【致動】直流電機PWM正反轉基礎

簡介

我們無法使用微處理器、單晶片(MCU)等可程式微控器單元，直接控制致動器(電機、電磁閥…)或是較大功率元件，原因在於MCU的GPIO控制腳位是一種通用型的輸出輸入訊號處理設計思維，GPIO腳位對外的電流輸出能力(fan out)都相當微小，不足以驅動致動器等需要較大功率的元件。如下圖。解決的方法就是透過專化的處理電路，對應被控制元件(如直流電機、BLDC…)的特性進行功率放大、訊號回授、電路保護…等處裡。

設計考量上，由於DUAL22開發板經常使用在競賽環境，除了需要提供足夠的電機接口之外，也要避免外接線路的複雜性，因為競賽的環境考驗著【衝撞、運動重心、擴充性、電源充沛與保護】等問題。是以，如圖，DUAL22開發板提供4路獨立電機控制，大幅降地傳統外接線路複雜性與不穩定性；電源端使用電力強勁的鋰電池直接供電，當然我們在電路保護上也下了不少功夫。

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函數庫

#include “DUAL22.h”

DUAL22函數庫參照手冊(PDF)，下載。

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DEMO

韌體範例說明

我們提供兩個範例，兩個程式相同的控制動作。說明如下：

我們使用DUAL22的函數庫，如上DUAL22.h，以大幅降競賽程式的複雜程度。如本單元範例(一) – 快速應用版。DUAL22函數匯入方式，請參考單元：程式環境設定。當然，若想要認識更多與細部的控制方式，你也可以直接針對GPIO進行控制，如範例(二) – 詳細設定版。

當你要編寫如範例(二)的程式時，你需要認識DUAL22腳位控制規劃，如下圖：

範例(一)、DC電機增減速循環 – 快速應用版

#include "DUAL22.h"

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  DUAL22Inital(); //DUAL22初始化
}

void loop() {
  // 電機增速循環：變數i，小於100前，每次增量1。
  for(int i=0; i<100; i++)
  {
    mPWM(M4, mCCW, i*10); //控制M4接口電機，逆時針，PWM增速每次(i*10)
    delay(100); //每次間隔100ms
  }

  //控制M4接口電機，逆時針，PWM數值1000。(1024max)
  mPWM(M4, mCCW, 1000);
  delay(1000);

  // 電機減速循環：變數i，大於0之前，每次減量1。
  for(int i=100; i>0; i--)
  {
    mPWM(M4, mCCW, i*10);
    delay(100);
  }
  mPWM(M4, mSTOP, 0);
  delay(2000);
}

範例(二)、DC電機增減速循環 – ESP32設定版

const int M4A = 23; // 馬達4 A PIN
const int M4B = 22; // 馬達4 B PIN
const int M4A_CH = 0;   //PWM 設定, 馬達4 A PIN PWM 通道
const int M4B_CH = 1;   //PWM 設定, 馬達4 B PIN PWM 通道
const int MFreq = 5000; // for PWM 設定
const int MRes = 10;    // for PWM 設定

const int mCW = 11;
const int mCCW = 22;
const int mSTOP = 33;

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  ledcSetup(M4A_CH, MFreq, MRes);
  ledcSetup(M4B_CH, MFreq, MRes);
  ledcAttachPin(M4A, M4A_CH);
  ledcAttachPin(M4B, M4B_CH);
}

void loop() {
    // 電機增速循環：變數i，小於100前，每次增量1。
  for(int i=0; i<100; i++)
  {
    M4_mPWM(mCCW, i*10); //控制M4接口電機，逆時針，PWM增速每次(i*10)
    delay(100);  //每次間隔100ms
  }

  M4_mPWM(mCCW, 1000);//控制M4接口電機，逆時針，PWM數值1000。(1024max)
  delay(1000);

  // 電機減速循環：變數i，大於0之前，每次減量1。
  for(int i=100; i>0; i--)
  {
    M4_mPWM(mCCW, i*10);
    delay(100);
  }
  M4_mPWM(mSTOP, 0);
  delay(2000);
}

//M4馬達正反轉PWM控制
void M4_mPWM(int Dir, int PWMSpeed)
{
    if(Dir == mCW) {ledcWrite(M4A_CH, PWMSpeed); ledcWrite(M4B_CH, 0);}
    else if(Dir == mCCW) {ledcWrite(M4A_CH, 0); ledcWrite(M4B_CH, PWMSpeed);}
    else if(Dir == mSTOP) {ledcWrite(M4A_CH, 0); ledcWrite(M4B_CH, 0);}  
}

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