Arduino基礎：控制馬達

Published by Deviceplus 編輯團隊 at 2023.06.14

驅動馬達需要驅動器

透過Arduino的數位輸出，可以在High和Low之間切換，我們曾用來控制LED的閃爍。使用該功能，應該還可以為馬達供電。但是，實際上，即使您將馬達直接連接到Arduino，馬達還是無法運行的。

使馬達運行需要大電流。例如，在本次使用的馬達“RE-280RA”的情況下，可能會流過1A以上的電流。但是，Arduino的數位輸出引腳最多只能承受20mA的電流。如果施加比這更多的電流，Arduino本身可能會損壞。因此，我們需要將馬達連接到Arduino的輸出引腳並對其進行控制。

operating the motor requires a driver

這裡我們使用的是“馬達驅動器”。馬達驅動器是用來控制馬達的電子器件。我們需要準備一個將馬達連接到電源以使馬達運行的電路，並在其中插入馬達驅動器。馬達驅動器可透過外部訊號導通和關斷馬達運行電路，並可控制馬達的旋轉和停止。由於控制信號中幾乎不會流過電流，因此即使連接Arduino，也可以毫無問題地控制馬達。

control signal from arduino

另外，透過馬達驅動器，還可以利用控制訊號切換旋轉方向。馬達驅動器配有兩個控制引腳，一個設置為High時正轉，另一個設置為High時反轉。這使得馬達驅動器可以控制馬達的正轉、反轉和停止。

將馬達連接到Arduino

現在讓我們嘗試利用Arduino來控制馬達。這部分操作將使用以下電子元件，因此請確保您已經準備好它們。

直流馬達

這是馬達本體。其中，可以用乾電池等的直流電控制的馬達稱為“直流馬達”。這次，我們將使用“RE-280RA”。RE-280RA可施加高達4.5V的電壓。

DC motor

馬達驅動器

我們將使用馬達驅動器來控制馬達。驅動器具有根據來自Arduino的信號給馬達供電並控制馬達轉向等功能。我們將使用ROHM的“BA6956AN”。從帶有切口的連接器（圖片左側）開始，引腳分別按照“引腳1”和“引腳2”等命名。

motor driver

0.1μF 電容

電容是可以儲存少量電能的電子元件。馬達在工作過程中會產生雜訊。雜訊可能會對其他電子元件的工作產生不利影響。因此，可以透過在馬達的兩個引腳上連接電容來降低雜訊。

condenser

10kΩ（1/4W）電阻

為了防止流過突發大電流損壞電子元件，可以使用電阻來抑制電流。此次，為了能給馬達提供指定的電壓，我們在Arduino的3.3V引腳上連接了馬達驅動器。通常情況下，幾乎沒有電流流過，但由於在某些情況下可能會有流過大電流的風險，因此連接了一個10kΩ的電阻以防止流過大電流。這個10kΩ電阻器上印有“棕黑橙金”四色顏色代碼。

resistor

電池

電池扣

我們將使用乾電池作為驅動馬達的動力源。在這裡使用的是可提供9V電壓的006P。另外，還會使用電池扣將電池連接到麵包板上。

9v battery

battery snap

鱷魚夾線

馬達有引腳，需要連接到麵包板。通常是將導線焊接到引腳上。但是如果您使用鱷魚夾線，只需將鱷魚夾夾住馬達的引腳即可實現接線，可以省去焊接的麻煩。

electrical clip jumper wires

準備好所需元件後，如下所示進行連接。

prepare each of the components

用鱷魚夾夾住馬達引腳，將馬達連接到馬達驅動器的引腳2和4。注意，在馬達工作期間可能會產生雜訊，雜訊可能會影響其他設備工作，因此，需要將電容器連接到馬達的兩個引腳來降低雜訊。

馬達可以由單獨準備的電池供電。因此，可以透過將電池連接到馬達驅動器的引腳5和3來實現電池供電。

此外，本次使用的馬達的供電電壓範圍為4.5V以內。因此，使用9V電池時，電壓過高，可能會損壞馬達。因此，請在馬達驅動器的引腳1處指定輸出至馬達的最大電壓。本次我們為馬達提供3.3V的電壓。將Arduino 3.3V電源連接到引腳1並指定最大電壓值。馬達旋轉可以透過馬達驅動器的引腳7和9來控制。這意味著需要分別連接到Arduino的引腳5和6，透過Arduino的輸出對其進行控制。

透過程式控制馬達

完成連接後，讓我們實際嘗試使用程式來控制馬達。馬達的旋轉可以透過Arduino引腳5和6的輸出來控制。旋轉、停止和旋轉方向都可以透過將這兩個引腳設置為High或Low來控制。在BA6956AN的情況下，可以進行如下控制：

要正轉時，使引腳5輸出High，使引腳6輸出Low。將以下程式寫入Arduino，馬達將開始正轉。

const int MT_F = 5; 
const int MT_R = 6; 

void setup(){ 
 pinMode( MT_F, OUTPUT ); 
 pinMode( MT_R, OUTPUT ); 
} 

void loop(){ 
 degitalWrite( MT_F, HIGH ); 
 degitalWrite( MT_R, LOW ); 

delay( 1000 ); 
}

const int MT_F = 5;

const int MT_R = 6;

void setup(){

pinMode( MT_F, OUTPUT );

pinMode( MT_R, OUTPUT );

