Arduino电机驱动器说明

by 奇果派工坊

一、概述

电机驱动器分两个不同的版本：

注：以下有些是老版图片，新版布局有所调整。

示例代码下载：点击下载

有关图形化编程资料，请访问《Arduino PS2-Motor-Shield驱动器图形化编程》

这是基于Arduino开发运动机器人非常完美的解决方案，这款电机驱动器足够强大，可以驱动4个直流电机或2个步进电机，并且额外提供4路全速PWM控制，可以控制4路舵机。支持PS2无线手柄，充分发挥PS2手柄的强大功能。

最大限度的减少Arduino引脚的占用，所以使用基于I2C通讯的专用PWM驱动芯片（PCA9685）控制电机的速度和方向。只用2根GPIO引脚（SDA&SCL）就可以驱动多个电机，也可以多个驱动器叠加使用（可级联），并且不干扰其他I2C设备的使用。

支持蓝牙，实现蓝牙通信

支持超声波传感器，可以轻松对接智能小车或者其他电机控制的应用。

新版电机驱动器：

参数说明：

使用东芝高性能驱动芯片，提供每路2.2A（3.6A峰值）输出，可运行4.5-13.5V直流电机；
可以驱动4个直流电机或2个步进电机；
额外提供8路PWM输出，可以控制8路舵机；
支持PS2无线手柄；
支持蓝牙模块和超声波传感器；
可自定义I2C地址，支持多个驱动器叠加级联；
提供完整的代码库和丰富示例程序，支持图形编程，简单易用。

大功率电机驱动器：

参数说明：

左侧使用TB6612芯片组，提供每路1.2A（3A峰值）输出，可运行4.5-13.5V直流电机；
右侧使用汽车大电流电机驱动芯片，提供每路14A（30A峰值）输出，可运行5.5-24V直流电机；
可以驱动4个直流电机，前进和后退，提供PWM调速；
额外提供4路PWM输出，可以控制4路舵机；
支持PS2无线手柄；
支持蓝牙模块和超声波传感器；
可自定义I2C地址，支持多个驱动器叠加级联；
提供完整的代码库和丰富示例程序，支持图形编程，简单易用。

二、PS2无线手柄连接

PS2手柄为非热插拔，在实际项目用，需要编写重连检测，如无法找到设备，请重启Arduino控制器。

*手柄一段时间不操作会自动休眠，按start或analog唤醒。

三、电源说明

驱动器设计了不同颜色的跳线，通过跳线帽可以提供多种供电方案。

四、软件代码讲解

我们提供Arduino类库和相关示例代码。含两组类库文件：PS2X_Lib和Motor_Shield_Library examples目录下的示例。

*如果提示没有找到类库，请配置相关的库文件，或者直接拷贝列库文件到当前项目目录下。

1、控制直流电机（DC motor）

a）连接电机

驱动器有4组电机接线柱分别为M1, M2, M3, 和 M4。

注意：请仔细查看电机参数，电机尺寸过大（功率太大）会使驱动器超负荷，导致驱动器损坏。（实测370电机可用）

b）直流电机（DC motor）示例详解

#include <Wire.h>
#include "Adafruit_MotorShield.h"
#include "utility/Adafruit_MS_PWMServoDriver.h"

// Create the motor shield object with the default I2C address
Adafruit_MotorShield AFMS = Adafruit_MotorShield(); 

// Select which 'port' M1, M2, M3 or M4. In this case, M1
Adafruit_DCMotor *myMotor = AFMS.getMotor(3);

void setup() {
  AFMS.begin();  // create with the default frequency 1.6KHz
  
  // Set the speed to start, from 0 (off) to 255 (max speed)
  myMotor->setSpeed(150);
  myMotor->run(FORWARD);
  // turn on motor
  myMotor->run(RELEASE);
}

void loop() {
  myMotor->run(FORWARD);
  myMotor->setSpeed(150); 
  delay(3000);
  myMotor->run(RELEASE);
 
  myMotor->run(BACKWARD);
  myMotor->setSpeed(180); 
  delay(2000);

  myMotor->run(RELEASE);
  delay(1000);
}

创建一个MotorShield对象：

Adafruit_MotorShield AFMS = Adafruit_MotorShield();

从MotorShield创建DCMotor对象，对应M3端口的电机：

Adafruit_DCMotor *myMotor = AFMS.getMotor(3);

getMotor(port#)

port# ：1~4，对应M1~M4接线柱

在setup() 函数里加入初始化代码:

AFMS.begin();

设置电机速度:

myMotor->setSpeed(100);

setSpeed(speed)

speed ：0 (stopped) ~255 (full speed).

启动电机（正转、反转、停止）

myMotor->run(FORWARD);

run(direction)

direction ： FORWARD, BACKWARD or RELEASE.

