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MotorDriverBoard V5.2

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MotorDriverBoard是由 深圳市易创空间科技有限公司，专门针对Arduino Uno(兼容Mega2560)机器人，电机驱动，多路舵机控制而研发的一款多功能电机驱动扩展板。本驱动板采用I2C方式控制PCA9685(16路PWM输出芯片)。所以本驱动板电机或者舵机和arduino主板IO口不存在对应关系，是通过I2C扩展PWM控制，详情请见驱动板原理图。

MotorDriverBoard for Arduino Uno(Arduino Mega2560)

MotorDriverBoard_0

快速链接

常见问题

Arduino ide库文件下载

Mixly库下载

Mblock5库下载

Mind+库下载

MagicBlock下载

特点

  • 支持4路直流电机，最大驱动电流3A
  • 支持驱动8路舵机，带自恢复保险丝，防止舵机堵转
  • 支持驱动2路4线步进电机
  • 支持4路编码电机
  • 板载无源蜂鸣器(A0)
  • 板载1个RGB全彩灯(A1)
  • 1个 i2c接口 、1个PS2X接口、1个Uart(蓝牙/wifi模块)接口 、1个NRF24L01无线模块接口
  • 1个超声波模块接口
  • 舵机电源可切换到外部供电
  • 软件支持Arduino IDE，Mixly，Mind+，Mblock5，MagicBlock(基于Scratch3.0可定制)

MotorDriverBoard_1

硬件功能介绍

正面

hardware_introduction

供电说明

为了将本驱动板做到使用更加灵活，适应不同电机，舵机驱动要求，以及整个板子能够稳定运行

我们设计了如下几种供电方案，注意驱动板必须通过锂电池或者8.4V 3A以上的UPS电源供电，不能只Uno主板usb供电或者干电池供电

1、只通过Uno的DC（7~12V）头单一电源给Uno主板，驱动板，舵机同时供电。

应用场景:

a、驱动9V以下得直流电机比如TT马达积木电机灯，外加sg90/mg90这种舵机；

b、PS2控制9V~12V的电机时，为了确保PS2不断连，建议使用航模电池或者大电流21700锂电池，两节18650供电不稳定。

c、电源切换开关达到IN(DC)位置，跳线帽短接5V位置

MotorDriverBoard_dc_power_supply

2、只通过接线柱供单一电源给驱动板，Uno主板和舵机供电。将驱动板的5V电源输出到Uno主板上，此时接线柱的电压范围为6~36V。

适应场景

a、驱动4路12V以上的电机时比如370电机，520电机，此时舵机为sg90/mg90这种小功率舵机;

b、供电超过Uno DC头12V电压，所以我们需要用接线柱供电，供电范围6~25V;

c、电源切换开关打到EX，跳线帽短接到5V位置，需要短接背面R24电阻位。

MotorDriverBoard_terminal_power_supply

3、Uno主板通过DC头供电，舵机通过接线柱独立供电

a、外部使用MG995/MG996/DS3235/DS3238等大力矩舵机时，数量超过2个时（需要根据实际情况测试），我们需要给舵机独立供电

b、舵机供电电压电流根据舵机参数提供

c、电源切换开关达到IN(DC)位置，跳线帽短接EX位置

MotorDriverBoard_terminal_power_supply

驱动库使用

下载Arduino库 解压放置Arduino IDE安装目录下的libraries目录下，然后通过点击文件-->示例-->Emakefun_MotorDriverBoard，打开示例程序。examples

基础示例程序

Gpio_test 控制PCA9685输出口当作普通IO口输出高低电平

Emakefun_MotorDriver gpio = Emakefun_MotorDriver(0x60);

gpio.begin(1000);  		/*初始化io口的输出频率为1KHz*/
gpio.setPin(S1, HIGH);  /*引脚S1(S1~S8)输出高电平*/
gpio.setPin(S1, LOW);  	/*引脚S1(S1~S8)输出低电平*/

