Motores DC

Arduino (UNO) no proporciona corriente suficiente para hacer funcionar, en condiciones "dignas", un motor de corriente continua de los que solemos usar en el aula-taller de Tecnologías (motor DC). Conviene alimentar Arduino con una fuente externa (7 -12 V) para poder proporcionar intensidad necesaria para el par motor requerido en los proyectos.

Existen "shields" o tarjetas que se encajan sobre Arduino y le añaden funciones específicas como mover motores DC.

Alimentación

Como vimos en la sección de Alimentación eléctrica de Arduino (ver https://libros.catedu.es/books/programa-arduino-mediante-codigo/page/hardware) no es recomendable alimentar Arduino, cuando se trabaja con elementos de "alto" consumo como pueden ser los motores DC, con el cable USB. Tenemos la posibilidad de proporcionar más corriente (mA) a través de la conexión jack de Arduino. En el pin Vin tendremos una salida del voltaje que apliquemos por el jack que servirá para alimentar a los motores. Si el motor es pequeño y trabaja sin carga, sí que se puede conectar diréctamente al Arduino.

Recomendamos las siguientes páginas de Luis Llamas:   Tipo de motores y Motores paso a paso

Montajes que vamos a realizar

Vamos a controlar los motores de 4 formas:

• Montaje 29 motor con transistor con/sin la shield Edubásica
• Montaje 30 circuito integrado L293 con/sin la shield Edubásica
• Montaje 31 un coche loco con/sin la shield Edubásica
• Montaje 32 un coche teledirigido con el móvil con/sin la shield Edubásica 
• Montaje 33 un coche teledirigido con la voz con/sin la shield Edubásica 

Montaje 29 motor con transistor

El transistor es un componente analógico con infinidad de aplicaciones. Como se observa en la imagen, es un dispositivo con tres pines llamados emisor (E), colector (C) y base (B). El funcionamiento a groso modo es sencillo: Si suministramos "cierta" cantidad de corriente al terminal llamado base, entre los terminales emisor y colector circulará una corriente proporcional a la que entra por la base. Puede ser unas 100 veces mayor (este valor dependerá del transistor y se llama ganancia), por lo tanto, lo que tenemos es un amplificador de corriente, o sea, que con una intensidad pequeña podemos obtener una más grande entre los terminales emisor y colector. Si a estos dos terminales conectamos un motor DC conseguiremos hacerlo girar con garantías. Cuando no hay corriente en la base (o es muy pequeña) el colector y emisor están desconectados y no circulará corriente entre ellos.

Nuestra propuesta es que  realices un montaje de mover un motor a través de un transistor. Que funcione 1 segundo, luego 1 segundo parado y así sucesivamente.

Montaje 29 Programa motor con transistor

Este es el programa que te proponemos: https://create.arduino.cc/editor/javierquintana/c2d6681b-76d7-4231-9f8b-d0110348b7d4/preview

Montaje 29 Esquema de montaje motor con transistor con Edubásica

La shield de Edubásica ya tiene incorporado el transistor y los diodos de protección para funcionar el motor, para ello tenemos que hacer:

• Poner el interruptor en ON
• Conectar el motor en la salida del transistor y Vin
• Utilizar D6 como pin de control del motor

Montaje 29 Esquema de montaje motor con transistor sin Edubásica

Desde Arduino (salida digital) actuamos sobre la base si enviamos un HIGH al pin digital donde la conectemos (pin 6 en el esquema). El transistor tiene que tener suficiente ganancia. Se conecta un diodo de protección en antiparalelo (1N004). Cuando el motor se para las bobinas se desmagnetizan y se descargan de energía eléctrica. El diodo proporciona un camino para su descarga (la energía se disipa en forma de calor en el diodo) y así se evita que sufra el transistor.

Es decir, sería esta vista :

Importante: NO CONECTES EL MOTOR DIRÉCTAMENTE AL ARDUINO, PODRÍAS DAÑARLO

Montaje 29 Simulación de montaje motor con transistor sin Edubásica

En el momento de realizar este circuito, Tinkercad no tiene un Jack de conexión, luego hemos conectado directamente la pila al Vin

¿Te atreves?

Otra posibilidad que protege el transistor es, en vez de conectar directamente el motor al colector del transistor, ubicar un relé en esa posición y accionar el motor con alimentación independiente con la conmutación del relé. ¿Te atreves a montar un montaje que active el motor DC mediante un relé conectado al colector del transistor.?

Montaje 30 motor con Circuito L293

El circuito integrado L293 permite controlar motores DC de pequeña potencia, pero en general bobinas, o sea cualquier elemento que precise pico de potencia, como los relés, etc..  Para utilizarlo hay que hacer un montaje externo a Arduino, en una placa de pruebas, y alimentar a los motores a través de este circuito integrado.

