Как подключить L298n к Ардуино

Одним из самых популярных приборов для управления небольшими электрическими моторами является модуль L298N, схема подключения которого определяется конструктивными особенностями микроконтроллера Arduino. Это устройство позволяет регулировать скорость и направление вращения нескольких двигателей постоянного тока. Стоимость данного драйвера в Российской Федерации составляет 99 руб.

L298n

Описание драйвера мотора L298N

Модуль L298N состоит из 4 транзисторов и 2 H-мостов, соединенных с выходами A и B. Комплектующие изготавливаются из стали или латуни. На драйвере присутствует разъем для подачи питания и подключения различных перемычек.

В центральной части модуля расположен отсек для подсоединения электрических моторов. Настройка скорости и направления вращения двигателя осуществляется при одновременном закрытии 2 транзисторов. Полярность мотора изменяется при помощи технологии широтно-импульсной модуляции.

Логическая микросхема L298N имеет следующую распиновку:

  1. OUT1 — OUT4: порты для подсоединения щеточных моторов или обмотки шагового двигателя.
  2. VSS: пин, принимающий электрический ток с напряжением до 35 В от источника питания.
  3. IN1 — IN4: контакты, применяемые для регулирования технических характеристик щеточных моторов и обмоток шагового двигателя.
  4. GND: заземление, используемое для стабилизации электрического напряжения и предотвращения короткого замыкания.
  5. VS: порт для подачи электроэнергии к микросхеме. Он принимает электроток с напряжением до 5 В и выполняет роль второстепенного источника питания.
  6. ENABLE A и B: контакты для работы с механизмами широтно-импульсной модуляции.

Распиновка модуля была разработана на основе микросхемы L293D. Принцип работы этого устройства основан на чередовании сигналов высокого логического уровня или низкого. Направление двигателей определяется портами IN1 — IN4.

Драйвер функционирует в 2 основных режимах:

  1. Активном. Каналы моторов управляются при помощи контроллера. В зависимости от логического уровня устройство увеличивает или снижает скорость вращения двигателей. ШИМ-сигнал подается на пины ENA или ENB в виде логических единиц и нулей.
  2. Пассивном. Мотор вращается с постоянной скоростью вне зависимости от состояния портов и значений ШИМ-сигналов. Направление вращения нельзя изменить, потому что в пассивном режиме выводы ENABLE A и B автоматически приводятся к высокому логическому уровню. Для остановки мотора необходимо подавать сигналы широтно-импульсной модуляции на порты IN.

Описание драйвера L298n

Питание драйвера производится при помощи разъема с 3 контактами. Его шаг составляет 3,5 мм. При работающем стабилизаторе напряжения модуль питается при помощи контакта VSS. С помощью перемычки можно отключить эти устройства и подавать питание на драйвер посредством порта VS.

Не рекомендуется выключать стабилизатор, если напряжение модуля ниже 12 В.

Технические характеристики

Модуль L298N имеет следующие технические параметры:

  • максимальное напряжение, потребляемое микросхемой, — 5 В;
  • сила тока — 36 мА;
  • напряжение, необходимое для питания двигателей — 35 В;
  • максимальна мощность драйвера при температурах выше +70°C равна 20 Вт;
  • размерные характеристики: 43x43x29 мм;
  • максимальная рабочая температура составляет +135°C.

Драйвер совместим с платами Arduino UNO R3, Nano, Mini и Leonardo. В базовой комплектации модуль обладает радиатором охлаждения и светодиодным индикатором, предназначенным для определения вращения силовых установок. Общий вес конструкции составляет 35 г.

Варианты подключения к Ардуино и схемы

Логическая микросхема L298N устанавливается отдельно от основного микропроцессора платы Arduino. Он подключается к контроллеру следующим образом:

  1. К клеммам 1 и 2 подсоединяются двигатели.
  2. Подача питания осуществляется с помощью блока клемм 3. Первый провод соединяется с портом “+12”. На него подается ток с напряжением до 12 В.
  3. При отсутствии стабилизатора напряжения необходимо подать питание отдельно на контакт “+5В”.

Схема подключения

Процедура подключения модуля зависит от разновидности силовых установок.

Коллекторный двигатель

Коллекторный двигатель — силовой агрегат, используемый для преобразования электрической энергии в механическую. Особенностью этого привода является наличие коллекторно-щеточного узла.

Существуют следующие разновидности коллекторных моторов:

  1. Функционирующие от источника постоянного тока. Они применяются в транспортных средствах, самоходных установках, станках и игровых автоматах.
  2. Работающие от источника переменного тока. Они используются в бытовой технике и радиоуправляемых устройствах. Универсальный агрегат, функционирующий от источника переменного тока, обладает малыми габаритами, поэтому он может использоваться в качестве мотора для ручных инструментов.

Коллекторные двигатели, вне зависимости от вида питания, состоят из следующих комплектующих:

  1. Якоря. Представляет собой вал, изготовленный из металлических материалов. Он устанавливается в корпусе силового агрегата на небольших подшипниках. Якорь используется для передачи крутящего момента от двигателя к необходимым приборам.
  2. Коллектора- небольших контактов с трапециевидным сечением. Эта деталь изготавливается из меди и располагается на роторе.
  3. Щеток. Это детали для подачи питания к обмоткам силового агрегата. Они производятся из графита.
  4. Держателей, предназначенных для фиксации щеток на корпусе двигателя. Они изготавливаются из пластиковых полимеров, что исключает подачу тока на металлические детали мотора.
  5. Подшипников — втулок, изготовленных из пластика или железа. Эти комплектующие обеспечивают стабильное вращение якоря.
  6. Сердечника. Это металлические пластины с обмотками, предназначенными для создания магнитного поля.

