ค้นหาบทความที่นี่

บทความทั้งหมด

มอเตอร์ สเต็ปมอเตอร์ เซอร์โว - ตอนที่ 6 : การใช้วงจร H-Bridge ขับมอเตอร์และสเต็ปมอเตอร์

5 ปีที่ผ่านมา

โดย เจ้าของร้าน

Publish : 9 October 2020

หัวข้อในบทความนี้
- H-Bridge เบื้องต้น
- การเขียนโปรแกรมควบคุมมอเตอร์ผ่าน H-Bridge
- ตัวอย่างการการเขียนโปรแกรมควบคุมการเดินของหุ่นยนต์
- การใช้งาน H-Bridge ควบคุม Bipolar Stepper Motor

เมื่อตอนที่ 1 เราพูดถึงเรื่อง H-Bridge ในการขับมอเตอร์กันไปบ้างแล้ว ในตอนนี้เราจะมาลงรายละเอียดกันซักหน่อยครับว่ามันเป็นยังไง จะได้กระจ่างกันขึ้นอีกนิด ไม่ต้องเกริ่นมากครับ ไปดูเนื้อหากันเลยดีกว่า จะได้ไม่ยาวเกินอ่านไม่สนุก

H-Bridge เบื้องต้น
H-Bridge เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำหน้าที่สลับขั้วไฟฟ้าให้กับโหลด ซึ่งส่วนมากนั้นเรามักพบวงจร H-Bridge ในหุ่นยนต์ หรืออุปกรณ์ที่มี DC motor และต้องมีการหมุนในทิศทางไป-กลับ สลับกันตลอดเวลา หากจะกล่าวถึงคือวงจร AC-DC Converter, AC-AC Converter วงจรควบคุมมอเตอร์ส่วนใหญ่ โดยเฉพาะวงจรควบคุม Bipolar Stepper Motor ล้วนใช้วงจร H-Bridge ในการทำงานทั้งสิ้น เราสามารถสร้างวงจร H-Bridge อย่างง่าย ๆ จากสวิตช์ 4 ตัว ดังรูป

เมื่อเราปิดวงจรสวิตช์ตัวที่ 1 และตัวที่ 4 กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านสวิตช์ 1 ผ่านมอเตอร์จากซ้ายไปขวา ผ่านสวิตช์ 4 แล้วไหลลงกราวด์ ตามรูป

เมื่อเราทำการปิดวงจรสวิตช์ตัวที่ 3 และตัวที่ 2 กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านสวิตช์ 3 ผ่านมอเตอร์จากขวาไปซ้าย ผ่านสวิตช์ 2 ซึ่งจะส่งผลให้มอเตอร์หมุนกลับทิศทางไปอีกด้านหนึ่ง จากนั้นจึงไหลลงกราวด์ ตามรูป

ข้อควรระวังคือหากเราควบคุมผิดพลาด เช่นรูปด้านล่างเราทำการปิดวงจรสวิตช์ 3 และ 4 กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านวงจรโดยไม่มีความต้านทานใด ๆ ทำให้เกิดการลัดวงจรไฟฟ้า ซึ่งจะส่งผลให้เกิดความเสียหายกับวงจร วงจรอาจไหม้จากความร้อนที่เกิดขึ้นได้

การเขียนโปรแกรมควบคุมมอเตอร์ผ่าน H-Bridge
ในการใช้งานนั้นเราจะไม่มานั่งกดสวิตช์ทุกครั้งไปตามที่ได้กล่าวในบทที่ 1 แล้ว เราจะแทนที่สวิตช์ด้วยรีเลย์ หรือทรานซิสเตอร์ หรือมอสเฟต แล้วใช้สัญญาณจากไมโครคอนโทรเลอร์หรือไมโครคอมพิวเตอร์มาควบคุมการเปิดปิด (สามารถดูการใช้งานวงจรทรานซิสเตอร์-มอสเฟตได้จากตอนที่ 4 ซึ่งเราก็จะเอาวงจรในนั้น 4 วงจร มาแทนสวิตช์แต่ละตัวเท่านั้นเองครับ)

ในการเปิดปิดสัญญาณที่ตัวต่าง ๆ ก็จะให้ผลดังนี้ (ใครทำหุ่นยนต์ก็นำเอาตรงนี้ไปเขียนโค้ดได้เลยครับ)