*注：电机旋转方向跟接线有关，如果转向不正确，请对调电机正负极接线柱。

2、使用步进电机（Stepper Motors）

a）驱动板可以同时接2个步进电机，单极和双极都适用。

b）连接电机

上图中左为双极驱动Bipolar stepper motors（4线），右为单极驱动Unipolar Stepper Motor（6线）

单极驱动Unipolar Stepper Motor（6线）: 首先需要知道哪根线是中心线，然后将中心线都接到接线柱的GND（右图白色和黄色），剩下的两组端线（黑和绿，红和蓝）分别接到M1、M2或M3、M4。
双极驱动Bipolar stepper motors（4线）: 跟单极驱动类似，GND留空不接就可以。

C）步进电机（Stepper motor）控制示例详解

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_MotorShield.h>
#include "utility/Adafruit_MS_PWMServoDriver.h"

// Create the motor shield object with the default I2C address
Adafruit_MotorShield AFMS = Adafruit_MotorShield(); ; 

// Connect a stepper motor with 200 steps per revolution (1.8 degree)
// to motor port #2 (M3 and M4)
Adafruit_StepperMotor *myMotor = AFMS.getStepper(200, 2);

void setup() {
  AFMS.begin();  // create with the default frequency 1.6KHz
  myMotor->setSpeed(10);  // 10 rpm   
}

void loop() {
  //Single coil steps
  myMotor->step(100, FORWARD, SINGLE); 
  myMotor->step(100, BACKWARD, SINGLE); 

  //Double coil steps
  myMotor->step(100, FORWARD, DOUBLE); 
  myMotor->step(100, BACKWARD, DOUBLE);
  
  //Interleave coil steps
  myMotor->step(100, FORWARD, INTERLEAVE); 
  myMotor->step(100, BACKWARD, INTERLEAVE); 
  
  //Microstep steps
  myMotor->step(50, FORWARD, MICROSTEP); 
  myMotor->step(50, BACKWARD, MICROSTEP);
}

创建一个MotorShield对象：

Adafruit_MotorShield AFMS = Adafruit_MotorShield();

从MotorShield创建StepperMotor对象：

Adafruit_StepperMotor *myMotor = AFMS.getStepper(200, 2);

getStepper(steps, stepper#)

steps: 每转步数，建议35~200之间

stepper#： 1~2, M1、M2为1，M3、M4 为2

设置旋转速度:

setSpeed(rpm)：每分钟旋转速度

运转电机：

step(#steps, direction, steptype)

#steps：步数

direction：FORWARD or BACKWARD

steptype：SINGLE, DOUBLE, INTERLEAVE or MICROSTEP

*关于步进电机工作特性请参考网上资料。

3、舵机控制（Servo）

驱动板的舵机控制通过PWM专用芯片PCA9685实现，对应的编号分别为0,1,14,15。由于市面上普通舵机通常只支持50Hz的信号。

驱动器内嵌稳压电路，可以输出5V，3A的电流给舵机供电。尽量比较舵机堵转或超负荷，以免影响系统稳定性或损坏舵机。

注意：对于大功率的舵机（电源要求超过5V3A），请拔掉红色跳线帽，再使用跟舵机匹配的电源通过“舵机辅助电源”接口独立供电。

在驱动板右上角有2个传感器接口，可以插三线传感器，也可以插舵机。此接口对应Arduino D5,D6引脚。

舵机代码解析（非完整代码，请勿直接拷贝）

//获取舵机 1、2、3、4分别对应机械臂底部、左边、右边、爪子
Adafruit_Servo *Servo1 = AFMS.getServo(1);
Adafruit_Servo *Servo2 = AFMS.getServo(2);
Adafruit_Servo *Servo3 = AFMS.getServo(3);
Adafruit_Servo *Servo4 = AFMS.getServo(4);

Servo1->writeServo(90);//1#舵机旋转到90度位置
Servo2->writeServo(90);
Servo3->writeServo(90);
Servo4->writeServo(60);

int deg=Servo1->readDegrees()//读取1#舵机当前角度

4、无线手柄控制

无线手柄代码解析（非完整代码，请勿直接拷贝）

//导入库文件 
#include "PS2X_lib.h"

//定义ps2手柄
PS2X ps2x; 
int error;

void setup() {
  //配对接收器 
  do { 
    error = ps2x.config_gamepad(13, 11, 10, 12, true, true); 
    if (error == 0) { break; } 
    else { delay(100); } 
  } while (1); 
}

void loop(){
  ps2x.read_gamepad(false, 0);//读入手柄状态信息 
 
  //键位码请看上面对应图
  if (ps2x.Button(PSB_PAD_UP)) {}//如果“上”按钮按下 
  if (ps2x.Analog(PSS_RY) > 240) {}//如果摇杆RY返回值大于240
  delay(10);//延迟10ms 
}

五、叠加级联

每个驱动器需要设置唯一的I2C地址，默认地址是0x60。地址范围从0x60~0x63总共4个地址。

驱动板上有A0，A1总共2个跳线，焊接不同的跳线可以设置不同的地址。规则如下

Board 0: Address = 0x60 Offset = binary 0000 (默认全部为空)
Board 1: Address = 0x61 Offset = binary 0001 (只焊接A0)
Board 2: Address = 0x62 Offset = binary 0010 (只焊接A1)
Board 3: Address = 0x63 Offset = binary 0011 (同时焊接A0 & A1)

六、原理图

七、演示作品

驱动器示例代码下载：点击下载