L298NでDCモーターを制御する：Arduinoで速度と回転方向を変える

DCモーターは、ファン、ロボットの車輪、水ポンプ、おもちゃの車を回す、いちばん身近なモーターです。しかし、モーターをArduinoのピンに直接つなぐことはできません。ピンが出せるよりはるかに多くの電流を消費し、回転方向を変えるには極性を逆にする必要があるからです。L298Nモータードライバは、この2つの問題を一度に解決します。2つのDCモーターを独立して正転・逆転させ、PWMで速度を設定できます。ほぼすべてのロボットカーのプロジェクトで見かける部品です。

DCモーターのしくみと、ドライバが必要な理由

DCモーターの2つの端子に電圧をかけると回り、極性を逆にすると反対に回り、電圧を下げると遅くなります。小さなおもちゃ用のモーターでも、回っている間は数百ミリアンペアを消費し、回り始めや停止時には1アンペアを超えます。さらに、モーターはコイルなので、オフになるときに逆電圧のスパイクを発生させます。Arduinoのピンが出せるのは最大でも20〜40 mAで、そのスパイクからも守られていません。モーターを直接つなぐとピンが壊れ、ボードが傷むこともあります。

Hブリッジとは？

モーターを両方向に回す方法がHブリッジです。モーターのまわりに4つの電子スイッチを「H」の字の形に並べたものです。対角にある2つのスイッチが閉じると電流はモーターを一方向に流れ、もう一方の対角の組が閉じると反対方向に流れます。L298NチップにはこのようなHブリッジが2つ入っているので、2つのモーターを独立して制御できます。各モーターは、回転方向のピン2本（IN1とIN2）と速度のピン1本（ENA）を使います。

L298Nの仕様

L298Nのピンと電源の配線

モーターを正転・逆転させ、速度を変える

まずENAのジャンパーを外し、ENAをArduinoのD9ピンに、IN1をD8に、IN2をD7につなぎます。モーターをOUT1とOUT2に、18650電池2本（7.4 V）または単3電池4〜6本のパックを12VとGNDの端子につなぎ、GNDはArduinoのGNDにもつなぎます。下のmotor()関数は-255〜255の値を受け取り、プラスが正転、マイナスが逆転、0がブレーキです。速度制御の考え方はPWMとは？で解説しています。

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}

2モーターのロボットカー：前進、後退、左折、右折

ロボットカーにはハンドルがなく、2つの車輪を違う速度や方向で回して曲がります。両方のモーターが正転すれば車はまっすぐ進み、左のモーターが逆転して右のモーターが正転すれば、その場で左に回転します。下のdrive()関数は、各モーターの速度を-255〜255で別々に受け取ります。

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}

車の前に距離センサーを付ければ、障害物を見つけると止まって向きを変えるロボットになります。センサー側はHC-SR04距離センサーを参照してください。UnoでServoライブラリを使う場合は注意が必要です。9番と10番ピンのPWMが無効になるので、ENAとENBは5番と6番ピンに移してください。

ESP32とRaspberry Pi PicoでL298Nを使う

L298Nの入力は約2.3 Vを超えるとHIGHとみなすので、ESP32やPicoの3.3 Vの信号でそのまま動きます。ただし、ボードのロジック電源は5 Vにしてください。ESP32では、ENAとENBにPWM対応のピン（たとえばGPIO 25と26）を使えば、同じArduinoのコードが使えます。34〜39番ピンは出力できません。MicroPythonを使うPicoで1つのモーターを制御するコードは、次のようになります。

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、MOSFETのどれを選ぶ？

モーターをオン・オフするだけならリレーでも足りますが、速度は調整できません。2つの比較はリレーモジュールとは？で紹介しています。合うトランジスタやMOSFETを選ぶにはトランジスタツールを見てみてください。

L298Nのプロジェクトアイデア

• 障害物をよけるロボット：HC-SR04で障害物を見つけて向きを変える車です。
• Bluetoothで操作する車：スマホのアプリからHC-05経由で動かすロボットです。
• ジョイスティックで操作する車：ジョイスティックの2つの軸を2つのモーターの速度に変えます。詳しくはジョイスティックモジュールの使い方で解説しています。
• ライントレースロボット：赤外線センサーで床の黒い線をたどる車です。
• 自動カーテン：朝に光が差すとカーテンを開け、夕方に閉めるモーター式のしくみです。
• ベルトコンベア：ポテンショメーターで速度を設定できる小さなコンベアです。

よくあるミスと直し方

• 基板のLEDは点くのにモーターが回らない：GNDが共通になっていない、ENAのジャンパーを外したのにピンをつないでいない、またはPWMの値が低すぎます。
• モーターが回るとArduinoがリセットする：モーターとArduinoが弱い電源を共有しています。電源を分け、モーターの端子に100 nFのコンデンサをはんだ付けしてください。
• モーターがとても遅く、力が弱い：L298Nが約2 Vを消費しています。電池の電圧を上げる（たとえば18650を2本）か、より高効率のドライバを使ってください。
• モーターが一方向にしか回らない：INピンの1本がつながっていないか、コードが両方向に同じ値を書き込んでいます。
• L298Nがとても熱くなる：モーターの消費電流が大きすぎます。ヒートシンクがふさがれていないか確認し、必要ならより強力なドライバを選んでください。
• 9 Vの角形電池を使っている：大きな電流を出せず、すぐに切れます。充電式の18650や単3電池のパックを使ってください。

L298Nでモーター制御を学べば、ロボットのプロジェクトへの扉が開きます。BlueGraysアプリには、L298NのBluetoothで操作する車や、障害物をよけるロボットのプロジェクトが回路図とコード付きでステップごとに載っています。