電機(jī)驅(qū)動(dòng)--arduino.doc

話說(shuō)前面的幾節(jié)課，學(xué)生學(xué)了好長(zhǎng)時(shí)間用arduino UNO控制小燈，紅綠燈，然后說(shuō)，“老師，老是叫我們整這些個(gè)小燈，這不像學(xué)機(jī)器人啊！”我說(shuō)，“你沒看少林和尚天天在練掃地嗎？也沒練武啊，可最后不成了武林高手嗎？知道為什么嗎？從簡(jiǎn)單開始！”不過(guò)，今天我們要來(lái)學(xué)用arduino UNO來(lái)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)了。首先來(lái)認(rèn)識(shí)一下馬達(dá)，馬達(dá)又叫電機(jī)?？梢苑譃楹芏喾N類，常見的有直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、舵機(jī)。最簡(jiǎn)單的就是直流電機(jī)了，接上電源就轉(zhuǎn)動(dòng)，改變接電源的極性，電機(jī)就向相反的方向旋轉(zhuǎn)。直流減速電機(jī)（齒輪減速電機(jī)）是在普通直流電機(jī)的基礎(chǔ)上，加上配套齒輪減速箱。 電機(jī)有幾個(gè)參數(shù)： 1、工作電壓：驅(qū)動(dòng)電機(jī)推薦使用的電壓，不能太高，太高電機(jī)會(huì)燒壞；2、工作電流：電機(jī)工作電流越大，輸出功率越大；3、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩：齒輪減速箱可以提供較低的轉(zhuǎn)速和較大的力矩。 接下來(lái)認(rèn)識(shí)一下馬達(dá)驅(qū)動(dòng)板。這里，我們使用一款集成電路L298N的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)板來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)注意：arduino UNO不能提供大電流輸出，前面的LED發(fā)光管屬于小電流元件，所以可以直接接arduino UNO的數(shù)字輸出口，而電機(jī)屬于大電流設(shè)備，無(wú)法用Arduino引腳直接控制。所以要通過(guò)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)板來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。下圖為實(shí)驗(yàn)用到的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)板，上面各主要元件和引腳的作用有作了簡(jiǎn)單的說(shuō)明。下圖為arduino UNO和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)板和直流電機(jī)的連接圖，分為幾個(gè)部分：1、電源供電部分，本電路連接圖可以只用7V直流電源，除供給馬達(dá)驅(qū)動(dòng)板的電機(jī)電源外，還可以利用“電源切換開關(guān)”來(lái)控制，通過(guò)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)板上的降壓電路提供5V電源給arduino UNO和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)板的邏輯電源使用。（arduino UNO和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)板的邏輯電源也可以另外使用5V直流電源供電。） 2、信號(hào)控制線：從arduino UNO的數(shù)字口選兩個(gè)（如8、9）連接到馬達(dá)控制板的IN1和IN2。 3、電機(jī)連接線，用連接線把OUT1、OUT2連接至直流電機(jī)的兩個(gè)接線頭。 4、注意：在編程的時(shí)候，7V直流電源不能通電，只有在程序下載完畢后，才能加上7V直流電源。連接好電路后，可以開始編寫程序來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)了。參看如下表，以M1馬達(dá)為例，在IN1和IN2輸出不同信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。（一）先編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，讓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，如下圖：程序說(shuō)明：1、13腳輸出高電平是讓13腳所連接的LED亮起來(lái)，以確實(shí)信號(hào)有輸出。2、本程序中IN1和IN2所連接的數(shù)字端口是8、12腳。3、以此為參照，可以編程序讓馬達(dá)正轉(zhuǎn)5秒，再反轉(zhuǎn)5秒，（二）接下來(lái)編寫一個(gè)復(fù)雜一點(diǎn)的程序：這是一個(gè)調(diào)速程序，在一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)，讓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)20毫秒，然后停止50毫秒，反復(fù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)讓馬達(dá)減速的功能。這也就是所謂的PWM方式。PWM的內(nèi)容材料是源自網(wǎng)上的文章；（三）下面這個(gè)程序分為兩個(gè)部分：第一部分是讓馬達(dá)正常轉(zhuǎn)動(dòng)，第二部分是讓馬達(dá)減速轉(zhuǎn)動(dòng)，其中變量t是一個(gè)計(jì)時(shí)器，每次運(yùn)行循環(huán)里面的程序加1，到了50結(jié)束循環(huán)。實(shí)際程序中，可以讓條件中的t50增大一些，以增加減速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間，比如改為“t200。（四）這個(gè)程序再?gòu)?fù)雜一些，用到雙重循環(huán)，用到了兩個(gè)變量t1和t2，t1用來(lái)控制8、12口的信號(hào)維持時(shí)間，從0開始慢慢增加，從而使馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度越來(lái)越快。t2變量用來(lái)控制馬達(dá)在t1調(diào)整的速度下轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間，每轉(zhuǎn)一次加1，當(dāng)?shù)?00的時(shí)候內(nèi)層循環(huán)結(jié)束，跳到外層。變量t1值改變，也即改變馬達(dá)的速度，然后再運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)t2時(shí)間段就結(jié)束。后面這兩個(gè)程序用上了循環(huán)模塊，第四個(gè)程序用上了雙重循環(huán)。在本課的學(xué)習(xí)中，只用到一個(gè)馬達(dá)，兩個(gè)馬達(dá)的程序編寫方法是一樣的。下圖為一馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)視頻：這次課的內(nèi)容