אלקטרוניקה ומחשבים – יצחק, ברקת ושוהם כהן אתר מגמת אלקטרוניקה ומחשבים
מודול מנוע רטט Keyes – מדריך מקיף ומפורט
תוכן עניינים
מבוא
מודול מנוע רטט Keyes הוא רכיב אלקטרוני המשלב בתוכו טכנולוגיה דומה לזו שמשמשת בטלפונים הניידים שלנו. המודול מאפשר לנו להוסיף משוב רטט לפרויקטים שלנו בצורה פשוטה ויעילה. בניגוד למנועים רגילים שמסתובבים בצורה חלקה, מנוע הרטט נועד במיוחד ליצור תנועות ויברציה מבוקרות שניתן לחוש בהן.
תמונה של המודל
מפרט טכני מפורט
1. מתח הפעלה: 3.3V-5V DC
2. זרם עבודה מקסימלי: 70mA.
3. זרם במצב פעיל: 40-70mA (תלוי בעוצמת הרטט).
4. זרם במצב המתנה: פחות מ-10μA.
5. תדר עבודה: עד 12,000 סל”ד.
6. זמן תגובה: פחות מ-5ms.
7. פינים: VCC, GND, SIGNAL
8. מידות המודול: 15mm x 19mm x 7mm
9. משקל: 3 גרם.
10. טמפרטורת עבודה: 10°C- עד 50°C.
11. אורך חיים מוערך: מעל 100,000 שעות פעולה.
עיקרון הפעולה המפורט
המנגנון שמאחורי פעולת המנוע מבוסס על עיקרון פיזיקלי מתוחכם. בליבו של המודול נמצא מנוע DC קטן שעל צירו מורכבת משקולת אקצנטרית (לא מאוזנת). כאשר המנוע מסתובב, המשקולת הלא מאוזנת יוצרת כוח צנטריפוגלי שמשתנה באופן מחזורי. הכוח המשתנה הזה גורם לתנודות מהירות שאנחנו חשים כרטט.
בניגוד למנוע רגיל, שבו המטרה היא סיבוב חלק ויציב, כאן דווקא חוסר האיזון המכוון הוא שיוצר את האפקט הרצוי. המשקולת מתוכננת במדויק כך שתיצור את עוצמת הרטט האופטימלית – לא חזקה מדי שתגרום לנזק, אך מספיק מורגשת כדי לספק משוב ברור.
מעגל הבקרה המפורט
מערכת הבקרה של המודול היא הרבה יותר מורכבת ממה שנראה במבט ראשון. במרכזה נמצא טרנזיסטור NPN שמשמש כמגבר זרם, תפקיד קריטי בהפעלת המנוע. הסיבה לשימוש בטרנזיסטור היא פשוטה – המנוע דורש זרם של עד 70mA, בעוד שפין דיגיטלי של הארדואינו יכול לספק רק כ-20mA.
מרכיבי מעגל הבקרה:
1. טרנזיסטור NPN:
– פועל כמתג אלקטרוני מבוקר זרם.
– מאפשר שליטה בזרם גבוה באמצעות אות בקרה חלש.
– מגן על הארדואינו מפני עומס יתר.
2. רכיבי הגנה במעגל:
– נגד בסיס: מגביל את הזרם לטרנזיסטור
– דיודת הגנה: מונעת נזק ממתחי השראה
– קבל סינון: מפחית רעשים חשמליים
המעגל פועל כך:
כאשר אנחנו שולחים אות HIGH (‘1’) מהארדואינו, הטרנזיסטור נכנס למצב רוויה ומאפשר זרימת זרם גבוהה דרך המנוע. הדיודה מגנה על המעגל ממתחי יתר שנוצרים כאשר המנוע מפסיק לפעול פתאום.
PWM ושימושו במודול הרטט
PWM (Pulse Width Modulation) או בעברית “אפנון רוחב דופק”, היא טכניקה שמאפשרת לנו לשלוט בכמות האנרגיה שמועברת למנוע על ידי הפעלה וכיבוי מהירים מאוד של המתח. במקום לתת למנוע מתח קבוע, אנחנו מדליקים ומכבים אותו במחזוריות מהירה מאוד. ככל שזמן ההפעלה ארוך יותר ביחס לזמן הכיבוי, המנוע יקבל יותר אנרגיה.
במודול הרטט שלנו, PWM חיוני במיוחד מכיוון שהוא מאפשר לנו:
1. לשלוט בעוצמת הרטט – ככל שאחוז ה-PWM גבוה יותר, הרטט יהיה חזק יותר
2. ליצור דפוסי רטט שונים – למשל רטט חלש שמתגבר בהדרגה
3. לחסוך באנרגיה – במקום להפעיל את המנוע בעוצמה מלאה תמיד
בארדואינו, PWM פועל בטווח של 0 עד 255, כאשר:
0 = מנוע כבוי לגמרי
128 = המנוע מקבל 50% מהעוצמה
255 = המנוע פועל בעוצמה מלאה
חיבורים ותכנות
החיבור הפיזי של המודול פשוט מאוד, אך חשוב להבין את המשמעות של כל חיבור:
חיבורי המודול:
VCC ➜ 5V – מספק את המתח הדרוש להפעלת המנוע.
GND ➜ GND- סגירת מעגל.
SIGNAL ➜ פין 9 – מאפשר שליטה דיגיטלית ו-PWM.
שליטה ותכנות מפורט
הבקרה על מודול הרטט יכולה להתבצע בשתי רמות – בסיסית ומתקדמת. בשתיהן נוכל להשיג תוצאות מרשימות, אך כל אחת מתאימה לצרכים שונים.
קוד להפעלה בסיסית
const int motorPin = 9; // הגדרת פין הבקרה
void setup()
{
pinMode(motorPin, OUTPUT); // הגדרת הפין כפלט
}
void loop()
{
// הפעלת המנוע למשך שנייה וכיבוי למשך שנייה
digitalWrite(motorPin, 1);
delay(1000);
digitalWrite(motorPin, 0);
delay(1000);
}
קוד לשליטה מתקדמת
const int motorPin = 9; // פין תומך PWM
const int maxSpeed = 255; // ערך PWM מקסימלי
void setup()
{
pinMode(motorPin, OUTPUT);
}
void loop()
{
// העלאה הדרגתית של עוצמת הרטט
for (int speed = 0; speed <= maxSpeed; speed += 5)
{
analogWrite(motorPin, speed);
delay(50);
}
// הורדה הדרגתית של עוצמת הרטט
for (int speed = maxSpeed; speed >= 0; speed -= 5)
{
analogWrite(motorPin, speed);
delay(50);
}
delay(1000); // המתנה לפני המחזור הבא
}
יישומים מעשיים ורעיונות לפרויקטים
1. מערכת התראות חכמה – שילוב המודול עם חיישנים שונים ליצירת התראות מוחשיות על אירועים כמו טמפרטורה גבוהה או תנועה בחדר.
2. משחק תגובה מהירה – יצירת משחק שבו השחקן צריך להגיב במהירות לרטט בלחיצה על כפתור.
3. מצפן רוטט – שילוב עם חיישן מצפן להכוונה באמצעות רטט כשפונים לכיוון מסוים.
4. שעון מעורר שקט – מערכת שמעירה באמצעות רטט במקום צליל.
5. עזר לכבדי ראייה – מערכת המתריעה על מכשולים באמצעות רטט משתנה לפי המרחק.
