PWM in Arduino mikrokrmilnik
Uvod
PWM in Arduino mikrokrmilnik. Pulzna širinska modulacija (PWM) je ena od najpogosteje uporabljenih tehnik modulacije signala v elektroniki. Pri tej tehniki se signal modulira s pulzi, kjer se spreminja širina impulzov, medtem ko se ohranja konstantna amplituda in frekvenca signala. PWM se pogosto uporablja za nadzor moči v električnih sistemih, saj omogoča učinkovito upravljanje moči in natančno regulacijo.
Arduino je priljubljena razvojna platforma za elektroniko, ki ponuja številne možnosti za uporabo PWM . Z Arduino mikrokrmilnikom in ustrezno programsko kodo je mogoče enostavno ustvariti aplikacije, ki uporabljajo PWM za nadzor moči ali regulacijo signala.
Na primer, lahko uporabimo Arduino za nadzor svetlosti LED luči s PWM. S pomočjo enostavne vezave in programske kode Arduino mikrokrmilnik generira impulze s spremenljivo širino, ki nato upravljajo napajalno moč LED luči. S spreminjanjem širine pulzov lahko natančno nadziramo svetlost luči, pri čemer ohranjamo konstantno napetost in tok.
PWM in ESP32 mikrokrmilnik
Kako uporabiti PWM na Arduino platformi?
Pulzna širinska modulacija (PWM) je tehnika, pri kateri se signal modulira s spreminjanjem širine impulzov, medtem ko se ohranja konstantna amplituda in frekvenca signala. PWM se pogosto uporablja za nadzor moči in regulacijo signalov v elektroniki. Da bi bolje razumeli PWM signale, si poglejmo nekatere njihove značilnosti:
- Pulsno-širinski razmerje (duty cycle): Pulsno-širinsko razmerje je razmerje med časom, ko je signal v aktivnem stanju (impulz vključen), in časom, ko je v neaktivnem stanju (impulz izključen). Izraža se kot odstotek ali razmerje med časom impulza in celotnim časovnim obdobjem signala. PWM omogoča natančno nastavljanje pulsno-širinskega razmerja, kar omogoča prilagajanje izhodne moči ali regulacijo signala.
- Amplituda signala: Pri PWM tehniki se amplituda signala običajno ohranja konstantna, medtem ko se spreminja širina impulzov. To pomeni, da se moč signala spreminja glede na širino impulzov, kar omogoča nadzor moči ali regulacijo signala.
- Frekvenca signala: Pri PWM se frekvenca signala običajno ohranja konstantna. To pomeni, da se število impulzov na sekundo ne spreminja, ampak se le spreminja njihova širina. S tem se zagotavlja stabilnost frekvence signala med modulacijo
Arduino platforma je priljubljena za enostavno programiranje mikrokrmilnikov, vključno s podporo za pulzno širinsko modulacijo (PWM). PWM je uporabna pri regulaciji svetlosti, krmiljenju motorjev in generiranju zvočnih signalov. Arduino ima vgrajene PWM izhode, ki omogočajo enostavno uporabo PWM . Najpogostejša uporaba PWM na Arduino platformi je nadzor svetlosti LED luči. S preprostim vezjem in programsko kodo lahko prilagajate svetlost LED luči s spreminjanjem širine impulzov. PSM na Arduino platformi se uporablja tudi za nadzor hitrosti motorjev in generiranje zvočnih signalov. Arduino omogoča ustvarjanje inovativnih projektov z regulacijo moči, nadzorom svetlosti in krmiljenjem naprav.
Korak za korakom vodič za uporabo PWM v Arduino projektih:
PWM (pulzna širinska modulacija) je zelo uporabna tehnika v Arduino projektih za nadzor moči, regulacijo signalov in ustvarjanje različnih učinkov. Sledite spodnjemu vodiču, da se naučite, kako uporabiti PWM v svojih Arduino projektih.
- Nastavljanje PWM pinov:
– Za začetek, izberite digitalni pin na vašem Arduino mikrokrmilniku, ki bo služil kot PWM izhod.
