آموزش راه‌اندازی یک Brushed Motor با Transistor و کنترل جهت و سرعت با H-Bridge

آردوینو – آموزش

45 بازدید

۱۴۰۵-۰۲-۲۱

6 دقیقه

نویسنده: Arduino captain
درباره نویسنده: من کاپیتان آردوینو، اسمم میلاده و اینجا هستم تا تجربیاتم در رابطه با آردوینو رو با شما به اشتراک بزارم!

در قسمت 49 آموزش آردوینو به راه‌اندازی موتور brushless (با استفاده از کنترلر سرعت )، راه‌اندازی vibration motor و نحوه کنترل Solenoids و رله‌ها پرداختیم. در این قسمت قصد داریم درباره راه‌اندازی یک Brushed Motor با استفاده از Transistor ، کنترل جهت یک Brushed Motor با H-Bridge و کنترل جهت و سرعت یک Brushed Motor با H-Bridge صحبت کنیم.

راه‌اندازی یک Brushed Motor با استفاده از Transistor

فرض کنید می‌خواهید یک motor را روشن و خاموش کنید به صورتی که فقط در یک جهت بچرخد. ممکن است بخواهید سرعت آن را هم کنترل کنید.

در این اسکچ از برنامه، با استفاده از command هایی که از پورت سریال صادر میشود، موتور روشن و خاموش و سرعت آن کنترل می شود. قطعات را همان‌طور که در شکل( 1 ) نشان داده شده است وصل کنید. برای خازن 0.1 میکرو فاراد می‌توانید از ceramic capacitor استفاده کنید، اما اگر از electrolytic capacitor استفاده می‌کنید، مطمئن شوید پایه مثبت آن به +5V وصل شده باشد:

/*
 * Brushed_H_Bridge_simple sketch
 * commands from serial port control motor direction
 * + or - set the direction, any other key stops the motor
 */

const int in1Pin = 5; // H-Bridge input pins
const int in2Pin = 4;

void setup()
{
    Serial.begin(9600);

pinMode(in1Pin, OUTPUT);
    pinMode(in2Pin, OUTPUT);

Serial.println("+ - to set direction, any other key stops motor");
}

void loop()
{
    if (Serial.available())
    {
        char ch = Serial.read();

if (ch == '+')
        {
            Serial.println("CW");
            digitalWrite(in1Pin, LOW);
            digitalWrite(in2Pin, HIGH);
        }
        else if (ch == '-')
        {
            Serial.println("CCW");
            digitalWrite(in1Pin, HIGH);
            digitalWrite(in2Pin, LOW);
        }
        else if (ch != '\n' && ch != '\r') // ignore CR or LF
        {
            Serial.print("Stop motor");
            digitalWrite(in1Pin, LOW);
            digitalWrite(in2Pin, LOW);
        }
    }
}

* Brushed_H_Bridge_simple sketch

* commands from serial port control motor direction

* + or - set the direction, any other key stops the motor

const int in1Pin = 5; // H-Bridge input pins

const int in2Pin = 4;

void setup()

{

Serial.begin(9600);

pinMode(in1Pin, OUTPUT);

pinMode(in2Pin, OUTPUT);

Serial.println("+ - to set direction, any other key stops motor");

}

void loop()

{

if (Serial.available())

{

char ch = Serial.read();

if (ch == '+')

{

Serial.println("CW");

digitalWrite(in1Pin, LOW);

digitalWrite(in2Pin, HIGH);

}

else if (ch == '-')

{

Serial.println("CCW");

digitalWrite(in1Pin, HIGH);

digitalWrite(in2Pin, LOW);

}

else if (ch != '\n' && ch != '\r') // ignore CR or LF

{

Serial.print("Stop motor");

digitalWrite(in1Pin, LOW);

digitalWrite(in2Pin, LOW);

}

شکل 1- راه‌اندازی یک brushed motor

این دستور شبیه دستوری که در قسمت 49 آموزش آردوینو گفته شد هست؛ با این تفاوت که در اینجا از analogWrite برای کنترل سرعت motor استفاده شده است. (برای اطلاعات بیشتر درباره analogWrite و Pulse Width Modulation (PWM)، به بخش «Analog Output» در قسمت 38 از آموزش آردوینو مراجعه نمائید).

