Arduino智能小车——测试篇

发布于 2020-11-5 17:11
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  上一章讲解了智能小车的拼装,但是还没有让小车动起来,这章我们将继续拼装,使得小车可以动起来。

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 ##驱动模块安装
    可能有些朋友会问到,驱动是干嘛的,为什么要驱动,小时候玩四驱车的时候直接装上电池小车就跑了,干嘛还要驱动模块。答案很简单,四驱车他只能朝着一个方向运动,而且永远都是以最大速度运行,我们所做的智能小车通常要控制小车电机的转速和运行方向,因此驱动是必不可少的模块。驱动模块的具体工作原理不在这里做详细的介绍,想了解的朋友可以自行查阅资料。

 

###驱动模块用法简介
    一般拿到一个模块之后都要去对应的官网找到它的资料包,查看其详细用法,在某宝上买的模块一般店家都有整理好的资料包,所以某宝也是一个很好的资料库,大家一定要合理运用哦~

在此我们选用的是L298N模块,该模块引脚分配如下:

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**+12V:**该引脚接的电压是驱动模块所能输出给电机的最大电压,一般 直接接电池。12V是由L298N芯片所能接受最大电压而定,一般介入5~12V电压。在此我们接入的电压为两节18650串联的电压,即3.7+3.7=7.4V;

 

GND: 在该项目中GND即为电源的负极,同时要保证Arduino开发板,驱动模块等所有模块的GND连在一起才可以正常工作。在某些复杂的项目中还需要区分数字地和模拟地,在此不做详细介绍。

 

+5V: L298N模块(注意不是L298N芯片)内含稳压电路(将高电压转换为低电压的电路),在模块内部将"+12V"引脚输入的电压转化为可供开发板使用的+5V电压,一般将次输出接入到开发板为开发板供电。

 

L298N有两路输出,所以可以控制小车前进、后退、转弯,其中:
ENA: 代表第一路输出的电压大小。驱动模块输出电压越高,电机转速越快。
1.当其输入为0V的时候,驱动模块输出对第一路电机输出电压为0V;
2.当其输入为3.3V的时候,驱动模块对第一路电机输出电压为"+12V"引脚的输入电压。
3.由于ENA输入电压的高低控制驱动对电机的输出电压,因此当我们需要对小车运动速度进行控制的时候,一般通过PWM对"ENA"引脚进行控制。

 

**IN1/IN2:**这两个引脚控制电机正反转方向。例:假如IN1输入高电平3.3V,IN2输入低电平0V,ENA为3.3V,电机正转,此时将IN1输入改为0V,IN2输入改为3.3V,其他条件不变,则电机将会反转。

 

**OUT1/OUT2:**这两个引脚分别接电机的两极。

**ENB,IN3/IN4,OUT3/OUT4引脚控制第二路输出,与上述ENB,IN3/IN4,OUT3/OUT4**功能相似。

 

驱动安装


    将准备好的驱动模块固定在小车,将从地盘电机延长出来的导线分左右两边分开,左边两个电机中每一个电机的其中一根线OUT1,另外一个接OUT2。同理,右边两个电机中每一个电机的其中一根线OUT3,另外一个接OUT4,并用螺丝刀将拧蓝色接线柱上方的螺丝拧紧。

 

电池座固定


    将电池固定在小车尾部,将电源的两根线链接到+12V和GND引脚,红色代表正极,接到+12V,黑色代表负极,接到GND(一般电路中默认红色为正,黑色为负),并拧紧螺丝固定。

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       将Arduno板子用螺丝固定在小车中部,由于小车运动中也需要对开发板供电,此时我们用两根公对公的杜邦线为其供电,红色(也可以为其他颜色)杜邦线一边插入Arduino板的"5V"引脚,一边插到L298N驱动的"+5V"引脚,黑色(也可以为其他颜色)杜邦线一边插入Arduino板的"GND"引脚,一边插到L298N驱动的"GND"引脚。     

       为控制电机的正反转,此时我们需要拿四根公对母杜邦线,将L298N驱动的IN1/IN2/IN3/IN3引脚与Arduino板的4/5/6/7号引脚对应相连,最终拼装图如下:

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抱歉,接线有点乱,大家可以用扎带或者皮筋将其捆好固定    至此,我们的小车基本拼装完成,接下来就要开始写程序来控制小车运动咯,有没有很激动~

 

Ardunio程序编写


Arduino的程序编写一般使用Arduino IDE,该软件安装比较简单,大家可以自行安装,安装成功后打开IDE,在程序里写入下述代码:

#include <Servo.h>
//定义五中运动状态
#define STOP      0
#define FORWARD   1
#define BACKWARD  2
#define TURNLEFT  3
#define TURNRIGHT 4
//定义需要用到的引脚
int leftMotor1 = 4;
int leftMotor2 = 5;
int rightMotor1 = 6;
int rightMotor2 = 7;

