Arduino基础: 控制电机

这篇文章来源于DevicePlus.com英语网站的翻译稿。

本文最初发布在deviceplus.jp网站上,而后被翻译成英语。

Device Plus网站中介绍了有关Arduino的各种应用和作品示例,但无论创作任何作品,基础知识都很重要!这就是为什么在这篇文章中,我们会探讨Arduino的关键基础知识。今天的分享嘉宾是《始于Arduino基础 的电子工艺品入门》的作者福田和宏先生。

在本文中,将为大家介绍大电流电机的控制方法。

电机可用来驱动各种设备,例如无人机和汽车。电机是一种电子产品,当连接到电源时可以产生旋转运动。通过给轮胎和螺旋桨安装电机,可以利用电机的旋转来完成移动和上升等动作。

使用Arduino也可以控制电机。与LED一样,您可以通过接通和关断提供给电机的电源来控制电机旋转或停止。通过与其他传感器等器件结合使用,还可以实现比如当障碍物接近时电机停动这样的自动控制。

control the motor

当电源方向反接时,电机会向相反的方向旋转。也可以通过调整流过的电流量来改变转速。基于这些原理,可以实现很多复杂的动作,比如在电机高速旋转时移动,在逐渐减速时停止在期望的目标位置,在遇到障碍物时回头向另一个方向移动。所以在本文中,我们将一起来了解使用Arduino控制电机的方法。

[目录]

・驱动电机需要驱动器

・将电机连接到Arduino

・通过程序控制电机

・改变电机的转速

驱动电机需要驱动器

通过Arduino的数字输出,可以在High和Low之间切换,我们曾用来控制LED的闪烁。使用该功能,应该还可以为电机供电。但是,实际上,即使您将电机直接连接到Arduino,电机还是无法运行的。

使电机运行需要大电流。例如,在本次使用的电机“RE-280RA”的情况下,可能会流过1A以上的电流。但是,Arduino的数字输出引脚最多只能承受20mA的电流。如果施加比这更多的电流,Arduino本身可能会损坏。因此,我们需要将电机连接到Arduino的输出引脚并对其进行控制。

operating the motor requires a driver

这里我们使用的是“电机驱动器”。电机驱动器是用来控制电机的电子器件。我们需要准备一个将电机连接到电源以使电机运行的电路,并在其中插入电机驱动器。电机驱动器可通过外部信号导通和关断电机运行电路,并可控制电机的旋转和停止。由于控制信号中几乎不会流过电流,因此即使连接Arduino,也可以毫无问题地控制电机。

control signal from arduino

另外,通过电机驱动器,还可以利用控制信号切换旋转方向。电机驱动器配有两个控制引脚,一个设置为High时正转,另一个设置为High时反转。这使得电机驱动器可以控制电机的正转、反转和停止。

将电机连接到Arduino

现在让我们尝试利用Arduino来控制电机。这部分操作将使用以下电子元器件,因此请确保您已经准备好它们。

直流电机

这是电机本体。其中,可以用干电池等的直流电控制的电机称为“直流电机”。这次,我们将使用“RE-280RA”。RE-280RA可施加高达4.5V的电压。

DC motor

电机驱动器

我们将使用电机驱动器来控制电机。驱动器具有根据来自Arduino的信号给电机供电并控制电机转向等功能。我们将使用ROHM的“BA6956AN”。从带有切口的连接器(图片左侧)开始,引脚分别按照“引脚1”和“引脚2”等命名。

motor driver

0.1μF 电容器

电容器是可以储存少量电能的电子元件。电机在工作过程中会产生噪声。噪声可能会对其他电子元器件的工作产生不利影响。因此,可以通过在电机的两个引脚上连接电容器来降低噪声。