کنترل جهت یک Brushed Motor با H-Bridge

فرض کنید می‌خواهید جهت حرکت یک brushed motor را کنترل کنید؛ برای مثال، می‌خواهید با commandهای serial port کاری کنید که یک motor در یک جهت یا جهت دیگر بچرخد.

در این اسکچ باید از قطعه ای به نام H-Bridge استفاده کرد. H-Bridge قطعه‌ای است که می‌تواند polarity یک motor را برعکس کند یا آن را کاملاً متوقف کند. نام آن از شکل نمایش شماتیک مدار H-Bridge گرفته شده است، اما در این پروژه از یک مدار مجتمع (Integrated Circuit) از نوع H-Bridge استفاده می‌شود که می‌تواند دو موتور جاروبکی (Brushed Motors) را کنترل کند. شکل ( 2 ) نحوه اتصال‌ آی سی L293D H-Bridge را نشان می‌دهد؛ همچنین می‌توانید از SN754410 استفاده کنید که layout پایه‌های آن مشابه است. برای خازن‌های 0.1 میکرو فاراد باید از ceramic capacitors استفاده کنید. sketch آن به این صورت است:

/*
 * Brushed_H_Bridge_simple2 sketch
 * commands from serial port control motor direction
 * + or - set the direction, any other key stops the motors
 */

const int in1Pin = 5; // H-Bridge input pins
const int in2Pin = 4;
const int in3Pin = 3; // H-Bridge pins for second motor
const int in4Pin = 2;

void setup()
{
    Serial.begin(9600);

pinMode(in1Pin, OUTPUT);
    pinMode(in2Pin, OUTPUT);
    pinMode(in3Pin, OUTPUT);
    pinMode(in4Pin, OUTPUT);

Serial.println("+ - sets direction of motors, any other key stops motors");
}

void loop()
{
    if (Serial.available())
    {
        char ch = Serial.read();

if (ch == '+')
        {
            Serial.println("CW");

// first motor
            digitalWrite(in1Pin, LOW);
            digitalWrite(in2Pin, HIGH);

