Motor Shield (SmartElements)

Плата расширения Motor Sheld, выполненная на базе микросхемы L298P, позволяет управлять моторами и дополнительными устройствами. Является незаменимой платой при конструировании и сборке роботов, а также других устройств, использующих коллекторные и шаговые моторы. Motor Shield совместим со всеми типами контроллеров Arduino, совпадающих по форм-фактору (в том числе совместим с контроллерами Smart Uno, Smart Mega и Smart Leonardo).

Плата имеет два канала для управления моторами и позволяет подключить два коллекторных мотора или один шаговый. Допускается параллельное подключение нескольких моторов в один канал. Такой вариант подключения будет удобен, например, для четырехколесных роботов. Motor Shield позволяет подключать моторы мощностью до 2 А на каждый канал. При необходимости использования более мощного мотора - каналы можно объединить, получив при этом суммарно до 4 А. Обратите внимание, при работе платы с моторами потребляющими большой ток, микросхема сильно нагревается. Во избежании ожога, не прикасайтесь к микросхеме в процессе работы.

Для управления направлением вращения моторов используются выводы М1 и М2, по умолчанию с помощью перемычек использующие выводы 5 и 6 контроллера и шилда. Для управления скоростью вращения моторов используются выводы Е1 и Е2, по умолчанию с помощью перемычек использующие выводы 4 и 7 контроллера и шилда. Вы можете использовать другие выводы контроллера и шилда для управления моторами - для этого соедините выводы шилда М1, М2, Е1 и Е2 с другими цифровыми выводами посредством гибких проводов «мама-мама» (обратите внимание, для регулировки скорости вращения моторв выводы Е1 и Е2 должны подключаться к выводам, поддерживающим ШИМ).

Плата совмещает в себе возможности Motor Shield и Sensor Shield. Для подключения периферии на плату выведены трехконтактные разъемы для подключения модулей и датчиков (13 цифровых и 6 аналоговых). Кроме того, на плате предусмотрены следующие дополнительные разъемы: UART, I2C, а также DIST и INDICATOR.

Разъем DIST позволяет подключить ультразвуковой дальномер (HC-SR04 или US-015) или другой датчик или модуль, использующий аналогичную распиновку. Для работы данный разъем использует цифровые выводы 12 и 13 контрллера и шилда.

Разъем INDICATOR позволяет подключить модуль 4-х разрядного индикатора или другой модуль или датчик, использующий аналогичную распиновку. Для работы данный разъем использует цифровые выводы 8 и 9 контрллера и шилда.

Светодиод на плате отображает состояние питания Motor Shield: если светодиод горит - шилд получает питание, если не горит - питание на шилд не поступает.

Перемычка JOIN на плате отвечает за режим питания. Если перемычка установлена - внешнее питание от разъема PWR поступает и на шилд и на контроллер через пин Vin. Рекомендуемое напряжение в таком случае должно быть 7-12 В. Если перемычка снята - внешнее питание поступает только на Motor Shield (для питания контроллера требуется дополнительный источник питания). Рекомендуемое напряжение в таком случае может быть 5-24 В. В качестве внешнего питания можно использовать Power Shield, установив его между контроллером и Motor Shield.

На схеме обозначены:

1. Цифровые выводы (D0 - D13)
2. Выводы управления направлением движения (М1 и М2) и скоростью (Е1 и Е2)
3. Клеммные колодки для подключения моторов
4. Клеммные колодки для подключения внешнего питания
5. Перемычка управления режимом питания
6. Аналоговые выводы (A0 - A5)
7. Выводы для подключения дальномера
8. Выводы для подключения по интерфейсу I2C
9. Выводы для подключения индикатора
10. Выводы для подключения по интерфейсу UART

• Шилд (Д х Ш х В): 60 х 53 х 20 мм

• Удобное подключение устройств
• Имеет отдельные выводы для подключения по интерфейсам I²C и UART
• Разъём для внешнего питания (со светодиодом-индикатором)
• Совмещает в себе два шилда - шилд для управления моторами и сенсор шилд

• Библиотека robotSE

Для более удобной работы с шилдом предусмотрена библиотека robotSE. Ниже приведено описание работы с библиотекой.

Инициализация и создание объекта для управления движением происходит с помощью типа robotSE. Простейший способ создания объекта робота:

robotSE myRobot;

При таком вызове выводы шилда назначены по-умолчанию. Если требуется указать явно номера выводов, используйте создание объекта с параметрами:

robotSE myRobot(E1, E2, M1, M2, speed)

где:

1. E1 - вывод подключения пина мотор-шилда Е1
2. E2 - вывод подключения пина мотор-шилда E2
3. M1 - вывод подключения пина мотор-шилда M1
4. M2 - вывод подключения пина мотор-шилда M2
5. speed - скорость вращения моторов (задаётся значением от 0 до 255, где 0 - колёса вращаться не будут). По-умолчанию скорость равна 150.

Для управления скоростью предусмотрен метод setSpeed(speed), имеющий единственный параметр - скорость, от 0 до 255.

