Controllo di motori DC con l'L298N: velocità e verso di rotazione con Arduino

I motori DC sono i più diffusi: fanno girare ventole, ruote dei robot, pompe dell'acqua e macchinine giocattolo. Però non puoi collegare un motore direttamente a un pin di Arduino: assorbe molta più corrente di quella che il pin può fornire e, per cambiare il verso di rotazione, bisogna invertirne la polarità. Il driver per motori L298N risolve entrambi i problemi: fa girare due motori DC avanti e indietro in modo indipendente e ne regola la velocità con il PWM. Lo trovi in quasi tutti i progetti di auto robot.

Come funziona un motore DC e perché serve un driver?

Se applichi una tensione ai due terminali di un motore DC, gira; se inverti la polarità, gira al contrario; se abbassi la tensione, rallenta. Anche un piccolo motore giocattolo assorbe centinaia di milliampere in funzione e oltre 1 ampere all'avvio o quando si blocca. Inoltre, essendo una bobina, quando si spegne genera picchi di tensione inversa. Un pin di Arduino fornisce al massimo 20–40 mA e non è protetto da questi picchi: collegare direttamente il motore distrugge il pin e può danneggiare anche la scheda.

Cos'è un ponte H?

Per far girare un motore nei due versi si usa un ponte H: quattro interruttori elettronici disposti intorno al motore a forma di lettera "H". Quando si chiudono due interruttori in diagonale, la corrente attraversa il motore in un verso; quando si chiude l'altra coppia diagonale, nel verso opposto. Il chip L298N contiene due ponti H, quindi controlla due motori in modo indipendente. Ogni motore usa due pin di verso (IN1 e IN2) e un pin di velocità (ENA):

Caratteristiche tecniche dell'L298N

Pin e alimentazione dell'L298N

Far girare un motore avanti, indietro e a velocità diverse

Per prima cosa togli il ponticello da ENA e collega ENA al pin D9 di Arduino, IN1 al D8 e IN2 al D7. Collega il motore a OUT1 e OUT2 e un pacco da 2 batterie 18650 (7,4 V) o da 4–6 pile AA ai morsetti 12V e GND; porta GND anche al GND di Arduino. La funzione motor() qui sotto riceve un valore da -255 a 255: positivo vuol dire avanti, negativo indietro e zero frenata. Il principio della regolazione di velocità è in Cos'è il 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}

Auto robot a due motori: avanti, indietro, sinistra e destra

Le auto robot non hanno sterzo: girano facendo ruotare le due ruote a velocità o in versi diversi. Se entrambi i motori vanno avanti l'auto procede dritta; se il sinistro va indietro e il destro avanti, l'auto ruota su se stessa verso sinistra. La funzione drive() qui sotto riceve separatamente la velocità di ciascun motore, da -255 a 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}

Aggiungendo un sensore di distanza davanti all'auto ottieni un robot che si ferma e gira quando vede un ostacolo; per il sensore vedi Sensore di distanza HC-SR04. Se userai la libreria Servo su un Uno, attenzione: disattiva il PWM dei pin 9 e 10, quindi sposta ENA ed ENB sui pin 5 e 6.

L298N con ESP32 e Raspberry Pi Pico

Gli ingressi dell'L298N considerano HIGH tutto ciò che supera circa 2,3 V, quindi funzionano direttamente con i segnali a 3,3 V di ESP32 e Pico; l'alimentazione logica del modulo deve comunque restare a 5 V. Sull'ESP32 puoi usare lo stesso codice Arduino con pin capaci di PWM per ENA ed ENB (per esempio GPIO 25 e 26); i pin 34–39 non possono fare da uscita. Sul Pico con MicroPython, il controllo di un motore è così:

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 o MOSFET?

Se devi solo accendere e spegnere un motore basta un relè, ma non regola la velocità; li abbiamo confrontati in Cos'è un modulo relè? Per scegliere un transistor o un MOSFET adatto, dai un'occhiata allo strumento Transistor.

Idee di progetti con l'L298N

• Robot che evita gli ostacoli: un'auto che vede gli ostacoli con un HC-SR04 e cambia direzione.
• Auto comandata via Bluetooth: un robot guidato tramite un HC-05 con un'app sul telefono.
• Auto con joystick: trasforma i due assi di un joystick nelle velocità di due motori; dettagli in Come usare un modulo joystick.
• Robot inseguitore di linea: un'auto che segue una linea nera sul pavimento con sensori a infrarossi.
• Tenda automatica: un sistema motorizzato che apre la tenda quando arriva la luce al mattino e la chiude la sera.
• Nastro trasportatore: un piccolo nastro con la velocità regolata da un potenziometro.

Errori comuni e come risolverli

• Il LED del modulo è acceso ma il motore non gira: le masse non sono collegate, il ponticello di ENA è stato tolto senza collegare il pin, oppure il valore PWM è troppo basso.
• Arduino si riavvia quando parte il motore: motore e Arduino condividono una sorgente debole; alimentali separatamente e salda un condensatore da 100 nF ai terminali del motore.
• Il motore è lentissimo e senza forza: l'L298N si mangia circa 2 V; aumenta la tensione della batteria (per esempio 2 × 18650) o usa un driver più efficiente.
• Il motore gira in un solo verso: uno dei pin IN non è collegato, oppure il codice scrive gli stessi valori per entrambi i versi.
• L'L298N scalda molto: il motore assorbe troppa corrente; assicurati che il dissipatore sia libero e, se serve, scegli un driver più potente.
• Usare una batteria da 9 V: non eroga abbastanza corrente e si scarica presto; usa un pacco ricaricabile di 18650 o di pile AA.

Una volta imparato il controllo dei motori con l'L298N, si apre il mondo dei robot. Nell'app BlueGrays trovi progetti con l'L298N – un'auto comandata via Bluetooth e un robot che evita gli ostacoli – passo passo con schemi e codice.