Utilização do AC MotorShield ESP32

Etiquetas: C/C++, ESP32

O ESP32 AC MotorShield é uma placa de extensão que permite a um ESP32 NodeMCU acionar dois motores DC ou um motor de passo. Já vimos como acionar um motor DC utilizando uma ponte H, o que pode exigir muita cablagem quando se utiliza apenas o CI. Para uma aplicação a bordo, como um robô Willy, será necessário acionar vários motores em paralelo. Estão disponíveis protecções para simplificar a montagem.

Hardware

Computador
NodeMCU ESP32
Cabo USB A macho
Proteção do motor AC ESP32
Motor DC x2 ou Motor de passo x1
Fonte de alimentação externa de 9V

Princípio de funcionamento

O ESP32 AC MotorShield utiliza a ponte H dupla SN751044NE. Pode acionar motores em direção e velocidade com uma tensão nominal entre 4,5 e 36V e uma corrente de 1A com uma fonte de tensão externa:

até dois motores DC ou um motor de passo bipolar
GPIOs disponíveis
Barramentos I2C e UART

ac-motorshieldesp32-overview Utilização do AC MotorShield ESP32

Diagrama

Compatível com a placa NodeMCU ESP32, o shield é colocado diretamente sobre o microcontrolador. A alimentação eléctrica do motor é ligada ao bloco de terminais VM.

0,4 (motor A
15, 2 (motor B
GPIOs disponíveis noutros pinos

No caso de uma blindagem, as ligações são predefinidas. As ligações do motor são detalhadas nos diagramas seguintes.

ac-motorshieldesp32-dcmotor Utilização do AC MotorShield ESP32

ac-motorshieldesp32-stepper Utilização do AC MotorShield ESP32

Nos dois exemplos seguintes, estamos a adicionar uma interface Web que permite que os motores sejam testados em ambos os sentidos de rotação.

Código de gestão para um motor de corrente contínua

Para interagir com o MotorShield ESP32 e acionar motores DC, não utilizamos nenhuma biblioteca em particular. Pode sempre criar a sua própria biblioteca para simplificar o seu código.

#include <WiFi.h>
#include <WebServer.h>
#include <Arduino.h>
#include <analogWrite.h>

#define IN1 34    //sensor
#define OUT1  0   //A+ - Black
#define OUT2  4   //A- - Green
#define OUT3  15  //B+ - Red
#define OUT4  2   //B- - Blue

//Motor param
int Steps = 0;
int Direction = 0;
int speedMotor = 150;

//Wifi
const char *ssid = "****";
const char *password = "*****";

WebServer server(80);

const int led = 2;
int stateMotorA = 0,stateMotorB = 0;
char stateMotorTextA[3][10] = {"STOP","CCW!","CW!"};
char stateMotorTextB[3][10] = {"STOP","CCW!","CW!"};
String sensorValue;

/*********************************************************************************************
 * HANDLE FUNCTIONS
*********************************************************************************************/
void handleRoot()
{
    String page = "<!DOCTYPE html>";

    page += "<html lang='fr'>";

    page += "<head>";
    page += "    <title>ESP32MotorShieldV1</title>";
    page += "    <meta http-equiv='refresh' content='60' name='viewport' content='width=device-width, initial-scale=1' charset='UTF-8' />";
    page += "    <link rel='stylesheet' href='https://www.w3schools.com/w3css/4/w3.css'>";

   page += "<script>";

   page += "function getData() {";
   page += "  var xhttp = new XMLHttpRequest();";
   page += "  xhttp.onreadystatechange = function() {";
   page += "    if (this.readyState == 4 && this.status == 200) {";
   page += "      document.getElementById('SensorValue').innerHTML =this.responseText;";
   page += "      console.log(this.responseText);";
   page += "    }";
   page += "  };";
   page += "  xhttp.open('GET', 'readSensor', true);";
   page += "  xhttp.send();";
   page += "}";

   page += "setInterval(function() {getData();}, 2000);   // Call a function repetatively with 2s interval";

   page += "</script>";
 