PWM_test 这个示例程序为控制PCA9685输出口输出PWM波形

Emakefun_MotorDriver pwm = Emakefun_MotorDriver(0x60);
pwm.begin(1500);  			/*初始化io口的输出频率为1500Hz*/
pwm.setPin(S1, 1024); 		/*引脚1输出占空比为 1024/4096 的PWM波（0~4096）*/

PS2_testPS2手柄测试程序

PS2手柄引脚说明：

PS2手柄引脚 Arduino引脚
DAT D12
CMD D11
SEL/ATT D10
CLK D13

PS2安装请勿接反，左边是正确安装，右边为PS2接收器接反

Ps2

电机测试示例

DC四路直流电机测试程序

Emakefun_MotorDriver mMotor = Emakefun_MotorDriver(0x60);
Emakefun_DCMotor *DCMotor_1 = mMotor.getMotor(M1);

void setup()
{
    Serial.begin(9600);
    mMotor.begin(50);   /*初始化io口的输出频率为50Hz*/
}

void loop()
{
  // 前进
  DCMotor_1->setSpeed(200);  /*设置速度为200 范围0~255 */
  DCMotor_1->run(FORWARD);   // 总共FORWARD前进，BACKWARD后退，BRAKE刹车 RELEASE释放四个状态
}

接线图MotorDriverBoard_dc

Servo八路舵机测试程序

Emakefun_MotorDriver mMotorDriver = Emakefun_MotorDriver(0x60);
Emakefun_Servo *mServo1 = mMotorDriver.getServo(1);
mMotorDriver.begin(50); 		/*初始化io口的输出频率为50Hz*/
mServo1->writeServo(S1); 		/*设置舵机角度 0~180*/

接线图MotorDriverBoard_servo

Stepper 步进电机测试程序

Emakefun_MotorDriver mMotorDriver = Emakefun_MotorDriver(0x60);
Emakefun_StepperMotor *StepperMotor_1 = mMotorDriver.getStepper(1, 200);  
/*初始化步进电机1，42步进电机走一步是1.8度，所以一圈的步数为200*/

mMotorDriver.begin(1600); 		/*设置频率为最大 1600*/

StepperMotor_1->setSpeed(400);  /*设置步进电机每分钟转的圈数为400圈, 速度越快力矩越小，这个速度不能太低，否则会抖动严重*/

StepperMotor_1->step(200, FORWARD, SINGLE); 
/*驱动步进电机按 SINGLE(单步)的方式，FORWARD（前进）200步。*/

/*步进电机的驱动方式 全步DOUBLE、单步SINGLE、1/2步进INTERLEAVE这三种驱动方式（步进电机的驱动原理请查阅相关资料）*/

接线图

不同步进电机的参数接线不一定一样，请一定要先确定步进电机每根线的颜色和对应A+ A- B+ B-相位（或者是A B C D）关系

下图仅供接线参考

MotorDriverBoard_stepper

Encoder四路编码电机测试程序

编码器关键参数如下：

类型 参数
转速 电压6V 空载电流70mA 空载轮轴转速90RPM
电压9V 空载电流150mA 空载轮轴转速140RPM
电压12V 空载电流190mA 空载轮轴转速190RPM
输出方波类型 AB相方波
基础脉冲 12PPR(电机转动一圈输出12个脉冲)
减速比 1:90(转轴转动一圈电机转动90圈)

通过上面参数可知，轮子旋转一圈，总共需要计数90x12=1080个脉冲

mMotorDriver.begin(); 				/*初始化io口的输出频率默认为最大*/
EncodeMotor_1->setSpeed(100); 		/*设置速度为100*/
EncodeMotor_1->run(BACKWARD);
/*控制电机运行状态（FORWARD(前)、BACKWARD(后)、BRAKE(停止)）*/

测试四个编码电机都都能够旋转，打开串口我们要能打印出Encoder1Pulse，Encoder2Pulse，Encoder3Pulse，Encoder4Pulse四个脉冲值如下，证明编码电机都是正常工作的。

start
Encoder1Pulse:1
Encoder2Pulse:1
Encoder3Pulse:1
Encoder4Pulse:1
Encoder1Pulse:2
Encoder2Pulse:2
Encoder1Pulse:3

