Punte H Dubla L298N, 2 motoare DC, 5-35V, 2A pe canal

Modulul Punte H Dubla L298N este un driver pentru motoare de curent continuu, construit in jurul circuitului L298N. Poate comanda doua motoare DC independent, ca sens si viteza, sau un motor pas cu pas bipolar. Il intalnim in roboti pe roti, masinute teleghidate, benzi transportoare mici si orice proiect in care un microcontroler trebuie sa miste un motor care consuma mai mult decat poate da un pin al placii.

In acest tutorial folosim Arduino Uno R3, pentru ca modulul are nevoie de un microcontroler care sa ii dea semnalele de comanda, iar logica de 5 V a placii Uno se potriveste direct cu intrarile modulului. Vom controla doua motoare TT cu reductor, alimentate de la un adaptor de retea de 9 VDC.

Cum functioneaza:

Un motor DC se invarte intr-un sens sau in altul in functie de polaritatea tensiunii de la borne. Puntea H este un montaj cu patru comutatoare care permite inversarea acestei polaritati dintr-un semnal logic. Circuitul L298N contine doua astfel de punti, deci poate comanda doua motoare. Pentru motorul A se folosesc intrarile IN1 si IN2, iar pentru motorul B intrarile IN3 si IN4.

Sensul de rotatie se alege din combinatia de nivele de pe cele doua intrari ale motorului. Combinatia HIGH pe ambele intrari nu trebuie folosita niciodata, pentru ca poate deteriora modulul.

Viteza se regleaza cu semnal PWM pe pinii ENA (motorul A) si ENB (motorul B). Pe Arduino Uno, functia analogWrite accepta valori de la 0 la 255. Valoarea 0 inseamna motor oprit, iar 255 inseamna alimentare continua. Tensiunea medie care ajunge la motor este aproximativ Vmotor = (VS - Vcadere) x PWM / 255.

Circuitul L298N pierde intern o parte din tensiune, aproximativ 1.8 - 3.2 V la un curent de 1 A si aproape 5 V la 2 A. In montajul nostru VS este 9 V, deci la PWM 255 un motor care consuma in jur de 1 A primeste aproximativ 7 V. Motoarele TT sunt facute pentru 3 - 6 V, asa ca limitam valoarea PWM la 200. La 200, tensiunea medie este aproximativ 7 x 200 / 255 = 5.5 V, adica in domeniul sigur al motoarelor.

Modulul are si un regulator 78M05 care poate produce 5 V pentru logica. Cu jumperul 5V-EN montat, regulatorul este activ si borna +5V devine iesire de 5 V, cu un curent de pana la 0.5 A. Aceasta varianta se foloseste doar cand tensiunea VS este de cel mult 12 V. Peste 12 V se scoate jumperul si borna +5V se alimenteaza din exterior.

Conectare:

Alimentati motoarele dintr-un adaptor de retea de 9 VDC cu minimum 1 A, conectat prin adaptorul de mufa jack cu borne cu surub. Placa Arduino Uno ramane alimentata separat, prin cablul USB. Masa adaptorului, masa modulului si masa placii Uno trebuie unite, altfel semnalele de comanda nu au referinta comuna si motoarele nu raspund corect. Intrarile modulului accepta direct nivelul logic de 5 V al placii Uno, deci nu este nevoie de convertor de nivel.

Scoateti jumperele de pe ENA si ENB inainte de a alimenta modulul, ca sa puteti regla viteza cu PWM. Modulul are deja pe placa doua condensatoare de 220 uF si diodele de protectie pentru motoare, deci nu trebuie adaugate componente suplimentare.

Butoane, reglaje si indicatoare:

Jumperul 5V-EN: porniti cu el montat. In acest montaj VS este 9 V, deci regulatorul poate ramane activ. Borna +5V nu se conecteaza la Arduino, pentru ca placa Uno este alimentata prin USB. Nu alimentati niciodata borna +5V din exterior cat timp jumperul este montat.

Jumperele ENA si ENB: scoateti-le pe amandoua inainte de prima pornire. Cu jumperul montat, motorul respectiv ruleaza permanent la viteza maxima si comanda PWM nu are niciun efect. Reglajul a functionat cand viteza motorului se schimba in timp ce programul variaza valoarea analogWrite.

LED-ul de alimentare: dupa conectarea adaptorului, el trebuie sa se aprinda imediat. Este primul lucru de verificat cand ceva nu merge.

