Entwerfen Sie einen billigen 1,5 V / 12 V DC-Motortreiber für Schüler

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Ich stelle Schülern der 9. Klasse im Rahmen eines speziellen technischen Fachs Stromkreise vor. Die Schüler sind zuvor keinen Stromkreisen ausgesetzt.

Als Teil dieses Moduls möchte ich einen Motortreiber entwerfen, den die Schüler entweder mit einem Steckbrett oder einem Lötkolben bauen können. Der Motortreiber wird benötigt, um später im Kurs einige mechanische Doodads zu fahren.

Bei den fraglichen Motoren handelt es sich um die unten gezeigten DC-Hobby-Motoren. Meine Wahl hängt vom Preis ab (diese Motoren kosten 1 US-Dollar pro Stück bei Freigabe).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

1,5 VDC, 650 mA M-13-2270-1,5 V.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

12 VDC, 650 mA MF-26CS-18165-12.0V

Bedarf

Mein Problem besteht darin, einen Gleichstrommotortreiber gemäß den folgenden Spezifikationen zu entwerfen:

  • Bidirektional (Vorwärts- und Rückwärtsfahrt)
  • Steuerung über Drucktasten / Kippschalter. Entweder ein Paar "Vorwärts / Rückwärts" -Tasten oder ein "Vorwärts / Rückwärts" -Richtungsschalter und eine "Los" -Taste.
  • Fahren Sie entweder aus zwei Arten von Motor - 1,5 VDC, 650 mA M-13-2270-1.5V oder 12 VDC, 650mA MF-26CS-18165-12.0V . Ich plane, die 1,5-V-Motoren zur Betätigung kleiner Getriebemechanismen und den 12-V-Motor als "Winde" für einen Modellaufzug zu verwenden.
  • Günstig - weniger als 5 US-Dollar in Teilen. Billiger ist besser. Eine Klassengröße von 30 Schülern kann angenommen werden, so dass ich Bulk-Teile in Losen von 50 oder 100 bestellen kann, was bei den Kosten helfen sollte.
  • Am besten Steckbrett geeignet, damit die Teile für die Schüler des nächsten Jahres wiederverwendet werden können.

Mögliche Lösungen

Ich habe einen SN754410 Quad Half-H-Brücken-IC in Betracht gezogen, der billig erhältlich ist (0,80 USD / Stück in großen Mengen von eBay, dh Hongkong). Dieser hat jedoch eine Ausgangsspannung von 4,5 bis 36 VDC. Ich glaube, dies kann dazu führen, dass der 1,5-V-Motor Rauch abgibt.

Andererseits habe ich eine H-Brücke in Betracht gezogen , die aus billigen diskreten Transistoren wie dem 2N2222 aufgebaut ist. Ich bin mir jedoch nicht sicher, welche Leistungsgrenzen eine solche H-Brücke hat. Es umfasst auch mindestens ein Dutzend Teile, was für Studenten, die sich noch nie mit Elektronik befasst haben, etwas schwierig sein kann.

Das Problem

Mit welchen Transistoren, ICs oder anderen Schaltkomponenten kann ich einen Gleichstrommotorantrieb bauen, der 1,5- und 12-VDC-Motoren unterstützt? Wenn ich mir ein Bild von den Hauptkomponenten machen kann, kann ich alle Hilfsmittel (Schalter, Vorspannungswiderstände, was haben Sie) selbst entwerfen.

Es muss billig sein (wir brauchen 30 davon) und für Schüler der 9. Klasse und ihren Lehrer baubar sein. (Ich bin nicht der Lehrer.)

Wenn die Ausgangsspannung des SN754410 reduziert werden könnte, um mit einem 1,5-VDC-Motor kompatibel zu sein, wäre dies eine sehr einfache Möglichkeit, mein Problem zu lösen.


Ich selbst habe sehr wenig praktische Elektronikerfahrung, bin aber bereit, RTFM zu verwenden, wenn ich dazu aufgefordert werde.

Die Schule kann bei Bedarf einfache Leiterplatten auf einer Fräsmaschine herstellen.