Encoder_pid编码电机PID控制电机速度

PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint, Kp, Ki, Kd, DIRECT);
  • Input：PID的输入(编码电机速度)
  • Output：PID的输出(编码电机速度)
  • Setpoint：PID的目标值
  • Kp：PID的比例系数
  • Ki：PID的积分系数
  • Kd：PID的微分系数
  • DIRECT：方向参数，编码电机正转
  • REVERSE：方向参数，编码电机反转
myPID.SetSampleTime(100); 			/*设置PID采样时间为100ms*/
myPID.SetMode(AUTOMATIC);  			/*设置PID模式为AUTOMATIC*/
Emakefun_EncoderMotor *EncodeMotor_1 = mMotorDriver.getEncoderMotor(1); /*获取编码电机1*/
mMotorDriver.begin(); 				/*初始化io口的输出频率默认为最大*/
EncodeMotor_1->init(encoder1); 		/*初始化encoder1为编码电机1的回调函数(计算编码盘的脉冲)*/
MsTimer2::set(100, EncoderSpeed);  	/*定时器2定时获取编码电机速度*/
MsTimer2::start(); 					/*启动定时器2*/

注意

由于我们测试使用的是8.4V锂电池，大部分电池电压在7~8V之间，我们实际测速只有100RPM，采样时间为100ms，那么计算出每个周采样周期的最大采样脉冲数为100x90x12x(0.1s)/60=180Pluse/samptime。被控制量的范围为0~255，得出采样比例系数为ratio = 255/180 = 1.5。这个比例参数是可以自己定义的，你们可以根据自己的习惯来定义，我这个测试程序为了方便理解，把目标值和PWM控制量0~255关联起来，即控制目标范围也为0~255。

第一步：纯比例作用整定

由于是第一次进行PID参数整定，电机速度整定到100为目标，在程序中输入设定值。先把系统设定为纯比例作用，即只有比例增益Kp不为0，积分增益Ki和微分增益Kd都暂时设定为0。因为是这个小车第一次整定参数，也不知道什么比例增益比较好。比例作用从弱到强调节，随便写了个自认为不大的值3，打开工具-->串口绘图器。运行结果令我大吃一惊，电机以一定的周期在转和不转之间震荡。根据现象得知，肯定是比例作用已经非常大了，因此赶紧将比例增益调整为2，小车的电机不再出现剧烈的“抽搐”，开始以一种比较缓慢的姿态转动，但通过观察输出波形，还是存在较小的波动，并且经过1，2分钟之后，还是会有大幅度震荡。但与之前较大比例作用下的震荡相比，显然“温柔”多了。于是继续降低比例作用，直至Kp = 1时，输出波形已经相较其他参数下稳定很多了，如下图：

pid

第二步：比例积分作用

由上图可看出，一个适合的比例作用可以使系统趋于稳定，但却无法消除静态偏差，因此需要引入积分作用，其最大的好处就是可以消除静态偏差。笔者继续采用由小逐渐加大积分增益的方式。当设定Ki = 5时，由图可见

pid

静态偏差逐渐减小，输出的速度越来越接近设定的速度100的目标，不过调节速度太慢，还是不能满足需求。 于是还需要继续加积分作用，当Ki = 6时，可以看出，系统反应速度已经很快，可以在0.1秒内

接线图

编码电机我们使用的是6pin的GH1.25转PH2.0线材接线如下：

encoder

综合应用

PS2控制四驱小车

PS2控制四驱麦克纳姆轮小车

PS2控制四驱小车加机械臂

蓝牙(WIFI)控制四驱小车

蓝牙或者wifi模块请使用数据透传模块，连接到arduino的硬件串口引脚上（0-RXD，1-TXD）

图像化编程块说明

MotorDriverBoard 编程图形块

Mixly库安装(以Mixly2.0为例，默认主板为Arduino UNO)

