Abb. 06 · Robotik-Labor · Warum man ihn nicht nimmt

Treiber L298N

Arduino Nano

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Werkbank

Noch kein Messwert

+12V (Motorversorgung)

Noch kein Messwert

Stromaufnahme

0 mA

Bauen und kaputt machen

1BauenAls Nächstes
Bis auf die nackte Platine zerlegen
Nimm jedes Bauteil von der roten Platine. Du setzt sie so wieder zusammen, wie es eine Fabrik tun würde: zuerst die SMD-Bauteile, dann die niedrigen bedrahteten Bauteile, die hohen, die Lötstellen und die Jumper-Kappen zuletzt.
2
Die SMD-Bauteile bestücken, dann reflowlöten
3
Die niedrigen bedrahteten Bauteile einsetzen
4
Die hohen Bauteile einsetzen
5
Die bedrahteten Lötstellen löten
6
Die Jumper-Kappen aufstecken
7
Den Nano mit IN1-IN4 und GND verdrahten
8
Die beiden Motoren verdrahten
9
Den LiPo an +12V und GND anschließen
10
Die Werkbank mit Strom versorgen
11
Vorwärts hochladen
12
Rückwärts hochladen
13
Auf der Stelle drehen hochladen
14
Bremsen hochladen
15
Halbe Drehzahl hochladen
16
Den LiPo verkehrt herum anschließenKaputt machen
17
C1 verkehrt herum einsetzenKaputt machen
18
Aus 4 x AA versorgenKaputt machen
19
Aus 36 V versorgenKaputt machen
20
Eine kalte Lötstelle an der Klemme von Motor A lassenKaputt machen
21
Die Kappe 5V-EN weglassenKaputt machen
22
Den GND-Draht weglassenKaputt machen
23
Beide Räder festhaltenKaputt machen
24
Explosionsansicht

Absichtlich kaputt machen

Jeder Fehler ist einer, über den echte Bastler stolpern. Lös ihn aus, lies das Symptom an der Werkbank ab und beheb ihn dann.

