利用Arduino和PWM控制直流电机的速度

利用Arduino和PWM控制直流电机的速度

用PC接口控制直流电动机的速度是一种简单的DIY方案。本课题通过PC机发送指令控制直流电机的转速。Arduino通过USB线直接连接到PC, Arduino IDE的串行监视器上对Arduino进行命令。

电机与晶体管相连，晶体管底座与Arduino的PWM引脚相连，电机根据Arduino发出的PWM信号进行调速。

Arduino直流电机控制-工作

Arduino通过USB线与PC连接。我们可以将命令发送到串行监视器上的PC。我们可以把电机的转速从0调到9。当0通过串行监视器发送时，电机以最低速度运行(即0)。当转速从1变到9时，转速增加，将9设为电机的最高转速。

采用了PWM直流电机控制器技术来控制转速。在PWM中，Arduino发送一个脉动波，类似于555定时器IC的稳定模式。

PWM速度控制(脉宽调制)

微控制器和Arduino都是数字设备;他们不能给出模拟输出。单片机给出0和1作为输出，其中0为逻辑低，1为逻辑高。在我们的例子中，我们使用的是5伏版本的Arduino。所以逻辑上零是零电压，逻辑上高是5电压。

数字输出对于数字设备来说很好，但有时我们需要模拟输出。在这种情况下，PWM是非常有用的。在PWM中，输出信号在0和1之间切换，在高固定频率上，如下图所示。

如上图所示，ON时间为“Ton”，OFF时间为“Toff”。T是“Ton”和“Toff”的和，也就是时间周期。在PWM的概念中，“T”是不变的，“Ton”和“Toff”可以变化，这样当“Ton”增加时，“Toff”会减少，当“Ton”成比例减少时，“Toff”会增加。

占空比是一个Time周期的分数。占空比通常用百分数或比率表示。周期是一个信号完成一个开关周期所需要的时间。作为公式，占空比可以表示为:

占空比=(吨÷吨)x100%

现在电机的速度根据占空比变化。假设占空比为零，电机不运行，当占空比为100%时，电机在最大转速上移动。但这个概念并不总是正确的，因为电机开始运行后，给一些固定电压，称为阈值电压。

晶体管(2 n2222)

微控制器和Arduino可以处理信号，消耗将近20 - 40mA的电流，但是电机需要高电流和电压，所以我们使用晶体管驱动电机。晶体管与电机串联，晶体管底座通过电阻与Arduino的PWM引脚连接。PWM信号来自Arduino，晶体管作为开关工作，当PWM信号处于高状态时短路发射极(E)和集电极(C)，当PWM信号处于低状态时常开。这个过程是连续的，并且马达以期望的速度运行。

组件

组件	规范	数量
Arduino	纳米	1
直流电机	低功率	1
晶体管	2 n222	1
电源适配器	12伏	1
电阻	1 k	1
二极管	1 n4004	1
USB电缆	Arduino的纳米	1

Arduino直流电机控制电路

电路图如下所示。如果你是在通用PCB(零PCB)或实验板上做这个电路，这个数字是有用的。

此外，如果你是好的PCB蚀刻，使用下面提供的图像。

在电路中Arduino纳米使用，体积小，对面包板友好。

一个晶体管(2n2222)的基脚通过一个1k欧姆的电阻连接到Arduino的D9脚，电阻用于限流。电机连接在晶体管的集电极引脚和Vcc之间。二极管(1n4004)与电机反向偏置并联;用于阻断反向电流。晶体管的发射极管脚接地。这个电路由一个12伏的适配器供电。

Arduino PWM电机控制-视频

直流电机速度控制-下载程序

下载程序/代码

在代码的开头，两个整数通过名称“out1”和“val”声明，其中out1等于9，这表明Arduino的引脚D9被用作输出引脚(或PWM引脚)。此外，来自串行监视器的数据保存在第二个整数“val”中。

在void setup()中，串行通信开始使用函数“serial .begin(9600)”，其中9600是串行监视器的波特率。因为电机是一个输出设备，所以“out1”被声明为输出。

在void循环中“serial”。Available "在" if "条件中使用，当任何数据通过串行监视器发送时，它成为真。此数据使用“Serial”保存在“val”整数中。读”功能。

在使用多个if条件后，在第一个if条件中，当' 0 '通过串行监视器发送时，为真。在支架中“analogWrite(out1,0)”用于在零PWM值下运行电机。在函数“analogWrite (out1,0)”中，“out1”用来表示我们想要使用的引脚，“0”是该引脚的PWM值。在串口显示器上使用“serial”显示“Speed is = 0”后。println”功能。之后将整数val更新为10，其中10为除0 ~ 9之外的随机值。

在下一行if条件用于“val ==1”，此时电机运行的PWM值为175。相同的条件使用到9，在9电机运行在255 PWM值，255是最大的PWM值。

过程

1. 通过USB连接Arduino并上传代码
2. 打开串口监视器，设置波特率为9600
3. 现在输入从0到9的任意数字。

在输入从0到9的任何值后，电机的速度是变化的，但我们不能在视频中看到正确的速度变化，但你可以看到它的现场。