QUINTANA CIGARRERO ELIAS

LEAL GARCIA JOSE ENRIQUE

MARTINEZ MENES GRISELDA

MEDINA SANCHEZ JULIAN

CASTILLO SANCHEZ JAIRO DANIEL

Introducción.

Controlar un motor es fácil, le pasas corriente y listo, ya corre. Si quieres controlar la velocidad, es decir, que acelere, ya es un pelín más complejo, necesitas PWM, pero… si además quieres elegir en qué dirección tiene que girar,  necesitas lo que se denomina un puente H.Este tutorial viene a ser una continuación del Howto ArduTanque DIY, el tanque ya está montado, falta hacer que se mueva. En este tutorial no me voy a detener en los posibles usos que se le puedan dar a un motor (desde mover ruedas u orugas a un ventilador, ducted-fan, etc), los límites los pones tú, yo sólo te voy a explicar cómo mover un motor (o varios).

Podría entrar a explicar toda la teoría de cómo influyen las corrientes eléctricas en el bobinado de un motor… pero ni tengo mucha idea, ni entra en el objetivo de este tutorial, así que vamos a ver directamente al tema, como controlar un motor.

Con un motor, si no necesitamos variar la velocidad ni el sentido, lo tenemos muy fácil, asignamos un pin de salida del arduino y le damos valor HIGH cada vez que lo queramos en marcha, al igual que haríamos para encender un LED.

Marco Teórico.

Motores de CD.

El motor de corriente continua (denominado también motor de corriente directa, motor CC o motor CD) es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción del campo magnético.

Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes. El estator da soporte mecánico al aparato y contiene los devanados principales de la máquina, conocidos también con el nombre de polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, alimentado con corriente directa mediante escobillas fijas (conocidas también como carbones).

El principal inconveniente de estas máquinas es el mantenimiento, muy caro y laborioso, debido principalmente al desgaste que sufren las escobillas al entrar en contacto con las delgas.

Algunas aplicaciones especiales de estos motores son los motores lineales, cuando ejercen tracción sobre un riel, o bien los motores de imanes permanentes. Los motores de corriente continua (CC) también se utilizan en la construcción de servomotores y motores paso a paso. Además existen motores de CD sin escobillas.

Es posible controlar la velocidad y el par de estos motores utilizando técnicas de control de motores CD.

Transistores.

El Transistor es un componente electrónico formado por materiales semiconductores, de uso muy habitual pues lo encontramos presente en cualquiera de los aparatos de uso cotidiano como las radios, alarmas, automóviles, ordenadores, etc. 

      Vienen a sustituir a las antiguas válvulas termoiónicas de hace unas décadas. Gracias a ellos fue posible la construcción de receptores de radio portátiles llamados comúnmente "transistores", televisores que se encendían en un par de segundos, televisores en color, etc. Antes de aparecer los transistores, los aparatos a válvulas tenían que trabajar con tensiones bastante altas, tardaban más de 30 segundos en empezar a funcionar, y en ningún caso podían funcionar a pilas, debido al gran consumo que tenían.

     Los transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de control.

  

En la imagen siguiente vemos a la derecha un transistor real y a la izquierda el símbolo usado en los circuitos electrónicos. Fíjate que siempre tienen 3 patillas y se llaman emisor, base y colector. Es muy importante saber identificar bien las 3 patillas a la hora de conectarlo. En el caso de la figura, la 1 sería el emisor, la 2 el colector y la 3 la base.

   Un transistor es un componente que tiene, básicamente, dos funciones:

   - Deja pasar o corta señales eléctricas a partir de una PEQUEÑA señal de mando. Como Interruptor.- Funciona como un elemento AMPLIFICADOR de señales. Pero el Transistor también puede cumplir funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.

Diodos.

Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo.

De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.

Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío, también llamados válvulas termoiónicas constituidas por dos electrodos rodeados de vacío en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. El invento fue desarrollado en 1904 por John Ambrose Fleming, empleado de la empresa Marconi, basándose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison.

Objetivo.

Variar la velocidad de un motor de CD de 5 Volts a través de una salida PWM de Arduino LEONARDO.

Material

-1 potenciómetro de 1kΩ (tipo: through hole o pcb).