Placa si biblioteci:

In Arduino IDE selectati Tools > Board > Arduino AVR Boards > Arduino Uno. Pachetul Arduino AVR Boards vine odata cu Arduino IDE, deci nu trebuie instalat separat. Programul foloseste doar functiile de baza ale Arduino, asa ca nu trebuie instalata nicio biblioteca.

Codul:

Programul porneste fiecare motor inainte si inapoi, cu doua viteze, apoi ruleaza ambele motoare impreuna. Copiati-l in Arduino IDE si incarcati-l pe placa Uno.

/*
  L298N dual H-bridge motor driver demo
  Board: Arduino Uno (Tools > Board > Arduino AVR Boards > Arduino Uno)
  Libraries: none, the sketch uses only the core Arduino functions
  Wiring:
    ENA -> D9 (PWM)    IN1 -> D8    IN2 -> D7
    ENB -> D3 (PWM)    IN3 -> D5    IN4 -> D4
    L298N GND -> Arduino GND and the adapter minus
    L298N +12V -> adapter plus (9 VDC, min. 1 A)
    Remove the ENA and ENB jumpers so PWM can control the speed
*/
// Motor A pins
const int ENA = 9;   // Speed of motor A (PWM)
const int IN1 = 8;   // Direction input 1 of motor A
const int IN2 = 7;   // Direction input 2 of motor A
// Motor B pins
const int ENB = 3;   // Speed of motor B (PWM)
const int IN3 = 5;   // Direction input 1 of motor B
const int IN4 = 4;   // Direction input 2 of motor B
// Maximum PWM value, keeps 3-6 V motors in a safe range when VS is 9 V
const int MAX_PWM = 200;
// Run motor A at a given speed, forward or backward
void setMotorA(int speed, bool forward) {
  speed = constrain(speed, 0, MAX_PWM);   // Limit the speed
  // Write LOW first, so both inputs are never HIGH at the same time
  digitalWrite(forward ? IN2 : IN1, LOW);
  digitalWrite(forward ? IN1 : IN2, HIGH);
  analogWrite(ENA, speed);                // Apply the speed
  Serial.print("Motor A: ");
  Serial.print(forward ? "forward" : "backward");
  Serial.print(", PWM ");
  Serial.println(speed);
}
// Run motor B at a given speed, forward or backward
void setMotorB(int speed, bool forward) {
  speed = constrain(speed, 0, MAX_PWM);   // Limit the speed
  // Write LOW first, so both inputs are never HIGH at the same time
  digitalWrite(forward ? IN4 : IN3, LOW);
  digitalWrite(forward ? IN3 : IN4, HIGH);
  analogWrite(ENB, speed);                // Apply the speed
  Serial.print("Motor B: ");
  Serial.print(forward ? "forward" : "backward");
  Serial.print(", PWM ");
  Serial.println(speed);
}
// Stop motor A
void stopMotorA() {
  analogWrite(ENA, 0);        // No drive
  digitalWrite(IN1, LOW);     // Both inputs LOW
  digitalWrite(IN2, LOW);
  Serial.println("Motor A: stopped");
}
// Stop motor B
void stopMotorB() {
  analogWrite(ENB, 0);        // No drive
  digitalWrite(IN3, LOW);     // Both inputs LOW
  digitalWrite(IN4, LOW);
  Serial.println("Motor B: stopped");
}
void setup() {
  // Configure all control pins as outputs
  pinMode(ENA, OUTPUT);
  pinMode(IN1, OUTPUT);
  pinMode(IN2, OUTPUT);
  pinMode(ENB, OUTPUT);
  pinMode(IN3, OUTPUT);
  pinMode(IN4, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);         // Start the serial monitor
  Serial.println("L298N motor driver test started");
  // Make sure both motors are off at start
  stopMotorA();
  stopMotorB();
  delay(1000);
}
void loop() {
  // Motor A: forward at two speeds, then backward
  setMotorA(120, true);
  delay(2000);
  setMotorA(200, true);
  delay(2000);
  stopMotorA();
  delay(1000);
  setMotorA(200, false);
  delay(2000);
  stopMotorA();
  delay(1000);
  // Motor B: forward, then backward
  setMotorB(200, true);
  delay(2000);
  stopMotorB();
  delay(1000);
  setMotorB(200, false);
  delay(2000);
  stopMotorB();
  delay(1000);
  // Both motors together
  setMotorA(150, true);
  setMotorB(150, true);
  delay(3000);
  stopMotorA();
  stopMotorB();
  delay(3000);            // Pause before the cycle repeats
}

Cum functioneaza codul:

La inceput sunt definiti pinii cu constantele ENA, IN1, IN2, ENB, IN3 si IN4, exact ca in tabelul de conectare. Constanta MAX_PWM are valoarea 200 si limiteaza viteza, ca motoarele TT sa nu primeasca peste 6 V.

