機(jī)器人教程3：直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)及L298N模塊

1）驅(qū)動(dòng)效率的轉(zhuǎn)化

所謂驅(qū)動(dòng)效率高，就是要將輸入的能量盡量多的輸出給負(fù)載，而驅(qū)動(dòng)電路本身最好不消耗或少消耗能量，具體到H橋上，也就是4個(gè)橋臂在導(dǎo)通時(shí)最好沒有壓降，越小越好。從電路上看，這主要取決于“開關(guān)”上的壓降，其消耗為流過的電流乘以壓降，電流大小主要取決于負(fù)載電機(jī)的需要，所以對于設(shè)計(jì)來說重點(diǎn)應(yīng)考慮盡量減小開關(guān)上的電阻從而提高效率，而在選用驅(qū)動(dòng)芯片時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮所選用的芯片壓降是否滿足電機(jī)驅(qū)動(dòng)力的需要，像參加過飛思卡爾智能車的朋友應(yīng)該清楚，一般很少有人選擇L298N芯片的，究其原因就是298N的自身壓降太大造成功率消耗太大而不滿足電機(jī)驅(qū)動(dòng)需要造成的。

2）能夠通過的驅(qū)動(dòng)電流

每個(gè)芯片都有自身承受的最大電流，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證電機(jī)的工作電流不會造成芯片的燒毀，像智能車制作過程中，電機(jī)的電流可以達(dá)到4－5A，而L298最大承受的電流不能超過2A，所以這也是一般不采用298N作為驅(qū)動(dòng)芯片的另一個(gè)原因。

3）芯片的價(jià)格

對于器件的價(jià)格，一般在業(yè)余的制作基本不會考慮太多，但真正在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，價(jià)格卻是除了性能外必須考慮的另一個(gè)關(guān)鍵因素，像剛剛上面提到了L298N由于自身壓降太大，所承受的電流太少，所以不滿足智能車電機(jī)的需要，所以有的朋友會說，298N芯片不好，不能說不好，要知道從價(jià)格上7970是298的3倍之多，像做一般速度比較低的機(jī)器人，298芯片完全能夠滿足要求。

綜上所述，在選擇驅(qū)動(dòng)芯片應(yīng)從價(jià)格、驅(qū)動(dòng)電流及壓降等方面給合考慮。

5、L298芯片及驅(qū)動(dòng)模塊

L298N內(nèi)部的組成其就是上面講的H橋驅(qū)動(dòng)電路，所以工作原理我以上介紹的H橋相同，這里我們不在敘述，在使用時(shí)重點(diǎn)要了解其引腳的功能和主要的性能參數(shù)。引腳圖如圖12所示。

圖12 L298N的引腳圖

L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓，大電流的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V，輸出電流大，瞬間峰值可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率為25W。內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個(gè)用控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺兩相步進(jìn)電機(jī)和四相步進(jìn)電機(jī)，也可以兩臺直流電機(jī)。L298N模塊的驅(qū)動(dòng)電路圖如圖13所示。

圖13 L298N電路圖

對于以上電路圖有以下幾點(diǎn)說明：

1）電路圖中有兩個(gè)電流，一路為L298工作需要的5V電源VCC，一路為驅(qū)動(dòng)電機(jī)用的電池電源VSS。

2）1腳和15腳有的電路在中間串接了大功率的電阻，可以不加

3）八個(gè)續(xù)流二極管是為了消除電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的尖峰電壓保護(hù)電機(jī)而設(shè)計(jì)，簡化電路可以不加。

4）6腳和11腳為兩路電機(jī)通道的使能開關(guān)，高電平使能所以可以直接接高電平，也可以交由單片機(jī)控制。

5）由于工作時(shí)L298的功率較大，可以適當(dāng)加裝散熱片。

L298模塊的的外形圖如圖14所示：

圖14 L298N模塊外形圖

6、電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序

下面寫一個(gè)程序讓小車上一個(gè)電機(jī)正轉(zhuǎn)。

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

sbit PWM1=P2^0;//接IN1控制正轉(zhuǎn)

sbit PWM2=P2^1;//接IN2控制反轉(zhuǎn)

void main()

{

while(1)

{

PWM1=1;

PWM2=0;

}

}

下面寫一個(gè)程序讓小車上兩個(gè)個(gè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車的前行。

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

sbit PWM1=P2^0;//接IN1控制正轉(zhuǎn)

sbit PWM2=P2^1;//接IN2控制反轉(zhuǎn)

sbit PWM3=P2^2;//接IN1控制正轉(zhuǎn)

sbit PWM4=P2^3;//接IN2控制反轉(zhuǎn)

sbit PWM5=P2^4;//接IN1控制正轉(zhuǎn)

sbit PWM6=P2^5;//接IN2控制反轉(zhuǎn)

sbit PWM7=P2^6;//接IN1控制正轉(zhuǎn)

sbit PWM8=P2^7;//接IN2控制反轉(zhuǎn)

void main()

{

while(1)

{

PWM1=1;

PWM2=0;

PWM3=1;

PWM4=0;

PWM5=1;

PWM6=0;

PWM7=1;

PWM8=0;

}

}

void delay(uint z)

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=500;y>0;y--);

}

7、雙電機(jī)差速轉(zhuǎn)向的原理

ZN-1A智能小車有兩種轉(zhuǎn)向的方式，差速轉(zhuǎn)向和舵機(jī)轉(zhuǎn)向。由于差速轉(zhuǎn)向目前市面上的資料和相關(guān)程序比較多，所以本教程絕大部分程序采用后輪驅(qū)動(dòng)，前輪舵機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的控制方式。這里簡要介紹一下差速轉(zhuǎn)向的原理及方法，并給出一個(gè)簡單的程序，更復(fù)雜的程序請大家參考相關(guān)的資料，如可以利用ZN-1A智能小車實(shí)現(xiàn)小車的直立運(yùn)動(dòng)，即兩輪直立前行，目前世界上比較風(fēng)行的兩輪直代步車就是利用這種形式實(shí)現(xiàn)，不過要要做兩輪直立時(shí)涉及到平衡的問題，需對加速度計(jì)和陀螺儀的知道有所了解，有興趣朋友可以利用本小車實(shí)現(xiàn)直立的功能，這里不多作介紹。

所謂的差速，是指左右兩車輪的速度差，假如左邊車輪比右邊的快，則小車會偏向右。同時(shí)，左的的車輪轉(zhuǎn)速比右的慢，那么小車會向左邊轉(zhuǎn)動(dòng)。目前主要有以下兩種方式。

（1）小車向左轉(zhuǎn)，可是是左輪停止，左輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣可實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)，這種方式實(shí)現(xiàn)小角度的轉(zhuǎn)彎，在角度不大時(shí)可采用此種方式。

（2）小車向左轉(zhuǎn)，可以是左輪反轉(zhuǎn)，右輪正轉(zhuǎn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)大角度的左轉(zhuǎn)，甚至可以進(jìn)行原地打轉(zhuǎn)。

同理可推出小車如何向右轉(zhuǎn)向。

下面給出一個(gè)利用后輪電機(jī)差事運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)小車原地打轉(zhuǎn)的程序。

8、利用差速實(shí)現(xiàn)小原原地打轉(zhuǎn)程序