Módulo Ponte H L298N – Controlando Motores com Arduino

Se você curte robótica, provavelmente deve estar louco para montar seu próprio robô. A ponte H é uma peça chave quando o assunto é robótica. Leia esse tutorial e entenda porque e saiba como usá-la. Esse é essencial  para quem quer montar seu robô Arduino.

O que é uma Ponte H?

Na maioria das abordagens em robótica faz-se necessária a utilização de motores DC em diversos tipos de locomoção de robôs, movimentação de braços mecânicos, etc. Os motores DC (direct current ou corrente continua) são cargas indutivas que, em geral, demandam uma quantidade de corrente superior à que as portas do Arduino conseguem fornecer.

Exemplo de motor DC

Sendo assim, não devemos ligar estes motores diretamente nas portas do Arduino pois se o motor demandar uma corrente acima de 40mA nas portas digitais (máxima fornecida pelo Arduino) pode queimar a porta e danificar a placa.

Para solucionar a questão da alta corrente poderíamos usar transistores, porem é importante que seja possível controlar o sentido de giro do motor, função que não se faz possível usando apenas um transistor já que para inverter o sentido de giro devemos inverter a polaridade da alimentação do motor (onde era positivo se põe negativo e vice versa). Um transistor só seria suficiente para ligar e desligar o motor.

Para resolver nosso problema utilizamos um famoso circuito conhecido como Ponte H que nada mais é que um arranjo de 4 transistores. Este circuito é uma elegante solução por ser capaz de acionar simultaneamente dois motores controlando não apenas seus sentidos, como também suas velocidades. Além de seu uso ser simples no Arduino.

Mas como funciona a Ponte H? Porque este nome?

As pontes H em possuem este nome devido ao formato que é montado o circuito, semelhante a letra H. O circuito utiliza quarto chaves (S1, S2, S3 e S4) que são acionadas de forma alternada, ou seja, (S1-S3) ou (S2-S4), veja as figuras abaixo. Dependendo da configuração entre as chaves teremos a corrente percorrendo o motor hora por um sentido, hora por outro.

Circuito Ponte H

Quando nenhum par de chaves está acionado, o motor está desligado (a). Quando o par S1-S3 é acionado a corrente percorre S1-S3 fazendo com que o motor gire em um sentido (b). Já quando o par S2-S4 é acionado a corrente percorre por outro caminho fazendo com que o motor gire no sentido contrário (c).

Circuito integrado L2398N

O CI L298N é muito utilizado para o propósito de controle de motores, ele nada mais é que uma ponte H em um componente integrado. Uma das vantagens do uso desse CI é o menor espaço ocupado, a baixa complexidade do circuito e o fato de ele já possuir dois circuitos H, podendo assim, controlar dois motores. Na figura a seguir você pode conferir o diagrama de blocos do CI L298N retirado de sua folha de dados (folha de dados L298N) :

Esquema dos circuitos internos do CI L298n

As funções dos principais pinos desse CI são descritas na tabela a seguir:

Funções dos principais pinos do L298N [1]

Outra vantagem do L298N é a resposta a sinais de PWM. Se no lugar de usar sinais lógicos TTL for usado sinais de PWM, é possível regular a tensão de saída, e dessa forma regular a velocidade dos motores.

O PWM, Pulse Width Modulation (Modulação por Largura de Pulso), consiste basicamente em aplicar uma onda quadrada de amplitude Vcc e frequência alta no lugar da tensão continua Vcc. Leia mais sobre PWM na postagem Grandezas digitais e analógicas e PWM.

Ao usar um sinal de PWM nas entradas IN1 e IN2, por exemplo, teremos uma tensão de saída nos pinos OUT1 e OUT2 em PWM que será igual à Duty Cycle*Vcc. Dessa forma, podemos regular a diferença de potencial média aplicada nos motores, controlando as suas velocidades.

Existem outras opções de CI’s de ponte H no mercado, é importante consultar as especificações deles em suas folhas de dados(Datasheet) para saber qual irá lhe atender melhor. Veja algumas opções de ponte H:

Módulos de Ponte H

Esses módulos são muito utilizados em aplicações de robótica. Esses módulos possuem dimensões pequenas e já possuem o circuito básico para o uso do CI, o que facilita na acomodação do módulo no robô ou em outros projetos e a sua utilização.

Existem varias opções disponíveis no mercado, com tamanhos e especificações diferentes. Algumas especificações são importantes ao escolher seu módulo, são elas:

  • Especificação de potência máxima fornecida;
  • Tensão máxima suportada;
  • Corrente máxima suportada;
  • Tensão lógica.

Um exemplo desses módulos é o oferecido em nossa loja, sua características são:

  • Ci L298N;
  • Tensão para os motores: 5 – 35V;
  • Corrente máxima para os motores: 2A;
  • Potencia máxima: 25W;
  • Tensão lógica: 5V;
  • Corrente lógica: 0-36mA;
  • Dimensões: 43x43x27 mm
  • Peso: 30g.
Módulo Ponte H com o CI L298N

Módulo Ponte H com CI L298N

Agora que já sabemos como a Ponte H funciona, vamos entender  na prática como podemos usá-las em conjunto com o Arduino. Para isso iremos usar o módulo com CI L298N.