LiPo verkehrt herum
Verpolung
Warum es passiert
Symptom: Die Power-LED bleibt dunkel, nichts dreht sich, die Dioden und C1 werden innerhalb von Sekunden heiß, und die Batteriekabel werden warm.
Es gibt keine Schutzdiode und keine Sicherung. Verpolt leiten die acht Freilaufdioden von GND über die Ausgänge nach +12V und legen zwei Diodenspannungen, etwa 2 V, direkt über den Akku. Mehrere Ampere fließen durch 1-A-Dioden, und C1 sieht Sperrspannung.
Lösung: Sofort Strom abziehen, die Dioden und C1 auf Schäden prüfen und Rot an +12V legen. Ein Stecker, der nur in einer Richtung passt, verhindert das.
C1 verkehrt herum
Bauteil verkehrt herum
Warum es passiert
Symptom: Ein Zischen und ein Knall, wenn der Akku drankommt, ein aufgeblähter Becher, ein fischiger Geruch.
Ein Aluminium-Elko hält Spannung nur in einer Richtung. Verkehrt herum bricht seine Oxidschicht durch, er leitet, wird heiß, und der Elektrolyt kocht, bis sich das Ventil öffnet.
Lösung: Ersetz C1 mit dem Streifen (Minus) zur Vorderkante, wie aufgedruckt.
6 V sind mit gesteckter 5V-EN zu wenig
Brown-out
Warum es passiert
Symptom: Die Power-LED glimmt schwach, die Motoren zucken oder tun nichts, und die Logik fällt immer wieder aus.
Der 78M05 braucht an seinem Eingang etwa 2 V mehr, als er ausgibt. Aus 6 V schafft er etwa 4 V, unter den 4,5 V, die die Logik des L298N braucht. Und die Motoren würden nach dem Spannungsabfall der Brücke ohnehin nur etwa 4,4 V sehen.
Lösung: Nimm einen 2S-LiPo (7,4 V) oder mehr. Zieh bei einem 6-V-Pack die Kappe 5V-EN und speis die +5V-Schraube aus den 5 V des Nano.
36 V an +12V
falsche Spannung
Warum es passiert
Symptom: Ein Knall vom Regler oder von C1, die Power-LED erlischt, und an der 5-V-Schraube liegt möglicherweise die volle Versorgung.
Der L298N ist bis 46 V ausgelegt, aber die 220-µF-Kondensatoren des Moduls sind 35-V-Bauteile, und der 78M05 verträgt höchstens 35 V. Fällt ein Regler aus, dann oft als Kurzschluss, und er gibt die volle Versorgung an alles an +5V weiter.
Lösung: Bleib mit gesteckter Kappe 5V-EN bei 12 V oder weniger. Darüber zieh die Kappe, speis die 5 V selbst ein und bleib auf dieser Platine unter 35 V.
Kalte Lötstelle an der Klemme von Motor A
kalte Lötstelle
Warum es passiert
Symptom: Motor A stottert, setzt bei Stößen aus oder läuft nur in eine Richtung; der Klemmenpin wird warm.
Die Klemmenpins führen den vollen Motorstrom. Eine matte, körnige Lötstelle hat nur einen Teil der Zeit Kontakt, und ihr Widerstand macht Strom zu Wärme.
Lösung: Erhitz die Lötstelle mit frischem Lötzinn neu, bis es zu einem glänzenden Kegel um den Pin verläuft.
Kappe 5V-EN fehlt
fehlendes Bauteil
Warum es passiert
Symptom: Der Akku ist angeschlossen, aber die Power-LED ist dunkel, und kein Befehl bewirkt etwas.
Die Kappe verbindet +12V mit dem 78M05. Ohne sie ist der Regler aus, die +5V-Schiene ist tot, und die Logik des L298N hat keine Versorgung, also schalten seine Schalter nie ein.
Lösung: Steck die Kappe wieder auf oder speis bei Versorgungen über 12 V 5 V vom Controller in die +5V-Schraube.
Keine gemeinsame Masse
offener Eingang
Warum es passiert
Symptom: Die Motoren zucken, laufen falsch herum oder ignorieren den Sketch, und das Berühren eines Drahts ändert, was sie tun.
Ein Logikpegel ist eine Spannung zwischen zwei Punkten. Ohne Draht zwischen dem GND des Nano und dem GND des Moduls misst der L298N die Pins des Nano gegen nichts: Die Eingänge floaten und driften mit jedem bisschen Störung.
Lösung: Leg einen Draht vom GND des Nano zur GND-Schraube der Stromklemme.
Beide Räder blockiert
Überhitzung
Warum es passiert
Symptom: Der Kühlkörper wird zu heiß zum Anfassen, dann stottern die Motoren: Sie bleiben stehen, laufen ein paar Sekunden später wieder an und bleiben wieder stehen.
Ein festgehaltener TT-Motor zieht aus 7,4 V etwa 1,1 A. Die beiden leitenden Schalter verlieren bei diesem Strom etwa 2,7 V, etwa 3 W pro Brücke, 6 W für beide. Der L298N hat keine Strombegrenzung; nur seine Übertemperaturabschaltung stoppt ihn, und er startet neu, sobald er etwas abgekühlt ist.
Lösung: Gib die Räder frei und schalte im Sketch den Strom zu einem blockierten Motor ab. Besser: ein MOSFET-Treiber wie der TB6612FNG, der ein Zehntel der Leistung verliert.

