ESP32 - Atuador com Feedback
Em um tutorial anterior, aprendemos sobre o atuador linear sem feedback. Neste tutorial, vamos aprender sobre o atuador linear com feedback (também chamado de atuador linear de feedback). O feedback do atuador linear fornece as informações para identificar a posição do seu curso e, assim, controlar a posição. Em detalhes, vamos aprender:
- Como um atuador linear com feedback funciona
- Como encontrar a posição do atuador linear com feedback (em milímetros)
- Como controlar a posição de um atuador linear
Hardware Necessário
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| 1 | × | DIYables ESP32 Starter Kit (ESP32 included) | |
| 1 | × | DIYables ESP32 S3 Starter Kit (ESP32 S3 included) | |
| 1 | × | DIYables Sensor Kit (18 sensors/displays) |
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Sobre o Atuador Linear com Feedback
Um atuador linear com feedback é um atuador linear que possui um sinal de feedback que permite identificar sua posição e controlá-la. O feedback é um potenciômetro que fornece um valor de tensão proporcional à posição do curso.
Pinagem do Atuador Linear com Feedback
Um atuador linear com feedback possui 5 fios:
- Fio positivo do atuador: este fio é usado para controlar o atuador linear usando alta tensão (12V, 24V, 48V...).
- Fio negativo do atuador: este fio é usado para controlar o atuador linear usando alta tensão (12V, 24V, 48V...).
- Fio 5V: este fio é usado para o potenciômetro de feedback. Conecte este fio ao 5V ou 3.3V
- Fio GND: este fio é usado para o potenciômetro de feedback. Conecte este fio ao GND
- Fio do potenciômetro: (também chamado de fio de feedback, ou fio de saída) este fio fornece um valor de tensão proporcional à posição do curso.
Como Funciona
Se fornecermos alta tensão aos fios positivo e negativo, o curso do atuador será estendido ou retraído. Em detalhes, se conectarmos:
- 12V (12V, 24V, 48V...) e GND no fio positivo e no fio negativo, respectivamente: o atuador linear estende em velocidade máxima até atingir o limite.
- 12V (12V, 24V, 48V...) e GND no fio negativo e no fio positivo, respectivamente: o atuador linear retrai em velocidade máxima até atingir o limite.
- Durante a extensão ou retração, se cortarmos a alimentação do atuador (GND nos fios positivo e negativo), o atuador para de estender/retrair
※ Nota:
- O valor de tensão para controlar o atuador depende da especificação do atuador. Leia o datasheet ou o manual para saber o valor de tensão correspondente.
- O atuador consegue manter a posição mesmo quando a alimentação é cortada enquanto ele carrega uma carga.
O valor de tensão no fio do potenciômetro é proporcional à posição do curso no atuador. Medindo essa tensão, podemos saber a posição do curso.
Diagrama de Ligação
Remova os três jumpers do módulo L298N antes de fazer a ligação.
This image is created using Fritzing. Click to enlarge image
Se você não sabe como alimentar o ESP32 e outros componentes, veja as instruções no tutorial a seguir: Como alimentar o ESP32.
Como controlar a extensão/retração de um atuador linear
Veja o tutorial ESP32 - Atuador
Como encontrar a posição do atuador linear
A seguir mostramos como identificar a posição do curso em um atuador linear.
Calibração
- Identifique o comprimento do curso do atuador (em milímetros) medindo (com uma régua) ou lendo o datasheet
- Identifique os valores de saída quando o atuador linear está totalmente estendido e totalmente retraído executando o código abaixo
/*
* Este código de ESP32 foi desenvolvido por pt.newbiely.com
* Este código de ESP32 é disponibilizado ao público sem nenhuma restrição.