A	B	C	D	ผลที่ได้
1	0	0	1	เดินหน้า
0	1	1	0	ถอยหลัง
1	1	0	0	เบรก
0	0	1	1	เบรก
1	0	1	0	! ลัดวงจร ! ห้ามทำเด็ดขาด
0	1	0	1	! ลัดวงจร ! ห้ามทำเด็ดขาด

ตัวอย่างการการเขียนโปรแกรมควบคุมการเดินของหุ่นยนต์
เมื่อเรารู้แล้วว่าการจ่ายไฟตรงไหนจะให้ผลลัพธ์อย่างไร เรามาลองเขียนโปรแกรมควบคุมการวิ่งของหุ่นยนต์แบบง่าย ๆ กันดีกว่าครับ กรณีนี้จะเป็นแบบง่าย คือมอเตอร์ตัวเดียวขับเพลาแกนเดียวทำให้ล้อทั้งสองข้างหมุน หากมีการเลี้ยวจะต้องใช้มอเตอร์สองตัวหมุนทิศตรงข้ามเพื่อให้หุ่นยนต์หมุนเลี้ยว ซึ่งจะเขียนบทความในโอกาสต่อไป

ทดลองเล่นดูเลยครับ ต่อวงจรง่าย ๆ ควบคุมผ่านสายไฟกันไป

การใช้งาน H-Bridge ควบคุม Bipolar Stepper Motor
หากย้อนไปในตอนที่ 2 เรื่องสเต็ปมอเตอร์ หากใครยังจำภาพด้านล่างนี้ได้

จะเห็นได้ว่า Bipolar Stepper Motor นั้นจะมีสายไฟให้ต่อใช้งาน 4 เส้น ซึ่งบังเอิญวงจร H-Bridge ก็จะมีจุดให้ต่อ 4 จุดเหมือนกัน และการจ่ายไฟเข้าไปในแต่ละคอยล์ก็จะทำให้มอเตอร์หมุน 1 Step ฉะนั้นเราจึงใช้วงจร H-Bridge มาใช้ในการขับ Stepper Motor ได้เช่นเดียวกัน แต่เราจะต้องใช้วงจร H-Bridge จำนวนสองชุดเพื่อขับสเต็ปมอเตอร์

หากสังเกตดี ๆ ก็จะพบว่า 1 คอยล์ของสเต็ปมอเตอร์จะเปรียบเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าธรรมดา 1 ตัว และสเต็ปมอเตอร์ 1 ตัวก็ติ๊ต่างว่ามีมอเตอร์ธรรมดาอยู่ภายใน 2 ตัว เราก็จะจัดวงจร H-Bridge เพื่อขับคอยล์แต่ละตัว จากนั้นก็เป็นหน้าที่การเขียนโปรแกรมให้ A+ A+ B+ B- จะเปิดปิดแบบไหนเพื่อให้มอเตอร์หมุนเป็นสเต็ปต่าง ๆ ซึ่งหากอธิบายก็อีกยาวครับ เอาเป็นว่าแค่รู้ไว้ก็พอ ส่วนการใช้งานนั้นรอไปดูกันในตอนต่อไปที่จะใช้ไอซีที่ออกแบบมาสำหรับขับมอเตอร์โดยตรง จะง่ายกว่าและยุ่งยากน้อยกว่า

สำหรับบทความวันนี้ถือว่าซดน้ำซุปกันนะครับ เนื้อหาก็จะไม่ค่อยมีอะไร เป็นการขยายความจากตอนที่ 1 เท่านั้น ปูพื้นฐานให้เข้าใจกันก่อน ซึ่งในตอนต่อไปก็จะเป็นกึ่ง ๆ การสอนใช้งานกันแล้ว ติดตามกันต่อไปนะครับ

<< มอเตอร์ สเต็ปมอเตอร์ เซอร์โว - ตอนที่ 5 : ใช้งานชุดสเต็ปมอเตอร์ 28BYJ-48

มอเตอร์ สเต็ปมอเตอร์ เซอร์โว - ตอนที่ 7 : การใช้โมดูลขับมอเตอร์ A4988 >>