// second motor
            digitalWrite(in3Pin, LOW);
            digitalWrite(in4Pin, HIGH);
        }
        else if (ch == '-')
        {
            Serial.println("CCW");
<div style="clear:both; margin-top:2em; margin-bottom:3em;"><a href="https://sisoog.com/kline-communication-services-and-fault-management-in-ecu-systems/" target="_blank" rel="dofollow" class="IRPP_kangoo"><style> .IRPP_kangoo , .IRPP_kangoo .postImageUrl , .IRPP_kangoo .imgUrl , .IRPP_kangoo .centered-text-area { min-height: 100px; position: relative; } .IRPP_kangoo , .IRPP_kangoo:hover , .IRPP_kangoo:visited , .IRPP_kangoo:active { border:0!important; } .IRPP_kangoo { display: block; transition: background-color 250ms; webkit-transition: background-color 250ms; width: 100%; opacity: 1; transition: opacity 250ms; webkit-transition: opacity 250ms; background-color: #eaeaea; } .IRPP_kangoo:active , .IRPP_kangoo:hover { opacity: 1; transition: opacity 250ms; webkit-transition: opacity 250ms; background-color: #FFFFFF; } .IRPP_kangoo .postImageUrl , .IRPP_kangoo .imgUrl { background-position: center; background-size: cover; float: right; margin: 0; padding: 0; } .IRPP_kangoo .postImageUrl { width: 30%; } .IRPP_kangoo .imgUrl { width: 100%; } .IRPP_kangoo .centered-text-area { float: right; width: 70%; padding:0; margin:0; } .IRPP_kangoo .centered-text { display: table; height: 100px; left: 0; top: 0; padding:0; margin:0;width: 100%; } .IRPP_kangoo .IRPP_kangoo-content { display: table-cell; margin: 0; padding: 0 10px 0 10px; position: relative; vertical-align: middle; width: 100%; } .IRPP_kangoo .ctaText { border-bottom: 0 solid #fff; color: #D35400; font-size: 13px; font-weight: bold;text-align:left; margin: 0; padding: 0; text-decoration: underline; } .IRPP_kangoo .postTitle { color: #000000; font-size: 16px; font-weight: 600; margin: 0; padding: 0; } .IRPP_kangoo .ctaButton { background-color: #FFFFFF; margin-left: 10px; position: absolute; right: 0; top: 0; } .IRPP_kangoo:hover .imgUrl { -webkit-transform: scale(1.2); -moz-transform: scale(1.2); -o-transform: scale(1.2); -ms-transform: scale(1.2); transform: scale(1.2); } .IRPP_kangoo .imgUrl { -webkit-transition: -webkit-transform 0.4s ease-in-out; -moz-transition: -moz-transform 0.4s ease-in-out; -o-transition: -o-transform 0.4s ease-in-out; -ms-transition: -ms-transform 0.4s ease-in-out; transition: transform 0.4s ease-in-out; } .IRPP_kangoo:after { content: ""; display: block; clear: both; } </style><div class="postImageUrl" style="overflow:hidden; z-index: 10; max-width: 100%;"><div class="imgUrl" style="background-image:url(https://sisoog.com/wp-content/uploads/2025/01/آموزش-OBD-II-قسمت-ششم-300x144.webp);"></div></div><div class="centered-text-area"><div class="centered-text"><div class="IRPP_kangoo-content"><div class="ctaText">شاید برای شما مفید باشد:</div><div class="clear:both;"></div><div class="postTitle">سرویس‌های ارتباطی KLine و مدیریت خطا در سیستم‌های ECU</div></div></div></div></a></div>
            digitalWrite(in1Pin, HIGH);
            digitalWrite(in2Pin, LOW);
            digitalWrite(in3Pin, HIGH);
            digitalWrite(in4Pin, LOW);
        }
        else if (ch != '\n' && ch != '\r') // ignore CR or LF
        {
            Serial.print("Stop motors");

digitalWrite(in1Pin, LOW);
            digitalWrite(in2Pin, LOW);
            digitalWrite(in3Pin, LOW);
            digitalWrite(in4Pin, LOW);
        }
    }
}

* Brushed_H_Bridge_simple2 sketch

* commands from serial port control motor direction

* + or - set the direction, any other key stops the motors

const int in1Pin = 5; // H-Bridge input pins

const int in2Pin = 4;

const int in3Pin = 3; // H-Bridge pins for second motor

const int in4Pin = 2;

void setup()

{

Serial.begin(9600);

pinMode(in1Pin, OUTPUT);

pinMode(in2Pin, OUTPUT);

pinMode(in3Pin, OUTPUT);

pinMode(in4Pin, OUTPUT);

Serial.println("+ - sets direction of motors, any other key stops motors");

}

void loop()

{

if (Serial.available())

{

char ch = Serial.read();

if (ch == '+')

{

Serial.println("CW");

// first motor

digitalWrite(in1Pin, LOW);

digitalWrite(in2Pin, HIGH);

// second motor

digitalWrite(in3Pin, LOW);

digitalWrite(in4Pin, HIGH);

}

else if (ch == '-')

{

Serial.println("CCW");

digitalWrite(in1Pin, HIGH);

digitalWrite(in2Pin, LOW);

digitalWrite(in3Pin, HIGH);

digitalWrite(in4Pin, LOW);

}

else if (ch != '\n' && ch != '\r') // ignore CR or LF

{

Serial.print("Stop motors");

digitalWrite(in1Pin, LOW);

digitalWrite(in2Pin, LOW);

digitalWrite(in3Pin, LOW);

digitalWrite(in4Pin, LOW);

}

شکل 2- اتصال دو brushed motor با استفاده از L293D H-Bridge

جدول زیر نشان می‌دهد که تغییر ورودی های H-Bridge چگونه روی عملکرد موتور اثر گذار خواهد بود. دستور اسکچ برای راه اندازی یک موتور و کنترل آن بوسیله pinهای IN1 و IN2 نوشته شده است؛ pin مربوط به EN به‌صورت دائمی به HIGH (5V) وصل شده است.

