Настала пора Arduino поуправлять моторчиками :)

Для этого воспользуемся самым популярным драйвером, используемым для управления моторчиками – микросхемой L293D.

L293D содержит два драйвера для управления электродвигателями небольшой мощности. Имеет две пары входов для управляющих сигналов и две пары выходов для подключения электромоторов. Кроме того, у L293D есть два входа для включения каждого из драйверов. Эти входы используются для управления скоростью вращения электромоторов с помощью ШИМ (PWM).

Рассмотрим блок-схему L293D, приведённую в datasheet-е (нумерация для SO-корпуса):


К выходам OUTPUT1 и OUTPUT2 подключается электромотор MOTOR1 (для микросхемы в DIP-корпусе – ножки 3 и 6).
Соответственно MOTOR2 подключается к выходам OUTPUT3 и OUTPUT4 (ножки 11 и 14).

Сигналы, подаваемые на ENABLE1(2) управляют соответствующим драйвером (ножки 1 и 9 соответственно).

Подавая на вход ENABLE1 сигнал HIGH ( или просто соединив с плюсом источника питания +5V) – включаем драйвер 1-го моторчика.
Если при этом на входы INPUT1 и INPUT2 сигналы не подавать, то моторчик вращаться не будет.
Подавая HIGH на INPUT1 и LOW на INPUT2 мы заставим моторчик вращаться. А если теперь поменять сигналы местами и подавать на INPUT1 сигнал LOW, а на INPUT2 сигнал HIGH – мы заставим моторчик вращаться в другую сторону.

Аналогично для второго драйвера.


Выход Vss (ножка 16) отвечает за питание самой микросхемы, а выход Vs (ножка 8) отвечает за питание моторчиков – это обеспечивает разделение электропитания для микросхемы и для управляемых ею двигателей, что позволяет подключить электродвигатели с напряжением питания отличным от напряжения питания микросхемы. Разделение электропитания микросхем и электродвигателей также необходимо для уменьшения помех, вызванных бросками напряжения, связанными с работой моторов.

Четыре контакта GND (ножки 4, 5, 12,13) нужно соединить с землёй. Так же эти контакты обеспечивают теплоотвод от микросхемы.

Характеристики L293D

напряжение питания двигателей (Vs) 		от 4,5 до 36В 
напряжение питания микросхемы (Vss) 		5В
допустимый ток нагрузки 			600мА (на каждый канал) 
пиковый (максимальный) ток на выходе 		1,2A (на каждый канал) 
логический "0" входного напряжения 		до 1,5В 
логическая "1" входного напряжения 		2,3...7В 
скорость переключений 				до 5 кГц.

Если использовать микросхему L293E, то допустимый ток нагрузки на каждый канал уже будет 1А (а пиковый ток – 2А), но придётся использовать внешние защитные диоды, которые у L293D встроены в саму микросхему.

Попробуем смоделировать как Arduino справляется с управлением моторчиками :)

Запускаем Proteus и открываем проект с Arduino :)
Добавим на схему наш драйвер – L293D

Соединим выводы Vss и Vs с положительным полюсом батареи, выводы GND соединим с землёй, а к выводам 3,6 и 11,14 подсоединим моторчики – соответственно MOTOR1 и MOTOR2.

В реальной схеме — параллельно к моторчику нужно припаять конденсатор – он помогает справиться с наводками от работающего электродвигателя ( это распространённая практика — разберите любую игрушку с моторчиком и увидите, что прямо к моторчику припаян керамический конденсатор номиналом где-то в 0,1 мкф )

А как же соединить входы драйверов? Для начала, посмотрим – как вообще это работает на практике :)
Загрузим в МК скетч Blink или Blink_HL, а далее, как показано на рисунке, соединим INPUT1 и ENABLE1 с digital pin 13, к которому подключен светодиод, а INPUT2 соединим с землёй. Запустим симуляцию и увидим, что моторчик одну секунду вращается в одну сторону, а потом останавливается на секунду. Т.е. получили моторчиковый Blink :)

Итак, получается, что для управления одним моторчиком требуется три порта(один из них — PWM).
Если скоростью вращения моторчика управлять не требуется, то можно сэкономить на PWM-портах (ENABLE1 и ENABLE2). Тогда, для управления одним моторчиком нужно будет задействовать два порта.

Итак, определимся с портами (в скобках – соответствующий номер ножки МК из pin mapping ):

MOTOR1
11		(17) – PWM		ENABLE1
12		(18)			INPUT2
13		(19)			INPUT1

MOTOR2
7		(13)			INPUT3
8		(14)			INPUT4
9		(15) – PWM		ENABLE2

Изменим наш проект в Proteus-е:


А теперь напишем скетч.

Для удобства – будем хранить номера портов не в обычных переменных типа int, а объединим их структурой:

struct MOTOR    // структура для хранения номеров pin-ов, к которым подключены моторчики
{
  int in1;      // INPUT1
  int in2;      // INPUT2
  int enable;   // ENABLE1
};

однако, если просто объявить такую структуру в коде скетча, например так:

/*
 * тестовый скетч с L293
 */

struct MOTOR    // структура для хранения номеров pin-ов, к которым подключены моторчики
{
  int in1;      // INPUT1
  int in2;      // INPUT2
  int enable;   // ENABLE1
};

// определяем порты, к которым подключены моторчики
MOTOR MOTOR1 = { 13, 12, 11 };
MOTOR MOTOR2 = { 7, 8, 9 };

void set_m_pins(MOTOR *m);

void setup()
{
  set_m_pins(&MOTOR1);
  set_m_pins(&MOTOR2);
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
  delay(1000);
}

void set_m_pins(MOTOR *m)
{
  if(m)
  {
    pinMode(m->in1, OUTPUT);
    pinMode(m->in2, OUTPUT);
  }
}

То при попытке скомпилировать — получим ошибку:

error: variable or field 'set_m_pins' declared void In function 'void setup()':
— дело в том, что дополнительные структуры данных должны объявляться в заголовочных (.h) файлах.
Т.е. нужно создать библиотечный файл и подключиться его к скетчу директивой #include

Однако, тут компилятору не нравится именно обращение к новому типу данных по указателю.

