ควบคุมมอเตอร์ DC ด้วย TB6612FNG และ Arduino

ในบทช่วยสอนนี้ เราจะเรียนรู้วิธีควบคุมความเร็วและทิศทางของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงโดยใช้โมดูลขับมอเตอร์ TB6612FNG การตั้งค่านี้จะช่วยให้เราสามารถขับมอเตอร์สองตัวได้อย่างอิสระ ซึ่งเป็นวิธีที่ใช้งานได้จริงสำหรับการสร้างหุ่นยนต์ล้อหรือโปรเจกต์เชิงกล นอกจากนี้ เราจะสำรวจวิธีการใช้การมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์แต่ละตัวอย่างแม่นยำ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความสามารถในการเคลื่อนที่ของโปรเจกต์ของคุณ

ตลอดทั้งคู่มือนี้ เราจะใช้บอร์ด Arduino ร่วมกับบอร์ด breakout TB6612FNG และมอเตอร์เกียร์ไฟฟ้ากระแสตรงสองตัว TB6612FNG เป็นการอัปเกรดครั้งใหญ่เมื่อเทียบกับไดรเวอร์ไบโพลาร์รุ่นเก่าอย่าง L298N เนื่องจากใช้ MOSFET ที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งในการใช้งานที่ใช้แบตเตอรี่ซึ่งต้องการความทนทานและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน เนื่องจากไดรเวอร์นี้จ่ายพลังงานให้มอเตอร์ได้มากขึ้นโดยไม่เกิดความร้อนสูงเกินไปหรือต้องใช้แผ่นระบายความร้อนขนาดใหญ่

สำหรับคำอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับการตั้งค่าและการเขียนโปรแกรม โปรดตรวจสอบวิดีโอที่เกี่ยวข้องที่ (ในวิดีโอที่ 00:00)

อธิบายฮาร์ดแวร์

ส่วนประกอบหลักในโปรเจกต์นี้ประกอบด้วยไดรเวอร์มอเตอร์ TB6612FNG ไมโครคอนโทรลเลอร์ (Arduino) และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงสองตัว ไดรเวอร์ TB6612FNG รับสัญญาณลอจิกกระแสต่ำจาก Arduino และใช้สัญญาณเหล่านั้นเพื่อสลับพลังงานกระแสสูงจากแบตเตอรี่ไปยังมอเตอร์ โดยทั่วไปแล้วจะมีพินเฉพาะสำหรับพลังงานลอจิก พลังงานมอเตอร์ การควบคุมทิศทาง (AIN1, AIN2, BIN1, BIN2) และการควบคุมความเร็ว (PWMA, PWMB)

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงรับพลังงานที่ถูกมอดูเลตจากพินเอาต์พุตของไดรเวอร์ (A01/A02 และ B01/B02) เพื่อหมุน พินสแตนด์บาย (STBY) ทำหน้าที่เป็นสวิตช์หลัก ซึ่งเป็นวิธีที่รวดเร็วในการปิดการทำงานของมอเตอร์และทำให้ชิปเข้าสู่สถานะพักพลังงานต่ำ แต่ละส่วนประกอบมีบทบาทสำคัญในการทำให้ระบบขับเคลื่อนทำงานได้อย่างราบรื่นและมีประสิทธิภาพ

รายละเอียดจาก Datasheet

ผู้ผลิต	Toshiba (IC) / หลายราย (โมดูล)
หมายเลขชิ้นส่วน	TB6612FNG
แรงดันไฟฟ้าลอจิก/IO	2.7 V ถึง 5.5 V
แรงดันไฟฟ้าจ่าย (VM)	2.7 V ถึง 15 V
กระแสเอาต์พุต (ต่อช่อง)	1.2 A ต่อเนื่อง
กระแสสูงสุด (ต่อช่อง)	3.2 A
คำแนะนำความถี่ PWM	สูงถึง 100 kHz
เกณฑ์ลอจิกอินพุต	สูง: > 2.0V, ต่ำ: < 0.8V (ที่ VCC 5V)
แรงดันตก / RDS(on) / ความอิ่มตัว	0.5 Ω (โดยทั่วไป)
ขีดจำกัดความร้อน	มีวงจรตัดการทำงานเมื่อร้อนเกินไปในตัว
แพ็คเกจ	SSOP24 / บอร์ด Breakout
หมายเหตุ / รุ่นต่างๆ	แทนที่ L298N ด้วยประสิทธิภาพที่สูงกว่ามาก

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าระดับแรงดันไฟฟ้าถูกต้อง (จับคู่ VCC กับ 5V ของ Arduino หรือ 3.3V ของ ESP32)
จ่ายไฟแบตเตอรี่แยกต่างหากสำหรับพิน VM (พลังงานมอเตอร์)
ระมัดระวังในการเชื่อมต่อกราวด์ทั้งหมด (แบตเตอรี่ Arduino และโมดูล) เข้าด้วยกันเพื่อป้องกันพฤติกรรมที่ผิดปกติ
ทดสอบการเชื่อมต่อก่อนจ่ายไฟเพื่อป้องกันการลัดวงจร
ดึงพิน STBY ขึ้นเป็น HIGH เสมอ ไม่เช่นนั้นมอเตอร์จะไม่ทำงาน

