Neste artigo do blog, vamos fornecer uma visão geral abrangente dos motores e atuadores mais comuns usados para controlo de movimento e atuação em projetos Arduino. Seja a simplicidade de um motor DC, a precisão de um motor passo a passo ou o movimento angular específico de um servo, temos tudo o que precisa.
Para além de apenas os nomear, vamos explorar o seu funcionamento, aplicações típicas e dicas para escolher o mais adequado para o seu próximo projeto. Se quer adicionar movimento à sua criação Arduino ou simplesmente tem curiosidade sobre os motores que fazem barulho nos seus gadgets, este guia vai iluminar o caminho. Vamos começar e pôr os seus projetos em movimento!
Makerguides is a participant in affiliate advertising programs designed to provide a means for sites to earn advertising fees by linking to Amazon, AliExpress, Elecrow, and other sites. As an Affiliate we may earn from qualifying purchases.
Controlo de movimento e atuação
Motores DC
Os motores DC são talvez os motores mais simples e comuns no mundo da eletrónica. Baseiam-se no princípio de converter energia elétrica de corrente contínua (DC) em energia mecânica, produzindo uma rotação contínua. A principal diferença entre um motor DC e outros está nas escovas, que fornecem corrente ao rotor. Os motores DC são fáceis de usar e existem em vários tamanhos, desde os pequenos alimentados por pilhas tipo moeda até aos potentes usados em veículos elétricos.
Os motores DC são usados em inúmeros projetos DIY, brinquedos, ventiladores e até alguns eletrodomésticos. A sua rotação contínua torna-os especialmente adequados para tudo o que precisa de girar ou rodar, como rodas de um robô ou as pás de um ventilador. Abaixo está a imagem de um pequeno motor DC frequentemente usado em projetos Arduino:
Motores DC Miniatura Tipo 130 Gikfun 1.5V-6V
Normalmente não pode ligar um motor DC diretamente a um pino de saída do Arduino. Vai precisar de um motor shield para fornecer a corrente necessária. As escolhas comuns são o L298N ou o L293D motor shields. Abaixo uma imagem e link para o L298N:
HiLetgo 4pcs L298N Motor Driver Controller Board Module Stepper Motor DC Dual H-Bridge
Veja o nosso tutorial sobre how to control a DC motor with an Arduino para mais detalhes.
Considerações importantes
Os motores DC podem consumir muita energia, especialmente ao arrancar ou se ficarem bloqueados. Isto pode sobrecarregar a fonte de alimentação do Arduino ou até danificá-lo. Verifique sempre as necessidades de energia do motor e certifique-se de que o Arduino pode suportá-las. Se o motor precisar de mais energia do que o Arduino pode fornecer, use uma fonte de alimentação externa.
Note que os motores DC podem gerar ruído elétrico que pode interferir com outras partes do seu projeto. É aconselhável adicionar um diodo ou capacitor para ajudar a minimizar isso.
Motores DC Brushless (BLDC)
Ao contrário dos motores DC, os motores BLDC eliminam as escovas, reduzindo o atrito, desgaste e necessidades de manutenção. Em vez disso, usam um controlador para alternar a direção da corrente nas bobinas do motor, produzindo rotação. Esta característica confere maior eficiência e vida útil aos BLDC, tornando-os uma melhor escolha para aplicações que exigem fiabilidade e eficiência, embora a um custo mais elevado.
Comuns em drones, ferramentas de alto desempenho e ventiladores de computador, os BLDC são preferidos pela sua operação suave, eficiência energética e alto binário. Os drones, em particular, beneficiam dos BLDC devido ao seu peso reduzido e alta capacidade de resposta, cruciais para estabilidade e manobrabilidade.
Vai precisar de um controlador eletrónico de velocidade (ESC) para conduzir e controlar um motor Brushless DC. Abaixo uma imagem de um kit típico para drones, contendo o controlador e o BLDC:
BGNing A2212 1400kv Brushless Outrunner Motor 10t+ 30a Speed Controller ESC,Rc Aircraft
Considerações importantes
Os BLDC requerem mecanismos de controlo complexos e/ou controladores eletrónicos de velocidade (ESC). Também podem consumir corrente significativa, levando a potenciais problemas na fonte de alimentação e geração de calor.
O ruído elétrico dos BLDC pode interferir com outros componentes do seu projeto, por isso é necessário um aterramento e blindagem adequados. Verifique sempre as classificações de tensão e corrente do motor para evitar danos e considere os requisitos de binário, especialmente na partida.
