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Arduino 智能小车————调速篇

PWM

脉宽调制(PWM)基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

通俗一点讲那，就是当如果我们想输出5V电压时，只需一直输出高电平即可；当我们想输出3.75V电压时，那我们就需要在一个周期内（一个高电平和一个低电平为一个周期）3.75÷5=75%时间输出高电平，25%时间输出低电平；同理，如果想输出2.5V电压时，我们需要在一个周期内50%时间输出高电平，50%时间输出低电平。

Arduino UNO开发板上只有带有“~”表示的引脚才具有PWM功能，因此我们在控制驱动时可以使用这几个引脚。

驱动模块接线

在前面的教程中已经讲过如果想控制驱动的输出时，需要对驱动的“ENA”“ENB”进行控制，因此我们需要将图中被选中部分的两个跳线帽拔掉。并将“ENA”连接Arduino UNO开发板的“5”引脚，“ENB”连接“6”引脚。

代码测试

int leftCounter=0,  rightCounter=0;
unsigned long time = 0, old_time = 0; // 时间标记
unsigned long time1 = 0; // 时间标记
float lv,rv;//左、右轮速度

#define STOP        0
#define FORWARD     1
#define BACKWARD    2
#define TURNLEFT    3
#define TURNRIGHT   4
#define CHANGESPEED 5

int leftMotor1 = 16;
int leftMotor2 = 17;
int rightMotor1 = 18;
int rightMotor2 = 19;
bool speedLevel=0;

int leftPWM = 5;
int rightPWM = 6;

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(9600); 
  attachInterrupt(0,RightCount_CallBack, FALLING);
  attachInterrupt(1,LeftCount_CallBack, FALLING);

  pinMode(leftMotor1, OUTPUT);
  pinMode(leftMotor2, OUTPUT);
  pinMode(rightMotor1, OUTPUT);
  pinMode(rightMotor2, OUTPUT);
  pinMode(leftPWM, OUTPUT);
  pinMode(rightPWM, OUTPUT);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  SpeedDetection();

  if(Serial.available()>0)
  {
    char cmd = Serial.read();

    Serial.print(cmd);
    motorRun(cmd);
    if(speedLevel)  //根据不通的档位输出不同速度
    {
      analogWrite(leftPWM, 120);
      analogWrite(rightPWM, 120);
    }
    else
    {
      analogWrite(leftPWM, 250);
      analogWrite(rightPWM, 250);
    }
  }  
}
/*
 * *速度计算
 */
bool SpeedDetection()
{
  time = millis();//以毫秒为单位，计算当前时间 
  if(abs(time - old_time) >= 1000) // 如果计时时间已达1秒
  {  
    detachInterrupt(0); // 关闭外部中断0
    detachInterrupt(1); // 关闭外部中断1
    //把每一秒钟编码器码盘计得的脉冲数，换算为当前转速值
    //转速单位是每分钟多少转，即r/min。这个编码器码盘为20个空洞。
    Serial.print("left:");
    lv =(float)leftCounter*60/20;//小车车轮电机转速
    rv =(float)rightCounter*60/20;//小车车轮电机转速
    Serial.print("left:");
    Serial.print(lv);//向上位计算机上传左车轮电机当前转速的高、低字节
    Serial.print("     right:");
    Serial.println(rv);//向上位计算机上传左车轮电机当前转速的高、低字节
    //恢复到编码器测速的初始状态
    leftCounter = 0;   //把脉冲计数值清零，以便计算下一秒的脉冲计数
    rightCounter = 0;
    old_time=  millis();     // 记录每秒测速时的时间节点
    attachInterrupt(0, RightCount_CallBack,FALLING); // 重新开放外部中断0
    attachInterrupt(1, LeftCount_CallBack,FALLING); // 重新开放外部中断0
    return 1;
  }
  else
    return 0;
}
/*
 * *右轮编码器中断服务函数
 */
void RightCount_CallBack()
{
  rightCounter++;
}
/*
 * *左轮编码器中断服务函数
 */
void LeftCount_CallBack()
{
  leftCounter++;
}
/*
 * *小车运动控制函数
 */
void motorRun(int cmd)
{
  switch(cmd){
    case FORWARD:
      Serial.println("FORWARD"); //输出状态
      digitalWrite(leftMotor1, HIGH);
      digitalWrite(leftMotor2, LOW);
      digitalWrite(rightMotor1, HIGH);
      digitalWrite(rightMotor2, LOW);
      break;
     case BACKWARD:
      Serial.println("BACKWARD"); //输出状态
      digitalWrite(leftMotor1, LOW);
      digitalWrite(leftMotor2, HIGH);
      digitalWrite(rightMotor1, LOW);
      digitalWrite(rightMotor2, HIGH);
      break;
     case TURNLEFT:
      Serial.println("TURN  LEFT"); //输出状态
      digitalWrite(leftMotor1, HIGH);
      digitalWrite(leftMotor2, LOW);
      digitalWrite(rightMotor1, LOW);
      digitalWrite(rightMotor2, HIGH);
      break;
     case TURNRIGHT:
      Serial.println("TURN  RIGHT"); //输出状态
      digitalWrite(leftMotor1, LOW);
      digitalWrite(leftMotor2, HIGH);
      digitalWrite(rightMotor1, HIGH);
      digitalWrite(rightMotor2, LOW);
      break;
     case CHANGESPEED:
      Serial.println("CHANGE SPEED"); //输出状态
      if(speedLevel)  //接收到换挡命令的时候切换档位
        speedLevel=0;
      else
        speedLevel=1;
      break;
     default:
      Serial.println("STOP"); //输出状态
      digitalWrite(leftMotor1, LOW);
      digitalWrite(leftMotor2, LOW);
      digitalWrite(rightMotor1, LOW);
      digitalWrite(rightMotor2, LOW);
  }
}

由于之前设计不太合理，占用了太多的PWM引脚，因此在代码里对控制小车电机的引脚做了点小改动，如下所示

int leftMotor1 = 5;
int leftMotor2 = 6;
int rightMotor1 = 7;
int rightMotor2 = 8;

现在改为

int leftMotor1 = 16;
int leftMotor2 = 17;
int rightMotor1 = 18;
int rightMotor2 = 19;

在前面的宏定义中加入换挡的定义#define CHANGESPEED 5

#define STOP        0
#define FORWARD     1
#define BACKWARD    2
#define TURNLEFT    3
#define TURNRIGHT   4
#define CHANGESPEED 5

Arduion的PWM引脚需要和正常引脚一样,在void setup()函数中初始化为输出模式

pinMode(leftPWM, OUTPUT);
pinMode(rightPWM, OUTPUT);

在小车的控制状态函数void motorRun(int cmd)中添加多一个选择项，用来切换速度。

case CHANGESPEED:
      Serial.println("CHANGE SPEED"); //输出状态
      if(speedLevel)  //接收到换挡命令的时候切换档位
        speedLevel=0;
      else
        speedLevel=1;
      break;

在主函数void loop()中添加PWM输出的函数，analogWrite(pin, value)函数中“pin”代表使用的引脚，“value”代表输出PWM值的大小，范围是0~255。

if(speedLevel)  //根据不通的档位输出不同速度
    {
      analogWrite(leftPWM, 120);
      analogWrite(rightPWM, 120);
    }
    else
    {
      analogWrite(leftPWM, 250);
      analogWrite(rightPWM, 250);
    }