Die Werkbank im Überblick

Versorg ihn, wähl eine Richtung, spür die Wärme

Der L298N ist der Motortreiber in fast jedem Starterset: eine rote, 43 mm große quadratische Platine mit einem schwarzen Kühlkörper, zwei blauen Motorklemmen und einem 2S-LiPo an ihrer Stromklemme. Im Chip stecken zwei H-Brücken aus Bipolartransistoren, ein Design aus den 1990ern. IN1 und IN2 wählen die Richtung von Motor A, IN3 und IN4 die von Motor B, und ENA und ENB schalten jede Brücke ein; im Auslieferungszustand verbinden zwei Jumper-Kappen beide Enables mit +5V, also laufen die Motoren mit voller Drehzahl. Ein Spannungsregler 78M05 hinter der Kappe 5V-EN erzeugt aus der Batterie die 5-V-Logikversorgung des Chips. Der Haken ist der Spannungsabfall: Zwei bipolare Schalter liegen mit jedem Motor in Reihe und verlieren zusammen 1,4 + 1,15 x I Volt, etwa 1,6 V mit einem frei laufenden TT-Motor und 2,7 V mit festgehaltenem Rad, und alles davon wird zu Wärme. Bau das Modul, verdrahte Nano, Motoren und Akku, fahr in jede Richtung, dann halt die Räder fest und sieh zu, wie der Kühlkörper heißer wird, bis der Chip abschaltet. Der TB6612FNG von der Werkbank davor erledigt dieselbe Arbeit und verliert etwa 0,1 V.

Quellen

Auf der Werkbank

Ausgewählt

Der Sketch verwendet 2.252 Bytes des Programmspeicherplatzes

Code: Vorwärts

// L298N: IN1 und IN2 wählen die Richtung von Motor A, IN3 und IN4 die von Motor B
const int ENA = 9, IN1 = 8, IN2 = 7;   // Motor A: Enable und die beiden Richtungseingänge
const int ENB = 3, IN3 = 5, IN4 = 4;   // Motor B

void drive(int in1, int in2, int in3, int in4) {
  digitalWrite(IN1, in1); digitalWrite(IN2, in2);
  digitalWrite(IN3, in3); digitalWrite(IN4, in4);
}

void setup() {
  for (int p = 3; p <= 9; p++) pinMode(p, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  analogWrite(ENA, 255);      // volle Drehzahl (die Kappe hält ENA ohnehin auf 5 V)
  analogWrite(ENB, 255);
  drive(HIGH, LOW, HIGH, LOW);   // beide vorwärts
  Serial.println("forward: IN1 H, IN2 L, IN3 H, IN4 L");
}

void loop() {
}

Übungsaufgaben

0/2 Aufgaben

Schreib den Code und führ dann die Prüfungen aus. Der Lauf nutzt eine virtuelle Uhr und eine geskriptete Umgebung, deshalb liefert derselbe Code immer dasselbe Ergebnis.

Sanftanlauf an ENA

Arduino C++

Zieh die Kappe ENA und verdrahte ENA mit D9. Fahr Motor A vorwärts (IN1 an D8 HIGH, IN2 an D7 LOW) und fahr ENA von 0 auf 255 hoch, ein Schritt alle 10 ms, sodass er in etwa 2,5 s die volle Drehzahl erreicht. Halt 2 s lang die volle Drehzahl, brems dann, indem du IN2 auf HIGH legst, und gib "stopped" aus.

Prüfungen

Noch nicht ausgeführtLäuft 5,5 s lang
Noch nicht ausgeführtIN1 (D8) ist HIGH
Noch nicht ausgeführtIN2 (D7) ist während der Fahrt LOW
Noch nicht ausgeführtBei 0,25 s ist ENA (D9) bei etwa 10 %
Noch nicht ausgeführtBei 1 s ist ENA bei etwa 40 %
Noch nicht ausgeführtBei 3,5 s ist ENA auf vollem Tastverhältnis
Noch nicht ausgeführtBei 5 s ist IN2 HIGH: Bremsen
Noch nicht ausgeführtGibt "stopped" aus

Tipps

Setz die Richtung einmal, vor der Rampe: digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW);
Eine for-Schleife von 0 bis 255 mit analogWrite(ENA, duty) und delay(10) darin ergibt die Rampe.
Bremsen ist IN1 = IN2 bei freigegebener Brücke: IN1 ist schon HIGH, also setz auch IN2 auf HIGH.