Изменим скетч:

/*
 * тестовый скетч с L293
 */

struct MOTOR    // структура для хранения номеров pin-ов, к которым подключены моторчики
{
  int in1;      // INPUT1
  int in2;      // INPUT2
  int enable;   // ENABLE1
};

// определяем порты, к которым подключены моторчики
MOTOR MOTOR1 = { 13, 12, 11 };
MOTOR MOTOR2 = { 7, 8, 9 };

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  pinMode(MOTOR1.in1, OUTPUT); // настраиваем выводы
  pinMode(MOTOR1.in2, OUTPUT); // на ВЫВОД
  pinMode(MOTOR2.in1, OUTPUT);
  pinMode(MOTOR2.in2, OUTPUT);
}

void loop()
{
  forward1();   // вращаем оба моторчика вперёд
  forward2();
  delay(3000);
  back2();      // вращаем второй моторчик назад
  delay(500);
  forward2();   // а теперь опять вращаем второй моторчик вперёд
}

void forward1() // первый вперёд
{
  digitalWrite(MOTOR1.in1, HIGH);
  digitalWrite(MOTOR1.in2, LOW);
  analogWrite(MOTOR1.enable, 254);
}

void forward2() // второй вперёд
{
  digitalWrite(MOTOR2.in1, HIGH);
  digitalWrite(MOTOR2.in2, LOW);
  analogWrite(MOTOR2.enable, 254);
}

void back1() // первый назад
{
  digitalWrite(MOTOR1.in1, LOW);
  digitalWrite(MOTOR1.in2, HIGH);
  analogWrite(MOTOR1.enable, 254);
}

void back2() // второй назад
{
  digitalWrite(MOTOR2.in1, LOW);
  digitalWrite(MOTOR2.in2, HIGH);
  analogWrite(MOTOR2.enable, 254);
}

Три секунды оба моторчика вращаются вперёд, затем пол-секунды второй моторчик вращается назад, а потом снова вперёд.


Перенесём структуру и функции в нашу библиотеку RoboCraft.

/*
 * robocraft.h
 *
 * RoboCraft - library fo RoboCraft.ru project
 * RoboCraft - библиотека для проекта RoboCraft.ru
 * 
 *
 * Written by noonv, August 2009.
*/

#ifndef robocraft_h
#define robocraft_h

#include "WProgram.h"

#define _RCDEBUG_ 1

struct MOTOR    // структура для хранения номеров pin-ов, к которым подключены моторчики
{
  int in1;      // INPUT1
  int in2;      // INPUT2
  int enable;   // ENABLE1
};

class RoboCraft
{
	public:
		RoboCraft();
		RoboCraft(MOTOR *m1, MOTOR *m2);
		void hello();
		void motor_forward(int m,int speed=254);
		void motor_back(int m, int speed=254);
	private:
		void set_m_pins(MOTOR *m);
		void m_forward(MOTOR *m,int speed=254);
		void m_back(MOTOR *m,int speed=254);
		MOTOR MOTOR1;
		MOTOR MOTOR2;
};

#endif // #ifndef robocraft_h

А скетч тогда будет таким:

#include <robocraft.h>
//
// тестовый скетч с L293
// добавили пробные функции для работы с моторчиками через L293
//
//
// by noonv <http://www.robocraft.ru>
//

MOTOR MOTOR1 = { 13, 12, 11 };
MOTOR MOTOR2 = { 7, 8, 9 };

RoboCraft robot(&MOTOR1, &MOTOR2);     // создаём экземпляр нашего класса

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  robot.hello();    // говорим "Hello" :)
}

void loop()
{
  Serial.println("loop");
  robot.motor_forward(0,254); // оба полный вперёд :)
  delay(3000);
  robot.motor_back(2,254);    // крутим второй назад
  delay(1000);
  robot.motor_forward(2,254);  // и снова 2-й вперёд! 
}

Функции вращения принимают два параметра – номер моторчика(1-2) и скорость вращения (0-255). Если номер отличается от 1-2, то вращение задаётся сразу обоим моторчикам.

У меня под рукой оказалась микросхема L293E – поэтому необходимо использовать защитные диоды (1N4007), которых для двух моторчиков нужно аж 8 штук :)


Так же у L293E не 16, а целых 20 ножек:


Впрочем, для тестирования можно собрать схему только для одного моторчика ;)

Соответственно нужно внести изменения в скетч:

MOTOR MOTOR1 = { 13, 12, 11 };
MOTOR MOTOR2 = { 7, 8, 9 };

RoboCraft robot(&MOTOR1, &MOTOR2);     // создаём экземпляр нашего класса

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  robot.hello();    // говорим "Hello" :)
}

void loop()
{
  Serial.println("loop");
  robot.motor_forward(0,254); // полный вперёд :)
  delay(3000);
  robot.motor_back(1,254);    // крутим назад
  delay(1000);
}

— крутим наш моторчик 3 секунды вперёд, а затем одну секунду назад.

Крутится :)

читать далее:
Простой мотор-шилд для Arduino/CraftDuino
Ещё пара слов про L293
L-Motor Shield

Ссылки:
ДРАЙВЕР ДВИГАТЕЛЕЙ L293D
http://www.arduino.cc/playground/Code/Struct