Ponte H L298N – Controlando a velocidade de um motor DC com PWM

No último tutorial vimos como se faz para ligar um motor DC no Arduino com o auxílio de um módulo ponte H L298n, usando suas entradas para variar o sentido de giro. Mas na robótica, é comum termos que controlar, além do sentido, a velocidade do motor. Neste tutorial iremos ensinar, de forma simples e didática, como podemos controlar a velocidade de um motor DC usando o Driver motor com Ponte H L298n com Arduino.

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Como controlar a velocidade de um motor?

Um motor DC gira baseado em campos magnéticos gerados pela corrente que passa em suas bobinas. Para variar a velocidade do motor podemos alterar essa corrente que é diretamente proporcional a tensão sobre elas.

Dessa forma, com a mudança da tensão em cima do motor, teremos uma alteração de velocidade. mas como podemos fazer isso usando o Arduino e a Ponte H? A solução é simples e eficiente e se chama PWM.

O que é PWM?

PWM (Pulse Width Modulation – Modulação por Largura de Pulso) é uma técnica para obter resultados analógicos por meios digitais (Leia mais sobre Grandezas digitais e analógicas e PWM). Essa técnica consiste na geração de uma onda quadrada em uma frequência muito alta em que pode ser controlada a porcentagem do tempo em que a onda permanece em nível lógico alto. Esse tempo é chamado de Duty Cycle(Ciclo de trabalho) e sua alteração provoca mudança no valor médio da onda, indo desde 0V (0% de Duty Cycle) a 5V (100% de Duty Cycle) no caso do Arduino.

O duty cycle é a razão do tempo em que o sinal permanece na tensão máxima (5V no Arduino) sobre o tempo total de oscilação, como está ilustrado na figura abaixo:

Duty Cycle (%) = (x/x+y)*100% = (x/T)*100%

Vmédio = Vmáx*Duty Cycle(%)

O valor do Duty Cycle usado pelo Arduino é um inteiro armazenado em 8 bits, de forma que seu valor vai de 0 (0%) a 255 (100%).

Exemplo.: Para um sinal PWM de valor 200 temos:

Se 255 é 100%, 200 é aproximadamente 78,4%.

Como a tensão máx de saída do Arduino é 5V a tensão média do sinal PWM será:

Vmédio = Vmax*Duty Cycle(%)

Vmédio=5*78,4%

Vmédio=3,92V

Modulando a ponte H

No módulo Ponte H com CI L298N cada ponte H possui um pino que ativa ou não a ponte H. Caso tenha um sinal de 5V inserido nele, a ponte enta ligada, caso seja 0V a ponte esta desligada. Como temos 2 pontes H, temos o Enable A(Ativa A) e o Enable B (Ativa B).

Normalmente o Enable A e B fica em curto com um sinal de 5V da placa através de um jumper.

Se retiramos esse jumper e inserimos um sinal PWM nessa entrada, modularemos a tensão que é enviada para o motor no mesmo formato. Isso ocorre porque a ponte H só ira “funcionar” enquanto o sinal de Enable estive com 5V.

Sendo assim, a saída para o motor será um sinal PWM com um Duty Cycle igual ao do Enable e terá tensão média calculada pela seguinte formula.

Vmédio = Vmax(tensão PonteH)*Duty Cycle(%)

Com essa modulação, podemos variar a velocidade do motor através de PWM.

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Mãos à obra – Controle de velocidade com Módulo Ponte H L298N – Arduino

Neste segundo exemplo, vamos verificar o controle de velocidade dos motores A e B.

Componentes necessários

Para este exemplo, utilizaremos:

• Placa Arduino UNO  ou similar
• Módulo Ponte H L298N
• 2x Motores DC  (pode ser feito com apenas 1)
• Fonte alimentação de 12V

Montando o projeto

Prossiga com a montagem conforme esquema abaixo(caso você use apenas um motor, basta desconsiderar o motor B:

Garanta que seu Arduino e a fonte externa estejam desligados durante a montagem.

 

Programando

Crie um programa (sketch) e salve com o nome de “exemplo1_Controle_velocidade”.

Agora vamos à implementação do programa. Dessa forma, dentro da IDE Arduino: escreva o seguinte código e ao final clique em Upload para que o programa seja transferido para seu Arduino.

