Gleichstrommotor mit L298N steuern: Drehzahl und Drehrichtung mit Arduino

Gleichstrommotoren sind die verbreitetsten Motoren: Sie drehen Lüfter, Roboterräder, Wasserpumpen und Spielzeugautos. Einen Motor kannst du aber nicht direkt an einen Arduino-Pin anschließen: Er zieht viel mehr Strom, als der Pin liefern kann, und für die andere Drehrichtung muss seine Polarität umgedreht werden. Der Motortreiber L298N löst beide Probleme auf einmal: Er lässt zwei Gleichstrommotoren unabhängig vor- und rückwärts laufen und regelt ihre Drehzahl per PWM. Er steckt in fast jedem Roboterauto-Projekt.

Wie funktioniert ein Gleichstrommotor und warum braucht er einen Treiber?

Legst du an die beiden Anschlüsse eines Gleichstrommotors eine Spannung an, dreht er sich; drehst du die Polarität um, dreht er andersherum; senkst du die Spannung, wird er langsamer. Schon ein kleiner Spielzeugmotor zieht im Betrieb Hunderte Milliampere und beim Anlaufen oder Blockieren über 1 Ampere. Da der Motor eine Spule ist, erzeugt er beim Abschalten außerdem Spannungsspitzen in Gegenrichtung. Ein Arduino-Pin liefert höchstens 20–40 mA und ist gegen diese Spitzen nicht geschützt; den Motor direkt anzuschließen zerstört den Pin und kann sogar das Board beschädigen.

Was ist eine H-Brücke?

Um einen Motor in beide Richtungen zu drehen, nutzt man eine H-Brücke: vier elektronische Schalter, die wie der Buchstabe "H" um den Motor angeordnet sind. Schließen zwei diagonal gegenüberliegende Schalter, fließt der Strom in eine Richtung durch den Motor; schließt das andere Paar, in die andere. Im L298N stecken zwei solcher H-Brücken, daher steuert er zwei Motoren unabhängig. Jeder Motor nutzt zwei Richtungspins (IN1 und IN2) und einen Drehzahlpin (ENA):

Technische Daten des L298N

Pins und Stromversorgung des L298N

Einen Motor vorwärts, rückwärts und unterschiedlich schnell drehen

Zieh zuerst den Jumper von ENA ab und verbinde ENA mit Arduino-Pin D9, IN1 mit D8 und IN2 mit D7. Den Motor schließt du an OUT1 und OUT2 an, einen Akkupack aus 2 × 18650 (7,4 V) oder 4–6 AA-Batterien an die Klemmen 12V und GND; GND führst du auch zum GND des Arduino. Die Funktion motor() unten nimmt einen Wert von -255 bis 255: positiv heißt vorwärts, negativ rückwärts, null bremsen. Das Prinzip der Drehzahlregelung erklärt Was ist PWM?

1const int ENA = 9;    // hız (PWM) / speed (PWM)
2const int IN1 = 8;
3const int IN2 = 7;
4
5void motor(int speed) {              // -255 … 255
6  if (speed == 0) {                  // fren / brake
7    digitalWrite(IN1, HIGH);
8    digitalWrite(IN2, HIGH);
9    analogWrite(ENA, 255);
10    return;
11  }
12  digitalWrite(IN1, speed > 0);      // ileri ya da geri / forward or backward
13  digitalWrite(IN2, speed < 0);
14  analogWrite(ENA, abs(speed));
15}
16
17void setup() {
18  pinMode(ENA, OUTPUT);
19  pinMode(IN1, OUTPUT);
20  pinMode(IN2, OUTPUT);
21}
22
23void loop() {
24  motor(200);   delay(2000);   // ileri / forward
25  motor(0);     delay(500);    // dur / stop
26  motor(-120);  delay(2000);   // yavaşça geri / slowly backward
27  motor(0);     delay(500);
28}

Roboterauto mit zwei Motoren: vorwärts, rückwärts, links, rechts

Roboterautos haben keine Lenkung; sie drehen, indem die beiden Räder mit unterschiedlicher Drehzahl und Richtung laufen. Drehen beide Motoren vorwärts, fährt das Auto geradeaus; läuft der linke rückwärts und der rechte vorwärts, dreht es sich auf der Stelle nach links. Die Funktion drive() unten nimmt die Drehzahl beider Motoren getrennt von -255 bis 255 entgegen:

1// Sol motor / left motor: ENA=9, IN1=8, IN2=7 — Sağ motor / right motor: ENB=10, IN3=5, IN4=4
2const int ENA = 9, IN1 = 8, IN2 = 7;
3const int ENB = 10, IN3 = 5, IN4 = 4;
4
5void drive(int left, int right) {            // her biri -255 … 255 / each -255 … 255
6  digitalWrite(IN1, left >= 0);  digitalWrite(IN2, left < 0);
7  digitalWrite(IN3, right >= 0); digitalWrite(IN4, right < 0);
8  analogWrite(ENA, abs(left));
9  analogWrite(ENB, abs(right));
10}
11
12void setup() {
13  int pins[] = {ENA, IN1, IN2, ENB, IN3, IN4};
14  for (int p : pins) pinMode(p, OUTPUT);
15}
16
17void loop() {
18  drive(200, 200);   delay(1500);   // ileri / forward
19  drive(-200, 200);  delay(600);    // sola dön / turn left
20  drive(200, -200);  delay(600);    // sağa dön / turn right
21  drive(-180, -180); delay(1000);   // geri / backward
22  drive(0, 0);       delay(1000);   // dur / stop
23}

Mit einem Abstandssensor vorne am Auto entsteht ein Roboter, der bei einem Hindernis anhält und dreht; zum Sensor siehe HC-SR04 Entfernungssensor. Nutzt du am Uno die Servo-Bibliothek, Vorsicht: Sie schaltet PWM an den Pins 9 und 10 ab; leg ENA und ENB dann auf die Pins 5 und 6.

L298N mit ESP32 und Raspberry Pi Pico

Die Eingänge des L298N werten alles über etwa 2,3 V als HIGH, daher funktionieren sie direkt mit den 3,3-V-Signalen von ESP32 und Pico; die Logikversorgung des Moduls bleibt aber bei 5 V. Am ESP32 nutzt du denselben Arduino-Code mit PWM-fähigen Pins für ENA und ENB (zum Beispiel GPIO 25 und 26); die Pins 34–39 können nichts ausgeben. Am Pico sieht die Steuerung eines Motors mit MicroPython so aus:

1from machine import Pin, PWM
2import time
3
4ena = PWM(Pin(15), freq=1000)
5in1 = Pin(14, Pin.OUT)
6in2 = Pin(13, Pin.OUT)
7
8def motor(speed):                   # -100 … 100
9    in1.value(speed > 0)
10    in2.value(speed < 0)
11    ena.duty_u16(int(abs(speed) * 655.35))
12
13while True:
14    motor(80);  time.sleep(2)       # ileri / forward
15    motor(0);   time.sleep(0.5)     # dur / stop
16    motor(-50); time.sleep(2)       # geri / backward

L298N, TB6612FNG oder MOSFET?

Musst du einen Motor nur ein- und ausschalten, reicht ein Relais – die Drehzahl kann es aber nicht regeln; den Vergleich findest du in Was ist ein Relaismodul? Für die Wahl eines passenden Transistors oder MOSFETs hilft das Werkzeug Transistoren.

Projektideen mit dem L298N

• Hindernis ausweichender Roboter: ein Auto, das mit einem HC-SR04 Hindernisse erkennt und die Richtung wechselt.
• Auto mit Bluetooth-Steuerung: ein Roboter, den du über einen HC-05 mit einer App am Handy lenkst.
• Auto mit Joystick-Steuerung: die zwei Achsen eines Joysticks in die Drehzahlen zweier Motoren umrechnen; Details in Joystick-Modul verwenden.
• Linienfolger: ein Auto, das mit Infrarotsensoren einer schwarzen Linie am Boden folgt.
• Automatischer Vorhang: ein motorisiertes System, das den Vorhang morgens bei Licht öffnet und abends schließt.
• Förderband: ein kleines Förderband, dessen Geschwindigkeit du mit einem Potentiometer einstellst.

Typische Fehler und ihre Lösungen

• Die LED des Moduls leuchtet, aber der Motor dreht nicht: Die Massen sind nicht verbunden, der ENA-Jumper wurde entfernt, aber der Pin nicht angeschlossen, oder der PWM-Wert ist zu klein.
• Der Arduino startet neu, sobald der Motor läuft: Motor und Arduino hängen an derselben schwachen Quelle; getrennt versorgen und einen 100-nF-Kondensator an die Motoranschlüsse löten.
• Der Motor ist sehr langsam und schwach: Der L298N schluckt etwa 2 V; erhöhe die Akkuspannung (zum Beispiel 2 × 18650) oder nimm einen effizienteren Treiber.
• Der Motor dreht nur in eine Richtung: Einer der IN-Pins ist nicht angeschlossen, oder der Code schreibt für beide Richtungen dieselben Werte.
• Der L298N wird sehr heiß: Der Motor zieht zu viel Strom; achte darauf, dass der Kühlkörper frei liegt, und wähle bei Bedarf einen stärkeren Treiber.
• 9-V-Blockbatterie verwenden: Sie liefert keinen hohen Strom und ist schnell leer; nutze einen wiederaufladbaren 18650- oder AA-Pack.

Sobald du die Motorsteuerung mit dem L298N beherrschst, steht dir die Welt der Roboterprojekte offen. In der BlueGrays-App findest du Projekte mit L298N – ein Bluetooth-gesteuertes Auto und einen Roboter, der Hindernissen ausweicht – Schritt für Schritt mit Schaltplänen und Code.