Entradas e saídas

Para começa vamos entender função de cada pino bem como deve ser utilizado.

Entradas e saídas do módulo

 Motor A e Motor B: Conectores para os dois motores

  • 6-35V: Porta para alimentação da placa com tensão entre 6 a 35V.
  • Ativa 5V: Quando jumpeado, a placa utilizará o regulador de tensão integrado para fornecer 5v (na porta 5v) quando a porta 6-35V estiver sendo alimentada por uma tensão entre 6 e 35V. Neste caso, não se deve alimentar a porta 5V pois pode danificar os componentes. A tensão fornecida na porta 5V pode ser usada para alimentar o Arduino, por exemplo.
  • 5v: Em casos de não haver fonte de alimentação com mais de 6V podemos alimentar a placa com 5V por esta porta.
  • Ativa MA: Quando jumpeado aciona o motor A com velocidade máxima. Para controlar a velocidade do motor A basta remover o jumper e alimentar o pino com uma tensão entre 0 e 5v, onde 0V é a velocidade mínima (parado) e 5V a velocidade máxima.
  • Ativa MB: Quando jumpeado aciona o motor B com velocidade máxima. Para controlar a velocidade do motor B basta remover o jumper e alimentar o pino com uma tensão entre 0 e 5v, onde 0V é a velocidade mínima (parado) e 5V a velocidade máxima.
  • IN1 e IN2:são utilizados para controlar o sentido do motor A;
  • IN3 e IN4: são utilizados para controlar o sentido do motor B;

Veja que agora, no lugar das chaves S1-S3 e S2-S4 temos os pinos IN1 e IN2. Onde IN1 corresponde às chaves S1-S3 e a IN2 às chaves S3-S4.

Para controlar o sentido, temos as seguintes combinações para o motor A(IN1 e IN2)

Tabela de combinações

Para o motor B (IN3 e IN4), a tabela funciona da mesma forma.


Mãos à obra – Exemplo de Código 1 – Básico

Vamos fazer um exemplo para testar na pratica a ponte h. Neste primeiro exercício queremos testar o controle do sentido de giro dos motores A e B através do Arduino.

Componentes necessários

Para este exemplo, utilizaremos:

Montando o projeto

Prossiga com a montagem conforme esquema abaixo. Caso você use apenas um motor, basta desconsiderar o motor B:

Garanta que seu Arduino e a fonte externa estejam desligados durante a montagem.

Esquema de montagem exemplo 1

Conectando o Arduino ao computador

Conecte seu Arduino ao computador e abra a IDE Arduino.

Antes de carregar um programa, você precisa selecionar qual porta você deseja usar para fazer carregar o programa no Arduino (upload). Dentro do Arduino IDE, clique no menu Ferramentas (tools) e abra o submenu Porta(Port). Clique na porta que seu Arduino está conectado, tal como COM3 ou COM4. Geralmente aparece o nome da placa Arduino : “COM3 (Arduino/Genuino Uno)”.

Você também precisa garantir que o tipo de placa apropriado está selecionado em Ferramentas(Tools) no submenu Placa (Board).

Programando

Crie um programa (sketch) e salve com o nome de “exemplo1_ponteh”.

Em seguida, insira nele o código conforme escrito abaixo:

Após escrever o código, clique em Carregar (Upload) para que o programa seja transferido para seu Arduino.

 

Colocando para funcionar

Se tudo deu certo, teremos o motores fazendo os seguintes movimentos:

  • Motor A gira em um sentido
  • Motor A freia
  • Motor A gira no sentido contrario
  • Motor A freia
  • Motor B gira em um sentido
  • Motor B freia
  • Motor B gira no sentido contrario
  • Motor B freia

Entendendo a fundo

Entendendo o Software

Primeiro definimos os pinos que estão conectados à ponte H para controle de cada motor.

Veja que temos 2 pinos para cada moto para controle de sentido de giro.

Movimentando o motor

Para fazer o motor se movimentar, primeiro temos que informar para que direção ele deve girar:

Para controlar o sentido, temos as seguintes combinações para o motor A(IN1 e IN2)

É importante ter em mente essas combinações:


Fechamento

Que tal agora aprender a controlar a velocidade de um motor DC usando um módulo de Ponte H? Clique aqui e veja nosso tutorial sobre o assunto!!

Esperamos que tenham gostado, deixe seu comentário com duvidas, sugestões ou com a foto ou vídeo de seu projeto!! Compartilhe à vontade.

Referências Bibliográficas

[1]        Guimarães, F. A. Desenvolvimento de Robô Móvel Utilizando para a Exploração de Ambientes Hostis – Dissertação de Mestrado em Engenharia de Processos Químicos e Bioquímicos, Escola de Engenharia Mauá do Centro Universitário do Instituto Mauá de Tecnologia, São Caetano do Sul, SP, Brasil, 2007.

Editado por Allan Mota e revisado por Ícaro Lobo

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