EN	IN1	IN2	Function
HIGH	LOW	HIGH	چرخش در جهت clockwise
HIGH	HIGH	LOW	چرخش در جهت counterclockwise
HIGH	LOW	LOW	توقف motor
HIGH	HIGH	HIGH	توقف motor
LOW	Ignored	Ignored	توقف motor

جدول logic برای H-Bridge

شکل ( 2 ) نشان می‌دهد که چگونه می‌توان موتور دوم را وصل کرد. sketch زیر برای کنترل هر دو motor را با هم پیشنهاد میشود:

/*
 * Brushed_H_Bridge sketch with speed control
 * commands from serial port control motor speed and direction
 * digits '0' through '9' are valid where '0' is off, '9' is max speed
 * + or - set the direction
 */

const int enPin = 5;   // H-Bridge enable pin
const int in1Pin = 7;  // H-Bridge input pins
const int in2Pin = 4;

void setup()
{
    Serial.begin(9600);

pinMode(in1Pin, OUTPUT);
    pinMode(in2Pin, OUTPUT);

Serial.println("Speed (0-9) or + - to set direction");
}

void loop()
{
    if (Serial.available())
    {
        char ch = Serial.read();

if (isDigit(ch))   // is ch a number?
        {
            int speed = map(ch, '0', '9', 0, 255);
            analogWrite(enPin, speed);
            Serial.println(speed);
        }
        else if (ch == '+')
        {
            Serial.println("CW");
            digitalWrite(in1Pin, LOW);
            digitalWrite(in2Pin, HIGH);
        }
        else if (ch == '-')
        {
            Serial.println("CCW");
            digitalWrite(in1Pin, HIGH);
            digitalWrite(in2Pin, LOW);
        }
        else if (ch != '\n' && ch != '\r')   // ignore cr or lf
        {
            Serial.print("Unexpected character ");
            Serial.println(ch);
        }
    }
}

* Brushed_H_Bridge sketch with speed control

* commands from serial port control motor speed and direction

* digits '0' through '9' are valid where '0' is off, '9' is max speed

* + or - set the direction

const int enPin = 5; // H-Bridge enable pin

const int in1Pin = 7; // H-Bridge input pins

const int in2Pin = 4;

void setup()

{

Serial.begin(9600);

pinMode(in1Pin, OUTPUT);

pinMode(in2Pin, OUTPUT);

Serial.println("Speed (0-9) or + - to set direction");

}

void loop()

{

if (Serial.available())

{

char ch = Serial.read();

if (isDigit(ch)) // is ch a number?

{

int speed = map(ch, '0', '9', 0, 255);

analogWrite(enPin, speed);

Serial.println(speed);

}

else if (ch == '+')

{

Serial.println("CW");

digitalWrite(in1Pin, LOW);

digitalWrite(in2Pin, HIGH);

}

else if (ch == '-')

{

Serial.println("CCW");

digitalWrite(in1Pin, HIGH);

digitalWrite(in2Pin, LOW);

}

else if (ch != '\n' && ch != '\r') // ignore cr or lf

{

Serial.print("Unexpected character ");

Serial.println(ch);

}

شاید برای شما مفید باشد:

آشنایی با منابع کلاک

کنترل جهت و سرعت یک Brushed Motor با H-Bridge

فرض کنید می‌خواهید جهت و سرعت یک brushed motor را کنترل کنید. به صورتی که هم جهت موتور و هم سرعت آن از طریق command های serial port کنترل شود.

یک brushed motor را همان‌طور که در شکل ( 3 ) نشان داده شده است به output pinهای H-Bridge وصل کنید. برای خازن‌های 0.1 uF باید از ceramic capacitors استفاده کنید.