}

void loop(){

degitalWrite( MT_F, HIGH );

degitalWrite( MT_R, LOW );

delay( 1000 );

}

在第10行設置了引腳5輸出High，在第11行設置了引腳6輸出Low。

如果要反轉，則需要使引腳5輸出Low，使引腳6輸出High。

程式如下：

const int MT_F = 5; 
const int MT_R = 6; 

void setup(){ 
 pinMode( MT_F, OUTPUT ); 
 pinMode( MT_R, OUTPUT ); 
} 

void loop(){ 
 degitalWrite( MT_F, LOW ); 
 degitalWrite( MT_R, HIGH ); 

delay( 1000 ); 
}

const int MT_F = 5;

const int MT_R = 6;

void setup(){

pinMode( MT_F, OUTPUT );

pinMode( MT_R, OUTPUT );

}

void loop(){

degitalWrite( MT_F, LOW );

degitalWrite( MT_R, HIGH );

delay( 1000 );

}

在第10行設置了引腳5輸出Low，在第11行設置了引腳6輸出High。如果要使馬達停止運轉，則需要讓引腳5和6都輸出Low。

程式如下：

const int MT_F = 5; 
const int MT_R = 6; 

void setup(){ 
 pinMode( MT_F, OUTPUT ); 
 pinMode( MT_R, OUTPUT ); 
} 

void loop(){ 
 degitalWrite( MT_F, LOW ); 
 degitalWrite( MT_R, LOW ); 

delay( 1000 ); 
}

const int MT_F = 5;

const int MT_R = 6;

void setup(){

pinMode( MT_F, OUTPUT );

pinMode( MT_R, OUTPUT );

}

void loop(){

degitalWrite( MT_F, LOW );

degitalWrite( MT_R, LOW );

delay( 1000 );

}

另外，如果引腳5和6都輸出High，則會啟動制動器，可以讓馬達在比兩個引腳都置Low時更短的時間內停止運轉。

改變馬達的轉速

上次，我們透過使用“PWM”這種輸出方法成功地改變了LED的亮度。在馬達上，也可以透過使用PWM控制來改變轉速。透過在短時間內切換High和Low，馬達在旋轉和停止之間交替切換，轉速實際上比正常速度慢。High的時間越長，轉速越快；反之High的時間越短，轉速越慢。

對於馬達而言，透過PWM來輸出想要旋轉的方向的控制引腳，並使另一個引腳始終保持在Low的狀態。正轉時，透過PWM輸出引腳5 並使引腳6保持在Low狀態。反轉時，透過PWM輸出引腳6，並使引腳5保持在Low狀態。下面是控制正轉速度的程式：

const int MT_F = 5; 
const int MT_R = 6; 

void setup(){ 
 pinMode( MT_F, OUTPUT ); 
 pinMode( MT_R, OUTPUT ); 
} 

void loop(){ 
 analogWrite( MT_F, 128 ); 
 analogWrite( MT_R, 0 ); 

delay( 1000 ); 
}

const int MT_F = 5;

const int MT_R = 6;

void setup(){

pinMode( MT_F, OUTPUT );

pinMode( MT_R, OUTPUT );

}

void loop(){

analogWrite( MT_F, 128 );

analogWrite( MT_R, 0 );

delay( 1000 );

}

在程式中，在第10行設置為向引腳5輸出PWM比率的一半（最大為255），在第11行使引腳6保持在Low狀態。當您改變第10行的數位時，速度也會隨之改變。但是，如果High小於某個特定的比率，馬達將不會旋轉。如果減小該值馬達不旋轉，就請嘗試指定更高的值。您可以透過逐漸增加或減少引腳5輸出的值來逐漸改變速度。在接下來的程式中，轉速將從停止狀態逐漸提高，當達到最大值時，速度將會逐漸降低並最終停止運轉。

const int MT_F = 5; 
const int MT_R = 6; 

void setup(){ 
 pinMode( MT_F, OUTPUT ); 
 pinMode( MT_R, OUTPUT ); 
} 

 void loop(){ 
 int speed; 

 analogWrite( MT_F, 0 ); 
 analogWrite( MT_R, 0 ); 

 speed = 0; 
 while( speed <= 255 ){ 
 analogWrite( MT_F, speed ); 
 delay( 100 ); 
 speed = speed + 5; 
 } 

 delay( 5000 ); 

 speed = 255; 
 while( speed >= 0 ){ 
 analogWrite( MT_F, speed ); 
 delay( 100 ); 
 speed = speed - 5; 
 } 

 delay( 5000 ); 

}

const int MT_F = 5;

const int MT_R = 6;

void setup(){

pinMode( MT_F, OUTPUT );

pinMode( MT_R, OUTPUT );

}

void loop(){

int speed;

analogWrite( MT_F, 0 );

analogWrite( MT_R, 0 );

speed = 0;

while( speed <= 255 ){

analogWrite( MT_F, speed );

delay( 100 );

speed = speed + 5;

}

delay( 5000 );

speed = 255;

while( speed >= 0 ){

analogWrite( MT_F, speed );

delay( 100 );

speed = speed - 5;

}

delay( 5000 );

}

在本文中，我們瞭解了透過Arduino控制LED和馬達等電子產品的方法。下一篇將介紹如何透過Arduino確認開關的狀態。

Deviceplus 編輯團隊

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