Для управления движением предусмотрены следующие методы (движение происходит со скоростью, указанной при изначальном создании объекта робота или установленной с помощью метода setSpeed(speed)):

• move_forward() - робот движется вперед
• move_right() - робот движется вправо
• move_left() - робот движется влево
• move_back() - робот движется назад
• move_stop() - робот останавливается
• randomMove() - робот движется в случайном направлении. Техника движения следующая: сначала случайным образом робот поворачивает с заданной выше скоростью в течении 200 мс, затем движется вперёд.

Пример: Для демонстрации работы шилда используется простейший робот, который движется по четырём направлениям (вперед, назад, вправо и влево). Робот собирается очень просто - берётся трёхколёсное шасси с двумя моторами, на платформу шасси крепится контроллер Smart Uno, на контроллер прикрепляется Power Shield, в свою очередь на Power shield прикрепляется Motor shield.

Для этого нам понадобится:

Подключение:

1. Закрепите на верхней площадке шасси контроллер Smart Uno с помощью винтов и гаек M2, как указано в инструкции к шасси.
2. На контроллере закрепите плату Power Shield, путём совмещения контактов платы расширения с контактами конроллера.
3. Сверху, на Power Shield закрепите плату Motor shield, путём совмещения контактов Motor shield с контактами платы Power Shield.
4. Подключите моторы к плате расширения Motor shield, к клеммным колодкам М1 и М2 (на схеме сверху выделены оранжевым прямоугольником с номером 3). Правый мотор подключите к клеммной колодке M1, красный провод к контакту «+», чёрный к контакту «-». Аналогично подключите левый мотор к клеммной колодке М2.

Скетч для загрузки:

#define E1 6 //Вывод платы расширения Motor Drive Shield, используемый для контроля скорости мотора А.
#define E2 5 //Вывод платы расширения Motor Drive Shield, используемый для контроля скорости мотора В.
#define M1 7 //Вывод платы расширения Motor Drive Shield, используемый для контроля направления вращения мотора А.
#define M2 4 //Вывод платы расширения Motor Drive Shield, используемый для контроля направления вращения мотора В.
 
int motorSpeed = 255;    //Переменная для хранения скорости вращения моторов (вы можете задать свою скорость вращения колес).
int delay_time = 1500;
 
void motor_drive_config() //Инициализация выводов платы расширения Motor Drive Shield.
{
  pinMode(M1, OUTPUT);    //Назначение вывода M1 выходом.
  pinMode(M2, OUTPUT);    //Назначение вывода M2 выходом.
  pinMode(E1, OUTPUT);    //Назначение вывода E1 выходом.
  pinMode(E2, OUTPUT);    //Назначение вывода E2 выходом.
}
 
void move_forward() //Движение робота вперед.
{
  digitalWrite(M1, HIGH);       //Левые колеса вращаются вперед.
  digitalWrite(M2, HIGH);       //Правые колеса вращаются вперед.
  analogWrite(E1, motorSpeed);  //Скорость вращения правых колес.
  analogWrite(E2, motorSpeed);  //Скорость вращения левых колес.
}
 
void move_right() //Движение робота вправо.
{
  digitalWrite(M1, LOW);        //Левые колеса вращаются назад.
  digitalWrite(M2, HIGH);       //Правые колеса вращаются вперед.
  analogWrite(E1, motorSpeed);           //Скорость вращения левых колес.
  analogWrite(E2, motorSpeed);  //Скорость вращения правых колес.
}
 
void move_left() //Движение робота влево.
{
  digitalWrite(M1, HIGH);       //Левые колеса вращаются вперед.
  digitalWrite(M2, LOW);        //Правые колеса вращаются назад.
  analogWrite(E1, motorSpeed);  //Скорость вращения левых колес.
  analogWrite(E2, motorSpeed);           //Скорость вращения правых колес.
}
 
void move_stop() //Остановка робота.
{
  digitalWrite(M1, LOW);  //Левые колеса вращаются назад.
  digitalWrite(M2, LOW);  //Правые колеса вращаются назад.
  analogWrite(E1, 0);     //Скорость вращения колес снизить до 0.
  analogWrite(E2, 0);     //Скорость вращения колес снизить до 0.
}
 
void move_back() //Движение робота назад.
{
  digitalWrite(M1, LOW);        //Левые колеса вращаются назад.
  digitalWrite(M2, LOW);        //Правые колеса вращаются назад.
  analogWrite(E1, motorSpeed);  //Скорость вращения левых колес.
  analogWrite(E2, motorSpeed);  //Скорость вращения правых колес.
}
 
void setup() // Задание начальных параметров системы.
{
  motor_drive_config();       //инициализация выводов платы расширения Motor Drive Shield.
  move_stop();                //начальная позиция робота — робот стоит.  
}
 
void loop() //Основной цикл
{
  move_forward();     //движение вперёд
  delay(delay_time);  //задержка
  move_right();       //движение вправо
  delay(delay_time);  //задержка
  move_left();        //движение влево
  delay(delay_time);  //задержка
  move_back();        //движение назад
  delay(delay_time);  //задержка
  move_stop();        //остановка
  delay(delay_time);  //задержка
}