    page += "</head>";

    page += "<body>";
    page += "    <div class='w3-card w3-padding-small w3-jumbo w3-center' style='color:#fff; background-color:#3aaa35;'>";
    page += "        <p>Motor State A: "; page += stateMotorTextA[stateMotorA]; + "</p>";
    page += "    </div>";

    page += "    <div class='w3-bar'>";
    page += "        <a href='/lefta' class='w3-bar-item w3-button w3-border w3-jumbo' style='width:33%; height:50%;'>GAUCHE</a>";
    page += "       <a href='/stopa' class='w3-bar-item w3-button w3-border w3-jumbo' style='width:33%; height:50%;'>STOP</a>";
    page += "        <a href='/righta' class='w3-bar-item w3-button w3-border w3-jumbo' style='width:33%; height:50%;'>DROITE</a>";
    page += "    </div>";

    page += "    <div class='w3-card w3-padding-small w3-jumbo w3-center' style='color:#fff; background-color:#3aaa35;'>";
    page += "        <p>Motor State B: "; page += stateMotorTextB[stateMotorB]; + "</p>";
    page += "    </div>";

    page += "    <div class='w3-bar'>";
    page += "        <a href='/leftb' class='w3-bar-item w3-button w3-border w3-jumbo' style='width:33%; height:50%;'>GAUCHE</a>";
    page += "       <a href='/stopb' class='w3-bar-item w3-button w3-border w3-jumbo' style='width:33%; height:50%;'>STOP</a>";
    page += "        <a href='/rightb' class='w3-bar-item w3-button w3-border w3-jumbo' style='width:33%; height:50%;'>DROITE</a>";
    page += "    </div>";
    
    page += "    <div class='w3-card w3-padding-small w3-jumbo w3-center' style='color:#fff; background-color:#3aaa35;'>";
    page += "        <p>Sensor value: <span id='SensorValue'>0</span></p>";
    page += "    </div>";

    page += "    <div class='w3-center w3-padding-16'>";
    page += "        <p>Server hosted on NodeMCU ESP32 - <i>Made by <a href='https://www.aranacorp.com' style='color:#3aaa35;'>AranaCorp</a></i></p>";
    page += "        ";

    page += "    </div>";

    page += "</body>";

    page += "</html>";

    server.setContentLength(page.length());
    server.send(200, "text/html", page);
}

void handleLeftA(){
    stateMotorA = 2;
    digitalWrite(led, HIGH);
    server.sendHeader("Location","/");
    server.send(303);
}

void handleRightA(){
    stateMotorA = 1;
    digitalWrite(led, LOW);
    server.sendHeader("Location","/");
    server.send(303);
}

void handleStopA(){
    stateMotorA = 0;
    digitalWrite(led, HIGH);
    server.sendHeader("Location","/");
    server.send(303);
}


void handleLeftB(){
    stateMotorB = 2;
    digitalWrite(led, HIGH);
    server.sendHeader("Location","/");
    server.send(303);
}

void handleRightB(){
    stateMotorB = 1;
    digitalWrite(led, LOW);
    server.sendHeader("Location","/");
    server.send(303);
}

void handleStopB(){
    stateMotorB = 0;
    digitalWrite(led, HIGH);
    server.sendHeader("Location","/");
    server.send(303);
}

void handleInput() {
 sensorValue = String(analogRead(IN1));
 server.send(200, "text/plain", sensorValue); //Send ADC value only to client ajax request
}

void handleNotFound(){
    digitalWrite(led, HIGH);
    stateMotorA = 0;
    stateMotorB = 0;
    server.send(404, "text/plain", "404: Not found");
}


/*********************************************************************************************
 * MAIN
*********************************************************************************************/
void setup()
{
    pinMode(IN1, INPUT); 
    pinMode(OUT1, OUTPUT); 
    pinMode(OUT2, OUTPUT);

    pinMode(OUT3, OUTPUT);
    pinMode(OUT4, OUTPUT);
    
    Serial.begin(115200);
    delay(1000);
    Serial.println("\n");

    pinMode(led, OUTPUT);
    digitalWrite(led, HIGH);

