Урок 5 · мускулы робота

Мотор и H-мост

Цель урока Разобраться с DC-моторчиком: как он крутится, почему его нельзя втыкать как попало, и как заставить его крутиться в обе стороны — для этого есть схема «H-мост». А под конец соберём вентилятор, которым рулят две кнопки.

⚙️ DC-моторчик — простой и капризный

У обычного моторчика два контакта. Подал на них напряжение — вал крутится. Поменял «+» и «−» местами — крутится в другую сторону. Звучит просто, но именно здесь дети придумывают больше всего неправильных подключений.

⚠️ «Беру моторчик, подключаю к батарейке» — частые ошибки • Подключают полюса батарейки к оси (валу) мотора или к корпусу — туда, где нет контактов. Ток идёт на два проводка/лепестка, а не на металлическую ось.
• Берут слишком большую батарейку — маленький моторчик греется.
• Соединяют провода батарейки между собой мимо мотора — это короткое замыкание (урок 1).
• Держат мотор пальцами за вал «чтоб не крутился» под напряжением — он перегревается.

🔌 Почему мотор нельзя в ножку платы

Мотору нужен большой ток, а ножка Arduino даёт крошечный (урок 4). Плюс в момент старта и остановки мотор «брыкается» обратным импульсом напряжения, который может повредить плату. Поэтому мотор всегда подключают через силовую деталь: транзистор (в одну сторону) или H-мост (в обе), и питают от отдельной батарейки, а не от платы.

💡 Защитный диод Рядом с мотором ставят диод (1N4001) — он гасит тот самый обратный «брык» мотора. В готовых микросхемах H-моста такие диоды уже встроены.

🔀 H-мост: как крутить в обе стороны

Одним транзистором мотор можно только включать-выключать в одну сторону. А для робота нужно вперёд и назад — значит, надо уметь менять «+» и «−» местами, не перетыкая провода руками. Для этого придумали H-мост: четыре выключателя (S1–S4) буквой «H», мотор — перекладина посередине.

Включили S1 и S4 (по диагонали) → «+» слева, «−» справа → мотор крутится вперёд.
Включили S2 и S3 (другая диагональ) → полюса поменялись → мотор крутится назад.
Ничего не включено → мотор стоит.

⚠️ Запретная комбинация Нельзя включать S1 и S3 (или S2 и S4) одновременно — это соединит «+» и «−» батарейки напрямую (короткое замыкание!). В микросхемах H-моста от этого есть защита, но помнить полезно.

🧩 L293D — H-мост в одной микросхеме

Собирать H-мост из деталей руками сложно, поэтому его делают одной микросхемой. L293D (и её «старший брат» L298N на машинке) — это сразу два H-моста: можно крутить два мотора, каждый вперёд/назад. Управляется тремя сигналами на мотор:

IN1, IN2 — направление: 1,0 вперёд · 0,1 назад · 0,0 стоп;
EN (enable) — включён ли мотор; на него же подают ШИМ для скорости (урок 6).

А вот как эти ножки расположены на самой микросхеме — пригодится, когда будешь искать нужный пин на реальной L293D. Ключ-выемка смотрит вверх; пин 1 — слева от неё, дальше по левой стороне вниз до 8, потом по правой снизу вверх до 16:

Эти IN1/IN2/EN и будут «пальцами», которыми Arduino нажимает на выключатели H-моста. Мы их встретим прямо в курсе про машинку.

🌬️ Соберём пример: вентилятор на двух кнопках

Помнишь четыре выключателя S1–S4? Теперь не нужно щёлкать ими руками: IN1 и IN2 — это и есть «пальцы» на H-мосте, а нажимать на них будем двумя кнопками. Чтобы крутящийся вал было видно, наденем на него лёгкую вертушку — получится настоящий вентилятор: одна кнопка дует от тебя, другая — на тебя.

Сигнал течёт слева направо: кнопка подаёт «1» на вход (IN1 или IN2) → микросхема гонит ток на выходы OUT1/OUT2 → крутится вентилятор. Ножки нарисованы по смыслу (входы слева, выходы справа); номера пинов — в распиновке выше и в шагах сборки. Линии, что пересекаются без точки, — не соединены. Одна батарейка 6 В питает и логику (VCC1, пин 16), и мотор (VCC2, пин 8); все «−» — общие.

Логика простая — две кнопки как два «пальца» на H-мосте:

Что нажал	IN1	IN2	Вентилятор
ВПЕРЁД	1	0	крутится вперёд (дует от тебя)
НАЗАД	0	1	крутится назад (дует на тебя)
ничего	0	0	стоит
обе сразу	1	1	стоит — «тормоз» (это не КЗ!)