– V Arduino IDE (Integrated Development Environment) določite izbrani pin kot izhodni pin v setup() funkciji s funkcijo pinMode(pin, OUTPUT). - Določanje želene širine pulza:
– Za nastavitev želene širine pulza uporabite funkcijo analogWrite(pin, širina), kjer je “pin” številka digitalnega pina, ki ste ga izbrali, in “širina” vrednost med 0 in 255.
– Širina pulza je običajno izražena kot odstotek od celotnega obdobja pulza. Na primer, širina 0 pomeni 0% impulza (izklopljen), medtem ko širina 255 pomeni 100% impulza (vklopljen ves čas). - Nadzor moči s PWM :
– Da bi nadzorovali moč izhodnega signala, nastavite ustrezno širino pulza.
– Večja širina pulza bo pomenila večjo moč izhodnega signala, medtem ko manjša širina pulza pomeni manjšo moč. Spreminjanje širine pulza vam omogoča prilagajanje moči izhodnega signala glede na potrebe vašega projekta. - Primeri pogostih uporab:
– Nadzor hitrosti motorja: PWM se pogosto uporablja za nadzor hitrosti motorja. Z uporabo primernega gonilnika motorja in ustrezno vezavo lahko nastavite širino pulza, kar vpliva na hitrost vrtenja motorja. Večja širina pulza bo povečala hitrost, medtem ko manjša širina pulza bo zmanjšala hitrost motorja.
– Zatemnitev svetlobe: Z uporabo LED svetilke in PWM lahko enostavno dosežete zatemnitev svetlobe. Spreminjanje širine pulza vodi do prilagajanja svetlosti LED svetilke. Večja širina pulza bo ustvarila svetlejšo svetlobo, medtem ko manjša širina pulza bo zatemnila svetilko.
– Regulacija napetosti: PWM se lahko uporablja tudi za regulacijo napetosti.
Spodaj je koda in ilustracija za lažje razumevanje uporabe PWM na Arduino Uno:
Koda za nadzor svetlosti LED luči z uporabo PWM na pinu 9:
const int ledPin = 9; // Digitalni pin 9 za povezavo z LED
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT); // Nastavi pin kot izhod
}
void loop() {
// Zmanjševanje svetlosti
for (int brightness = 255; brightness >= 0; brightness--) {
analogWrite(ledPin, brightness); // Nastavi širino pulza na LED pinu
delay(10); // Počakaj 10 ms
}
// Povečevanje svetlosti
for (int brightness = 0; brightness <= 255; brightness++) {
analogWrite(ledPin, brightness); // Nastavi širino pulza na LED pinu
delay(10); // Počakaj 10 ms
}
}
Kako nadzorovati PWM signale na Arduino platformi?
Pulzna širinska modulacija (PWM) združuje tako analogni kot digitalni vidik pri modulaciji signala. Da bi razumeli razliko med analognimi in digitalnimi značilnostmi PWM signalov, si oglejmo njihove osnovne definicije in lastnosti:
- Analogni signal:
- Analogni signal je kontinuiran signal, ki se lahko spreminja vrednost v neskončno majhnih korakih.
- Analogni signal se običajno izraža z uporabo fizičnih veličin, kot so napetost, tok, tlak ali temperatura, in njegove vrednosti so v kontinuiranem območju.
- Analogni signal lahko zavzame različne vrednosti znotraj določenega območja, kar omogoča natančno in gladko spreminjanje signalov. - Digitalni signal:
- Digitalni signal je diskreten signal, ki se lahko spreminja le v določenih korakih ali nivojih.
- Digitalni signal se običajno izraža s binarnim kodiranjem, kjer so vrednosti omejene na dva nivoja, običajno 0 in 1, predstavljajoča logično izključeno (OFF) in vključeno (ON) stanje.
- Digitalni signal je občutljiv na spremembe nivoja, kjer je njegova vrednost jasno opredeljena kot ena od diskretnih možnosti. - PWM signal:
- PWM signal združuje značilnosti analognega in digitalnega signala.
- Analogni vidik PWM se nanaša na kontinuirano spreminjanje širine impulza, kar omogoča prilagajanje signalov na različne ravni moči ali svetlosti.
- Digitalni vidik PWM se nanaša na uporabo diskretnih impulzov, kjer se širina impulza uporablja za kodiranje informacij o moči ali svetlosti.