In functia setup se configureaza toti pinii ca iesiri, se porneste monitorul serial la 9600 baud si se opresc ambele motoare, ca sa nu porneasca nimic nedorit la resetare.

Functiile setMotorA si setMotorB primesc viteza si sensul. Ele limiteaza viteza cu constrain, scriu intai nivelul LOW pe intrarea care trebuie sa fie inactiva si abia apoi HIGH pe cealalta. In acest fel cele doua intrari ale aceluiasi motor nu sunt niciodata HIGH in acelasi timp. La final, analogWrite aplica viteza pe pinul de enable. Functiile stopMotorA si stopMotorB pun ambele intrari pe LOW si viteza pe 0.

Functia loop ruleaza secventa de test: motorul A inainte la doua viteze, oprire, motorul A inapoi, apoi aceleasi etape pentru motorul B si in final ambele motoare impreuna. Pauzele se fac cu delay, iar mesajele de pe monitorul serial arata la fiecare pas ce comanda s-a trimis.

Rezultat:

Deschideti Serial Monitor la 9600 baud. Dupa incarcarea programului vedeti mesajele de mai jos, iar motoarele se misca in aceeasi ordine. Daca un motor se invarte in sens opus fata de mesaj, inversati intre ele cele doua fire ale lui de la borna OUT.

L298N motor driver test started
Motor A: stopped
Motor B: stopped
Motor A: forward, PWM 120
Motor A: forward, PWM 200
Motor A: stopped
Motor A: backward, PWM 200
Motor A: stopped
Motor B: forward, PWM 200
Motor B: stopped
Motor B: backward, PWM 200
Motor B: stopped

Probleme frecvente:

Motoarele nu se misca deloc. Cauza obisnuita este alimentarea sau masa. Verificati ca LED-ul de alimentare este aprins si ca GND de la placa Uno este unit cu GND de la modul. Fara masa comuna semnalele de comanda nu sunt recunoscute.

Un motor merge mereu la viteza maxima, indiferent de valoarea PWM. Jumperul ENA sau ENB este inca montat. Scoateti-l, ca pinul D9 sau D3 sa poata controla viteza.

Motorul bazaie dar nu porneste la viteze mici. Sub o anumita valoare PWM tensiunea medie este prea mica pentru a invinge frecarile reductorului. Cresteti valoarea analogWrite sau, la nevoie, folositi o tensiune VS mai mare.

Motorul se invarte in sens opus fata de cel dorit. Inversati intre ele cele doua fire ale motorului la borna OUT sau schimbati in cod valorile HIGH si LOW pentru acel motor.

Placa Uno se reseteaza cand pornesc motoarele. Motoarele produc perturbatii si caderi de tensiune pe masa. Verificati firele de masa, folositi un adaptor care da cel putin 1 A si pastrati firele motoarelor departe de cele de semnal.

Radiatorul modulului se incalzeste. Este normal la curenti mari, pentru ca o parte din putere se pierde in circuitul L298N. Daca este prea fierbinte pentru a fi atins mult timp, reduceti sarcina sau asigurati ventilatie.

Limitari si sfaturi:

Modulul accepta pentru motoare tensiuni de 5 - 35 VDC si poate da pana la 2 A pe canal. Din cauza caderii de tensiune interne, motorul primeste mai putin decat tensiunea de alimentare, deci alegeti VS cu 2 - 3 V peste tensiunea nominala a motorului. Pentru motoare mici de 3 - 6 V, o sursa de 9 V cu limitarea PWM la aproximativ 200 este o alegere sigura.

Circuitul L298N nu este eficient, deci pentru motoare alimentate la baterie si cu consum mare un driver cu tranzistoare MOSFET este mai potrivit. In schimb, modulul este foarte bun pentru invatare si pentru roboti mici. Cu acelasi montaj puteti construi un robot pe doua roti, adaugand un senzor de distanta sau o telecomanda. Nu aplicati niciodata HIGH simultan pe IN1 si IN2 sau pe IN3 si IN4.