使用L293D电机驱动扩展板和Arduino控制直流、步进和伺服电机

风筝

如果您计划组装一台机器人，最终会想了解如何控制各种电机，如直流电机、步进电机和伺服电机。最简单、最便宜的方法之一是使用L293D电机驱动扩展板和Arduino开发板。它是一个功能齐全的电机扩展板 - 非常适合许多机器人和CNC项目。

它可以驱动：

●    4个双向直流电机，8位速度选择（0-255）

●    2个步进电机（单极或双极），带单线圈、双线圈、交错或微步进。

●    2个伺服电机

L293D电机驱动器和74HC595移位寄存器

L293D是一款双通道H桥电机驱动器，能够驱动一对直流电机或单个步进电机。

由于该扩展板带有两个L293D电机驱动芯片组，这意味着它可以单独驱动多达四个直流电机，使其成为构建四轮机器人平台的理想选择。

该扩展板总共提供4个H桥，每个H桥可为电机提供高达0.6A的电流。该扩展板还带有一个74HC595移位寄存器，将Arduino的4个数字引脚扩展到两个 L293D芯片的8个方向控制引脚。

电源

通过扩展板为电机供电有三种方式：

●    Arduino和电机的单直流电源：如果您想为Arduino和电机提供单直流电源，只需将其插入Arduino上的DC插孔或扩展板上的2针EXT_PWR端子。将电源跳线放在电机扩展板上。只有在电机电源电压低于12V时才能使用此方法。

●    （推荐）Arduino通过USB供电，电机通过直流电源：如果您想让Arduino通过USB断电，电机通过直流电源断电，请插入USB线。然后将电机电源连接到扩展板上的EXT_PWR端子。不要将跳线放在扩展板上。

●    为Arduino和电机提供两个独立的直流电源：如果您想为Arduino和电机提供两个独立的直流电源。将Arduino的电源插入DC插孔，并将电机电源连接到EXT_PWR端子。确保从电机扩展板上拆下跳线。

输出端子

两个L293D芯片的输出通道都通过两个5针螺钉端子 M1、M2、M3和 M4断开。您可以将四个电压在4.5到25V之间的直流电机连接到这些端子。

模块上的每个通道可以为直流电机提供高达600mA的电流。但是，提供给电机的电流取决于系统的电源。您还可以将两个步进电机连接到输出端子。一个步进电机连接到电机端口M1-M2，另一个连接到M3-M4。

如果您碰巧有单极步进电机，还提供GND端子。您可以将两个步进电机的中心抽头连接到此端子。

扩展板将16位 PWM输出线引出到两个3针排针，您可以将两个伺服电机连接到这些排针。

安装AFMotor库

为了与扩展板通信，我们需要安装AFMotor.h库，以便我们可以发出简单的命令来控制直流、步进和伺服电机。

要安装库，请导航到 Sketch > Include Library > Manage Libraries... 等待库管理器下载库索引并更新已安装库的列表。

输入“motor shield”过滤您的搜索。应该有几个条目。查找Adafruit Motor Shield library(V1 Firmware) by Adafruit。单击该条目，然后选择安装。

使用L293D扩展板驱动直流电机

现在我们了解了有关扩展板的一切，我们可以开始将它连接到Arduino开发板上！

首先将扩展板插入Arduino顶部。接下来，将电源连接到电机。虽然您可以将电压在4.5到25V之间的直流电机连接到扩展板，但在我们的实验中，使用的是额定电压为9V的直流电机。因此，我们将外部9V电源连接到EXT_PWR端子。

现在，将电机连接到M1、M2、M3 或M4电机端子。在我们的实验中，将它连接到M4。

下面的草图将让您全面了解如何使用L293D电机驱动器扩展板来控制直流电机的速度和旋转方向，并可以作为更多实际实验和项目的基础。

1. 
   
2. AF_DCMotor motor(4);
   
3. 
   
4. void setup()
   
5. {
   
6.         //Set initial speed of the motor & stop
   
7.         motor.setSpeed(200);
   
8.         motor.run(RELEASE);
   
9. }
   
10. 
    
11. void loop()
    
12. {
    
13.         uint8_t i;
    
14. 
    
15.         // Turn on motor
    
16.         motor.run(FORWARD);
    
17.         
    
18.         // Accelerate from zero to maximum speed
    
19.         for (i=0; i<255; i++)
    
20.         {
    
21.                 motor.setSpeed(i);  
    
22.                 delay(10);
    
23.         }
    
24.         
    
25.         // Decelerate from maximum speed to zero
    
26.         for (i=255; i!=0; i--)
    
27.         {
    
28.                 motor.setSpeed(i);  
    
29.                 delay(10);
    
30.         }
    
31. 
    
32.         // Now change motor direction
    
33.         motor.run(BACKWARD);
    
34.         
    
35.         // Accelerate from zero to maximum speed
    
36.         for (i=0; i<255; i++)
    
37.         {
    
38.                 motor.setSpeed(i);  
    
39.                 delay(10);
    
40.         }
    
41. 
    
42.         // Decelerate from maximum speed to zero
    
43.         for (i=255; i!=0; i--)
    
44.         {
    
45.                 motor.setSpeed(i);  
    
46.                 delay(10);
    
47.         }
    
48. 
    