- PWM signal je digitalni signal, ki se uporablja na analogni način za dosego natančnega nadzora moči ali regulacijo signalov.
Pri PWM se analogni vidik nanaša na spreminjanje širine impulza, ki omogoča kontinuirano nastavljanje moči ali svetlosti izhodnega signala. Višja širina impulza pomeni večjo moč ali svetlost, medtem ko nižja širina impulza pomeni manjšo moč ali svetlost.
Hkrati pa se PWM signali izvajajo na digitalnem nivoju, saj širina impulza določa diskretne vrednosti, ki so običajno izražene v korakih. Obvezni čas (duty cycle) je ključni parameter pri PWM (pulzni širinski modulaciji) in označuje razmerje med časom, ko je signal v aktivnem stanju (vklopljen), in časom, ko je v neaktivnem stanju (izklopljen). Izraža se kot odstotek ali razmerje med časom vklopa in celotnim časovnim obdobjem signala.
Odnos obveznega časa do širine pulza je pomemben, saj določa, koliko časa je signal v vklopljenem stanju glede na celotno obdobje signala. Širina pulza se nanaša na časovni interval, v katerem je signal vključen, medtem ko obvezni čas se nanaša na razmerje tega časovnega intervala v celotnem časovnem obdobju signala.
Na primer, če je obvezni čas 50%, pomeni, da je signal vključen polovico časa in izključen drugo polovico časa. To se običajno doseže tako, da se širina pulza nastavi na polovico celotnega časovnega obdobja signala.
Odnos med obveznim časom in širino pulza je naslednji:
Obvezni čas = (širina pulza / celotno časovno obdobje) * 100%
To pomeni, da lahko s spreminjanjem širine pulza spremenite obvezni čas in s tem nadzirate, koliko časa je signal v vklopljenem stanju v primerjavi z izklopljenim stanjem.
Na primer, če je celotno časovno obdobje signala 1 sekunda in je širina pulza 0,5 sekunde, potem je obvezni čas 50%. To pomeni, da je signal vklopljen polovico časa (0,5 sekunde) in izklopljen drugo polovico časa (0,5 sekunde).
Prilagajanje obveznega časa in širine pulza v PWM omogoča nadzor nad močjo, svetlostjo ali hitrostjo, odvisno od aplikacije. S spreminjanjem obveznega časa lahko dosežete želeno razmerje med vklopljenim in izklopljenim stanjem signala ter s tem prilagodite izhodne lastnosti signala glede na potrebe projekta.
Zaključek
Pulzna širinska modulacija (PSM) je ključna tehnika na Arduino platformi, ki omogoča natančen nadzor moči, svetlosti, hitrosti in drugih parametrov v elektronskih projektih. Uporaba PSM na Arduino omogoča enostaven in učinkovit način za generiranje in nadzorovanje PSM signalov s pomočjo digitalnih pinov, ki podpirajo PSM funkcionalnost.
PSM je močno orodje za nadzor moči, svetlosti in hitrosti v elektronskih projektih na Arduino platformi. Z uporabo PSM lahko izboljšate funkcionalnost in učinkovitost vaših projektov.
ključne besede:
PWM, Arduino mikrokrmilnik, pulzna širinska modulacija, elektronika, signal, modulacija, širina impulzov, amplituda, frekvenca, nadzor moči, električni sistemi, razvojna platforma, programsko kodo, aplikacije, svetlost LED luči, napajalno moč, napetost, tok, pulzno-širinski razmerje, duty cycle, aktivno stanje, neaktivno stanje, izhodna moč, regulacija signala, digitalni pin, Arduino IDE, Integrated Development Environment, izhodni pin, setup() funkcija, pinMode(pin, OUTPUT), analogWrite(pin, širina), nadzor moči, regulacija signalov, digitalni signal, analogni signal, diskreten signal, binarno kodiranje, logično izključeno stanje, logično vključeno stanje, kontinuirano spreminjanje širine impulza, ravni moči, svetlosti, diskretni impulzi, kodiranje informacij, koraki, obvezni čas, vklopljen stanje, izklopljen stanje, časovni interval, obdobje signala, hitrost motorja, gonilnik motorja, zatemnitev svetlobe, LED svetilka, regulacija napetosti.