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  //设置控制电机的引脚为输出状态
  pinMode(leftMotor1, OUTPUT);
  pinMode(leftMotor2, OUTPUT);
  pinMode(rightMotor1, OUTPUT);
  pinMode(rightMotor2, OUTPUT);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  int cmd;
  for(cmd=0;cmd<5;cmd++)//依次执行向前、向后、向左、想有、停止四个运动状态
  {
    motorRun(cmd);  
    delay(2000);//每个命令执行2s 
  } 
}
//运动控制函数
void motorRun(int cmd)
{
  switch(cmd){
    case FORWARD:
      digitalWrite(leftMotor1, LOW);
      digitalWrite(leftMotor2, HIGH);
      digitalWrite(rightMotor1, LOW);
      digitalWrite(rightMotor2, HIGH);
      break;
     case BACKWARD:
      digitalWrite(leftMotor1, HIGH);
      digitalWrite(leftMotor2, LOW);
      digitalWrite(rightMotor1, HIGH);
      digitalWrite(rightMotor2, LOW);
      break;
     case TURNLEFT:
      digitalWrite(leftMotor1, HIGH);
      digitalWrite(leftMotor2, LOW);
      digitalWrite(rightMotor1, LOW);
      digitalWrite(rightMotor2, HIGH);
      break;
     case TURNRIGHT:
      digitalWrite(leftMotor1, LOW);
      digitalWrite(leftMotor2, HIGH);
      digitalWrite(rightMotor1, HIGH);
      digitalWrite(rightMotor2, LOW);
      break;
     default:
      digitalWrite(leftMotor1, LOW);
      digitalWrite(leftMotor2, LOW);
      digitalWrite(rightMotor1, LOW);
      digitalWrite(rightMotor2, LOW);
  }
}

 

代码详解


为方便代码的编写,提高代码的可读性,在此我们先定义出小车可能的运动状态

#define STOP      0	//停止
#define FORWARD   1	//前进
#define BACKWARD  2	//后退
#define TURNLEFT  3	//左转弯
#define TURNRIGHT 4	//右转弯

电机运动需要经过驱动模块驱动,而驱动模块的输出状态又取决去IN1/IN2/EN,IN3/IN4/ENB这两组引脚的控制。本实验只是简单控制电机的运动,不用控制电机的转速,因此ENA,ENB默认接入高电平(买过来模块的时候,你会发现这两个引脚都通过跳线帽和"+5V"的引脚相连,即输出最大电压),此时我们只需控制IN1/IN2,IN3/IN4两组引脚即可对小车的运动状态进行控制。因此我们在此定义以下四个引脚

//定义需要用到的引脚
int leftMotor1 = 4;
int leftMotor2 = 5;
int rightMotor1 = 6;
int rightMotor2 = 7;

当电机的两个输入端加入的电压有电压差,且电压差满足一定条件时电机才会转动,为控制L298N驱动OUT1/OUT2,OUT3/OUT4两路输出,我们需要了解该模块的使用方法。

 

下面两个表格为L298N的输入输出对应关系,其中H:高电平,L:低电平,ENA、ENB均为高电平

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由上述表格可以清晰看出控制小车运动时,只需要将同一边的两个引脚设置成不同的输出电压即可,例如让小车向前运动时左右两边的IN1和IN2可以设置为

digitalWrite(leftMotor1, LOW);
digitalWrite(leftMotor2, HIGH);
digitalWrite(rightMotor1, LOW);
digitalWrite(rightMotor2, HIGH);

为了提高代码的执行效率,我们在此将小车的四种运动状态封装在函数里,方便调用。

void motorRun(int cmd)
{
  switch(cmd){
    case FORWARD:
      digitalWrite(leftMotor1, LOW);
      digitalWrite(leftMotor2, HIGH);
      digitalWrite(rightMotor1, LOW);
      digitalWrite(rightMotor2, HIGH);
      break;
     case BACKWARD:
      digitalWrite(leftMotor1, HIGH);
      digitalWrite(leftMotor2, LOW);
      digitalWrite(rightMotor1, HIGH);
      digitalWrite(rightMotor2, LOW);
      break;
     case TURNLEFT:
      digitalWrite(leftMotor1, HIGH);
      digitalWrite(leftMotor2, LOW);
      digitalWrite(rightMotor1, LOW);
      digitalWrite(rightMotor2, HIGH);
      break;
     case TURNRIGHT:
      digitalWrite(leftMotor1, LOW);
      digitalWrite(leftMotor2, HIGH);
      digitalWrite(rightMotor1, HIGH);
      digitalWrite(rightMotor2, LOW);
      break;
     default:
      digitalWrite(leftMotor1, LOW);
      digitalWrite(leftMotor2, LOW);
      digitalWrite(rightMotor1, LOW);
      digitalWrite(rightMotor2, LOW);
  }
}

至此,小车应该便可以成功运动起来咯,快为自己庆祝下吧。接下来我们将在此基础上进项进一步的开发,大家再接再厉哦

 

##调试中可能出现的问题

问题1.
下载完程序,小车向前运动时,有些轮子向前,有些轮子运动方向相反:
将运动方向错误的电机的两根电源线在驱动上的接线位置对换。例如将本来接OUT1的电源线换到OUT2,将接OUT2的电源线换到OUT1。

 

问题2.
代码没变,但是电机一会儿动一会不动:
这样的情况一般是由于接触不良造成的,检查你的驱动输出到电机的电源线是否有松动或者接触不良的情况。

 

问题3.
向前运动时他向后,向后运动时他向前,向左运动时他向右:
解决方案1:按照 问题1 中那样的解决方案,一个一个换线
解决方案2:将void motorRun(int cmd)函数中,引脚输出状态反过来,例如解决向前运动时他向后这种错误状态

case FORWARD:	//原来的代码
      digitalWrite(leftMotor1, LOW);
      digitalWrite(leftMotor2, HIGH);
      digitalWrite(rightMotor1, LOW);
      digitalWrite(rightMotor2, HIGH);
      break;
case FORWARD:	//修改后的代码
      digitalWrite(leftMotor1, HIGH);
      digitalWrite(leftMotor2, LOW);
      digitalWrite(rightMotor1, HIGH);
      digitalWrite(rightMotor2, LOW);
      break;

 

原文作者:不懂音乐的欣赏者

 

 

 

 

已于2020-11-5 17:12:00修改
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