和爷爷一起学Arduino:直流电机的控制(介绍H桥电路的工作原理)
liuian 2024-12-08 16:24 62 浏览
简单的智能小车是双轮驱动的,左右各一个减速直流电机驱动。减速直流电机的内部包含了一个齿轮减速箱,因此外形比一般的直流电机长。
驱动电机需要调速,这个容易做到,因为Arduino能输出PWM(脉冲宽度调制,简称脉宽调制)波形。车轮还需要倒顺转。要控制电机的旋转方向,又要控制速度,最简单的做法是采用H桥电路。
上图就是一个H桥。四个大功率晶体管组成一个电桥,输出接电机。四个晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极分别受Arduino控制板的四个数字口输出控制。当Q1与Q4导通时,电流从电机的正极流入,从负极流出,这时,电机正转。而当Q3与Q2导通时,电流反向流经电机,电机反转。这样就实现了电机的正反转。如果在正转时,Q1或Q4是PWM口驱动的,就可以对电机调速。同样,在反转时,只要Q3或Q2是PWM驱动,也可以实现调速。从H桥电路看,似乎一个电机需要四个数字口来控制。事实上用四个数字口直接控制是不行的。如果Q1与Q2同时导通,电源就被短路了。同样,Q3与Q4也绝对不允许同时导通!因此,还要加逻辑电路。实际的驱动板,一个电机占两个数字口,其中一个必须是PWM口。
我们是2018年暑假做的第一个智能小车。那时资料很少,主要靠自己摸索,不一定正确,也不一定合理。电机驱动板采用L298N。L298N有四个信号输入引脚,标志分别为N1、N2、N3、N4。它们连接Arduino控制板的四个数字输出口。我们的设计是,每个电机由两个数字输出口控制,一个是普通数字口,控制这个电机的正反转,另一个是PWM输出口,对这个电机进行调速。实际连接的是:N1接D11(控制右电机正反转),N2接10(控制右电机速度),N3接D9(控制左电机速度),N4接D8(控制右电机正反转)。
当D11为低电平时,右电机正转,D10是PWM输出,送信号255时,占空比为100%,转速最高,也就是所谓的全速;送信号0时,占空比为0%,转速最低。D11为高电平时,右电机反转,D10输出为0时,转速最高,为255时最低。这是因为,电机的输入电压是D10与D11的差值。现在D11为高电平,D10越低,电机的供电电压越高,转速也就越高。左电机也是一样的原理。
L298N左右两侧各有两个接线柱,分别接左右电机。信号输入引脚的左侧还有三个接线柱,分别是+12V、GND、+5V,这是接电源的。我们开始是用六节五号电池。
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