プロジェクト8: モーター駆動と速度制御

(1)説明:

モーターを駆動する方法はたくさんあります。このスマートカーは、L298Pと呼ばれる最も一般的なソリューションを使用しています。STMicroelectronicsが製造するL298Pは、高出力モーターを駆動するために特別に設計された優れた駆動チップです。

DCモーター、2相および4相モーターを直接駆動でき、駆動電流は2Aに達します。また、モーターの出力端子には保護として8つの高速ショットキーダイオードが採用されています。

L298P回路をベースにした拡張ボードを設計しており、積層設計によりUNO R3ボードに直接差し込んで使用することができ、ユーザーがモーターを使用・駆動する際の技術的な困難を軽減します。

拡張ボードをボードに重ね、BATに電源を入れ、DIPスイッチをON側に切り替えると、外部電源を介して拡張ボードとUNO R3ボードに同時に電源が供給されます。

配線を容易にするため、拡張ボードには逆接防止インターフェース（PH2.0 -2P -3P -4P -5P）が装備されており、モーター、電源、センサー/モジュールを直接接続することができます。

駆動拡張ボードのBluetoothインターフェースは、Keyestudio HM-10 Bluetoothモジュールと完全に互換性があります。そのため、接続時にHM-10 Bluetoothモジュールを対応するインターフェースに挿入するだけです。

同時に、駆動拡張ボードは2.54ピンヘッダーを使用して、利用可能なデジタルポートとアナログポートを拡張しているため、他のセンサーを追加して拡張実験を続けることができます。

拡張ボードには4つのDCモーターを接続できます。デフォルトのジャンパーキャップ接続モードでは、AとA1、BとB1インターフェースのモーターは並列接続されており、動作パターンは同じです。8つのジャンパーキャップを使用して、4つのモーターインターフェースの回転方向を制御できます。

例えば、モーターAインターフェース前面の2つのジャンパーキャップを横接続から縦接続に変更すると、モーターAの回転方向が元の方向と逆になります。

(2)パラメーター：

• ロジック部入力電圧: DC 5V

• 駆動部入力電圧: DC 7-12V

• ロジック部動作電流: ≤36mA

• 駆動部動作電流: ≤ 2A

• 最大消費電力: 25W (T=75℃)

• 制御信号入力レベル:

  ​ ハイレベル: 2.3V ≤ Vin ≤ 5V

  ​ ローレベル: 0V ≤ Vin ≤ 1.5V

• 動作温度: -25℃～＋130℃

(3)ロボットを動かす

モーターAの方向ピンはD2、速度制御ピンはD5です。モーターBの方向ピンはD4、速度制御ピンはD6です。

以下の表から、デジタルポートとPWMポートを通じて2つのモーターの回転を制御することにより、ロボットの動きを制御する方法がわかります。PWM値の範囲は0〜255で、値が大きいほどモーターの回転が速くなります。

機能	D4	D6（PWM）	モーター（左）B	D2	D5（PWM）	モーター（右）A
前進	HIGH	255-200	左回転	HIGH	255-200	左回転
後退	LOW	200	右回転	LOW	200	右回転
左折	LOW	200	右回転	HIGH	255-200	左回転
右折	HIGH	255-200	左回転	LOW	200	右回転
停止	LOW	0	停止	LOW	0	停止

(4)接続図:

注意:

4ピンコネクタにはA、A1、B1、Bと表示されています。右後部モーターは8833ボードのBに接続され、左前部モーターはAポートに接続されています。

(5)テストコード:

(注意: コードをアップロードする前にBluetoothモジュールを接続しないでください。コードのアップロードにもシリアル通信を使用しており、Bluetoothシリアル通信と競合が発生し、アップロードが失敗する可能性があります。)

/*
Keyestudio Mini Tank Robot V3 (Popular Edition)
lesson 8.1
motor driver
http://www.keyestudio.com
*/

#define ML_Ctrl 4 // 左モーターの方向制御ピンを定義する
#define ML_PWM 6 // 左モーターのPWM制御ピンを定義する
#define MR_Ctrl 2 // 右モーターの方向制御ピンを定義する
#define MR_PWM 5 // 右モーターのPWM制御ピンを定義する

void setup()
{
    pinMode(ML_Ctrl, OUTPUT);// 左モーターの方向制御ピンをOUTPUTとして定義する
    pinMode(ML_PWM, OUTPUT);// 左モーターのPWM制御ピンをOUTPUTとして定義する
    pinMode(MR_Ctrl, OUTPUT);// 右モーターの方向制御ピンをOUTPUTとして定義する
    pinMode(MR_PWM, OUTPUT);// 右モーターのPWM制御ピンをOUTPUTとして定義する
}

void loop()
{
    // 前進
    digitalWrite(ML_Ctrl, HIGH); // 左モーターの方向制御速度をHIGHに設定する
    analogWrite(ML_PWM, 55); // 左モーターのPWM制御速度は55
    digitalWrite(MR_Ctrl, HIGH); // 右モーターの方向制御速度をHIGHに設定する
    analogWrite(MR_PWM, 55); // 右モーターのPWM制御速度は55
    delay(2000);// 2秒間待機

    // 後退
    digitalWrite(ML_Ctrl, LOW); // 左モーターの方向制御速度をLOWに設定する
    analogWrite(ML_PWM, 200); // 左モーターのPWM制御速度は200
    digitalWrite(MR_Ctrl, LOW); // 右モーターの方向制御速度をLOWに設定する
    analogWrite(MR_PWM, 200); // 右モーターのPWM制御速度は200
    delay(2000);// 2秒間待機

