); delay(1000);// wait for a second

} 

步進馬達

外側為電磁鐵的定子，內為 NS 交互磁化的永磁轉子 ( 無齒型 )

依轉子的構造來分

http://www.engineersgarage.com/

http://ming-shian.blogspot.tw/2013/05/blog-post_8.html

雙極就是驅動馬達的電流是雙向的，驅動控制時，需要改變電流方向。 而單極的馬達，其電流就只需提供一個方向就好，改變提供的順序就可以達到驅動控制。

激磁方式

四相單極性步進馬達 ( 五線 )

http://robocraft.ru/

ULN2003APG

http://forum.allaboutcircuits.com/

http://www.instructables.com/

Stepper(int steps, pin1, pin2, pin3, pin4)建立一個步進馬達的物件。其中 step 是指轉一圈所需的步數，假使馬達定義每步的角度，用 360 去除，就會得到步數。例如： Stepper myStepper(100, 8, 9, 10, 11);  表示每一步為 3.6 度，轉一圈總共 100 步。Stepper.setSpeed(long rpms)設定步進馬達每分鐘轉速 (RPMs) ，需為正數。這個函式並不會讓馬達轉動，只是設定好轉速，當呼叫 Step() 函式時才會開始轉動。Stepper.step(int steps)啟動馬達行進 steps 步數。 setSpeed() 定義速度，正的表示一個方向， 負數表示反方向。

http://atceiling.blogspot.tw/

<Stepper.h>

程式Stepmotor_step

#include <Stepper.h>// initialize the stepper library on pins 8 through 11:Stepper myStepper(200, 8,9,10,11);// 表示每一步為 1.8 度，轉一圈總共 200 步。 void setup() {

// nothing to do inside the setup}void loop() { myStepper.setSpeed(50);// 轉速為 50rpm(revolution per minutes 每分鐘可以轉 50 圈 ) myStepper.step(1); // 一次走一步 } 

程式Stepmotor2_control

#include <Stepper.h>const int stepsPerRevolution = 200; // change this to fit the number of steps per revolution// for your motor// initialize the stepper library on pins 8 through 11:Stepper myStepper(stepsPerRevolution, 8,9,10,11); int stepCount = 0; // number of steps the motor has takenvoid setup() {

// nothing to do inside the setup}void loop() {

// read the sensor value: int sensorReading = analogRead(A0); // map it

to a range from 0 to 100: int motorSpeed = map(sensorReading, 0, 1023,

0, 100); // set the motor speed: if (motorSpeed > 0) {

myStepper.setSpeed(motorSpeed); // step 1/100 of a revolution: myStepper.step(stepsPerRevolution/

100); }

} 

Thank you!