概述

直流電機(jī)是初學(xué)者和業(yè)余愛(ài)好者遇到的最簡(jiǎn)單的電機(jī)。操作非常簡(jiǎn)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(jiǎn)單。

如果要控制簡(jiǎn)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(guò)該技術(shù)生成的脈沖寬度調(diào)制或PWM信號(hào)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(guò)打開和關(guān)閉非常高的電源來(lái)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(jí)。

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(hào)的周期。 PWM信號(hào)的占空比只不過(guò)是信號(hào)ON或HIGH的時(shí)間與信號(hào)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(hào)，不同的占空比分別為0％，25％，50％，75％和100％。

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(lái)自任何來(lái)源的PWM信號(hào)，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(hào)，直流電機(jī)的速度會(huì)有所不同。

下圖顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的電路圖，其中Arduino的PWM輸出給MOSFET和12V DC電機(jī)通過(guò)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(jiǎn)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(dòng)電機(jī)沒(méi)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(jiǎn)單H橋連接如下所示。通過(guò)同時(shí)激活兩個(gè)特定的晶體管，我們可以控制通過(guò)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(guò)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(guò)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(duì)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(chǎng)上有專用的H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC，兩個(gè)常見(jiàn)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(dòng)器，并使用PWM技術(shù)使用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)器的簡(jiǎn)要說(shuō)明

L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC是一款15引腳高壓，大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC，帶有兩個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)器。 L298N IC的邏輯電平與標(biāo)準(zhǔn)TTL兼容，IC可用于驅(qū)動(dòng)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(dòng)器IC是雙全橋驅(qū)動(dòng)器IC，因此您可以通過(guò)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(dòng)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(dòng)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(guò)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(guò)該螺釘端子提供12V電源，板載5V穩(wěn)壓器將為L(zhǎng)298N IC提供5V邏輯電源。

您也可以通過(guò)3針螺絲接線盒中的第三個(gè)引腳訪問(wèn)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?huì)損壞穩(wěn)壓器。在這種情況下，L298N IC的5V邏輯電源通過(guò)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(jiǎn)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(hào)和L298N（H橋）的組合來(lái)控制簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)器項(xiàng)目的Arduino直流電機(jī)控制可以是許多高級(jí)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(dòng)器的一些機(jī)器人應(yīng)用是手勢(shì)控制機(jī)器人，線跟隨器機(jī)器人，障礙物避免機(jī)器人等