  1. Mixly云端安装(只适合mixly2.0)

    第一步

    mixly_guanliku

    第二步

    mixly_kuanzhuang

    第三步

    install_success

    第四步 当看到一下界面，就证明安装成功。

    mixly_success

  2. 本地安装

    2.1 下载Mixly扩展包，解压；

    2.2 导入本地库；步骤如下：

    步骤一

    mixly_guanliku

    步骤二

    local_install

    步骤三

    select_xml

    当看到一下界面，就证明安装成功。

    mixly_success

Mixly块表述

1.Mixly扩展包和案例下载

download

2.积木描述

序号 积木 说明
1 mixly_init 初始化积木，使用所有积木的前提
2 set_freq 设置IO口输出频率，输出范围1-1600HZ
3 set_mode 控制IO口输出高低电平，IO口有八个，分别为S1-S8
4 pwm 控制IO口输出PWM，输出范围0-4096
5 dc_init 初始化直流电机接口，电机包含M1\M2\M3\M4四个
6 run_dc 设置直流电机的转动方向和速度，方向分为正转、反转、刹车、释放，速度范围为0-255
7 stop_dc 停止直流电机
8 init_encoder 初始化编码电机，编码电机有四个，分为Encoder1\Encoder2\Encoder3\Encoder4
9 run_encoder 设置编码电机运动方向和速度，方向分为正/反转，速度范围为0-255
10 stop_encoder 停止编码电机
11 stepper_init 初始化步进电机，不同的步进电机转一圈的步数是不同的，并设置每分钟需要转的圈数，即旋转速度
12 run_stepper 设置步进电机运动方向、驱动方式和运动步数；方向分为正、反转，驱动方式分为全步、半步和单步；运动步数即需要运动步数
13 stop_stepper 停止步进电机
14 servo_init 初始化舵机
15 run_servo 设置选择的舵机的旋转角度和旋转的速度，速度范围为0-100

注: PS2、RGB灯、蜂鸣器等模块请使用Mixly自带的模块。

Mblock5

  1. Mblock5库安装

    1.1 下载Mblock5库，解压

    1.2 将解压后的ext_motordriverboard.mext扩展包拖到Mblock5软件里面，能看到以下界面，证明安装成功。

    mblock_install_success

  2. Mblock5库和案例下载

download

  1. 积木描述
序号 积木 说明
1 mixly_init 初始化积木，使用所有积木的前提
2 set_freq 设置IO口输出频率，输出范围1-1600HZ
3 set_mode 控制IO口输出高低电平，IO口有八个，分别为S1-S8
4 pwm1 控制IO口输出PWM，输出范围0-4096
5 dc_init 初始化直流电机接口，电机包含M1\M2\M3\M4四个
6 run_dc 设置直流电机的转动方向和速度，方向分为正转、反转、刹车、释放，速度范围为0-255
7 stop_dc 停止直流电机
8 init_encoder 初始化编码电机，编码电机有四个，分为Encoder1\Encoder2\Encoder3\Encoder4
9 run_encoder 设置编码电机运动方向和速度，方向分为正/反转，速度范围为0-255
10 stop_encoder 停止编码电机
11 stepper 初始化步进电机，不同的步进电机转一圈的步数是不同的，并设置每分钟需要转的圈数，即旋转速度
12 run_stepper 设置步进电机运动方向、驱动方式和运动步数；方向分为正、反转，驱动方式分为全步、半步和单步；运动步数即需要运动步数
13 stop_stepper 停止步进电机
14 servo_init 初始化舵机
15 run_servo 设置选择的舵机的旋转角度和旋转的速度，速度范围为0-100

注: PS2、RGB灯、蜂鸣器等模块可以去Mblock扩展库找对应的扩展，这里不做解释。

Mind+

  1. 下载Mind+库扩展包 extention-pkg.png

  2. 将解压后的emakefun-motordriverboard-thirdex-V0.0.3.mpext扩展包导入到Mind+软件里面
    第一步：点击扩展 user-lib-step01.png 第二步：选择主控板 user-lib-step02.png 第三步：导入用户库 user-lib-step03.png 第四步：加载并返回 user-lib-step04.png 第五步：查看并使用用户库，看到如下界面，说明已成功导入电机驱动板扩展包。 user-lib-step05.png