Собираем по шагам (номера ножек сверяй с реальной микросхемой):

Питание: «+» батарейки → VCC1 (пин 16) и VCC2 (пин 8); «−» → GND (пины 4, 5, 12, 13).
Включаем мотор: EN1,2 (пин 1) → «+» (мотор разрешён; позже сюда подадут ШИМ для скорости).
Вентилятор: два провода моторчика → OUT1 (пин 3) и OUT2 (пин 6).
Кнопка «вперёд»: «+» → кнопка → IN1 (пин 2); от IN1 — подтяжка 10 кОм на «−».
Кнопка «назад»: «+» → кнопка → IN2 (пин 7); от IN2 — подтяжка 10 кОм на «−».

💡 Зачем подтяжка (резистор на «−») Вход микросхемы нельзя бросать «висеть в воздухе»: пока кнопка отпущена, на нём должен быть чёткий ноль. Подтяжка вниз — большой резистор (10 кОм) — тихо держит вход на «−», а нажатая кнопка легко её пересиливает и даёт «1». Без подтяжки вентилятор может включаться сам от наводок.

⚠️ Чтобы вентилятор был безопасным • Вертушку делай из лёгкой бумаги или пластика, держи пальцы подальше от лопастей.
• «−» батарейки, «−» стяжек и GND микросхемы — это одна общая земля; забыл соединить — ничего не закрутится.
• Нажал обе кнопки разом — не страшно: внутри L293D это «тормоз», а не короткое замыкание (в отличие от ручной пары S1+S3).
• Здесь одна батарейка 6 В тянет и логику, и мотор. У сильных моторов (машинка) — своя батарея, так правильнее.

💡 Лампочка-индикатор: видно, какое вращение включено

Добавим к каждой кнопке лампочку (светодиод): загорелась — значит, на этот вход пришла «1» и мотор крутится в эту сторону. Лампочку вешаем параллельно — на тот же провод-сигнал (к IN1) и на «−» (GND), обязательно через резистор 150–220 Ом (чтобы не сжечь её, как в уроке 2):

Лампочка с резистором 150–220 Ом стоит параллельно: одной ножкой на провод-сигнал (к IN1), другой — на GND. Нажал кнопку → на входе «1» → лампочка горит и мотор едет «вперёд». Отпустил → подтяжка 10 кОм вернёт вход в «0», лампочка погаснет. (6 В для светодиода с резистором 150–220 Ом — нормально.)

Это ветка только для кнопки «вперёд» (вход IN1, пин 2). Для кнопки «назад» собери точно такую же на вход IN2 (пин 7) со своей лампочкой (например, жёлтой) — будет по лампочке на каждое направление.

🔧 Что такое «параллельно» и как это на breadboard

Параллельно — это когда несколько деталей подключены к одним и тем же двум точкам. У нас эти две точки — «провод-сигнал к IN1» и «GND». К ним мы и цепляем сразу четыре вещи: кнопку, подтяжку, лампочку и перемычку к микросхеме. Все они «висят» на одном и том же сигнале.

На макетной плате (breadboard) сделать это очень просто. Дырочки в одном вертикальном столбике соединены между собой внутри платы — металлической пластинкой. Значит, достаточно воткнуть ножки в один столбик — и они уже соединены. Никаких лишних проводов:

В один столбик воткнуты сразу: провод от кнопки, ножка подтяжки 10 кОм, ножка «резистор + лампочка» и перемычка на пин 2 (IN1). Они уже соединены друг с другом — это и есть параллельное подключение. Для «−» удобно взять длинную боковую шину платы и тоже завести в неё все «земляные» ножки.

💡 Запомни про breadboard Один столбик = одна точка соединения. Всё, что воткнуто в него, соединено вместе. Хочешь подключить деталь параллельно — просто воткни её в тот же столбик. Столбики ты уже видел в уроках 2–4.

А теперь представь, что обе кнопки заменила одна ножка Arduino — и ты получил ровно то, чем рулит машинка в следующем курсе. Кнопка → ножка платы, а H-мост тот же.

✅ Проверь себя Какие два выключателя включить, чтобы мотор ехал вперёд? А какая пара — короткое замыкание? Почему мотор питают отдельной батарейкой, а не от платы?

🧠 Проверь себя

Выбери ответ. Ошибёшься — 30 секунд на то, чтобы вернуться в урок и перечитать.

Какие два выключателя H-моста надо включить, чтобы мотор ехал вперёд?

✅ Верно — S1 и S4 (одна диагональ). Другая диагональ S2+S3 — это «назад».

Что случится, если включить S1 и S3 одновременно?

✅ Верно — короткое замыкание (КЗ): «+» и «−» батарейки соединятся напрямую.

Как называется микросхема-H-мост (одна из тех, что в уроке)?

✅ Верно — L293D (или L298N на машинке): два H-моста в одной микросхеме.

В схеме с вентилятором нажали обе кнопки сразу (IN1 и IN2 — единицы). Будет короткое замыкание, как с S1+S3?

✅ Верно — «запретную» пару внутри L293D не пропустит логика: обе единицы это «тормоз», а не КЗ. Ради этого H-мост и прячут в микросхему.