El CI L293 tiene las siguientes características:

• Se pueden controlar hasta 2 motores.
• Proporciona 1A a los motores (en total)  y permite cambiar el sentido de giro.
• Utiliza un puente en H que funciona según se observa en las figuras (internamente utiliza transistores para conmutar*) :

Modos de operación para invertir el sentido de giro:

"H bridge operating" by Cyril BUTTAY - own work, made using inkscape. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons.

Nuestra propuesta es que montes el motor utilizando el CI L293 que realice el siguiente ciclo :
- Giro en un sentido durante 1seg.
- Paro durante 0.5seg.
- Giro en sentido contrario durante 1 seg
- Paro durante 0.5seg.

Montaje 30 motor con Circuito L293 con Edubásica

Edubásica es una tarjeta diseñada para facilitar la tarea en el aula. Elimina gran parte de cableado y conexiones en la placa de pruebas lo que evita muchos errores en las prácticas. 

En esta placa disponemos de las dos opciones vistas anteriormente. Edubásica lleva montados, entre otros componentes, un circuito integrado L293 y un transistor. Por lo tanto podemos activar motores usando ambas opciones, aunque lo recomendable es utilizar el L293 que permite el cambio de sentido de giro y regular la velocidad actuando con una señal PWM sobre los dos pines de habilitación (dependiendo de la hoja de datos viene como ENABLE o CHIP INHIBIT)  del circuito L293. Los pines de Arduino que pueden regular la velocidad por PWM correspondientes a esas patillas de habilitación serán: D10 para el motor A y D11 para el motor B.

Para hacer funcionar dos motores DC con Edubásica sólo tenemos que conectar en las clemas indicadas (serigrafiados en la placa como Motor A y Motor B) los dos cables de cada motor. Según se observa en la imagen, tenemos 4 conexiones para los dos motores. Desde Arduino y con la tabla de verdad del CI L293 indicada en la sección anterior,  podemos regular el sentido de giro y velocidad de cada motor.

Edubásica lleva un interruptor que permite tomar el voltaje de la salida Vin de Arduino (alimentación externa), necesaria para dar la corriente suficiente para accionar los motores. Cuando el piloto Vin está encendido significa que la alimentación de Edubásica viene de Vin de Arduino, o bien, directamente desde una fuente externa conectada a la clema Vin de Edubásica de la regleta de alimentación (en la imagen la regleta de la parte inferior).

Es muy fácil, podemos conectar hasta dos motores en los pines dispuestos para ello, y utilizaremos:

• Para el motor A el control de velocidad por el pin 10 y las direcciones por 8 y 9
• Para el motor B el control de velocidad por el pin 11 y las direcciones por 12 y 13.
• Interruptor en ON

Conectando los dos terminales del motor a la clema del transistor de Edubásica, también podríamos hacerlo funcionar enviando un nivel HIGH al pin digital 6 de Arduino.  Este pin (D6) está conectado directamente a la base del transistor de Edubásica. La desventaja respecto al CI L293 es que, en este caso, no podríamos cambiar el sentido de giro.

Montaje 30 motor con Circuito L293 sin Edubásica

Vamos a ver de qué manera se pueden activar los motores DC para hacer una secuencia sencilla de giro. Primero de todo vamos a ver cómo se conecta todo. Las conexiones del circuito integrado según podemos ver en la hoja de datos del fabricante son las siguientes:

• Vcc2(VC), pin 8 del L293:  El voltaje que se introduzca aquí alimentará a los motores (Vin de Arduino).
• Vcc1(VSS), pin 18 del L293: El voltaje que se introduzca aquí alimentará al propio circuito integrado (+5V de Arduino).

Las conexiones del circuito con Arduino las podemos ver en el siguiente esquema:

Para saber la orientación del sentido de giro disponemos de la siguiente tabla de verdad:

Simulación 30 motor con Circuito L293 sin Edubásica

Montaje 31 Coche loco

Vamos a darle un poco de emoción

via GIPHY

Te proponemos que realices unos movimientos locos en el coche (los que quieras)

Montaje 31 chasis coche

Puedes ver en esta página de Luis Llamas cómo hacer un coche teledirigido puede salir por menos de 20€, nosotros como ya tenemos el L298N integrado en Edubasica, sólo hemos comprado el chasis por 7€ y no vamos a poner sensor ultrasonidos y sensor de línea:

Si quieres hacerlo todo terreno Luis Llamas te explica cómo hacerlo con cadenas.