  3. 积木描述

序号 积木 说明
1 init 初始化积木，使用所有积木的前提
2 set_freq 设置IO口输出频率，输出范围1-1600HZ
3 set_mode 控制IO口输出高低电平，IO口有八个，分别为S1-S8
4 pwm 控制IO口输出PWM，输出范围0-4096
5 dc_init 初始化直流电机接口，电机包含M1\M2\M3\M4四个
6 run_dc 设置直流电机的转动方向和速度，方向分为正转、反转、刹车、释放，速度范围为0-255
7 stop_dc 停止直流电机
8 init_encoder 初始化编码电机，编码电机有四个，分为Encoder1\Encoder2\Encoder3\Encoder4
9 run_encoder 设置编码电机运动方向和速度，方向分为正/反转，速度范围为0-255
10 stop_encoder 停止编码电机
11 stepper 初始化步进电机，不同的步进电机转一圈的步数是不同的，并设置每分钟需要转的圈数，即旋转速度
12 run_stepper 设置步进电机运动方向、驱动方式和运动步数；方向分为正、反转，驱动方式分为全步、半步和单步；运动步数即需要运动步数
13 stop_stepper 停止步进电机
14 servo_init 初始化舵机
15 readDegrees 读取当前舵机角度
16 run_servo 设置选择的舵机的旋转角度和旋转的速度，速度范围为0-100
备注：PS2手柄，可在扩展->通信模块中找到，如下图
mindplus-ps2.png

MagicBlock

敬请期待

FAQ

Q：驱动板arduino IO对应关系?

A ：本驱动板采用I2C方式控制PCA9685(16路PWM输出芯片)。所以本驱动板电机或者舵机和arduino主板IO口不存在对应关系，是通过I2C扩展PWM控制

Q：驱动板该如何接电?

A ：请先判断手里是用什么电源，驱动什么样的电机，需要多大电压和电流，还有舵机，然后根据实际情况采用对应的电池，不建议使用干电池供电

Q：驱动板可以驱动多大的电机?

A ：如果用Uno的DC头供电，最大能够驱动12V 3A的电机，如果是驱动板上的接线柱供电，可以最大驱动16V 3A的电机。我们供电必须要先知道电机的额定电压是多少，比如额点电压是6V-1A，那么我们供电就只能是8.4V锂电池供电（如果用用12V供电有概率会烧电机），如果额定电压是12V的电机，那么供电也要用三节锂电池11.1V的电池。总之电机额定电压和电流不要和实际供电电源相差很大，否则驱动不了电机。

Q：驱动板驱动不了电机?

A ：1. 主板是否上传了对应的驱动程序；2. 驱动板是否有供电，并且电源开关是否已打开；3. 驱动板是否正确插再主板上；4. 电机的接线是否正确；

Q：PS2手柄遥控不了驱动板?

A ：在使用驱动板的时候，如果是新手用户，请一定要一步步来熟悉使用，不要一上来就全部功能一起使用，然后问的问题很大。针对这个问题需要做如下测试才行

a、驱动板是否使用7V以上锂电池供电且正常，板子上Power灯是否亮起 b、下载直流电机驱动测试程序确保要上传成功，电机接线正确，来确定板子驱动正常 c、直接把锂电池的电压加到直流电机上，来证明电机是好的。 d、通过上传PS2接收测试程序，来证明PS2遥控器是好的 e、前面正确后下载PS2控制四驱小车程序，并按按键控制电机

Q：驱动板是否有原理图?

A ：有，点击这里驱动板原理图。

Q：如何分析并判断驱动板是否损坏?

A ：先外观判断是否有芯片烧黑，冒烟，等情况。如果已经很熟练操作此板子，如果程序下载正确，供电也正确，板子就是驱动不了电机，那么有三种情况

1、电源切换开关接触不良，用万用表点一下确定，检测是否有5V电源输出

2、4个直流电机里面其中一部分转，一部分不转，有可能对应的驱动芯片烧坏

3、四个电机，舵机都不转，使用I2C 扫描程序测试，看是否能扫描到PCA968A的I2C地址，如果扫描不到PCA8685损坏

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