6.5 Micro:bit i motori: od koda do pokreta

Programiraj, spoji, pokreni svoje LEGO izume

Uvod: Što su motori i koje koristimo s micro:bitom?

Motor općenito ima dvije uloge:

• Pretvara električnu energiju u rotaciju (vrtnju).
• Tu rotaciju možemo iskoristiti da pomičemo kotače, rampe, kazaljke, krilca, vrata itd.

Sa micro:bitom se najčešće koriste:

• Klasični DC motori (najčešće LEGO motori ili mali 3–6 V motori).
• Servo motori (pozicijski i 360°/stalne vrtnje).
• Ponekad i stepper motori (rjeđe u početničkim radionicama, jer su složeniji za upravljanje).

Za jednostavne LEGO konstrukcije, najpraktičniji je koristiti male DC motore za jednostavne vrti se / ne vrti se radnje i pozicijske servo motore (tipa SG90) za precizno postavljanje kuta (npr. rampa gore/dolje).

Kakve motore možemo spojiti na micro:bit?

Motorima je obično potrebno:

• puno više struje nego što micro:bit može sigurno dati,
• često i viši napon (npr. 5 V ili više, dok micro:bit radi sa 3 V).

Zbog toga:

• Klasične DC motore i LEGO motore ne smijemo spajati direktno na pin micro:bita.
• Potrebni su posebni driveri (motor driver pločice, H-mostovi, servo driver pločice) i odvojeno napajanje motora.
• Micro:bit daje samo niskostrujni signal tim driverima.

Što se može spojiti direktno (u ograničenom smislu):

• Jedan mali servo motor (tipa SG90) se ponekad spaja direktno na micro:bit, ali i tu postoje važna ograničenja (vidi niže).
• LED-ice, tipkala, mikroprekidači, senzori – oni ne troše toliko struje kao motor.

Kako rade pozicijski servo motori?

Pozicijski servo motor je poseban tip motora s ugrađenom elektronikom i povratnom informacijom o položaju. On nije dizajniran da se okreće u krug bez kraja, nego:

• se obično okreće unutar ograničenog kuta (npr. 0° do 180°),
• drži zadani položaj dok mu šaljemo odgovarajući signal.
  Kako micro:bit upravlja pozicijskim servom:
• micro:bit šalje seriju impulsa (PWM – pulsno-širinska modulacija) na signalni pin serva.

Duljina impulsa određuje koji kut servo treba zauzeti:

• npr. jedan tipičan puls za 0°,
• drugi za 90° (sredina),
• treći za 180°.

Prilikom programiranja micro:bita, koristiti ćemo blok naredbu servo write pin P0 to N u grupi Pins:

Servo unutra ima mali kontroler i senzor položaja – uspoređuje željeni kut iz signala i stvarni kut, te okreće motor dok ne dosegne točan položaj.

Posljedica je vrlo intuitivna:

• Naredba tipa postavi servo na 0° znači spusti rampu.
• Naredba postavi servo na 90° znači otvori rampu.

Možemo li spojiti jedan servo motor na micro:bit?

Da, jedan mali pozicijski servo (tipa SG90) se često spaja direktno na micro:bit, ali uz određena pravila i ograničenja:

• Signalni pin serva ide na jedan od pinova micro:bita (npr. P0, P1 ili P2).
• GND serva se spaja na GND micro:bita.
• Napajanje serva (VCC) se može u nekim scenarijima dobiti iz istog battery packa kao micro:bit, ali to zna biti na granici i nije idealno, pogotovo ako servo pod opterećenjem povuče više struje.

Ograničenja kod direktnog spajanja

• Struja:

  • Servo pri pokretanju i pod opterećenjem može povući relativno veliku struju.
  • Ako micro:bit i servo dijele slabo napajanje, micro:bit se može resetirati ili ponašati nestabilno.
  • Micro:bitovi pinovi nisu predviđeni za direktno napajanje većih opterećenja; iako je servo mali, u vršnim trenucima može biti problem.

• Napon:

  • SG90 obično želi oko 4,8–6 V.
  • Micro:bit radi oko 3 V, pa je ponekad na granici; neki servoi rade zadovoljavajuće i s nešto nižim naponom, ali ne uvijek.

• Mehaničko opterećenje:

  • Ako servo gura LEGO konstrukciju koja se zaključa ili blokira, struja naglo poraste.
  • To dodatno opterećuje napajanje i motor, što može dovesti do trzanja, resetiranja micro:bita ili pregrijavanja.

Kako prevladati ta ograničenja?

• Odvojeno napajanje za servo:

  • Dati servu vlastiti battery pack (npr. 4×AA baterije za 5–6 V).
  • Micro:bit i servo moraju dijeliti zajednički GND (minus).
  • Micro:bitov pin daje samo signal, ne napaja servo.