คำแนะนำการเดินสายไฟ

เริ่มต้นด้วยการเชื่อมต่อไฟและกราวด์สำหรับส่วนประกอบทั้งหมด เชื่อมต่อกราวด์จาก Arduino ของคุณเข้ากับรางลบของเบรดบอร์ด จากนั้นเชื่อมต่อขั้วบวกของแบตเตอรี่ภายนอกเข้ากับพิน VM บนไดรเวอร์มอเตอร์ และเชื่อมต่อพิน 5V ของ Arduino เข้ากับพิน VCC บนไดรเวอร์

ถัดไป เดินสายอินพุตลอจิก: เชื่อมต่อ AIN1 เข้ากับดิจิทัลพิน 2 บน Arduino, AIN2 เข้ากับดิจิทัลพิน 4 และ PWMA เข้ากับพินที่รองรับ PWM เช่น ดิจิทัลพิน 5 สำหรับมอเตอร์ตัวที่สอง เชื่อมต่อ BIN1 เข้ากับ 7, BIN2 เข้ากับ 8 และ PWMB เข้ากับพิน 6 ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เชื่อมต่อพิน STBY เข้ากับดิจิทัลพิน 9

สำหรับเอาต์พุตไปยังมอเตอร์ ให้เชื่อมต่อขั้วทั้งสองของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงตัวแรกเข้ากับ A01 และ A02 เชื่อมต่อมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงตัวที่สองเข้ากับ B01 และ B02 ตรวจสอบอีกครั้งว่ากราวด์ทั้งหมดใช้ร่วมกันบนรางกราวด์ทั่วไป

ตัวอย่างโค้ดและคำอธิบาย

มาดูตัวระบุหลักและตัวอย่างโค้ดบางส่วนที่ใช้ในโปรเจกต์นี้กัน ส่วนแรกของโค้ดจะเริ่มต้นพินสำหรับการควบคุมทิศทาง ความเร็ว และสแตนด์บาย:

const int AIN1 = 2;const int AIN2 = 4;const int PWMA = 5;const int STBY = 9;

ในที่นี้ AIN1 และ AIN2 ถูกกำหนดให้ควบคุมทิศทางของมอเตอร์ A ในขณะที่ PWMA จะใช้สำหรับการควบคุมความเร็วผ่าน PWM STBY อนุญาตให้ Arduino ปลุกชิปหรือทำให้ชิปเข้าสู่โหมดพัก

ถัดไป ฟังก์ชัน setup จะกำหนดค่าพินเหล่านี้เป็นเอาต์พุตและเปิดใช้งานชิป:

void setup() {  pinMode(AIN1, OUTPUT);  pinMode(AIN2, OUTPUT);  pinMode(PWMA, OUTPUT);  pinMode(STBY, OUTPUT);    // เปิดใช้งานมอเตอร์ไดรเวอร์  digitalWrite(STBY, HIGH);}

คำสั่ง pinMode() ตั้งค่าพินให้เป็นโหมดเอาต์พุต การตั้งค่า STBY เป็น HIGH ช่วยให้มั่นใจว่า TB6612FNG ทำงานและพร้อมรับคำสั่ง

ในฟังก์ชัน loop เราสั่งให้มอเตอร์หมุนไปข้างหน้าด้วยความเร็วเต็มที่ หยุด แล้วหมุนย้อนกลับ:

void loop() {  // หมุนไปข้างหน้าด้วยความเร็วเต็มที่  digitalWrite(AIN1, HIGH);  digitalWrite(AIN2, LOW);  analogWrite(PWMA, 255);  delay(2000);  // หยุด (ค่อยๆ หยุด)  digitalWrite(AIN1, LOW);  digitalWrite(AIN2, LOW);  analogWrite(PWMA, 0);  delay(1000);}

ในที่นี้ การตั้งค่า AIN1 เป็น HIGH และ AIN2 เป็น LOW บอกให้ H-bridge ภายในดันกระแสไปในทิศทางเดียว analogWrite(PWMA, 255) ใช้ความเร็วสูงสุด หากต้องการหยุด เราดึงพินทิศทางทั้งสองเป็น LOW

สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมและโค้ดเต็มที่มีการควบคุมมอเตอร์คู่และฟังก์ชันที่กำหนดเอง โปรดดูโปรแกรมเต็มที่โหลดไว้ด้านล่างบทความ

การสาธิต / สิ่งที่คาดหวัง

เมื่อการเดินสายเสร็จสมบูรณ์และอัปโหลดโค้ดแล้ว คุณควรเห็นมอเตอร์หมุนไปข้างหน้าเป็นเวลาสองวินาที หยุดหนึ่งวินาที แล้ววนซ้ำ (หากคุณเพิ่มตรรกะการหมุนย้อนกลับ มอเตอร์จะหมุนย้อนกลับในรอบถัดไป) ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามอเตอร์ตอบสนองต่อสัญญาณ PWM อย่างถูกต้อง หากมอเตอร์หมุนย้อนกลับเมื่อคุณคาดหวังให้หมุนไปข้างหน้า เพียงสลับสายที่เชื่อมต่อกับ A01 และ A02 (ในวิดีโอที่เวลา 12:30)

ข้อผิดพลาดทั่วไป ได้แก่ การลืมดึงพิน STBY เป็น HIGH หรือพยายามจ่ายไฟให้มอเตอร์โดยตรงจากพิน 5V ของ Arduino แทนการใช้แบตเตอรี่เฉพาะที่พิน VM ซึ่งอาจทำให้ Arduino รีเซ็ตเมื่อรับโหลดหนัก อย่าลืมตรวจสอบแหล่งจ่ายไฟและกราวด์ร่วมของคุณอีกครั้ง