Commander un moteur à courant continu avec le L298N : vitesse et sens avec Arduino

Les moteurs à courant continu sont les plus répandus : ils font tourner ventilateurs, roues de robots, pompes à eau et voitures jouets. Mais on ne peut pas brancher un moteur directement sur une broche d'Arduino : il consomme bien plus de courant que la broche ne peut en fournir, et pour changer de sens il faut inverser sa polarité. Le driver moteur L298N règle les deux problèmes d'un coup : il fait tourner deux moteurs indépendamment dans les deux sens et règle leur vitesse en PWM. On le retrouve dans presque tous les projets de voiture robot.

Comment fonctionne un moteur à courant continu, et pourquoi faut-il un driver ?

Applique une tension aux deux bornes d'un moteur à courant continu et il tourne ; inverse la polarité et il tourne dans l'autre sens ; baisse la tension et il ralentit. Même un petit moteur de jouet consomme des centaines de milliampères en marche, et plus d'un ampère au démarrage ou s'il est bloqué. Comme le moteur est une bobine, il produit aussi des pics de tension inverse quand on le coupe. Une broche d'Arduino ne fournit que 20 à 40 mA au maximum et n'est pas protégée contre ces pics : brancher le moteur directement détruit la broche, voire la carte.

Qu'est-ce qu'un pont en H ?

Pour faire tourner un moteur dans les deux sens, on utilise un pont en H : quatre interrupteurs électroniques disposés autour du moteur en forme de lettre « H ». Quand deux interrupteurs en diagonale se ferment, le courant traverse le moteur dans un sens ; quand l'autre paire diagonale se ferme, dans l'autre sens. La puce L298N contient deux ponts en H : elle commande donc deux moteurs indépendamment. Chaque moteur utilise deux broches de sens (IN1 et IN2) et une broche de vitesse (ENA) :

Caractéristiques techniques du L298N

Broches et alimentation du L298N

Faire tourner un moteur dans les deux sens et à différentes vitesses

Retire d'abord le cavalier de ENA et relie ENA à la broche D9 de l'Arduino, IN1 à D8 et IN2 à D7. Branche le moteur sur OUT1 et OUT2, et un pack de 2 accus 18650 (7,4 V) ou de 4 à 6 piles AA sur les borniers 12V et GND ; relie aussi GND au GND de l'Arduino. La fonction motor() ci-dessous prend une valeur de -255 à 255 : positif pour avancer, négatif pour reculer, zéro pour freiner. Le principe du réglage de vitesse est expliqué dans Qu'est-ce que le 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}

Une voiture robot à deux moteurs : avant, arrière, gauche, droite

Les voitures robots n'ont pas de direction ; elles tournent en faisant tourner les deux roues à des vitesses ou dans des sens différents. Si les deux moteurs avancent, la voiture va tout droit ; si le moteur gauche recule et le droit avance, elle pivote sur place vers la gauche. La fonction drive() ci-dessous reçoit séparément la vitesse de chaque moteur, de -255 à 255 :

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}

Ajoute un capteur de distance à l'avant et tu obtiens un robot qui s'arrête et tourne face à un obstacle ; pour le capteur, vois Capteur de distance HC-SR04. Si tu utilises la bibliothèque Servo sur un Uno, attention : elle désactive le PWM des broches 9 et 10 ; déplace alors ENA et ENB sur les broches 5 et 6.

Le L298N avec l'ESP32 et le Raspberry Pi Pico

Les entrées du L298N considèrent tout ce qui dépasse environ 2,3 V comme HIGH : elles fonctionnent donc directement avec les signaux 3,3 V de l'ESP32 et du Pico ; l'alimentation logique du module reste néanmoins en 5 V. Sur l'ESP32, le même code Arduino fonctionne avec des broches capables de PWM pour ENA et ENB (par exemple GPIO 25 et 26) ; les broches 34 à 39 ne peuvent pas servir de sortie. Sur le Pico en MicroPython, piloter un moteur donne ceci :

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 ou MOSFET ?

Si tu dois seulement allumer et éteindre un moteur, un relais suffit, mais il ne règle pas la vitesse ; nous les comparons dans Qu'est-ce qu'un module relais ? Pour choisir un transistor ou un MOSFET adapté, jette un œil à l'outil Transistors.

Idées de projets avec le L298N

• Robot éviteur d'obstacles : une voiture qui repère les obstacles avec un HC-SR04 et change de direction.
• Voiture pilotée en Bluetooth : un robot dirigé via un HC-05 avec une application sur ton téléphone.
• Voiture pilotée au joystick : transforme les deux axes d'un joystick en vitesses de deux moteurs ; détails dans Utiliser un module joystick.
• Robot suiveur de ligne : une voiture qui suit une ligne noire au sol grâce à des capteurs infrarouges.
• Rideau automatique : un système motorisé qui ouvre le rideau quand la lumière arrive le matin et le ferme le soir.
• Tapis roulant : un petit convoyeur dont tu règles la vitesse avec un potentiomètre.

Erreurs fréquentes et solutions

• La LED du module s'allume mais le moteur ne tourne pas : les masses ne sont pas reliées, le cavalier ENA a été retiré sans brancher la broche, ou la valeur PWM est trop faible.
• L'Arduino redémarre quand le moteur tourne : moteur et Arduino partagent une source trop faible ; alimente-les séparément et soude un condensateur de 100 nF aux bornes du moteur.
• Le moteur est très lent et sans force : le L298N avale environ 2 V ; augmente la tension de la batterie (par exemple 2 × 18650) ou utilise un driver plus efficace.
• Le moteur ne tourne que dans un sens : une des broches IN n'est pas branchée, ou le code écrit les mêmes valeurs pour les deux sens.
• Le L298N chauffe beaucoup : le moteur consomme trop ; vérifie que le dissipateur est bien dégagé et choisis au besoin un driver plus costaud.
• Utiliser une pile 9 V : elle ne fournit pas assez de courant et se vide vite ; utilise un pack rechargeable 18650 ou AA.

Une fois la commande de moteurs avec le L298N maîtrisée, le monde des robots s'ouvre à toi. Dans l'application BlueGrays, tu trouveras des projets L298N – voiture pilotée en Bluetooth et robot éviteur d'obstacles – pas à pas avec schémas et code.