    // 左折
    digitalWrite(ML_Ctrl, LOW); // 左モーターの方向制御速度をLOWに設定する
    analogWrite(ML_PWM, 200); // 左モーターのPWM制御速度は200
    digitalWrite(MR_Ctrl, HIGH); // 右モーターの方向制御速度をHIGHに設定する
    analogWrite(MR_PWM, 55); // 右モーターのPWM制御速度は55
    delay(2000);// 2秒間待機

    // 右折
    digitalWrite(ML_Ctrl, HIGH); // 左モーターの方向制御速度をHIGHに設定する
    analogWrite(ML_PWM, 55); // 左モーターのPWM制御速度は55
    digitalWrite(MR_Ctrl, LOW); // 右モーターの方向制御速度をLOWに設定する
    analogWrite(MR_PWM, 200); // 右モーターのPWM制御速度は200
    delay(2000);// 2秒間待機

    // 停止
    digitalWrite(ML_Ctrl, LOW);
    analogWrite(ML_PWM, 0); // 左モーターのPWM制御速度は0
    digitalWrite(MR_Ctrl, LOW);
    analogWrite(MR_PWM, 0); // 右モーターのPWM制御速度は0
    delay(2000);// 2秒間待機
}

(6)テスト結果:

図に従って配線し、テストコードをアップロードして電源を入れると、

スマートカーは2秒間前進し、2秒間後退し、2秒間左折し、2秒間右折し、2秒間停止し、この動作を繰り返します。

(7)コード説明:

digitalWrite(ML_Ctrl,LOW);

ハイレベルとローレベルの切り替えにより、モーターを時計回りまたは反時計回りに回転させることができます。これらの動作を制御するには、一般的なデジタルピンを使用できます。

analogWrite(ML_PWM,200);

モーターの速度調整はPWMによって実現されており、モーターの速度を制御するピンはArduinoのPWMピンである必要があります。

(8)応用プロジェクト:

PWMを制御することでモーターの速度を調整します。配線は同じです。

テストコード

(注意: コードをアップロードする前にBluetoothモジュールを接続しないでください。コードのアップロードにもシリアル通信を使用しており、Bluetoothシリアル通信と競合が発生し、アップロードが失敗する可能性があります。)

/*
Keyestudio Mini Tank Robot V3 (Popular Edition)
lesson 8.2
motor driver pwm
http://www.keyestudio.com
*/

#define ML_Ctrl 4 // 左モーターの方向制御ピンを定義する
#define ML_PWM 6 // 左モーターのPWM制御ピンを定義する
#define MR_Ctrl 2 // 右モーターの方向制御ピンを定義する
#define MR_PWM 5 // 右モーターのPWM制御ピンを定義する

void setup() 
{
    pinMode(ML_Ctrl, OUTPUT);// 左モーターの方向制御ピンをOUTPUTとして定義する
    pinMode(ML_PWM, OUTPUT);// 左モーターのPWM制御ピンをOUTPUTとして定義する
    pinMode(MR_Ctrl, OUTPUT);// 右モーターの方向制御ピンをOUTPUTとして定義する
    pinMode(MR_PWM, OUTPUT);// 右モーターのPWM制御ピンをOUTPUTとして定義する
}

void loop() 
{
    // 前進
    digitalWrite(ML_Ctrl, HIGH); // 左モーターの方向制御速度をHIGHに設定する
    analogWrite(ML_PWM, 155); // 左モーターのPWM制御速度は155
    digitalWrite(MR_Ctrl, HIGH); // 右モーターの方向制御速度をHIGHに設定する
    analogWrite(MR_PWM, 155); // 右モーターのPWM制御速度は155
    delay(2000);// 2秒間待機

    // 後退
    digitalWrite(ML_Ctrl, LOW); // 左モーターの方向制御速度をLOWに設定する
    analogWrite(ML_PWM, 100); // 左モーターのPWM制御速度は100
    digitalWrite(MR_Ctrl, LOW); // 右モーターの方向制御速度をLOWに設定する
    analogWrite(MR_PWM, 100); // 右モーターのPWM制御速度は100
    delay(2000);// 2秒間待機

    // 左折
    digitalWrite(ML_Ctrl, LOW); // 左モーターの方向制御速度をLOWに設定する
    analogWrite(ML_PWM, 100); // 左モーターのPWM制御速度は100
    digitalWrite(MR_Ctrl, HIGH); // 右モーターの方向制御速度をHIGHに設定する
    analogWrite(MR_PWM, 155); // 右モーターのPWM制御速度は155
    delay(2000);// 2秒間待機

    // 右折
    digitalWrite(ML_Ctrl, HIGH); // 左モーターの方向制御速度をHIGHに設定する
    analogWrite(ML_PWM, 155); // 左モーターのPWM制御速度は155
    digitalWrite(MR_Ctrl, LOW); // 右モーターの方向制御速度をLOWに設定する
    analogWrite(MR_PWM, 100); // 右モーターのPWM制御速度は100
    delay(2000);// 2秒間待機

    // 停止
    digitalWrite(ML_Ctrl, LOW); // 左モーターの方向制御速度をLOWに設定する
    analogWrite(ML_PWM, 0); // 左モーターのPWM制御速度は0
    digitalWrite(MR_Ctrl, LOW); // 右モーターの方向制御速度をLOWに設定する
    analogWrite(MR_PWM, 0); // 右モーターのPWM制御速度は0
    delay(2000);// 2秒間待機
}

コードをアップロードすると、モーターの速度が遅くなります。

電流が低いとモーターの回転が遅くなります。