認識如何使用 Arduino 控制伺服機、直流馬達(搭配 L293D 晶片)、步進馬達(搭配 ULN2003 晶片)

1. #2 馬達

2. 馬達的種類
• 直流馬達 DC Motors
• 交流馬達 AC Motors
• 步進馬達 Step Motors
• 伺服馬達 RC Servo Motors
• 線性馬達 Linear Motors

3. SERVO
伺服機

4. http://pcbheaven.com/

5. 1. 控制器（即控制電路）會將輸入的PWM訊號轉換成相對的參考電壓（解
碼,decoding），不同的參考電壓會對應到伺服馬達轉軸的不同位置。
2. 控制器藉由量測電位計的分壓得知目前伺服馬達轉軸的位置。
3. 控制器比較此兩電壓的差異（也就是位置的差異），並開始轉動，直到輸
入的參考電壓與實際的電位計分壓相同為止。
4. 因此，伺服馬達只要通電就會鎖死，無法由外力轉動，因為其會不斷地比
較位置變化（當然會有一個初始值），並嘗試修正到目標位置。

6. RC 伺服機

7. 數位輸出? 類比輸出？

8. Pulse Width Modulation (PWM)
脈衝寬度調變
• 數位輸出可以控制訊號的開和關，開和關同
時意味著通電與斷電
• 如果我們可以進一步控制通電的時間比例，
就能讓輸出的訊號產生變化，例如LED燈通
電時間為50%，就可以控制LED燈只有50%
的亮度

9. • 以數位訊號模擬類比訊號的技術

10. PWM 使用方法
• IDE code 為 analogWrite()
• 格式：analogWrite(pin, value)
• 在uno板子中只有pin 3,5,9,10,11腳位為PWM
腳位
• Value: duty cycle，介於0-255，0為0%，127
為50%，255為100%

11. 伺服機(Servo)範例
(File >> Example >> Servo >> Sweep)

12. 程式 - Sweep
#include <Servo.h>
Servo myservo; // create servo object to control a servo
// a maximum of eight servo objects can be created
int pos = 0; // variable to store the servo position
void setup()
{
myservo.attach(9); // attaches the servo on pin 9 to the servo object
}
void loop()
{
for(pos = 0; pos < 180; pos += 1) // goes from 0 degrees to 180 degrees
{ // in steps of 1 degree
myservo.write(pos); // tell servo to go to position in variable 'pos'
delay(15); // waits 15ms for the servo to reach the position
}
for(pos = 180; pos>=1; pos-=1) // goes from 180 degrees to 0 degrees
{
myservo.write(pos); // tell servo to go to position in variable 'pos'
delay(15); // waits 15ms for the servo to reach the position
}
}

13. 伺服機(Servo)範例
(File >> Example >> Servo >> Knob)

15. 程式-Knob
#include <Servo.h>
Servo myservo;
int potpin = 0;
int val;
void setup()
{
myservo.attach(9);
}
呼叫Servo函式庫
創立myservo物件
使用Pin9控制servo

16. 程式-Knob
void loop()
{
val = analogRead(potpin);
val = map(val, 0, 1023, 0, 179);
myservo.write(val);
delay(15);
}
轉換範圍從0~1023→0~179

17. 程式-Knob
void setup()
{
myservo.attach(9); // attaches the servo on pin 9 to the servo object
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
val = analogRead(potpin); // reads the value of the
potentiometer (value between 0 and 1023)
val = map(val, 0, 1023, 0, 179); // scale it to use it with the servo
(value between 0 and 180)
println(val);
myservo.write(val); // sets the servo position according to the
scaled value
delay(15); // waits for the servo to get there
}

18. DC MOTOR
直流馬達

19. DC直流馬達

21. 如何控制?

