Arduino驱动直流电机教程

控制原理

转向控制

控制直流有刷电机的转向可通过H桥电路实现。H桥由四个开关组成（实际中常用晶体管），电机位于H桥的桥部分。当不同的开关组合闭合时，能改变施加在电机上电压的极性，从而实现电机的正反转。例如，闭合特定的两个开关，电流按一个方向流过电机，电机顺时针旋转；打开这两个开关，闭合另外两个开关，电流方向改变，电机逆时针旋转。需注意避免同时闭合会导致电源短路的开关。

转速控制

PWM（脉冲宽度调制）技术是控制电机转速的常用方法。它通过调整进入电机的电压平均值来控制电机运动，平均电压取决于占空比，即信号在一段时间内打开的时间与关闭的时间之比。可以将Arduino的PWM输出连接到晶体管的基极或MOSFET的栅极，通过控制PWM输出来控制电机的速度。

驱动方式选择

自行搭建电路

使用电子元件自行搭建H桥电路来驱动电机，但这种方式对于初学者来说比较困难，需要对电子电路知识有一定的了解。

使用电机控制模块

这是更简便的方法，无需自己搭建电路，不仅能控制电机旋转方向、速度，还能实现急停、待速等功能。不过，需要先确定自己的电机参数和型号，然后通过电机参数和型号适配电机控制模块。

常见电机控制模块及使用

XY – 2.5AD电机控制模块

这是一个双H桥模块，可以同时控制两个直流有刷电机。使用时不要用Arduino引脚的5V电压对其供电，功率达不到，要单独给电机控制模块配备独立电源，且GND要共地。它共有IN1、IN2、IN3、IN4共四个引脚，不同引脚输出不同信号可达到不同效果，如：

控制状态 IN1、IN2引脚状态（控制电机A） 说明
待机 低电平 若之前电机有转速，则此时慢慢减速停止
刹车 高电平 电机旋转时使其突然停止
引脚未连接信号 等效于引脚低电平 无特殊信号输入时的状态

实验可通过向串口监视器输入控制Arduino串口指令来控制电机，例如：

  • 使得3号引脚高电平，5号引脚低电平，可让电机A正传以最大速度。
  • 使得6号引脚PWM信号200，5号引脚低电平，可让电机A正传以PWM200的速度。

L298P直流电机驱动板

这是Arduino作品中最入门、使用最广泛的电机驱动。它基于L298芯片，是Arduino平台双路电机驱动扩展板，可以直接插入Arduino控制板使用。该扩展板可用跳线选择Arduino VIN供电还是外接电源供电，最大电压可达35V。其技术规格如下：

参数 详情
驱动工作电压 4.8～35V
最大输出电流 单路2A
最大耗散功率 25W（T = 75℃）
驱动形式 双路H桥驱动
驱动电源接口 一路外部电源端子/Arduino – VIN
驱动输出接口 两路电机接线端子/排针
Arduino控制端口 数字口10，11，12，13
工作温度 -25℃～130℃
模块尺寸 56x57mm

由于其应用完整使用教程篇幅过长，建议查看相关原文链接。

实验示例

材料准备

  • Arduino开发板（如Arduino Uno）
  • 直流电机
  • 对应的电机控制模块（如L298N、XY – 2.5AD等）
  • 电源
  • 杜邦线等连接材料

代码示例（以使用Arduino Uno的PWM引脚控制电机速度和方向为例）

// 定义控制电机的引脚
const int motorPin1 = 2; // 控制电机方向
const int motorPin2 = 4; // 控制电机方向
const int pwmPin = 5; // 控制电机速度void setup() {
// 设置引脚为输出模式
pinMode(motorPin1, OUTPUT);
pinMode(motorPin2, OUTPUT);
pinMode(pwmPin, OUTPUT);
// 初始化串口通信
Serial.begin(9600);
}

void loop() {
if (Serial.available() > 0) {
int speed = Serial.parseInt(); // 从串口读取速度值
if (speed > 0) {
digitalWrite(motorPin1, HIGH);
digitalWrite(motorPin2, LOW);
analogWrite(pwmPin, speed); // 设置电机速度
} else if (speed < 0) {
digitalWrite(motorPin1, LOW);
digitalWrite(motorPin2, HIGH);
analogWrite(pwmPin, -speed); // 设置电机速度
} else {
digitalWrite(motorPin1, LOW);
digitalWrite(motorPin2, LOW);
analogWrite(pwmPin, 0); // 停止电机
}
}
}

代码解释

  • setup()

    函数：设置控制电机的引脚为输出模式，并初始化串口通信。

  • loop()

    函数：不断检查串口是否有数据输入。如果有，读取输入的速度值。根据速度值的正负来控制电机的旋转方向，使用

    analogWrite()

    函数设置电机的速度。当速度值为0时，停止电机转动。

连接方法

  • 将电机控制模块的IN1、IN2等引脚连接到Arduino的对应控制引脚（如示例中的2、4引脚）。
  • 将电机控制模块的PWM输入引脚连接到Arduino的PWM引脚（如示例中的5引脚）。
  • 为电机控制模块单独连接合适的电源，并将GND与Arduino的GND共地。
  • 将电机连接到电机控制模块的输出端口。

注意事项

  • 选择电机控制模块时，要根据电机的工作电压、平均电流、失速电流等电气规格进行匹配，理想情况下，驱动器的额定电流应高于电机平均电流30 – 50%，且能处理电机的失速电流至少一分钟。
  • 不要使用Arduino引脚的5V电压直接对电机控制模块供电，功率可能不足，需单独配备合适的电源。
  • 在使用H桥电路时，要注意避免短路情况的发生，确保开关的正确闭合和断开。