Li-aung Yip
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Muss es besonders eine H-Brücke oder ähnliches sein? Ein DPDT-Schalter kann einen Motor umkehren (einfach beide Enden umgekehrt mit dem Motor verbinden).
PeterJ
@ PeterJ: Es muss keine H-Brücke sein, nein. Möchten Sie "Verwenden Sie einen DPDT-Schalter" als Antwort posten und Ihre Upvotes sammeln?
Li-aung Yip
Für das, was es wert ist, bin ich immer noch an einer "elektronischen Antwort" interessiert, um des Interesses willen. Hauptsächlich zur Erweiterung auf den fortgeschritteneren Fall, in dem eine elektronische Steuerung gewünscht wird. Vielleicht, wenn die Schüler die 12. Klasse erreichen und lernen, wie man Mikrocontroller programmiert ...
Li-aung Yip
Keine Probleme, wenn Sie möchten, ist es nichts Falsches, wenn Sie meine Antwort im Moment nicht akzeptieren, um zu sehen, welche anderen Antworten Sie in dieser Hinsicht erhalten. Wenn Fragen eine akzeptierte Antwort haben, werden sie manchmal etwas ignoriert.
PeterJ
@ PeterJ Noted. Ich werde es später zurückstellen.
Li-aung Yip

Antworten:

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Eine einfache Möglichkeit wäre die Verwendung eines DPDT-Schalters unter Verwendung der folgenden Anordnung. Sie können auch einen Druckknopf nach der Batterie einfügen, wenn dies für den momentanen Betrieb erforderlich ist, und es sind auch Schalter verfügbar, deren Mittelstellung ausgeschaltet ist. Stellen Sie einfach sicher, dass Sie einen Break-Before-Make-Schalter verwenden, damit Sie keine Shorts erhalten:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

PeterJ
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Ist eine Diode oder ein Dämpfer erforderlich, um eine induktive Funkenbildung im Schalter zu verhindern, oder kann dies bei kleinen 12-V-Motoren wie diesen ignoriert werden?
Li-aung Yip
@ Li-aungYip, es ist wahrscheinlich technisch eine gute Idee, aber ich denke, in Wirklichkeit kann es sowohl wegen der relativ kleinen Motoren als auch vermutlich wegen etwas ignoriert werden, das für einen sehr langen Zeitraum nicht verwendet wird. Aus pädagogischer Sicht kann es jedoch sinnvoll sein, zu erklären, warum sie verwendet werden und warum sie bei größeren Motoren wichtig sind (und wenn sie von Transistoren usw. angetrieben werden).
PeterJ
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Ich suche etwas Ähnliches für einen Roboter mit Mikrocontrollerantrieb, der zwei winzige Gleichstrommotoren antreiben muss, von denen ich glaube, dass sie mit etwa 1,5 V betrieben werden. Bis vor kurzem war ich nur mit dem L293D (Dual H-Bridge) vertraut, der als Niederspannungsmotortreiber gilt, aber für meine Anwendung nicht niedrig genug ist. Mir wurde geraten, einen Mosfet-Treiber zu verwenden, da dieser mit niedrigeren Spannungen umgehen kann. Zum Glück habe ich eine gefunden, die einen Bereich von Versorgungsspannungen von 0 bis 11 Volt verarbeiten kann. Ich weiß nicht, ob ich bei dieser Frage zu spät bin oder nicht, aber vielleicht möchten Sie sich die Texas-Instrumente DRV8835 ansehen. Texas Instruments DRV8835

Es gibt vorgefertigte Motortreiber, die diese integrierte Schaltung verwenden, und es gibt auch Ausbrüche, an die der IC gelötet werden kann. Es ist ein relativ kleines Paket, daher wäre es viel einfacher, ein Steckbrett zu bauen, wenn es bereits an einem Ausbruch befestigt ist.

Es sieht so aus, als würde Ti diese für 70 Cent pro Einheit verkaufen, aber wenn ich richtig lese, gehe ich davon aus, dass Sie 1000 davon kaufen. Es gibt wahrscheinlich andere Anbieter, die sie in kleineren Mengen verkaufen. Hoffe diese Antwort hat geholfen.

Bearbeiten. Als ich nach einer ähnlichen Lösung suchte, als ich diesen Thread fand, fand ich ein 8835-Paket, das bereits montiert war und die anderen wesentlichen Komponenten mit Gebrauchsanweisungen bei Pololu enthielt. Sie kosten jeweils 4,49 US-Dollar und unterstützen einen Spannungsbereich von 0 bis 11 Volt. Ich habe einen aufgenommen und ihn erfolgreich in einem winzigen Roboter implementiert, der in meine Handfläche passt und von zwei winzigen Gleichstrommotoren angetrieben wird. Dieses Gerät war einfach anzuschließen und funktioniert hervorragend. Vielleicht möchten Sie es ausprobieren. DRV8835 Dual Motor Driver Carrier

Ich benutze auch etwas einen Thread im Arduino.cc-Forum als meinen Fortschrittsbericht. Wenn Sie neugierig sind, gibt es eine Art hässliches Bild von meinem Roboter (bisher). Winziger Roboter mit dem 8835-Treiber Vorsicht vor Verwendung von Kabelbindern und Klebeband. Es ist ein Prorotyp;)

Steve Robey
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