Arduino教程-09.控制直流电机（寻迹避障小车）

转载：L298N电机驱动模块详解

3.1 电机

直流电机内部有磁铁、转子和碳刷等组件组成，将电机的+、-极和电池相连，即可正转或逆转。
电机在运转时，碳刷和整流子之间会产生火花，进而引发干扰，影响到微处理器或无线遥控器的运行。为了消除噪声，通常在碳刷电机的+、-极之间焊接一个0.01~0.1uF的电容。

1. 步进电机 是一种易于控制旋转角度和转动圈数的电机，常见于需要精确定位的自动控制系统，比如：打印机、光驱等，仅仅接上电源，步进电机是不会转动的，步进电机有四条控制线和两条电源线，微处理器从控制线输入脉冲（即：高、低电位变化），步进电机的转子就会配合脉冲数转动到对应的角度。
   脉冲产生器发出的信号，轮流驱使电机转动一个角度，转动一圈所需要的次数以及每次转动的角度，分别称为“步数”和“步进角”。
   缺点： 体积、重量以及消耗电力都比较大，因此许多需要控制旋转角度的装置，都改用 舵机

2. 直流电机 又称为“碳刷电机”，因为它通过碳刷将电力传输给转子。碳刷需要清理也会损耗，因此许多电器逐步改用无刷电机，无刷电机的结构以及驱动方式，都和一般碳刷电机不同
   直流电机的技术文件
   从电机的技术文件所列举的转速和扭力参数，可得知该电机是否符合转速和负重的需求；工作电压和消耗电流参数，则关系到电源和控制器的配置。
   表：RF-300电机

	最大效率					堵转（STALL)
工作电压	转速	电流	扭力		输出	扭力		电流
1.6~6.5V	1710转/分钟	0.0525A	0.27mN·m	2.8g·cm	0.049W	1.22mN·m	12g·cm	0.18A

表：**FA-130**电机

	最大效率					堵转（STALL)
工作电压	转速	电流	扭力		输出	扭力		电流
1.5~3V	6990转/分钟	0.66A	0.59mN·m	6.0g·cm	0.43W	2.55mN·m	26g·cm	2.20A

设计电机的晶体管控制电路时，最重要的两个参数是**工作电压和堵转电流**。堵转代表电机轴心受到外力卡住而停止，此时电机线圈形同短路状态，电机的负荷越重，电流越大，发热量也就增加。

3.2 认识晶体管元器件

晶体管是最基本的驱动接口，微处理器只需要送出微小的信号，即可通过它控制外部装置。它很像水管中的阀门，平时处于关闭状态，但只要稍微施力，就能启动阀门，让大量水流通过。
晶体管有三只引脚，分别叫做B（基极）、C（集电极）和E（发射极），集电极（Collector） 代表收集电流，发射极（Emitter） 代表射出电流，基极（Base） 相当于控制台。

3.3 控制电机正反转的H桥式电机控制电路

3.3.1 使用专用IC（L298）控制电机

L298内部包含两组H桥式电路，可以驱动并控制电机的正反转，
L298N内部原理图

3.3.2 L298N引脚图及功能

L298N 有两组电源输入脚，一个用于IC本身（芯片电源，5V），另一个用于电机；有两个使能引脚，用于决定是否供电给电机。L298N 有检测电机是否处于“堵转”状态，原理是：“当电机的负荷增加时，消耗的电流量也跟着增加，因此，从电流的消耗量，可得知电机是否运行平顺。”如果要启用这项功能，必须在“电流监测”脚位连接电阻；若不适用“电流监测”功能，请将电流监测的1和15脚位接地。

3.3.3 L298N驱动模块说明

• +12V：该引脚接的电压是驱动模块所能输出给电机的最大电压，一般 直接接电池。12V是由L298N芯片所能接受最大电压而定，一般介入5~12V电压。在此我们接入的电压为9V电池的电压；
• GND： 在该项目中GND即为电源的负极，同时要保证Arduino开发板，驱动模块等所有模块的GND连在一起才可以正常工作。在某些复杂的项目中还需要区分数字地和模拟地，在此不做详细介绍。
• +5V： L298N模块（注意不是L298N芯片）内含稳压电路（将高电压转换为低电压的电路），在模块内部将”+12V”引脚输入的电压转化为可供开发板使用的+5V电压，一般将次输出接入到开发板为开发板供电。