Motores Passo a Passo
Os motores passo a passo, como o nome indica, movem-se em passos distintos. Cada rotação é dividida em muitos passos, e o motor pode ser dirigido para mover qualquer número deles de cada vez. Isto torna-os excecionalmente precisos, com a capacidade de controlar o ângulo exato de rotação. Ao contrário dos motores DC contínuos, os motores passo a passo podem mover-se para e manter uma posição específica, tornando-os indispensáveis em máquinas CNC e impressoras 3D.
Abaixo está a imagem do muito comum NEMA 17 stepper motor:
Twotrees Nema17 Stepper Motor 17HS 4023 Motor passo a passo bipolar 42 Motor 4 fios com cabo de 1m 23mm 42BYGH 1.5A
Em geral, não se controla ou alimenta um motor passo a passo diretamente a partir de um MCU, mas sim usando um driver shield. Drivers comuns são os chips A4988 ou DRV8825. Aqui uma imagem de um módulo driver A4988 com dissipador de calor:
WWZMDiB Módulos de condução de motor passo a passo A4988 com dissipador de calor
Temos muitos tutoriais sobre how to control stepper motors com vários drivers. Dê uma vista de olhos.
Considerações importantes
Os motores passo a passo podem consumir muita corrente, e se alimentados diretamente pelo Arduino, podem causar danos. Use sempre uma fonte de alimentação externa e um driver de motor.
Tenha em atenção que se um motor passo a passo for forçado a trabalhar demasiado rápido ou com muita carga, pode perder passos, levando a posicionamento incorreto.
Por fim, os motores passo a passo podem aquecer durante uso prolongado. Garanta ventilação adequada em redor do motor e considere adicionar um dissipador de calor se aquecer demasiado.
Servomotores
Os servomotores são únicos porque fornecem movimento angular controlado, tipicamente entre 0° e 180°. No seu interior, um mecanismo de feedback, frequentemente um potenciômetro, ajusta continuamente para manter o ângulo desejado. Isto torna os servos incrivelmente precisos para tarefas baseadas em ângulo, mas limita o seu alcance de rotação.
Este movimento restrito mas preciso torna-os especialmente adequados para tarefas como ajustar os flaps de um avião de brinquedo, mover uma câmara para um ângulo desejado ou posicionar os membros de um robô.
A imagem abaixo mostra o muito comum SG90 micro servomotor:
Hanaive SG90 9G Micro Servo
Temos vários tutoriais sobre how to control servo motors de diferentes tipos usando diferentes drivers.
Considerações importantes
Os servos podem consumir mais corrente do que o Arduino pode fornecer, especialmente os maiores. Não os alimente diretamente do Arduino.
Os servos precisam de sinais de largura de pulso específicos para definir a sua posição. Embora o Arduino possa gerar esses sinais, verifique sempre o seu código para garantir que está a enviar os comandos corretos. Sinais incorretos podem fazer o servo tremer ou mover-se de forma imprevisível. Além disso, lembre-se que a maioria dos servos tem um alcance de rotação limitado. Não os force além dos seus limites, pois podem ser danificados.
Por fim, verifique sempre as especificações do servo. Diferentes servos têm diferentes requisitos de binário, velocidade e tensão. Usar o tipo errado pode levar a desempenho pobre ou até danos.
Solenoides
Os solenoides funcionam com um princípio simples: quando a eletricidade passa pela sua bobina, gera-se um campo magnético que puxa um êmbolo ou pino metálico para o centro da bobina. Esta ação pode produzir uma força de empurrar ou puxar. Quando a energia é removida, o êmbolo normalmente retorna à posição original, seja por um mecanismo de mola ou outra força externa.
Este movimento linear é usado em muitas aplicações. Desde o simples mecanismo do toque de uma campainha até aos flippers de máquinas de pinball e até aos motores de arranque automóveis, os solenoides estão presentes.
A imagem abaixo mostra um solenoide típico:
uxcell a14092600ux0438 Atuador de estrutura aberta linear mini solenoide de empurrar e puxar eletromagnético, DC 4.5V, 40 g/2 mm
Considerações importantes
Ao usar solenoides em projetos Arduino, lembre-se que consomem muita corrente, especialmente quando ativados. Não os alimente diretamente do Arduino, pois isso pode danificar a placa. Use uma fonte de alimentação externa e um transistor ou relé para controlar o solenoide com segurança.
