如何通过PWM技术有效控制直流电机的运行？

豆面 2025-02-03 05:26:43 1

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摘要： 一、原理介绍PWM（脉宽调制）通过快速切换高低电平来调节电机获取的平均电压，其核心在于占空比，即高电平持续时间与整个周期的比例，占空比越高，平均电压越大，电机转速越快；反之则越慢，...

一、原理介绍

PWM（脉宽调制）通过快速切换高低电平来调节电机获取的平均电压，其核心在于占空比，即高电平持续时间与整个周期的比例，占空比越高，平均电压越大，电机转速越快；反之则越慢。

二、硬件连接

以Arduino开发板和L298N电机驱动模块为例：

PWM输入引脚：将L298N的IN1或IN2引脚连接到Arduino的数字引脚（如D9，该引脚支持PWM输出）。

方向控制引脚：将L298N的IN3和IN4引脚分别连接到Arduino的其他数字引脚（如D8和D7）。

使能引脚：将L298N的ENA引脚连接到Arduino的另一个数字引脚（如D6，虽不是PWM输出，但可用作数字输出以控制电机的启停）。

电源和地：将L298N的电源引脚连接到外部电源的正负极，同时将地引脚连接到Arduino的GND。

电机连接：将直流电机的两个引脚分别连接到L298N的输出端（如OUT1和OUT2或OUT3和OUT4，取决于选择的驱动方向）。

三、代码实现

以下是使用Arduino C++编写的代码示例，用于通过PWM信号控制直流电机的转速和方向：

// 定义引脚常量
#define PWM_PIN 9 // PWM输出引脚
#define DIR_PIN1 8 // 方向控制引脚1
#define DIR_PIN2 7 // 方向控制引脚2
#define ENABLE_PIN 6 // 使能引脚
// 定义速度范围常量
#define MIN_SPEED 0
#define MAX_SPEED 255
void setup() {
    // 设置引脚模式
    pinMode(PWM_PIN, OUTPUT);
    pinMode(DIR_PIN1, OUTPUT);
    pinMode(DIR_PIN2, OUTPUT);
    pinMode(ENABLE_PIN, OUTPUT);
    // 初始化电机状态
    digitalWrite(ENABLE_PIN, HIGH); // 使能电机
    setMotorSpeedAndDirection(0, false); // 初始状态：电机停止，方向为反向（仅作示例）
}
void loop() {
    // 示例：以50%的速度正向旋转电机
    setMotorSpeedAndDirection(127, true); // 127对应50%的PWM占空比
    delay(2000); // 旋转2秒
    // 示例：以75%的速度反向旋转电机
    setMotorSpeedAndDirection(191, false); // 191对应75%的PWM占空比
    delay(2000); // 旋转2秒
    // 示例：停止电机
    setMotorSpeedAndDirection(0, false); // 0对应0%的PWM占空比，电机停止
    delay(1000); // 停止1秒
}
// 设置电机转速和方向
// 参数：
// speed  电机速度，范围在MIN_SPEED到MAX_SPEED之间
// direction  电机方向，true为正转，false为反转
void setMotorSpeedAndDirection(int speed, bool direction) {
    // 限制速度值在MIN_SPEED到MAX_SPEED之间
    if (speed < MIN_SPEED) speed = MIN_SPEED;
    if (speed > MAX_SPEED) speed = MAX_SPEED;
    // 根据方向设置引脚电平
    if (direction) {
        digitalWrite(DIR_PIN1, HIGH);
        digitalWrite(DIR_PIN2, LOW);
    } else {
        digitalWrite(DIR_PIN1, LOW);
        digitalWrite(DIR_PIN2, HIGH);
    }
    // 设置PWM占空比
    analogWrite(PWM_PIN, speed);
}