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怎樣用Arduino和L298N電機(jī)驅(qū)動器控制直流電機(jī)

454398 ? 來源:工程師吳畏 ? 2019-07-29 09:02 ? 次閱讀

概述

直流電機(jī)是初學(xué)者和業(yè)余愛好者遇到的最簡單的電機(jī)。操作非常簡單:將電機(jī)的兩根導(dǎo)線連接到電池的兩個(gè)端子即可!電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)。

如果切換引線,即反轉(zhuǎn)極性,電機(jī)將反向旋轉(zhuǎn)。就這么簡單。

如果要控制簡單直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度,那么有一種稱為PWM直流電機(jī)控制的技術(shù)。通過該技術(shù)生成的脈沖寬度調(diào)制或PWM信號將允許我們控制輸送到直流電機(jī)的平均電壓。

直流電機(jī)的速度控制使用PWM

使用PWM技術(shù),通過打開和關(guān)閉非常高的電源來控制施加到直流電機(jī)的電壓的平均值率。這種切換的頻率將在幾十千赫茲的數(shù)量級。

現(xiàn)在,施加到直流電機(jī)的平均電壓將取決于所謂的“負(fù)載” PWM信號的周期。 PWM信號的占空比只不過是信號ON或HIGH的時(shí)間與信號總時(shí)間的比值,即ON時(shí)間和OFF時(shí)間的總和。

占空比通常以百分比表示,下圖表示12V電源的不同PWM信號,不同的占空比分別為0%,25%,50%,75%和100%。

怎樣用Arduino和L298N電機(jī)驅(qū)動器控制直流電機(jī)

現(xiàn)在我們已經(jīng)控制了提供給直流電機(jī)的平均電壓,我們?nèi)绾螒?yīng)用這個(gè)電機(jī)電壓?這里是晶體管的使用。

來自任何來源的PWM信號,如本例中的Arduino,可以提供給MOSFET的柵極,具體取決于占空比。 PWM信號,直流電機(jī)的速度會有所不同。

下圖顯示了一個(gè)簡單的電路圖,其中Arduino的PWM輸出給MOSFET和12V DC電機(jī)通過MOSFET連接。

此電路的代碼如下所示。使用此代碼,Arduino將以衰落的方式改變直流電機(jī)的速度,即逐漸將速度增加到峰值,然后逐漸降低速度以停止。

代碼

此電路適用于控制電機(jī)速度,但不是改變方向的有效方法輪換。為了在不改變電機(jī)引線的情況下改變旋轉(zhuǎn)方向,您需要使用稱為H橋的特殊電路。

使用H的直流電機(jī)控制-Bridge

H橋是一個(gè)簡單的電子電路,由四個(gè)開關(guān)元件組成,如晶體管(BJT或MOSFET),可以在兩個(gè)方向上驅(qū)動電機(jī)沒有切換引線。

名稱“H-Bridge”是指由四個(gè)晶體管和一個(gè)形成字母“H”的中心的電機(jī)組成的連接外觀。

使用四個(gè)晶體管和一個(gè)電機(jī)的簡單H橋連接如下所示。通過同時(shí)激活兩個(gè)特定的晶體管,我們可以控制通過電機(jī)的電流,從而控制旋轉(zhuǎn)方向。

上述電路中的兩個(gè)控制輸入A和B將決定電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。如果A為低電平且B為高電平,則晶體管Q1和Q4將導(dǎo)通并允許電流沿特定方向流過電機(jī)。

如果控制輸入A為當(dāng)HIGH為高電平且B為低電平時(shí),晶體管Q2和Q3將導(dǎo)通,通過電機(jī)的電流將反轉(zhuǎn),從而反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方向。

結(jié)合兩種功能,即用于速度控制的PWM技術(shù)和用于方向控制的H橋連接,您可以對直流電機(jī)進(jìn)行完全控制。

使用晶體管進(jìn)行有效的H橋連接非常繁瑣。為此,市場上有專用的H橋電機(jī)驅(qū)動器IC,兩個(gè)常見的IC是L293D和L298N。

我們已經(jīng)看到了如何控制速度在早期項(xiàng)目中使用L293D的直流電機(jī)。在這個(gè)項(xiàng)目中,我們將專注于更先進(jìn)的L298N電機(jī)驅(qū)動器,并使用PWM技術(shù)使用L298N電機(jī)驅(qū)動器查看Arduino直流電機(jī)控制。

