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(敬请期待)

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

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(90, 10);   /*设置舵机角度为0~180，速度为0~100*/

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

  1. 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.点击下载Mixly扩展包和案例

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

  1. 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 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 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

MotorDriverBoard编码电机库（高阶版）

我们还提供了更高阶的库，可以在MotorDriverBoard上使用PID闭环功能实现编码电机的速度控制和位置控制。详情请点击此处查看。

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：驱动板驱动不了电机?

A ：请先判断驱动板是否有供电，并且开关有打开，只通过usb口供电是驱动不了电机的，另外主板还得烧录对应的驱动程序

Q：PS2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三个测试才行

a、驱动板是否使用7V以上锂电池供电且正常，板子上灯是否亮 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、测试PS2接收测试程序，来证明PS2遥控器是好的 d、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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