Code für Sanftanlauf an ENA

Ein Quadrat fahren

Arduino C++

Lass einen Roboter mit zwei Rädern ein Quadrat fahren: viermal beide Motoren 1 s vorwärts, dann 0,5 s auf der Stelle drehen (Motor A vorwärts, Motor B rückwärts) und "corner" mit der Zahl ausgeben. Nach der vierten Ecke beide Motoren bremsen. IN1 ist D8, IN2 D7, IN3 D5, IN4 D4; die Enable-Kappen bleiben gesteckt.

Prüfungen

Noch nicht ausgeführtLäuft 6,5 s lang
Noch nicht ausgeführtErste Seite: IN3 (D5) ist HIGH
Noch nicht ausgeführtErste Seite: IN4 (D4) ist LOW
Noch nicht ausgeführtErste Ecke: IN3 ist LOW
Noch nicht ausgeführtErste Ecke: IN4 ist HIGH, Motor B läuft rückwärts
Noch nicht ausgeführtErste Ecke: IN1 (D8) bleibt HIGH, Motor A vorwärts
Noch nicht ausgeführtZweite Seite: IN3 ist wieder HIGH
Noch nicht ausgeführtGibt bis 6,2 s "corner 4" aus
Noch nicht ausgeführtAm Ende ist IN2 (D7) HIGH: Motor A bremst
Noch nicht ausgeführtAm Ende ist IN3 HIGH: Motor B bremst

Tipps

Eine Hilfsfunktion drive(in1, in2, in3, in4), die alle vier Eingänge schreibt, hält jede Bewegung bei einer Zeile.
for (int side = 1; side <= 4; side++) { ... } in setup() fährt das Quadrat einmal; loop() kann leer bleiben.
Beide bremsen: drive(HIGH, HIGH, HIGH, HIGH).

Code für Ein Quadrat fahren

Bauen und kaputt machen

1BauenAls Nächstes

Bis auf die nackte Platine zerlegen

Nimm jedes Bauteil von der roten Platine. Du setzt sie so wieder zusammen, wie es eine Fabrik tun würde: zuerst die SMD-Bauteile, dann die niedrigen bedrahteten Bauteile, die hohen, die Lötstellen und die Jumper-Kappen zuletzt.

Die SMD-Bauteile bestücken, dann reflowlöten

Die niedrigen bedrahteten Bauteile einsetzen

Die hohen Bauteile einsetzen

Die bedrahteten Lötstellen löten

Die Jumper-Kappen aufstecken

Den Nano mit IN1-IN4 und GND verdrahten

Die beiden Motoren verdrahten

Den LiPo an +12V und GND anschließen

Die Werkbank mit Strom versorgen

Vorwärts hochladen

Rückwärts hochladen

Auf der Stelle drehen hochladen

Bremsen hochladen

Halbe Drehzahl hochladen

Den LiPo verkehrt herum anschließenKaputt machen

C1 verkehrt herum einsetzenKaputt machen

Aus 4 x AA versorgenKaputt machen

Aus 36 V versorgenKaputt machen

Eine kalte Lötstelle an der Klemme von Motor A lassenKaputt machen

Die Kappe 5V-EN weglassenKaputt machen

Den GND-Draht weglassenKaputt machen

Beide Räder festhaltenKaputt machen

Explosionsansicht

Die Werkbank im Überblick

Versorg ihn, wähl eine Richtung, spür die Wärme

Auf der Werkbank

Ausgewählt

Der Sketch verwendet 2.252 Bytes des Programmspeicherplatzes

Code: Vorwärts

// L298N: IN1 und IN2 wählen die Richtung von Motor A, IN3 und IN4 die von Motor B
const int ENA = 9, IN1 = 8, IN2 = 7;   // Motor A: Enable und die beiden Richtungseingänge
const int ENB = 3, IN3 = 5, IN4 = 4;   // Motor B