Коллекторный двигатель

Коллекторный мотор преобразует электрическую энергию в механическую посредством плавного раскручивания вала якоря. Напряжение передается на обмотки при помощи коллектора. Во время этого процесса может возникнуть замыкание витков. Оно способно привести к поломке привода. Для предотвращения замыкания обмотки покрываются изолирующей оболочкой. В результате передачи электрического тока между якорем и обмотками появляется магнитное поле противоположной полярности, увеличивающее скорость вращения вала.

Выделяют следующие преимущества коллекторного двигателя:

  1. Универсальность: щеточный мотор можно подключить к любой электросети, что позволяет использовать силовой агрегат в качестве источника переменного тока.
  2. Небольшие габариты: коллекторные моторы могут использоваться в маленьких приборах.
  3. Простота эксплуатации: для настройки оборотов щеточного двигателя применяется реостат. Он обеспечивает стабильную работу силовой установки.

Одним из главных недостатков коллекторного двигателя является необходимость регулярного обслуживания. При длительной эксплуатации щетки, изготовленные из графита, полностью стираются. Замену этих комплектующих нужно производить 1 раз в несколько месяцев. Также у коллекторного двигателя отсутствует стабильность мощности. При увеличении нагрузок этот параметр уменьшается, что приводит к снижению КПД.

Для подключения коллекторных моторов к Arduino требуется комплект проводов DuPont. Их толщина должна составлять не менее 2,5 мм. С помощью проводов к приводу подсоединяется источник питания с напряжением 12 В. Логическая микросхема L298N подключается к портам 5V, 9, 8, 7, 5, 4 и 3. Двигатель подсоединяется к выходам A и B.

Подключенные устройства соединяются с персональным компьютером при помощи кабеля USB. После этого необходимо скачать программную среду Arduino IDE и написать скетч, предназначенный для активации драйвера.

Шаговый двигатель

Шаговые двигатели — силовые агрегаты синхронного типа, предназначенные для вращения рабочих узлов. Они применяются при конструировании роботов, станков с числовым программным управлением и электронно-вычислительных машин.

Шаговый двигатель

Главным элементом шагового двигателя является статор, на котором размещены обмотки. Ротор мотора выполнен из металлов с магнитными свойствами. Вдоль оси силовой установки размещены зубцы. Между ними находятся постоянные магниты. Устройства, в которых количество зубцов равно числу шагов, называются гибридными шаговыми двигателями.

Выделяют 3 основные разновидности силовых установок синхронного типа:

  1. Биполярные имеют 4 контакта с 2 обмотками. Они не соединены между собой, что усложняет процесс изменения полярности магнитного тока.
  2. Униполярные — обмотки соединены в виде звезды. Они состоят из 5 выводов. Управление этим мотором осуществляется при помощи поочередной подачи питания на все обмотки.
  3. Двигатели с 4 обмотками сочетают свойства биполярных и униполярных моторов.

Существуют следующие режимы управления шаговыми двигателями:

  1. Волновой. Силовой агрегат регулируется при помощи 1 обмотки. Этот метод позволяет передавать низкий крутящий момент при небольшом потреблении электроэнергии. При волновом способе управления привод совершает 4 шага за оборот.
  2. Полношаговый. Питание подается на 2 обмотки. Напряжение увеличивается в 2 раза, если детали мотора соединены параллельно. При последовательном соединении двигатель потребляет больше электроэнергии.
  3. Полушаговый. Этот режим позволяет позиционировать вал силовой установки. В данном случае обмотки могут включаться как попарно, так и по отдельности. При полушаговом методе управления крутящий момент составляет 100%.

Выделяют следующие преимущества шагового двигателя:

  1. Устройство не требует регулярного обслуживания. Основные детали мотора не изнашиваются после длительной эксплуатации. Они могут функционировать без поломок в течение нескольких лет.
  2. Стабильность показателей мощности: при повышении нагрузок на вал силового агрегата мощность мотора не изменяется.
  3. Высокая прочность комплектующих. При поломке регулировочного реостата двигатель продолжит стабильно работать. При нагрузках, превышающих максимальный крутящий момент, мотор пропускает шаги. Это позволяет предотвратить возгорание устройства.
  4. Привод имеет фиксированный угол поворота.

При подключении шагового мотора используются провода “плюс-минус”. Двигатель подключается к пинам EN, ENA и ENB, расположенным на драйвере. Источник питания подсоединяется к порту VSS. Модуль подключается к 8, 9, 10 и 11 контактам Arduino. Устройства подключаются к компьютеру при помощи USB-кабеля.

Программа для драйвера мотора

Для управления логической платой L298N требуется загрузить на модуль следующий скетч:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
int enA = 9;
int in1 = 8;
int in2 = 7;
int enB = 3;
 
void setup()
{
    pinMode(en A, OUTPUT);
    pinMode(en B, OUTPUT);
    pinMode(in 1, OUTPUT);
    pinMode(in 2, OUTPUT);
 
    digita lWrite(in 1, LOW);
    digital Write(in 2, LOW);
}
 
void loop()
{
    analog Write(en A, 255);
    analog Write(en B, 255);
    digital Write(in 1, HIGH);
    digital Write(in 2, LOW);
 
    delay(2000);
}

Управление скоростью мотора производится при помощи выходов ENABLE A и ENABLE B. ШИМ-сигналы кодируются в виде 0 и 255. Логический нуль обозначает остановку силового агрегата. Число 255 означает повышение скорости вращения двигателя до максимальных значений. Направление движения силовых установок определяется контактами IN1 — 2.

Ссылка на основную публикацию