    WiFi.persistent(false);
    WiFi.begin(ssid, password);
    Serial.print("Tentative de connexion...");

    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
    {
        Serial.print(".");
        delay(100);
    }

    Serial.println("\n");
    Serial.println("Connexion etablie!");
    Serial.print("Adresse IP: ");
    Serial.println(WiFi.localIP());

    server.on("/", handleRoot);
    server.on("/lefta", handleLeftA);
    server.on("/righta", handleRightA);
    server.on("/stopa", handleStopA);
    server.on("/leftb", handleLeftB);
    server.on("/rightb", handleRightB);
    server.on("/stopb", handleStopB);   
    server.on("/readSensor", handleInput);//To get sensor value update

 
    server.onNotFound(handleNotFound);
    server.begin();

    Serial.println("Serveur web actif!");
}


void loop()
{
    server.handleClient();
    //Handle motor A
    switch(stateMotorA) {
      case 0:
        analogWrite(OUT1, 0);
        analogWrite(OUT2, 0);
        break;
      case 1:
        analogWrite(OUT1, speedMotor);
        analogWrite(OUT2, 0);
        break;
      case 2:
        analogWrite(OUT1, 0);
        analogWrite(OUT2, speedMotor);
        break;
    }
    //Handle motor B
    switch(stateMotorB) {
      case 0:
        analogWrite(OUT3, 0);
        analogWrite(OUT4, 0);
        break;
      case 1:
        analogWrite(OUT3, speedMotor);
        analogWrite(OUT4, 0);
        break;
      case 2:
        analogWrite(OUT3, 0);
        analogWrite(OUT4, speedMotor);
        break;
    }
}

ac-motorshieldesp32-stepper-result Utilização do AC MotorShield ESP32

ac-motorshieldesp32-dcmotor-webapp Utilização do AC MotorShield ESP32

Código de gestão do motor passo-a-passo

Para acionar um motor passo a passo, as bobinas do motor têm de ser activadas numa sequência precisa. Esta sequência é descrita na função step da biblioteca stepper.h.

/*
   Nema   | Board pin | NodeMCU GPIO |  Arduino IDE
   black        A+           0             0
   green        A-           4             4
   red          B+           15            15
   blue         B-           2             2
*/

#include <WiFi.h>
#include <WebServer.h>
#include <Arduino.h>
#include <analogWrite.h>

#include <Stepper.h>

#define IN1 34    //sensor
#define OUT1  0   //A+ - Black
#define OUT2  4   //A- - Green
#define OUT3  15  //B+ - Red
#define OUT4  2   //B- - Blue


//Stepper param
const int stepsPerRevolution = 200;
int speedMotor = 20;
Stepper myStepper(stepsPerRevolution, OUT1, OUT2, OUT3, OUT4);

//Wifi
const char *ssid = "*****";
const char *password = "********";

WebServer server(80);

const int led = 2;
int stateStepper = 0,stateStepperB = 0;
char stateStepperText[3][10] = {"STOP","CCW!","CW!"};
String sensorValue;
  
/*********************************************************************************************
 * HANDLE FUNCTIONS
*********************************************************************************************/
void handleRoot()
{
    String page = "<!DOCTYPE html>";

    page += "<html lang='fr'>";

    page += "<head>";
    page += "    <title>ESP32MotorShieldV1</title>";
    page += "    <meta http-equiv='refresh' content='60' name='viewport' content='width=device-width, initial-scale=1' charset='UTF-8' />";
    page += "    <link rel='stylesheet' href='https://www.w3schools.com/w3css/4/w3.css'>";

   page += "<script>";

   page += "function getData() {";
   page += "  var xhttp = new XMLHttpRequest();";
   page += "  xhttp.onreadystatechange = function() {";
   page += "    if (this.readyState == 4 && this.status == 200) {";
   page += "      document.getElementById('SensorValue').innerHTML =this.responseText;";
   page += "      console.log(this.responseText);";
   page += "    }";
   page += "  };";
   page += "  xhttp.open('GET', 'readSensor', true);";
   page += "  xhttp.send();";
   page += "}";

