Arduino 智能小車實作-關於電源供電方案

關於 18650 電池盒 (8V 電壓),同時供電给 Arduino Uno 主板/Shield V5.0 擴展板 與 L298N 雙橋馬達驅動板的麵包板實驗連接,可以參考錄影畫面:

關於小車輪胎的馬達驅動,一般會透過 H橋式 (H-Bridge)的馬達控制電路 (大陸地區稱為電機模塊),來控制馬達的正反轉與轉速。

我所購買的馬達模板算是用於遙控車最為普及的「雙橋式 L298N」,淘寶購買帶光耦的L298N 售價才約台幣 NT$120,可以同時驅動兩個直流馬達 (或者一個兩相四線步進馬達);邏輯輸入部分加入光電隔離模塊,從而提供更好的保護控制器。
雙H光耦L298N電機控制板

L298N 的直流電源輸入,範圍可以從 3~36 V,而小車驅動馬達為 3~6 V。原來小車提供的電池盒是 AAA 4號電池x4顆,輸入電壓為 6V (1.5V x 4);我把它改裝為 18650 x 2 顆的鋰電池,驅動電壓為 7.2V (3.6 x 2,充滿電測量有 8.05 V)。電壓大些驅動馬達會更為有力,但也不能超出太多,免得燒壞。


電池我是直接在露天購買的,理由是電池在對岸被納為管制品,要帶回來程序會麻煩許多。當然我一併買了兩顆鋰電池 (Panasonic 3100 mAh)、電池盒,以及雙通道的充電器 (可各別對電池充電)。
Panasonic 3100mAh18650 鋰電池

一開始充飽電的電池放入電源盒後從電表測量電壓竟然測不出來,後來才突然發現電池正極沒有凸點可以觸到電池盒的接點啦;所以還特別去文具行買了 10x2mm 超強力圓形磁鐵吸附在電池的正極,如此才得以讓電池盒正常輸出電力。
Panasonic 3100mAh18650 鋰電池

我原來的想法小車就是透過這個電池盒供電给 L298N (正常吃 7.2V 電壓),然後再由 L298N 輸出 5V 給 Arduino UNO 主板 (主板吃標準的 5V 電壓)。結果怎麼試都不成功,爬文花了一個下午研究,然後又透過阿里旺旺與賣家聯繫,才確定原來我這片 L298N 根本沒有 5V 的電壓輸出孔位啦 (另外一種沒有帶光耦的卻是有,所以還是要仔細參考規格說明的。)。

我這片 L298N 的 VCC/GND 腳位反倒是由 Arduino 輸出5V 連過來的,主要是提供 L298N 的邏輯電路驅動,而原來的 VIN/GND 則是由外界 (也就是電池盒)供電给馬達的。

所以,該如何只透過一個電池盒而可以同時供電给 Arduino UNO 與 L298N 呢?其實答案卻是意外的簡單-把電池盒正負極同時分接到 Arduino UNO VIN/GND 與 L298N 的 VIN/GND 即可。天啊,就是這麼的簡單,我還一直卡在以為要從 L298N 再輸出電壓給 UNO 這樣的思維,著實折騰了不少時間。

主要的接法參考我所畫的草圖。電池盒的紅線連接 L298N 的 VIN、黑線連接 GND;然後 L298N 的 VIN/GND 各拉線至 UNO 的 VIN/GND 腳位,如此就達成分接可同時供電的作用。另外注意還要再從 UNO 的 5V (輸出) 與 GND 腳位拉線至 L298N 的 VCC/GND,如此才能供電给 L298N 的邏輯電路。
鋰電池供電給 Arduino 與 L298N

要確認這樣的連接是否正確當然就馬上透過麵包板實驗就可以知道了。實驗的目的很單純:L298N 可驅動單顆馬達的轉動、UNO 通過供電可顯示主板上的 LED 燈。兩者都有作用就代表電池盒確實有同時供電了。
18650供電給Arduino&L298N

再把線路連接靠近點看看。
18650供電給Arduino&L298N

注意上圖,Arduino 上層其實疊了片標準相容規格的 SHIELD V5.0 擴展板,主要是除了把 UNO 的腳位全給延展出來外,還提供了多種的傳感/通訊的連接介面,這在智能小車的實作上,可以說是必備的擴展板。
Arduino + Shield V5 擴展板

這裡只要先確認是否可以驅動馬達即可,先不用考量到正反轉與轉速的控制;所以程式碼相當簡單,只要實作可以讓其向前轉動即可:

// 馬達控制設定
const byte LEFT1 = 8;
const byte LEFT2 = 9;
 
void forward() {    // 馬達轉向:前進
digitalWrite(LEFT1, HIGH);
digitalWrite(LEFT2, LOW);
}
 
void setup() {
  pinMode(LEFT1, OUTPUT);
  pinMode(LEFT2, OUTPUT);
}
 
void loop() {
  forward();
}

供電方案解決後,下一步該就把 Arduino UNO/擴展板與 L298N、電池盒等配置在車體上,然後確實把連接線接好;對了,電池盒再加上顆滑動開關,可以開啟/關閉電源,這樣會方便許多的。

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共有 2 則迴響

  1. 想問一下,若我使用的是4顆4號充電電池(2000mAH),我也有一個模組(L9110s)用來控制DC馬達,是否也可以直接像你這樣接線?謝謝。

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