شکل 3- اتصال یک brushed motor با استفاده از analogWrite برای کنترل سرعت

این sketch از commandهای Serial Monitor برای کنترل سرعت و جهت موتور استفاده می‌کند. ارسال 0 باعث توقف موتور می‌شود، و رقم‌های 1 تا 9 سرعت را کنترل می‌کنند. ارسال “+” و “-” جهت motor را تنظیم می‌کند:

/*
 * Brushed_H_Bridge_Direction sketch
 * uses photo sensors to control motor direction
 * robot moves in the direction of a light
 */

int leftPins[] = {5, 7, 4};   // one pin for PWM, two pins for motor direction
int rightPins[] = {6, 3, 2};

const int MIN_PWM = 64;   // this can range from 0 to MAX_PWM
const int MAX_PWM = 128;  // this can range from around 50 to 255

const int leftSensorPin = A0;   // analog pins with sensors
const int rightSensorPin = A1;

int sensorThreshold = 0;   // must have this much light on a sensor to move

void setup()
{
    for (int i = 1; i < 3; i++)
    {
        pinMode(leftPins[i], OUTPUT);
        pinMode(rightPins[i], OUTPUT);
    }
}

void loop()
{
    int leftVal = analogRead(leftSensorPin);
    int rightVal = analogRead(rightSensorPin);

if (sensorThreshold == 0)   // have the sensors been calibrated?
    {
        // if not, calibrate sensors to something above the ambient average
        sensorThreshold = ((leftVal + rightVal) / 2) + 100;
    }

if (leftVal > sensorThreshold || rightVal > sensorThreshold)
    {
        // if there is adequate light to move ahead
        setSpeed(rightPins, map(rightVal, 0, 1023, MIN_PWM, MAX_PWM));
        setSpeed(leftPins,  map(leftVal,  0, 1023, MIN_PWM, MAX_PWM));
    }
}

void setSpeed(int pins[], int speed)
{
    if (speed < 0)
    {
        digitalWrite(pins[1], HIGH);
        digitalWrite(pins[2], LOW);
        speed = -speed;
    }
    else
    {
        digitalWrite(pins[1], LOW);
        digitalWrite(pins[2], HIGH);
    }

analogWrite(pins[0], speed);
}

* Brushed_H_Bridge_Direction sketch

* uses photo sensors to control motor direction

* robot moves in the direction of a light

int leftPins[] = {5, 7, 4}; // one pin for PWM, two pins for motor direction

int rightPins[] = {6, 3, 2};

const int MIN_PWM = 64; // this can range from 0 to MAX_PWM

const int MAX_PWM = 128; // this can range from around 50 to 255

const int leftSensorPin = A0; // analog pins with sensors

const int rightSensorPin = A1;

int sensorThreshold = 0; // must have this much light on a sensor to move

void setup()

{

for (int i = 1; i < 3; i++)

{

pinMode(leftPins[i], OUTPUT);

pinMode(rightPins[i], OUTPUT);

}

void loop()

{

int leftVal = analogRead(leftSensorPin);

int rightVal = analogRead(rightSensorPin);

if (sensorThreshold == 0) // have the sensors been calibrated?

{

// if not, calibrate sensors to something above the ambient average

sensorThreshold = ((leftVal + rightVal) / 2) + 100;

}

if (leftVal > sensorThreshold || rightVal > sensorThreshold)

{

// if there is adequate light to move ahead

setSpeed(rightPins, map(rightVal, 0, 1023, MIN_PWM, MAX_PWM));

setSpeed(leftPins, map(leftVal, 0, 1023, MIN_PWM, MAX_PWM));

}

void setSpeed(int pins[], int speed)

{

if (speed < 0)

{

digitalWrite(pins[1], HIGH);

digitalWrite(pins[2], LOW);

speed = -speed;

}

else

{

digitalWrite(pins[1], LOW);

digitalWrite(pins[2], HIGH);

}

analogWrite(pins[0], speed);

}

این دستور دقیقا شبیه دستور قبلی است؛ منتها در آن دستور جهت موتور با مقدار پین های IN1 و IN2 کنترل می‌شد. اما در اینجا علاوه بر آن، سرعت با مقدار analogWrite روی pin مربوط به EN کنترل می‌شود. نوشتن مقدار 0 باعث توقف motor و نوشتن مقدار 255 باعث می‌شود motor با سرعت کامل کار کند. سرعت motor متناسب با مقدارهای داخل این بازه تغییر می‌کند.