同時(shí)讀取直流電機(jī)控制使用ARDUINO和L293D

關(guān)于L298N電機(jī)驅(qū)動器的簡要說明

L298N電機(jī)驅(qū)動器IC是一款15引腳高壓,大電流電機(jī)驅(qū)動器IC,帶有兩個(gè)全橋驅(qū)動器。 L298N IC的邏輯電平與標(biāo)準(zhǔn)TTL兼容,IC可用于驅(qū)動不同的電感負(fù)載,如直流電機(jī),步進(jìn)電機(jī),繼電器等。

下圖顯示采用多瓦封裝(多引線電源封裝)的L298N IC引腳圖。

由于L298N電機(jī)驅(qū)動器IC是雙全橋驅(qū)動器IC,因此您可以通過單獨(dú)輸入同時(shí)控制兩個(gè)電機(jī)。邏輯電源電壓為5V,但電機(jī)電源電壓可高達(dá)45V。每通道的峰值輸出電流為2A。

通常,L298N驅(qū)動器可用作模塊,其中包含用于控制兩個(gè)直流電機(jī)的所有必要組件和連接器。一個(gè)這樣的模塊如下所示。我將解釋該模塊中的一些重要組件。

L298N電機(jī)驅(qū)動器模塊由兩個(gè)2針螺釘接線端子組成,用于連接兩個(gè)電機(jī)。它還有六個(gè)引腳公頭,用于連接兩個(gè)使能輸入和四個(gè)輸入引腳(每個(gè)電機(jī)兩個(gè))。

有一個(gè)3針螺釘接線端子,通過它你需要給電機(jī)供電。如果使用的電機(jī)額定電壓為12V或更低,則通過該螺釘端子提供12V電源,板載5V穩(wěn)壓器將為L298N IC提供5V邏輯電源。

您也可以通過3針螺絲接線盒中的第三個(gè)引腳訪問此穩(wěn)壓5V。在3針螺釘端子附近提供的跳線必須接通電源電壓高達(dá)12V,因?yàn)樵撎€將啟用板載穩(wěn)壓器。只有當(dāng)跳線接通即電源電壓為12V時(shí),才能使用3針螺釘端子的第三個(gè)引腳的5V輸出。此5V輸出可用于為Arduino板供電。

如果電源電壓高于12V,則取下跳線,因?yàn)樗赡軙p壞穩(wěn)壓器。在這種情況下,L298N IC的5V邏輯電源通過3針螺釘端子的第三個(gè)引腳給出。

使用L298N的Arduino直流電機(jī)控制

我們現(xiàn)在將看到一個(gè)簡單的電路,我們使用Arduino和L298N IC控制直流電機(jī)的速度和方向。您需要為此項(xiàng)目添加少量其他組件,完整列表如下所示。在使用L298N項(xiàng)目的Arduino直流電機(jī)控制中,我們將使用PWM信號和L298N(H橋)的組合來控制簡單直流電機(jī)的功能,即速度和旋轉(zhuǎn)方向。

電路圖

所需組件

Arduino UNO

L298N電機(jī)驅(qū)動器模塊

12V直流電機(jī)

100KΩ電位器

按鈕

12V電源

面包板

連接線

代碼

應(yīng)用

使用L298N電機(jī)驅(qū)動器項(xiàng)目的Arduino直流電機(jī)控制可以是許多高級項(xiàng)目的開始步驟。

A幾乎所有機(jī)器人都有輪子,我們需要控制連接到這些輪子的電機(jī)。因此,任何基于Arduino的機(jī)器人都可以使用L298N實(shí)現(xiàn)這種類型的電機(jī)控制。

L298N電機(jī)驅(qū)動器的一些機(jī)器人應(yīng)用是手勢控制機(jī)器人,線跟隨器機(jī)器人,障礙物避免機(jī)器人等

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