* Para tutoriais completos e diagramas de ligação, visite:
* https://pt.newbiely.com/tutorials/esp32/esp32-actuator-with-feedback
*/
// the code for getting the feedback when the actuator fully extended and retracted
#define ENA_PIN 27 // The ESP32 pin GPIO27 connected to the EN1 pin L298N
#define IN1_PIN 26 // The ESP32 pin GPIO26 connected to the IN1 pin L298N
#define IN2_PIN 25 // The ESP32 pin GPIO25 connected to the IN2 pin L298N
#define POTENTIOMETER_PIN 36 // The ESP32 pin GPIO36 (ADC0) connected to the potentiometer of the actuator
void setup() {
Serial.begin(9600);
// set the ADC attenuation to 11 dB (up to ~3.3V input)
analogSetAttenuation(ADC_11db);
// initialize digital pins as outputs.
pinMode(ENA_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN1_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN2_PIN, OUTPUT);
digitalWrite(ENA_PIN, HIGH);
}
void loop() {
// extend the actuator
digitalWrite(IN1_PIN, HIGH);
digitalWrite(IN2_PIN, LOW);
delay(20000); // wait for actuator fully extends. It will stop extending automatically when reaching the limit
// read the analog in value:
int POTENTIOMETER_MAX = analogRead(POTENTIOMETER_PIN);
Serial.print("POTENTIOMETER_MAX = ");
Serial.println(POTENTIOMETER_MAX);
// retracts the actuator
digitalWrite(IN1_PIN, LOW);
digitalWrite(IN2_PIN, HIGH);
delay(20000); // wait for actuator fully extends. It will stop retracting automatically when reaching the limit
int POTENTIOMETER_MIN = analogRead(POTENTIOMETER_PIN);
Serial.print("POTENTIOMETER_MIN = ");
Serial.println(POTENTIOMETER_MIN);
}
- Você verá o log no Serial Monitor como no exemplo abaixo
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Serial.println("Hello World!");
Message (Enter to send message to 'ESP32 Dev Module' on 'COM15')
New Line
9600 baud
POTENTIOMETER_MAX = 987
POTENTIOMETER_MIN = 13
- Anote esses valores
- Se os valores mínimo/máximo estiverem trocados, troque IN1_PIN e IN2_PIN
Atualize os três valores no código abaixo
Código ESP32 que calcula a posição do atuador
/*
* Este código de ESP32 foi desenvolvido por pt.newbiely.com
* Este código de ESP32 é disponibilizado ao público sem nenhuma restrição.
* Para tutoriais completos e diagramas de ligação, visite:
* https://pt.newbiely.com/tutorials/esp32/esp32-actuator-with-feedback
*/
#define ENA_PIN 27 // The ESP32 pin GPIO27 connected to the EN1 pin L298N
#define IN1_PIN 26 // The ESP32 pin GPIO26 connected to the IN1 pin L298N
#define IN2_PIN 25 // The ESP32 pin GPIO25 connected to the IN2 pin L298N
#define POTENTIOMETER_PIN 36 // The ESP32 pin GPIO36 (ADC0) connected to the potentiometer of the actuator
#define STROKE_LENGTH 102 // PLEASE UPDATE THIS VALUE (in millimeter)
#define POTENTIOMETER_MAX 2340 // PLEASE UPDATE THIS VALUE
#define POTENTIOMETER_MIN 13 // PLEASE UPDATE THIS VALUE
void setup() {
Serial.begin(9600);
// set the ADC attenuation to 11 dB (up to ~3.3V input)
analogSetAttenuation(ADC_11db);
// initialize digital pins as outputs.