void drive(int in1, int in2, int in3, int in4) {
  digitalWrite(IN1, in1); digitalWrite(IN2, in2);
  digitalWrite(IN3, in3); digitalWrite(IN4, in4);
}

void setup() {
  for (int p = 3; p <= 9; p++) pinMode(p, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  analogWrite(ENA, 255);      // volle Drehzahl (die Kappe hält ENA ohnehin auf 5 V)
  analogWrite(ENB, 255);
  drive(HIGH, LOW, HIGH, LOW);   // beide vorwärts
  Serial.println("forward: IN1 H, IN2 L, IN3 H, IN4 L");
}

void loop() {
}

Treiber L298N

Die Werkbank

Bauen und kaputt machen

Bis auf die nackte Platine zerlegen

Die SMD-Bauteile bestücken, dann reflowlöten

Die niedrigen bedrahteten Bauteile einsetzen

Die hohen Bauteile einsetzen

Die bedrahteten Lötstellen löten

Die Jumper-Kappen aufstecken

Den Nano mit IN1-IN4 und GND verdrahten

Die beiden Motoren verdrahten

Den LiPo an +12V und GND anschließen

Die Werkbank mit Strom versorgen

Vorwärts hochladen

Rückwärts hochladen

Auf der Stelle drehen hochladen

Bremsen hochladen

Halbe Drehzahl hochladen

Den LiPo verkehrt herum anschließenKaputt machen

C1 verkehrt herum einsetzenKaputt machen

Aus 4 x AA versorgenKaputt machen

Aus 36 V versorgenKaputt machen

Eine kalte Lötstelle an der Klemme von Motor A lassenKaputt machen

Die Kappe 5V-EN weglassenKaputt machen

Den GND-Draht weglassenKaputt machen

Beide Räder festhaltenKaputt machen

Explosionsansicht

Absichtlich kaputt machen

LiPo verkehrt herum

C1 verkehrt herum

6 V sind mit gesteckter 5V-EN zu wenig

36 V an +12V

Kalte Lötstelle an der Klemme von Motor A

Kappe 5V-EN fehlt

Keine gemeinsame Masse

Beide Räder blockiert

Live-Status

Stromaufnahme

Teste dich selbst

Nach: Die Jumper-Kappen aufstecken

Nach: Bremsen hochladen

Nach: Beide Räder festhalten

Abschlussquiz der Werkbank

Die Werkbank im Überblick

Quellen

Auf der Werkbank

Übungsaufgaben

Sanftanlauf an ENA

Prüfungen

Ein Quadrat fahren

Prüfungen

Treiber L298N

Die Werkbank

Bauen und kaputt machen

Bis auf die nackte Platine zerlegen

Die SMD-Bauteile bestücken, dann reflowlöten

Die niedrigen bedrahteten Bauteile einsetzen

Die hohen Bauteile einsetzen

Die bedrahteten Lötstellen löten

Die Jumper-Kappen aufstecken

Den Nano mit IN1-IN4 und GND verdrahten

Die beiden Motoren verdrahten

Den LiPo an +12V und GND anschließen

Die Werkbank mit Strom versorgen

Vorwärts hochladen

Rückwärts hochladen

Auf der Stelle drehen hochladen

Bremsen hochladen

Halbe Drehzahl hochladen

Den LiPo verkehrt herum anschließenKaputt machen

C1 verkehrt herum einsetzenKaputt machen

Aus 4 x AA versorgenKaputt machen

Aus 36 V versorgenKaputt machen

Eine kalte Lötstelle an der Klemme von Motor A lassenKaputt machen

Die Kappe 5V-EN weglassenKaputt machen

Den GND-Draht weglassenKaputt machen

Beide Räder festhaltenKaputt machen

Explosionsansicht

Absichtlich kaputt machen

LiPo verkehrt herum