22. H 橋電路
一個典型的 H 橋 IC 主要是由四個電晶體組成，透過電晶體
的開關控制電流流動的方向，因此可以用於馬達正反轉的控
制上

23. 原理說明

24. L293D 直流馬達驅動晶片
3
6
14
11
1
以凹槽朝上，開始逆時針編號
8 9
4, 5, 12, 13
與電池負
極共接地
16: Arduino 5V
2 15
7 10

25. 馬達電路-
橘色線用來控制轉速
3,6
14,11
Arduino
Direction
IC pin#
3 2
5 7
6 10
9 15
MOTOR IC pin#
MR+ 3
MR- 6
ML+ 11
ML- 14
Arduino
PWM
IC pin#
10 1
11 9電源正極 IC pin#
沒電池就用Arduino 5V 8
Arduino 5V 16

26. 控制馬達轉動方向
int input1 = 3;
int input2 = 9;
void setup() {
pinMode(input1,
OUTPUT);
pinMode(input2,
OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(input1, HIGH);
digitalWrite(input2, LOW);
delay(1000);
digitalWrite(input1, LOW);
digitalWrite(input2, HIGH);
delay(1000);
}

27. 控制馬達轉速
Arduino #10 接到 IC pin 1
//透過 IC 的 EN腳位來
//控制馬達轉速
int input1 = 3;
int input2 = 9;
void setup() {
pinMode(input1, OUTPUT);
pinMode(input2, OUTPUT);
pinMode(10, OUTPUT);
}
void loop() {
analogWrite(10, 128);
digitalWrite(input1, HIGH);
digitalWrite(input2, LOW);
delay(1000);
digitalWrite(input1, LOW);
digitalWrite(input2, HIGH);
delay(1000);
}

28. 步進馬達

29. STEPPER
步進馬達

30. 外側為電磁鐵的定子，內為NS交互磁化的永磁轉子(無齒型)
依轉子的構造來分

31. http://www.engineersgarage.com/

32. http://ming-shian.blogspot.tw/2013/05/blog-post_8.html
雙極就是驅動馬達的電流是雙向的，驅動控制時，需要改變電流方向。
而單極的馬達，其電流就只需提供一個方向就好，改變提供的順序就可以達到驅動控制。

33. 激磁方式

34. 四相單極性步進馬達(五線)
http://robocraft.ru/

35. ULN2003APG
http://forum.allaboutcircuits.com/

36. http://www.instructables.com/

37. Stepper(int steps, pin1, pin2, pin3, pin4)
建立一個步進馬達的物件。其中step是指轉一圈所需的步數，假使馬達定義
每步的角度，用360去除，就會得到步數。
例如：Stepper myStepper(100, 8, 9, 10, 11);
表示每一步為3.6度，轉一圈總共100步。
Stepper.setSpeed(long rpms)
設定步進馬達每分鐘轉速 (RPMs) ，需為正數。這個函式並不會讓馬達轉動，
只是設定好轉速，當呼叫Step()函式時才會開始轉動。
Stepper.step(int steps)
啟動馬達行進steps步數。setSpeed()定義速度，正的表示一個方向， 負數
表示反方向。
http://atceiling.blogspot.tw/
<Stepper.h>

38. 程式：Stepmotor_step
#include <Stepper.h>// initialize the stepper library on pins 8 through 11:
Stepper myStepper(200, 8,9,10,11);
//表示每一步為1.8度，轉一圈總共200步。
void setup() {
// nothing to do inside the setup
}
void loop() {
myStepper.setSpeed(50);
//轉速為50rpm(revolution per minutes每分鐘可以轉50圈)
myStepper.step(1); //一次走一步
}

39. 程式：Stepmotor2_control
#include <Stepper.h>
const int stepsPerRevolution = 200;
// change this to fit the number of steps per revolution
// for your motor
// initialize the stepper library on pins 8 through 11:
Stepper myStepper(stepsPerRevolution, 8,9,10,11);
int stepCount = 0; // number of steps the motor has taken
void setup() {
// nothing to do inside the setup
}
void loop() {
// read the sensor value:
int sensorReading = analogRead(A0); // map it to a range
from 0 to 100:
int motorSpeed = map(sensorReading, 0, 1023, 0, 100);
// set the motor speed:
if (motorSpeed > 0) {
myStepper.setSpeed(motorSpeed);
// step 1/100 of a revolution:
myStepper.step(stepsPerRevolution/100);
}
}

40. 補充資料
• http://gcyrobot.blogspot.tw/2011/05/arduino
-h-bridgel293d.html