pinMode(ENA_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN1_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN2_PIN, OUTPUT);
digitalWrite(ENA_PIN, HIGH);
}
void loop() {
// extend the actuator
digitalWrite(IN1_PIN, HIGH);
digitalWrite(IN2_PIN, LOW);
int potentiometer_value = analogRead(POTENTIOMETER_PIN);
int stroke_pos = map(potentiometer_value, POTENTIOMETER_MIN, POTENTIOMETER_MAX, 0, STROKE_LENGTH);
Serial.print("The stroke's position = ");
Serial.print(stroke_pos);
Serial.println(" mm");
}
- Atualize os três valores calibrados no código
- Faça o upload do código para o ESP32
- Veja o resultado no Serial Monitor
8
Serial.println("Hello World!");
Message (Enter to send message to 'ESP32 Dev Module' on 'COM15')
New Line
9600 baud
The stroke's position = 2 mm
The stroke's position = 35 mm
The stroke's position = 43 mm
The stroke's position = 60 mm
The stroke's position = 68 mm
The stroke's position = 79 mm
The stroke's position = 83 mm
The stroke's position = 96 mm
The stroke's position = 100 mm
Como controlar um atuador linear para uma posição específica
/*
* Este código de ESP32 foi desenvolvido por pt.newbiely.com
* Este código de ESP32 é disponibilizado ao público sem nenhuma restrição.
* Para tutoriais completos e diagramas de ligação, visite:
* https://pt.newbiely.com/tutorials/esp32/esp32-actuator-with-feedback
*/
#define ENA_PIN 27 // The ESP32 pin GPIO27 connected to the EN1 pin L298N
#define IN1_PIN 26 // The ESP32 pin GPIO26 connected to the IN1 pin L298N
#define IN2_PIN 25 // The ESP32 pin GPIO25 connected to the IN2 pin L298N
#define POTENTIOMETER_PIN 36 // The ESP32 pin GPIO36 (ADC0) connected to the potentiometer of the actuator
#define STROKE_LENGTH 102 // PLEASE UPDATE THIS VALUE (in millimeter)
#define POTENTIOMETER_MAX 2340 // PLEASE UPDATE THIS VALUE
#define POTENTIOMETER_MIN 13 // PLEASE UPDATE THIS VALUE
#define TOLERANCE 5 // in millimeter
int targetPosition_mm = 50; // in millimeter
void setup() {
Serial.begin(9600);
// set the ADC attenuation to 11 dB (up to ~3.3V input)
analogSetAttenuation(ADC_11db);
// initialize digital pins as outputs.
pinMode(ENA_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN1_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN2_PIN, OUTPUT);
digitalWrite(ENA_PIN, HIGH);
}
void loop() {
int potentiometer_value = analogRead(POTENTIOMETER_PIN);
int stroke_pos = map(potentiometer_value, POTENTIOMETER_MIN, POTENTIOMETER_MAX, 0, STROKE_LENGTH);
Serial.print("The stroke's position = ");
Serial.print(stroke_pos);
Serial.println(" mm");
if (stroke_pos < (targetPosition_mm - TOLERANCE))
ACTUATOR_extend();
else if (stroke_pos > (targetPosition_mm + TOLERANCE))
ACTUATOR_retract();
else
ACTUATOR_stop();
}
void ACTUATOR_extend() {
digitalWrite(IN1_PIN, HIGH);
digitalWrite(IN2_PIN, LOW);
}
void ACTUATOR_retract() {
digitalWrite(IN1_PIN, LOW);
digitalWrite(IN2_PIN, HIGH);
}
void ACTUATOR_stop() {
digitalWrite(IN1_PIN, LOW);
digitalWrite(IN2_PIN, LOW);
}
※ Nota:
Este tutorial usa a função analogRead() para ler valores de um ADC (Conversor Analógico-Digital) conectado a um potenciômetro. O ADC do ESP32 é bom para projetos que NÃO precisam de alta precisão. Porém, para projetos que precisam de medições precisas, observe:
- O ADC do ESP32 não é perfeitamente preciso e pode precisar de calibração para obter resultados corretos. Cada placa ESP32 pode ser um pouco diferente, então você precisa calibrar o ADC de cada placa individualmente.
- A calibração pode ser difícil, especialmente para iniciantes, e nem sempre pode fornecer os resultados exatos que você deseja.
Para projetos que precisam de alta precisão, considere usar um ADC externo (ex.: ADS1115) com o ESP32 ou usar um Arduino, que possui um ADC mais confiável. Se ainda assim quiser calibrar o ADC do ESP32, consulte o ESP32 ADC Calibration Driver