Controlando motores DC com Raspberry Pi e ponte H L298N

 

Para controlar um ou mais motores DC com o Raspberry Pi não se pode ligar diretamente nos GPIOs, pois sua corrente de tolerância é bem baixa. Existem diversas soluções como o uso de transistors, relês ou pontes H. A solução desse artigo é uma das mais simples possíveis, se trata de uma placa com a ponte H L298N, que dispõe de diversos conectores facilitando a ligação dos fios. Mais fácil que isso só comprando um shield próprio para Raspberry Pi, mas que acaba saindo mais caro. A placa que tenho em mãos foi comprada na Deal Extreme e está custando US$9,69 ( RS$ 21,60 ).

As especificações dela são as seguintes( Retirado da Dx ):

- Material: Fibra de vidro

- Driver: L298N Dual-H Ponte DC Motor Driver IC
- Drive de alimentação do terminal: 5 V ~ 35 V (se alimentado a partir do tabuleiro, faixa de fornecimento de energia é 7 V ~ 35 V)
- Parte de acionamento da Corrente de pico: 2A
- Lógica de Alimentação Terminal: 5 V ~ 7 V (fonte de alimentação dentro do conselho: +5 V)
- Parte Lógica da Corrente de operação: 0 ~ 36mA
- Controle de sinal Faixa Tensão de entrada: Low (-0.3V <= Vin <= 1,5 V); Alta (2.3V <= Vin <=) Vss
- Ativar sinal Faixa Tensão de entrada: Baixa: -0,3 <= Vin <= 1,5 V (sinal de controle é inativo); Alta: 2.3V <= Vin <= Vss (sinal de controle ativo)
- Consumo de energia máxima: 20W (Temperatura = 75'C)
- Temperatura de armazenamento: -25 ~ +130' C
- Dimensões: 2,17 x 1,97 x 1,38 em (5,5 cm x 5,0 cm x 3,5 cm)
- Peso: 1,13 oz (32 g)

Existem outros modelos de diferentes valores e especificações e claro que se a idéia é fugir de facilidade você pode comprar o integrado em um pack de duas unidades à custo de US$4,31 cada.

O motor utilizado no artigo é um simples motor DC pequeno com caixa de redução.

Motor DC com caixa de redução

Motor DC com caixa de redução

Como ligar um motor no Raspberry Pi com a ponte H L298N

No meu caso eu soldei os fios ao motor, mas caso não tenha solda você pode simplesmente prender o fio aos furos dos contatos.

Os conectores verdes são referentes a saída para os motores. A polaridade desses conectores em geral não importa muito pois isso poderá ser alterado justamente por ser uma ponte H, que irá possibilitar reverter o motor.

Saída da ponte H

O conector azul de 3 vias é referente a alimentação dos motores e da própria ponte H. Temos da esquerda para direita, VCC, GND e +5V.

Entre o VCC e GND será ligado uma fonte externa que pode ir de 5V à 35V.
Agora a parte em que é preciso atenção: O pino +5V é referente a parte lógica da ponte H, a alimentação dessa parte lógica pode ser feita de duas maneiras, uma é apertando o botão da placa, que faz o uso de um regulador de 5V linear na própria placa, que faz o serviço de transformar a tensão da fonte de entrada nos 5V, utilizando esse método o pino +5V poderá permanecer vazio. O problema de se utilizar esse método é que não será possível caso utilize uma fonte de menor tensão, o regulador precisa de cerca de 7V mínimos na entrada para conseguir 5V na saída, no meu caso que utilizei uma fonte de 5V eu não pude utilizar esse regulador e como minha fonte possuí a mesma tensão necessária simplesmente criei uma ponte entre os pinos VCC e +5V. Mas tome muito cuidado para não fazer isso ao utilizar uma fonte de maior tensão.

Entrada da fonte na ponte H

O fio preto que está ligado no GND, será ligado em algum GND do Raspberry Pi para se conseguir referência para os GPIOs que serão utilizados.

Os pinos ENA e ENB ativam ou desativam a saída referente, esquerda e direita, no caso da minha placa já veio um jumper em cada.

Na parte lógica temos as marcações IN1,IN2 referentes ao controle da saída esquerda e IN3,IN4 à saída da direita.

Parte lógica da ponte H

Esses pinos funcionam da seguinte forma, ao colocar HIGH no IN1 e LOW en IN2 o motor gira para um lado e colocando LOW em IN1 e HIGH em IN2 o motor inverte a direção.

As ligações no Raspberry Pi podem ser feitas em diversos GPIOs, mas se quiser utilizar o PWM por hardware precisará utilizar o GPIO18 para controlar. Aqui minhas ligações ficaram assim:

Ligações no Raspberry Pi

Onde IN1 e IN2 serão ligados à GPIO17 e GPIO18.

Tudo conectado

Como controlar um motor no Raspberry Pi com a ponte H L298N

Na parte de controle, podemos configurar manualmente via sysfs da seguinte forma:

Exportamos a interface dos GPIOs 17 e 18

echo 17 > /sys/class/gpio/export
echo 18 > /sys/class/gpio/export

Configuramos como output

echo out > /sys/class/gpio/gpio17/direction
echo out > /sys/class/gpio/gpio18/direction

Configuramos gpio17 como HIGH e 18 como LOW

echo 1 > /sys/class/gpio/gpio17/value
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio18/value

Se tudo estiver correto o motor irá girar em modo contínuo. Caso queira inverter a rotação:

echo 0 > /sys/class/gpio/gpio17/value
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio18/value

A utilização da ferramenta "gpio" que vem em conjunto com a biblioteca wiringPi facilita o uso e podemos utiliza-la para gerar o PWM no GPIO18.

Baixe a lib utilizando o GIT:

git clone git://git.drogon.net/wiringPi

Caso não tenha o git instalado:  

sudo apt-get install git-core

Entre no diretório e rode como root ou sudo:

./build

Esse comando irá compilar e instalar automaticamente a biblioteca e a ferramenta "gpio".

Configurar o GPIO utilizando a ferramenta é simples, 0 e 1 correspondem ao GPIO17 e 18 respectivamente.

gpio mode 0 output
gpio mode 1 output

Configuramos gpio17 como HIGH e 18 como LOW

gpio write 0 1
gpio write 0 0

Caso queira inverter a rotação:

gpio write 0 0
gpio write 0 1

O uso do PWM via hardware é uma função alternativa do gpio18 e pode ser ativada da seguinte maneira.

gpio write 0 1
gpio write 1 0
gpio mode 1 pwm
gpio pwm 1 50

Onde 50 é o valor do PWM que irá influenciar na velocidade do motor, esse valor pode ir de até 1023. A desvantagem é que será preciso inverter os pinos caso queira o PWM na rotação contrária. Existe um PWM via software suportado na wiringpi que irei fazer testes e falar sobre em algum artigo futuro.

Segue o vídeo do motor em funcionamento.

Essa ponte H é uma solução fácil tanto em hardware como software para controlar os motores de diversos projetos.