一组电机都有三个控制引脚，使能、输入A和输入B，这三个引脚和电机的运转关系：
L298N逻辑功能表
将IN1~4分别接到arduino上digital的口，初始化后使用digitalWrite就可以实现正反转了，将ENA/ENB（接到arduino上带 ~ 的端子（3 5 6 9 10 11，就是能输出PWM波的端子）初始化后使用analogWrite输出PWM波就可以调速了：

使能A	输入1A	输入1B	电机状态
高	高	低	正转
高	低	高	反转
高	输入1B	输入1A	快速停止（刹车）
低	×	×	停止（自由滑行）

×：代表任何状态
在需要精确定位的场合，可以将两个输入信号反转，造成“刹车”效果

有些L298N电机控制器，使用另一个IC（型号：74HC14）来简化电机正反转控制，每个输入端只有使能和正反转两个引脚

这种控制器的输入输出关系表

EA/EB（使能）	IA/IB（正反转）	电机状态
高	高	正转
高	低	反转
低	×	×

3.4 实验活动

活动一：自动回避障碍物的自走车

实验说明： 采用一个L298N控制器以及超声波传感器，制作一个遇到前方有障碍物时，能自动转向的自走车。
实验材料：

物品	数量
超声波传感器	1
L298N电机控制模块	1
电机（请在小电机的电源焊接一个0.1uF（104）电容，避免电机的噪声干扰处理器	2

const byte TrigPin = 13;
const int EchoPin = 12;
const int dangerThresh =580;
cont byte speed = 100;

long distance ;
const byte ENA = 5;
const byte ENB = 6;
const byte IN1 = 10;
const byte IN2 = 9;
const byte IN3 = 8;
const byte IN4 = 7;

byte dir = 0;
void stop() {
	analogWrite(ENA, 0);
	analogWrite(ENB, 0);
}

void forward() {
	analogWrite(ENA, speed);
	digitalWrite(IN1, HIGH);
	dititalWrite(IN2, LOW);
	analogWrite(ENB, speed);
	digitalWrite(IN3, HIGH);
	digitalWrite(IN4, LOW);
}

void backward() {
	analogWrite(ENA, speed);
	digitalWrite(IN2, HIGH);
	dititalWrite(IN1, LOW);
	analogWrite(ENB, speed);
	digitalWrite(IN4, HIGH);
	digitalWrite(IN3, LOW);
}

void turnLeft() {
	analogWrite(ENA, speed);
	digitalWrite(IN2, HIGH);
	dititalWrite(IN1, LOW);
	analogWrite(ENB, speed);
	digitalWrite(IN3, HIGH);
	digitalWrite(IN4, LOW);
}

void turnRight() {
	analogWrite(ENA, speed);
	digitalWrite(IN1, HIGH);
	dititalWrite(IN2, LOW);
	analogWrite(ENB, speed);
	digitalWrite(IN4, HIGH);
	digitalWrite(IN3, LOW);
}
long ping() {
	digitalWrite(TrigPin, HIGH);
	delayMicroseconds(5);
	digitalWrite(TrigPin, LOW);
	return pulseIn(EchoPin, HIGH);
}

void loop() {
	distance = ping();
	if (distance > dangerThresh) {
		if (dir != 0) {
			dir = 0;
			stop();
			delay(500);
		}
		forward();
	} else {
		if (dir != 1) {
			dir = 1;
			stop();
			delay(500);
		}
		turnRight();
	}
	delay(1000);
}

实验结果： 编译与下载程序之后，两个电机将开始正转，若超声波传感器感知到遮挡，两个电机首先暂停0.5秒，接着，A电机将持续正转，B电机则会反转；若前方无障碍物，两个电机首先暂停0.5秒，再一起正转。每次在切换电机状态之前先暂停0.5秒，可以避免电机频繁地正、反转而导致寿命降低。