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IL DRIVER MOTORI («PONTE H»)

 

Il driver per i motori è un circuito che permette al segnale captato dai sensori di comandare lo stato del motore (avanti - stop - indietro). Viene realizzato con un circuito chiamato «ponte H» di cui qui sotto viene riportato lo schema concettuale (da http://www.acroname.com/robotics/info/articles/drivers/drivers.html):

Più di tante parole, per capire come funziona un ponte H conviene costruire questo semplice circuito con quattro interruttori (A, B, C, D), una pila (+ e -) e un motorino (Load), osservando cosa succede quando si chiudono i diversi contatti.
 

combinazione polarità effetto
A & D avanti il motore gira in avanti
B & C indietro il motore gira all'indietro
A & B bloccato motore frenato
C & D bloccato motore frenato
Nessuna libero motore in folle
A & C corto circuito 
B & D corto circuito 

Una volta fatta un po' di pratica con questo circuito, si può montare il circuito seguente che sostituisce gli interruttori manuali con degli interruttori elettronici (= transistor). Provate ad usare 2N3906 per Q1-Q2 (PNP) e 2N3904 per Q3-Q4 (NPN). Le resistenze di base sono da 1K:

Il comportamento di un ponte H è illustrato nella tabella che segue:
    

IN A

IN B

MOTORE

0

0

FERMO

1

0

AVANTI

0

1

INDIETRO

1

1

FERMO

Come si vede, quando A e B sono uguali (entrambi negativi o entrambi positivi), il motore non gira. Per invertire il senso di marcia bisogna invertire i livelli logici di A e B. 

Schema di montaggio del ponte H a transistor (visto dal lato componenti)

NOTA : la condizione 0/0 oppure 1/1 può provocare la distruzione dei transistor! Per questo normalmente si aggiunge un inverter (U1A) tra l'entrata A e B. In questo modo, ai capi del ponte si ottengono sempre due livelli logici opposti:

Se volete approfondire il discorso e sapete l'inglese, potete consultare questi siti: . Oppure scaricate l'interessante articolo «Electronic Control for DC Motors» da Nuts & Volts Stamp Application PDFs.

Benché si possano costruire dei circuiti a ponte H con componenti discreti, è molto più comodo e sicuro utilizzare dei circuiti integrati.
Il primo schema utilizza due integrati MAX626/7/8 della Maxim (uno per ogni motore). Il MAX626 è un driver a Mosfet con cui si può realizzare un ponte H estremamente compatto e con pochi componenti aggiuntivi. La piedinatura e lo schema applicativo sono tratti dal datasheet della Casa costruttrice:

NOTA: gli integrati MAX626/7/8 sono sostituibili con i MAX4426/7/8. Ecco uno schema tratto dal sito Robot Room:

  • D1 - D4 sono diodi Schottky (1N5817 - 1N5711) che proteggono l'integrato dalle extratensioni generate dal motore. 

  • Le due resistenze da 10k (opzionali) forzano gli ingressi (pin 2 e 4) al livello logico 1. 

  • Collegare l'alimentazione ai piedini 6 (+) e 3 (GND) dell'integrato. 

  • Collegare un condensatore poliestere da 100nF e un condensatore elettrolitico da 1 mF (non indicati nello schema) tra il pin 6 (+) e il pin 3 (GND) dell'integrato.

ATTENZIONE: vedi la nota su www.robotroom.com/HBridge.html secondo cui questo ponte è adatto a pilotare motori che non assorbano più di 100-150 mA sotto carico.

 

Schema di montaggio del ponte H con integrato MAX4426 (visto dal lato componenti)

TERMINALE "ENABLE"

Il circuito che segue serve per ricavare un terminale ENABLE quando si usano come ponte-H degli integrati tipo MAX626, TC4424 (e simili) che ne sono sprovvisti. Il terminale ENABLE può essere utilizzato per regolare la velocità del motore mediante un segnale PWM (vedi qui).

NOTA: anche se nello schema non compaiono, gli ingressi A e B sono forzati a livello 1 da due resistenze da 10K.

Lo schema seguente presenta un ponte H che utilizza l'integrato L293D ed è tratto dal datasheet:

1 = enable A

  9 = enable B

2 – 7 = input A

10 – 15 = input B

3 – 6 = motore A

11 – 14 = motore B

8 = alimentazione motori

16 = alimentazione +5V

4 - 5 = GND 12 - 13 = GND

Rispetto a quelli precedenti, questo integrato presenta anche un piedino VINH (inhibit = disabilita). Per abilitare il ponte, collegare i piedini 1 e 9 a +5V.

Il modello L293D contiene al suo interno anche i diodi di protezione e non richiede quindi altri componenti aggiuntivi, a parte le capacità di filtro su entrambe le alimentazioni (pin 8 e 16). 

La velocità dei motori può essere controllata inviando ai terminali enable (1 / 9) degli impulsi a larghezza variabile (PWM).

Per altre informazioni sul pilotaggio dei motori vedi:


NOTA AGGIUNTIVA SUL PONTE H

Come si è detto, il motore collegato al ponte H si muove solo se i livelli logici applicati agli ingressi del ponte sono opposti (1/0 - 0/1). Questo permette il controllo della direzione di marcia del minirobot.

Se, come avviene di solito, tra i due ingressi del ponte viene collegato un inverter, il motore sarà sempre in moto e cambierà direzione quando cambia il livello logico in entrata. In questo modo avremo un robot che non potrà mai fermarsi, a meno di agire su eventuali ingressi di ENABLE o togliendo l'alimentazione ai motori:

Lo schema seguente mostra un circuito adatto a pilotare un doppio ponte H. Ai punti IN1 e IN2 vanno collegati i segnali di ingresso. Le uscite (A1-B1) e (A2-B2) vanno collegate ai rispettivi canali del ponte H (per maggiori chiarimenti vedi )

Se, al contrario, colleghiamo i due ingressi al positivo (attraverso due resistenze di pull-up), avremo un robot che normalmente sarà immobile e si muoverà in una direzione o nell'altra solo quando cambia il livello logico su uno degli ingressi.

Con questo tipo di ponte e applicando agli ingressi A e B degli elementi fotosensibili (fotoresistenze o fototransistor) si possono costruire dei robot che seguono la luce oppure delle teste fototropiche:

Il trimmer serve per il bilanciamento, cioè per arrestare il motore quando la fonte luminosa è centrata.  

           

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