49.         // Now turn off motor
    
50.         motor.run(RELEASE);
    
51.         delay(1000);
    
52. }

复制代码

代码说明

草图首先包含AFMotor.h库。

接下来创建库对象。这里需要声明电机连接的电机端口号。对于端口M1写入1，对于M2写入2，依此类推。如果要将多个电机连接到扩展板，请为每个电机创建单独的对象。例如，以下代码片段创建了两个AFmotor对象。

1. AF_DCMotor motor1(1);
   
2. AF_DCMotor motor2(2);

复制代码

在代码的setup()和loop()函数部分，我们只需调用以下两个函数来控制电机的速度和旋转方向。

●    setSpeed(speed) 函数设置电机的速度。速度范围从0到255，0表示关闭，255表示全速。您可以在程序中随时设置速度。

●    run(cmd) 函数设置电机的运行模式。 cmd 的有效值为：

     ●    FORWARD – 向前运行（实际旋转方向取决于电机接线）

     ●    BACKWARD - 向后运行（旋转将与 FORWARD 方向相反）

     ●    RELEASE – 停止电机。这会切断电机的电源，相当于 setSpeed(0)。电机扩展板不实现动态制动，因此电机可能需要一些时间才能减速。

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使用L293D扩展板驱动步进电机

让我们将步进电机连接到L293D扩展板。首先将扩展板插入Arduino顶部。

对于28BYJ-48单极步进电机

如果您使用的是28BYJ-48单极步进电机，这些电机的额定电压为5V，每转可提供48 步。因此，将外部5V电源连接到EXT_PWR端子。记得移除PWR跳线。

现在，将电机连接到M1-M2（端口#1）或M3-M4（端口#2）步进电机端子。在我们的实验中，连接到M3-M4。

对于NEMA 17双极步进电机

如果您使用的是NEMA17 双极步进电机，这些电机的额定电压为12V，每转可提供200步。因此，将外部12V电源连接到EXT_PWR端子。记得移除PWR跳线。

现在，将电机连接到M1-M2（端口#1）或M3-M4（端口#2）步进电机端子。在我们的实验中，连接到M3-M4。

Arduino代码

以下草图将让您全面了解如何使用L293D扩展板控制单极或双极步进电机，除了stepsPerRevolution参数外，这两种电机的代码都是相同的。

在尝试草图之前，根据您的电机规格更改此参数。例如，对于NEMA 17，将其设置为200，对于28BYJ-48，将其设置为48。

1. #include <AFMotor.h>
   
2. 
   
3. // Number of steps per output rotation
   
4. // Change this as per your motor's specification
   
5. const int stepsPerRevolution = 48;
   
6. 
   
7. // connect motor to port #2 (M3 and M4)
   
8. AF_Stepper motor(stepsPerRevolution, 2);
   
9. 
   
10. void setup() {
    
11.   Serial.begin(9600);
    
12.   Serial.println("Stepper test!");
    
13. 
    
14.   motor.setSpeed(10);  // 10 rpm   
    
15. }
    
16. 
    
17. void loop() {
    
18.   Serial.println("Single coil steps");
    
19.   motor.step(100, FORWARD, SINGLE);
    
20.   motor.step(100, BACKWARD, SINGLE);
    
21. 
    
22.   Serial.println("Double coil steps");
    
23.   motor.step(100, FORWARD, DOUBLE);
    
24.   motor.step(100, BACKWARD, DOUBLE);
    
25. 
    
26.   Serial.println("Interleave coil steps");
    
27.   motor.step(100, FORWARD, INTERLEAVE);
    
28.   motor.step(100, BACKWARD, INTERLEAVE);
    
29. 
    
30.   Serial.println("Micrsostep steps");
    
31.   motor.step(100, FORWARD, MICROSTEP);
    
32.   motor.step(100, BACKWARD, MICROSTEP);
    
33. }

复制代码

代码说明

草图首先包含AFMotor.h库。

接下来创建库对象。在这里，您需要将电机的每转步数和电机连接的端口号作为参数传递。

在代码的setup()和loop()函数部分，我们只需调用以下两个函数来控制电机的速度和旋转方向。

●    setSpeed(rpm) 函数设置电机的速度，其中rpm是您希望步进电机每分钟转动多少转。

●    step(#steps, direction, steptype) 函数：每次移动电机时都会调用该函数。 #steps 是您希望它采取的步数。方向是 FORWARD 或 BACKWARD，stepstyle 的有效值为：

    ●    SINGLE - 一次通电一个线圈。

    ●    DOUBLE - 两个线圈一次通电以获得更大的扭矩。

    ●    INTERLEAVE - 在单步和双步之间交替以在其间创建半步。这可以使操作更顺畅，但由于额外的半步，速度也降低了一半。

    ●    MICROSTEP - 相邻的线圈上下倾斜，以在每个完整步骤之间创建许多“微步进”。这会导致更精细的分辨率和更平滑的旋转，但会损失扭矩。

使用L293D扩展板驱动伺服电机

使用L293D扩展板驱动伺服电机非常简单。

电机扩展板实际上将Arduino的16位PWM输出引脚#9和#10用两个3针接头连接到扩展板的边缘。

伺服系统的电源来自Arduino的板载5V稳压器，因此您无需将任何东西连接到EXT_PWR端子。

当我们使用板载PWM引脚时，草图使用IDE的内置伺服电机库。

1. #include <Servo.h>
   
2. 
   
3. Servo myservo;        // create servo object to control a servo
   
4. int pos = 0;        // variable to store the servo position
   
5. 
   
6. void setup()
   
7. {
   
8.         // attaches the servo on pin 10 to the servo object
   
9.         myservo.attach(10);   
   
10. }
    
11. 
    
12. void loop()
    
13. {
    
14.         // sweeps from 0 degrees to 180 degrees
    
15.         for(pos = 0; pos <= 180; pos += 1)
    
16.         {
    
17.                 myservo.write(pos);
    
18.                 delay(15);
    
19.         }
    
20.         // sweeps from 180 degrees to 0 degrees
    
21.         for(pos = 180; pos>=0; pos-=1)
    
22.         {
    
23.                 myservo.write(pos);
    
24.                 delay(15);
    
25.         }
    
26. }

复制代码