Os solenoides criam um campo magnético quando energizados, o que pode causar interferência em eletrónicos próximos. Coloque-os longe de componentes sensíveis e considere adicionar um diodo para gerir picos de tensão.
Por fim, os solenoides podem aquecer se mantidos ativados por longos períodos. É essencial dar-lhes pausas ou usá-los em rajadas curtas.
Relés
Os relés funcionam como interruptores, mas são operados eletricamente. Isto significa que uma pequena tensão e corrente, como as do Arduino, podem controlar tensões e correntes muito maiores. No interior do relé, um eletroímã (essencialmente um solenoide) puxa um conjunto de contactos para fechar (ou abrir, dependendo do tipo) quando ativado.
A sua principal vantagem é o isolamento. Aparelhos ou circuitos de alta tensão podem ser controlados com segurança sem expor os componentes delicados de baixa tensão (como o Arduino) à tensão mais alta. Encontrará relés em inúmeras aplicações, desde sistemas de automação doméstica a equipamentos industriais, sempre que for necessário controlar energia sem interação direta.
Existem módulos de relé pré-fabricados adaptados para uso com Arduino, preferencialmente com optoacopladores para maior segurança, como o mostrado abaixo:
Módulo de Relé 3V 1 Canal com Optoacoplador para Trigger de Nível Alto para IOT
Veja o nosso tutorial sobre how to use a relay module with an Arduino.
Considerações importantes
Ao usar relés em projetos Arduino, lembre-se sempre que estão a lidar com altas tensões. Nunca toque nos terminais de um relé quando estiver energizado e assegure que a sua instalação está protegida contra toques acidentais ou curtos-circuitos.
Os relés podem gerar ruído elétrico ao comutar, o que pode perturbar outras partes do seu projeto. Coloque-os longe de componentes sensíveis e considere adicionar um circuito snubber ou diodo para gerir picos de tensão potenciais.
Por fim, verifique sempre as especificações do relé. Certifique-se de que pode suportar a tensão e corrente do dispositivo que está a controlar.
Buzinas
As buzinas são, na essência, transdutores que convertem energia elétrica em som. O mecanismo subjacente envolve tipicamente um elemento piezoelétrico, que vibra quando a tensão é aplicada, produzindo som. As buzinas podem ser ativas (que produzem um tom quando energizadas) ou passivas (que requerem um sinal oscilante para produzir som).
As buzinas são encontradas em muitas aplicações. Seja o bip de um micro-ondas, o tom de alerta de um relógio de pulso ou o aviso sonoro de um veículo em marcha-atrás.
A imagem abaixo mostra uma buzina ativa típica:
Cylewet 5V Buzina Ativa Alarme Eletrónico Magnético Bip Contínuo Longo CYT1036
Dê uma vista de olhos no nosso tutorial sobre how to use a piezo buzzer with an Arduino.
Considerações importantes
Ao usar buzinas em projetos Arduino, verifique primeiro os seus requisitos de tensão. Algumas buzinas podem precisar de mais tensão do que o Arduino pode fornecer. Se ligar uma buzina de alta tensão diretamente ao Arduino, pode não funcionar ou soar muito baixo.
As buzinas podem produzir ruído, não só o som desejado mas também ruído elétrico. Isto pode interferir com outras partes do seu projeto. Para reduzir isso, adicione um capacitor aos terminais da buzina.
Por fim, esteja atento ao tipo de buzina que está a usar. As buzinas ativas bipam quando energizadas, enquanto as passivas precisam de um sinal específico do Arduino para produzir som. Certifique-se de que está a enviar os comandos corretos do Arduino para a buzina.
Resumo
Neste artigo, explorámos uma variedade de atuadores e as suas utilizações. Começámos com os motores DC, que são ótimos para fazer girar coisas como carrinhos de brinquedo e ventiladores. Depois temos os motores DC brushless, frequentemente usados em gadgets voadores como drones. Vimos os motores passo a passo, que se movem passo a passo e são normalmente encontrados em impressoras 3D. Os servomotores são como pequenos robôs, fazendo voltas precisas para tarefas como mover o braço de um brinquedo. Os solenoides são sobre empurrar e puxar, e alimentam coisas como campainhas. Também falámos dos relés, que permitem aos nossos pequenos projetos controlar coisas maiores com segurança, como lâmpadas. E, claro, as buzinas, que fazem bipes e sons para chamar a nossa atenção. Cada um destes atuadores tem a sua função especial, e compreendê-los pode fazer os nossos projetos Arduino ganharem vida de formas muito fixes!
