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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 19 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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