/*Pinagem do arduino*/

//motor_A
int IN1 = 2 ;
int IN2 = 4 ;
int velocidadeA = 3;

//motor_B
int IN3 = 6 ;
int IN4 = 7 ;
int velocidadeB = 5;

//variavel auxiliar
int velocidade = 0;

//Inicializa Pinos
void setup(){
pinMode(IN1,OUTPUT);
pinMode(IN2,OUTPUT);
pinMode(IN3,OUTPUT);
pinMode(IN4,OUTPUT);
pinMode(velocidadeA,OUTPUT);
pinMode(velocidadeB,OUTPUT);
}

void loop(){

/*Exemplo de velocidades no motor A*/

//Sentido 2
digitalWrite(IN1,HIGH);
digitalWrite(IN2,LOW);

//Alta
analogWrite(velocidadeA,230);

//Intermediaria
analogWrite(velocidadeA,150);

//Baixa
analogWrite(velocidadeA,80);

/*Exemplo de variacao de velocidade no motor B*/

//Sentido 2
digitalWrite(IN3,HIGH);
digitalWrite(IN4,LOW);

//velocidade de 0 a 255
while (velocidade < 255){
analogWrite(velocidadeB,velocidade);
velocidade = velocidade + 10;
delay(50);
}
//velocidade de 255 a 0
while (velocidade > 0){
analogWrite(velocidadeB,velocidade);
velocidade = velocidade - 10;
delay(50);
}
}

Colocando para funcionar

Se tudo deu certo, teremos o motores fazendo os seguintes movimentos:

• Motor A gira em velocidade alta
• Motor A gira em velocidade intermediaria
• Motor A gira em velocidade baixa
• Motor B vai de parado para velocidade rápida gradativamente
• Motor B vai da velocidade rápida até totalmente parado gradativamente

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Entendendo a fundo

Entendendo o Software

Primeiro definimos as pinos que estão conectados à ponte H para controle de cada motor.

//motor_A
int IN1 = 2 ;
int IN2 = 4 ;
int velocidadeA = 3;

//motor_B
int IN3 = 6 ;
int IN4 = 7 ;
int velocidadeB = 5;

Veja que temos 3 pinos para cada motor. 2 para controle de sentido de giro e o terceiro para controle de velocidade.

Movimentando o motor

Para fazer o motor se movimentar, primeiro temos que informar para que direção ele deve girar:

//Motor_A
//Sentido 2
digitalWrite(IN1,HIGH);
digitalWrite(IN2,LOW);

Aqui vale lembrar da tabela de comandos apresentadas no tutorial  Módulo Ponte H L298N – Controlando Motores com Arduino :

Para controlar o sentido, temos as seguintes combinações para o motor A(IN1 e IN2)

É importante ter em mente essas combinações:

//Sentido 1
digitalWrite(IN1,LOW);  //0V
digitalWrite(IN2,HIGH); //5V

//Freia Motor
digitalWrite(IN1,HIGH); //5V
digitalWrite(IN2,HIGH); //5V

//Sentido 2
digitalWrite(IN1,HIGH); //5V
digitalWrite(IN2,LOW);  //0V

Em seguida definimos a velocidade através de um sinal PWM no pino Enable A. Tal como explicado anteriormente.

//Motor_A
//Velocidade Alta
analogWrite(velocidadeA,230);

Quando não queremos controlar a velocidade, deixamos esse pinos com um jumper ligado ao 5V da placa. Assim garantimos que a ponte H trabalhe na velocidade máxima.

Como queremos controlar sua velociade, tiramos o Jumper e conectamos a uma porta PWM.

O comando para a saída PWM é:

analogWrite(pino_de_saida,PWM);

Onde PWM , que já foi explicado no inicio do tutorial, é um valor entre 0 à 255.  Onde 0 simboliza que o ciclo de trabalho é de 0% (desligado o tempo todo) e 255 simboliza que o ciclo de trabalho é de 100% (ligado o todo).

Ou seja, podemos brincar com a velocidade variando esse valor de PWM.

No exemplo usado temos um pedaço de código onde variamos a velocidade dos motores de parado (PWM=0) até a velocidade mais rápida (PWM=255), subindo de 10 em 10 a velocidade.

//velocidade de 0 a 255 
while (velocidadeB < 255){ 
 analogWrite(velocidadeB,velocidade);
 velocidade = velocidade + 10; 
 delay(50); 
}

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Outra opção de Programa

Caso você queira fazer um código mais enxuto e modularizado, temos este exemplo de implementação um pouco avançado que usa funções. Em breve teremos um tutorial sobre o assunto.

#define MOTOR_A 1
#define MOTOR_B 2
#define HORARIO true
#define ANTIHORARIO false

//inicializa pinos
void setup(){
 for (int i = 2; i < 8; i++)
 pinMode(i,OUTPUT);
}

void loop(){

acionaMotor(MOTOR_A,HORARIO, 255);
 acionaMotor(MOTOR_B,ANTIHORARIO, 255);

}

//funcao para acionamento individual de cada motor
void acionaMotor(int motor, boolean sentido, int velocidade){
 if (motor == MOTOR_A){
 digitalWrite(2,sentido);
 digitalWrite(4,!sentido);
 analogWrite(3,velocidade);
 }
 else if (motor == MOTOR_B){
 digitalWrite(6,sentido);
 digitalWrite(7,!sentido);
 analogWrite(5,velocidade);
 }
}

Fechamento

Esperamos que tenham gostado, deixe seu comentário com duvidas, sugestões ou com a foto ou vídeo de seu projeto!! Compartilhe à vontade.

Editado por Allan Mota e revisado por Ícaro Lobo