condenser

10kΩ(1/4W)电阻器

为了防止流过突发大电流损坏电子元器件,可以使用电阻器来抑制电流。此次,为了能给电机提供指定的电压,我们在Arduino的3.3V引脚上连接了电机驱动器。通常情况下,几乎没有电流流过,但由于在某些情况下可能会有流过大电流的风险,因此连接了一个10kΩ的电阻器以防止流过大电流。这个10kΩ电阻器上印有“棕黑橙金”四色颜色代码。

resistor

电池

电池扣

我们将使用干电池作为驱动电机的动力源。在这里使用的是可提供9V电压的006P。另外,还会使用电池扣将电池连接到面包板上。

9v battery

battery snap

鳄鱼夹线s

电机有引脚,需要连接到面包板。通常是将导线焊接到引脚上。但是如果您使用鳄鱼夹线,只需将鳄鱼夹夹住电机的引脚即可实现接线,可以省去焊接的麻烦。

electrical clip jumper wires

准备好所需组件后,如下所示进行连接。

prepare each of the components

用鳄鱼夹夹住电机引脚,将电机连接到电机驱动器的引脚2和4。注意,在电机工作期间可能会产生噪声,噪声可能会影响其他设备工作,因此,需要将电容器连接到电机的两个引脚来降低噪声。

电机可以由单独准备的电池供电。因此,可以通过将电池连接到电机驱动器的引脚5和3来实现电池供电。

此外,本次使用的电机的供电电压范围为4.5V以内。因此,使用9V电池时,电压过高,可能会损坏电机。因此,请在电机驱动器的引脚1处指定输出至电机的最大电压。本次我们为电机提供3.3V的电压。将Arduino 3.3V电源连接到引脚1并指定最大电压值。电机旋转可以通过电机驱动器的引脚7和9来控制。这意味着需要分别连接到Arduino的引脚5和6,通过Arduino的输出对其进行控制。

通过程序控制电机

完成连接后,让我们实际尝试使用程序来控制电机。电机的旋转可以通过Arduino引脚5和6的输出来控制。旋转、停止和旋转方向都可以通过将这两个引脚设置为High或Low来控制。在BA6956AN的情况下,可以进行如下控制:

要正转时,使引脚5输出High,使引脚6输出Low。将以下程序写入Arduino,电机将开始正转。

在第10行设置了引脚5输出High,在第11行设置了引脚6输出Low。

如果要反转,则需要使引脚5输出Low,使引脚6输出High。

程序如下:

在第10行设置了引脚5输出Low,在第11行设置了引脚6输出High。如果要使电机停止运转,则需要让引脚5和6都输出Low。

程序如下:

另外,如果引脚5和6都输出High,则会启动制动器,可以让电机在比两个引脚都置Low时更短的时间内停止运转。

改变电机的转速

上次,我们通过使用“PWM”这种输出方法成功地改变了LED的亮度。在电机上,也可以通过使用PWM控制来改变转速。通过在短时间内切换High和Low,电机在旋转和停止之间交替切换,转速实际上比正常速度慢。High的时间越长,转速越快;反之High的时间越短,转速越慢。

对于电机而言,通过PWM来输出想要旋转的方向的控制引脚,并使另一个引脚始终保持在Low的状态。正转时,通过PWM输出引脚5 并使引脚6保持在Low状态。反转时,通过PWM输出引脚6,并使引脚5保持在Low状态。下面是控制正转速度的程序:

在程序中,在第10行设置为向引脚5输出PWM比率的一半(最大为255),在第11行使引脚6保持在Low状态。当您改变第10行的数字时,速度也会随之改变。但是,如果High小于某个特定的比率,电机将不会旋转。如果减小该值电机不旋转,就请尝试指定更高的值。您可以通过逐渐增加或减少引脚5输出的值来逐渐改变速度。在接下来的程序中,转速将从停止状态逐渐提高,当达到最大值时,速度将会逐渐降低并最终停止运转。

在本文中,我们了解了通过Arduino控制LED和电机等电子产品的方法。下一篇将介绍如何通过Arduino确认开关的状态。

DevicePlus 编辑团队
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