Montaje 31 coche loco con Edubásica: Conexiones

Las conexiones son muy sencillas:

• Pines motor A al conector pines motor A de Edubásica
• Pines motor B al conector pines motor B de Edubásica
• Cables de las pilas a Vin y GND

NOTA: Si funciona pero ves que las ordenes están cambiadas (es decir que queremos que gire a la izquierda y va hacia delante, queremos que vaya hacia delante y gira a la izquierda...) es debido a que tenemos los cables rojo y negro de un motor intercambiados.

Ordenes

Estos son los pines que hay que activar:

Orden	Motor A	Motor B
Velocidad	10	11
Dirección 1	8	12
Dirección 2	9	13

La tabla de verdad es muy fácil:

MOTOR A

Pin 10	Pin 8	Pin 9	Motor A
HIGH	HIGH	LOW	giro
HIGH	LOW	HIGH	giro contrario
LOW	X	X	STOP

MOTOR B

Pin 11	Pin 12	Pin 13	Motor B
HIGH	HIGH	LOW	giro
HIGH	LOW	HIGH	giro contrario
LOW	X	X	STOP

Ampliaciones posibles

Recuerda que en el transistor aún puedes poner otro motor. Respecto a terminales digitales, te quedan pines para poner servos, sensor de ultrasonidos, sensor de líneas...

Montaje 31 coche loco sin Edubásica: Conexiones

Tenemos que comprar el chasis anterior y además un L298N, recomendamos ver esta página de Luis Llamas

La circuitería se complica, pues necesitamos cablear los pines de control:

Recuerda: Siempre pon en común las masas GND. En caso contrario puedes romper la placa Arduino y también el L298

Ordenes

Para respetar los mismos programas que Luis Llamas, estos son los pines que hay que activar:

Orden	MotorA	MotorB
Velocidad	6	11
Dirección 1	7	9
Dirección 2	8	10

La tabla de verdad es muy fácil:

MOTOR A

Pin 6	Pin 7	Pin 8	MotorA
HIGH	HIGH	LOW	giro
HIGH	LOW	HIGH	giro contrario
LOW	X	X	STOP

MOTOR B

Pin 11	Pin 9	Pin 10	MotorB
HIGH	HIGH	LOW	giro
HIGH	LOW	HIGH	giro contrario
LOW	X	X	STOP

Montaje 31 coche loco con Edubásica: Código

El código es sencillo pero engorroso. Sólo hemos utilizado la función inicial SETUP de tal manera que sólo lo ejecuta una vez. LOOP lo hemos dejado vacío

https://create.arduino.cc/editor/javierquintana/761d52b7-9cef-4af9-9061-8c405888da7d/preview

Montaje 31 coche loco sin Edubásica: Código

Cambia el principio de la cabecera, y omitiendo los LEDs:

////////////// SIN EDUBASICA ////////////////
#define ENABLEA 6
#define DIR1A 7
#define DIR2A 8
#define ENABLEB 11
#define DIR1B 9
#define DIR2B 10

https://create.arduino.cc/editor/javierquintana/af7ee63f-e189-4ca2-85e7-09fa3c9abfdc/preview

Reto: ¿Qué tal si en vez de activarse con el botón, que simplemente cuando este oscuro (utiliza el valor del pin analógico 2 = LDR), se ponga a bailar?

Montaje 32 Coche teledirigido

Sé que lo estabas pensando... ponerle el Bluetooth, vamos allá:

Realizar un coche teledirigido por Bluetooth con las siguientes órdenes
- U = Up hacia delante
- D = Down hacia atrás
- L = Left giro a la izquierda
- R = Right giro a la derecha
- S = Stop paro

OJO, para realizar este ejercicio tienes que vincular el HC-06 con la APP, vincularlo, poner el HC-06 pero quitarlo cuando se carga el programa... etc. ¿no te acuerdas? : A repasar lo anterior.

Las conexiones son las mismas que el montaje 31

Montaje 32 Coche teledirigido código con Edubásica

https://create.arduino.cc/editor/javierquintana/d89d0168-fd8a-42ff-ad5f-f0c9e0da9266/preview

Montaje 32 Coche teledirigido código sin Edubásica

Cambia el principio de la cabecera, y omite los LEDs:

https://create.arduino.cc/editor/javierquintana/38a32560-c6ea-499f-8579-87edf60ddd55/preview

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Coche teledirigido con voz

¿Y si ahora lo controlamos por voz?

Solución

¡¡ Es el mismo código que el anterior !!!

Lo que pasa es en la aplicación Arduino Blue Control utilizamos en vez del mando con flechas, el control de voz. Easy-peasy !!

Y previamente hemos configurado los comandos de voz:

Orden de voz	Comando a enviar
adelante	U
atrás	D
derecha	R
izquierda	L
stop	S

Total 5 comandos de voz a configurar: