機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊L298N

董邵萬 郭銳* 沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院

1 機(jī)器人的發(fā)展

隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人行業(yè)的興起，逐漸代替了一系列人工的工作，人類解放了自己，工業(yè)，例如工業(yè)生產(chǎn)，建筑亦或是危險(xiǎn)的工作，逐漸的趨向于自動(dòng)化，而機(jī)器人的研究，如機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，傳感電路，驅(qū)動(dòng)電路等，隨著科技的進(jìn)步其發(fā)展也變得越來越快了起來。

2 L298N驅(qū)動(dòng)模塊引腳

L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS，VSS可接4.5～7V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2.5～46V。輸出電流可達(dá)2A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2和 OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)，5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。下圖是L298N模塊的結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 1L298N結(jié)構(gòu)示意圖

3 L298N控制原理

圖2 L298N控制原理圖

圖2 是控制器原理圖，由3個(gè)虛線框圖組成。

（1）虛線框圖1控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，U1A，U2A是比較器，VI來自機(jī)器人體內(nèi)傳感器的電壓。當(dāng)VI＞VRBF1時(shí)，U1A輸出高電平，U2A輸出高電平經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖剑姍C(jī)正轉(zhuǎn)。同理VI＜VRBF1時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。

（2）虛線框圖2中，U3A，U4A兩個(gè)比較器組成雙限比較器，當(dāng)VB＜VI＜VA時(shí)輸出低電平，當(dāng)VI＞VA，VI＜VB時(shí)輸出高電平。

（3）虛線框圖3是一個(gè)長(zhǎng)延時(shí)電路。U5A是一個(gè)比較器，Rs1是采樣電阻，VRBF2是電機(jī)過流電壓。Rs1上電壓大于VREF2，電機(jī)過流，U5A輸出低電平。由上面可知，框圖1控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，根據(jù)直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方程：U＝CeФN＋RaIa

其中：Ф為電機(jī)每極磁通量；Ce為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；N為電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)；ia為電樞電流；Ra為電樞回路電阻。

電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N為0，電機(jī)的電流急劇增加，時(shí)間過長(zhǎng)將會(huì)使電機(jī)燒壞。但電機(jī)起動(dòng)時(shí)，電機(jī)中線圈中的電流也急劇變大，因此我們必須把這兩種狀態(tài)分開。長(zhǎng)延時(shí)電路可把這兩種狀態(tài)區(qū)分出來。

長(zhǎng)延時(shí)電路工作原理：當(dāng)Rs1過流U5A產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖經(jīng)過微分后，脈沖觸發(fā)555的2腳，電路置位，3腳輸出高電平，由于放電端7腳開路，C1，R5及U6A組成積分器開始積分，電容C1上的充電電壓線性上升，延時(shí)運(yùn)放積分常數(shù)為100R5C1。

當(dāng)C1上充電電壓，即6腳電壓超過2／3VCC，555電路復(fù)位，輸出低電平。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間一般小于0.8s，C1充電時(shí)間一般為0.8～1s。U5A輸出電平與555的3腳輸出電平經(jīng)U7相或，如果U5A輸出低電平大于C1充電時(shí)間，U7在C1充電后輸出低電平由與門U8輸入到L298N的6腳ENA端使電機(jī)停止。

如果U5A的輸出電平小于C1充電時(shí)間，6腳不動(dòng)作電機(jī)的正常啟動(dòng)。長(zhǎng)延時(shí)電路吸收電機(jī)啟動(dòng)過流電壓波形，從而使電機(jī)正常啟動(dòng)。