-1 transistor NPN BC548

-1 diodo de conmutación rápida 1N4001

-1 motor de CD de 5Volts.

Desarrollo.

Las salidas de Arduino, sus pines son ideales para controlar directamente los pequeños elementos eléctricos, como los LED. Sin embargo, cuando se trata de dispositivos de consumos más grandes (como un motor de juguete o el de una máquina de lavar), es necesario un controlador externo. Un transistor es increíblemente útil. Se obtiene una gran cantidad de corriente con una, mucho menor. Un transistor tipo NPN, conectaremos la carga (M1) al colector del transistor y el emisor al negativo o masa. Así, cuando la señal alta del pin de nuestro Arduino alcance la base, fluirá una pequeña corriente por R1 (1K) de la base al emisor y la corriente a través del transistor fluirá y el motor girará.

Hay miles de transistores del tipo NPN, que se adaptan perfectamente a todas las situaciones. Como voy a utilizar la tensión de 6V de un cargador que tengo a mano, he elegido el BC548 un transistor común de uso general. Los factores más relevantes en nuestro caso es que la tensión máxima (45 V) y su corriente media

(600 mA) son lo suficientemente alta para nuestro motor de juguete. En cuanto al diodo 1N4001 está actuando como un diodo de seguridad.

Veamos una aplicación sencilla, en la que utilizaremos un código de los muchos que existen en la red. Esto es un programa rápido para probar el circuito.

Para controlar esto desde el exterior, se puede utilizar un pot en un puerto analógico para variar el número de grados e incrementar su barrido.

Qué ocurre. El motor gira desde un mínimo de velocidad hasta el máximo según giremos el pot, sin embargo, se observa que el motor pierde fuerza de torsión (par motor, torque en inglés), esto puede ser debido en parte, al transistor que utilicemos, pero es más propio que sea debido al código del programa que no se adecua a lo que esperábamos. Debemos pensar en otro método para lograr nuestro propósito.

Este es un código bastante bueno, para el control de un motor de corriente continua que, se comporta muy parecido al código anterior.

El programa lee una entrada analógica en el pin A0, la cual está variando su nivel de voltaje a través de un potenciómetro en un rango de 0 a 3.3 Volts. Posteriormente se envía a un pin del tipo PWM (pin 3) de Arduino DUE, para esta ser aplicada a la base de un transistor que nos permitirá utilizar la señal para la variación de velocidad de un motor de CD de 5 volts.

Para tener un concepto más claro veamos el comportamiento del siguiente gráfico:

Valores de Lectura Análoga

(analogRead(A0))

Velocidad del Motor

DC

0 0.0%

54 5.3%

93 9.1%

142 13.9%

201 19.6%

315 30.8%

393 38.4%

474 46.3%

574 56.1%

640 62.6%

733 71.7%

854 83.5%

967 94.5%

1023 100.0%

En esta experiencia se utilizó potenciómetro, debido a que es un circuito con baja corriente, y no un reóstato ya que este disipa más potencia y es utilizado para circuitos de mayor corriente.

Los extremos del potenciómetro se conectan al +5V y a GND. El punto central, se conecta a una entrada analógica, en este caso (A0).

Como recordamos los pines analógicos en Arduino son manejados por un convertidor analógico/digital de 10 bits, por lo que entregan a su salida, valores entre 0 y 1023. De esta manera la tensión que entrega el potenciómetro a la entrada analógica, en la función analogRead, variará entre 0 (cuando esté a 0V) y 1023 (cuando esté a 5V).

Conclusión.

Después de lo tratado hasta el momento, en este documento, estamos preparados para comprender y emprender el montaje del L293 en puente-H, para el control de un motor. Es cierto que el control de motores, también se puede ejercer con un circuito integrado como es el ULN2003 que integra una matriz de siete transistores darlington, capaces de entregar hasta 500mA cada uno y la versión ULN2803, con una matriz de ocho transistores darlington. Este último, se utiliza en los casos que se tienen que controlar más de un motor y sobre todo, con motores unipolares.

Los motores que hemos manejado hasta el momento son motores de corriente continua (DC), en próximos artículos desarrollaremos controles para motores paso a paso bipolares y unipolares. El control de un motor unipolar, es más sencillo que el del motor bipolar, debido a la manera de energizar los devanados.