   page += "setInterval(function() {getData();}, 2000);   // Call a function repetatively with 2s interval";

   page += "</script>";
 
    page += "</head>";

    page += "<body>";
    page += "    <div class='w3-card w3-padding-small w3-jumbo w3-center' style='color:#fff; background-color:#3aaa35;'>";
    page += "        <p>Stepper State: "; page += stateStepperText[stateStepper]; + "</p>";
    page += "    </div>";

    page += "    <div class='w3-bar'>";
    page += "        <a href='/left' class='w3-bar-item w3-button w3-border w3-jumbo' style='width:33%; height:50%;'>GAUCHE</a>";
    page += "       <a href='/stop' class='w3-bar-item w3-button w3-border w3-jumbo' style='width:33%; height:50%;'>STOP</a>";
    page += "        <a href='/right' class='w3-bar-item w3-button w3-border w3-jumbo' style='width:33%; height:50%;'>DROITE</a>";
    page += "    </div>";
    
    page += "    <div class='w3-card w3-padding-small w3-jumbo w3-center' style='color:#fff; background-color:#3aaa35;'>";
    page += "        <p>Sensor value: <span id='SensorValue'>0</span></p>";
    page += "    </div>";

    page += "    <div class='w3-center w3-padding-16'>";
    page += "        <p>Server hosted on NodeMCU ESP32 - <i>Made by <a href='https://www.aranacorp.com' style='color:#3aaa35;'>AranaCorp</a></i></p>";
    page += "        ";

    page += "    </div>";

    page += "</body>";

    page += "</html>";

    server.setContentLength(page.length());
    server.send(200, "text/html", page);
}

void handleLeft(){
    stateStepper = 2;
    digitalWrite(led, HIGH);
    server.sendHeader("Location","/");
    server.send(303);
}

void handleRight(){
    stateStepper = 1;
    digitalWrite(led, LOW);
    server.sendHeader("Location","/");
    server.send(303);
}

void handleStop(){
    stateStepper = 0;
    digitalWrite(led, HIGH);
    server.sendHeader("Location","/");
    server.send(303);
}


void handleInput() {
 sensorValue = String(analogRead(IN1));
 server.send(200, "text/plain", sensorValue); //Send ADC value only to client ajax request
}

void handleNotFound(){
    digitalWrite(led, HIGH);
    stateStepper = 0;
    server.send(404, "text/plain", "404: Not found");
}


/*********************************************************************************************
 * MAIN
*********************************************************************************************/
void setup()
{
    pinMode(IN1, INPUT); 
    
    Serial.begin(115200);
    delay(1000);
    Serial.println("\n");

    pinMode(led, OUTPUT);
    digitalWrite(led, HIGH);

    myStepper.setSpeed(speedMotor);

    WiFi.persistent(false);
    WiFi.begin(ssid, password);
    Serial.print("Tentative de connexion...");

    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
    {
        Serial.print(".");
        delay(100);
    }

    Serial.println("\n");
    Serial.println("Connexion etablie!");
    Serial.print("Adresse IP: ");
    Serial.println(WiFi.localIP());

    server.on("/", handleRoot);
    server.on("/left", handleLeft);
    server.on("/right", handleRight);
    server.on("/stop", handleStop);  
    server.on("/readSensor", handleInput);//To get sensor value update

 
    server.onNotFound(handleNotFound);
    server.begin();

    Serial.println("Serveur web actif!");
}


void loop()
{
    server.handleClient();
    //Handle Stepper
    switch(stateStepper) {
      case 0:
        //stop
        break;
      case 1:
        myStepper.step(1);
        break;
      case 2:
        myStepper.step(-1);
        break;
    }
}

ac-motorshieldesp32-stepper-webapp Utilização do AC MotorShield ESP32

Aplicações

Controlar um robô de duas rodas como o Willy através de uma ligação WiFi ou Bluetooth

Fontes

Programar um ESP32 NodeMCU com o Arduino