• Driver pločice:

  • Korištenje specijaliziranih servo/motor driver pločica koje:
    • primaju napajanje za motore,
    • imaju izlaze za više serva,
    • od micro:bita traže samo signale/komande (često preko I2C ili direktnih pinova).

  Time se rasterećuje micro:bit, dobivaš više kanala i stabilnije napajanje.

• Ograničenje broja serva:

  • U ranoj fazi radionica: jedan servo po micro:bitu, eventualno dva, ali uz vrlo oprezno dimenzioniranje napajanja.
  • Ako želiš više serva (npr. za robotsku ruku), gotovo je nužno koristiti driver board i odvojeno/jače napajanje.
  • Softverska zaštita:
    • Ne udaraj servo stalno od kraja do kraja velikom brzinom.
    • Izbjegavaj blokiranje serva na mehaničkom graničniku, umjesto toga:
      • prilagoditi kutove (npr. ići 10–170° umjesto 0°–180°),
      • koristiti mikroprekidače/graničnike i logiku u programu.

Vježbe

Potreban materijal

• 1 × micro:bit,
• 1 × SG90 servo motor (pozicioni) sa LEGO adapterom,
• 3 × žice sa krokodil-štipaljkama,
• LEGO rampa.

Spoji servo motor prema slici:

• crvena ide na + napajanje (3V)
• crna (ili tamno smeđa) ide na GND
• narančasta (ili žuta) ide na signal (pin P0)

Vježba 1: Rampa na tipke A i B

Cilj vježbe

Naučiti ćemo:

• kako micro:bit upravlja servo motorom,
• kako tipke A i B pokreću različite akcije,
• povezati kretanje serva s fizičkom rampom (LEGO).

Logika programa

• Početni položaj: rampa zatvorena (npr. servo na 0°).
• Na tipku A: podigni rampu (npr. 90°).
• Na tipku B: spusti rampu (vrati na 0°).

Veza na kôd

Dodatna pitanja i zadaci:

• Kako ćeš izbjeći naglo trzanje rampe pri podizanju i spuštanju?
• Napravi da se rampa automatski spusti 3 sekunde nakon podizanja.
• Na koji još način možeš reći rampi kada se digne ili spusti?

Vježba 2: Kazaljka kontrolirana nagibom micro:bita

Cilj vježbe

Naučiti ćemo:

• čitanje senzora nagiba (akcelerometar),
• mapiranje vrijednosti (naginjanje lijevo/desno ⇒ kut servo motora),
• ideju o upravljaču: micro:bit kao volan ili joystick.

Logika programa

• Pročitaj nagib micro:bita (roll) i upiši ga direktno kao kut servo motora.

Dodatna pitanja i zadaci:

• Napravi malu igru:
  • Nagibom micro:bita postavi kazaljku točno na 0° i pritisni tipku A.
  • Ispiši razliku koliko si promašio (razlika 0 znači da si pogodio točan stupanj nagiba).

Što smo naučili?

Motori i micro:bit

• Motori pretvaraju električnu energiju u gibanje, a micro:bit im daje pamet – govori im kada i koliko da se pomaknu.
• Motore najčešće ne spajamo direktno na pinove micro:bita za napajanje, nego da micro:bit služi kao upravljač (signal), a baterije kao izvor snage.

Servo motori (SG90)

• Upoznali smo pozicijski servo motor: on se okreće samo unutar određenog kuta (npr. 0°–180°) i može držati svoju poziciju.
• Micro:bit se pokreće pomoću PWM signala (posebnih impulsa), koji šalju servo motoru informaciju na koji se kut treba okrenuti.

Spajanje servo motora na micro:bit

• Servo motor smo spojili s tri vodiča: signal na pin (npr. P0), plus na napajanje, minus na GND.
• Razgovarali smo o ograničenjima: servo motor može povući više struje nego što micro:bit voli, pa se može resetirati ili ponašati čudno ako napajanje nije dovoljno jako.
• Naglasili smo ideju odvojenog napajanja za servo (poseban battery pack) i zajedničke mase s micro:bitom, kao i upotrebu driver pločica kada želimo više motora.

Micro:bit kao mozak i volan

• Kako tipke A i B mogu otvarati i zatvarati rampu – od koda do pokreta.
• Kako nagib micro:bita (akcelerometar) omogućava upravljamnje kutom servo motora, pa je micro:bit postao svojevrsni volan ili joystick.

LEGO mehanika

• Spojili smo servo SG90 na LEGO elemente uz pomoć isprintanog adaptera (uz pomoć 3D-printera) i vidjeli kako se elektronički dio (micro:bit + servo) spaja s mehaničkim (LEGO rampa).
• Time smo povezali programiranje, elektroniku i mehaniku u jednu cjelinu – mali program u micro:bitu pokreće stvarne fizičke konstrukcije.

Razgovaraj na Discord-u. (pridruži se)