ESP32, DC모터, TB6612FNG

November 1, 2021
Esp32
Rc

DC모터 사용하기#

아두이노의 경우와 마찬가지로 ESP32에서도 TB6612FNG 모터드라이버와 함께, 모터 및 아두이노 단독사용을 위하여 3.7V 18650 2개를 직렬로 연결한 외부전원을 사용한다.


TB6612FNG#

기본 핀 배열#
VM
VCC
GND(*)
AOUT1
AOUT2
BOUT2
BOUT1
GND
PWMA
AIN2
AIN1
STBY
BIN1
BIN2
PWMB
GND

핀 배열이 다른 경우#
GND
VCC
AOUT1
AOUT2
BOUT2
BOUT1
VM
GND
PWMA
AIN2
AIN1
NC (=STBY)
BIN1
BIN2
PWMB
GND
  • VM (모터 전압) = 15V max
  • VCC (로직 전압) = 2.7 ~ 5.5V
  • GND
    • TB6612FNG 모듈을 여러개 테스트한 결과, 기본 핀 배열을 가진 모듈의 3번핀 GND에 연결할 경우 작동이 안되는 몇몇 제품이 있었음
    • 그러므로 8번핀, 9번핀의 GND 사용을 권장함
  • 출력전류: 정전류 1.2A (3.2A peak)까지 (모터 2개 사용시 합산 전류임)
  • 모터 제어모드: CW, CCW, short-brake, STOP, stand-by
  • 두개의 모터 출력을 개별 제어하며, 100kHz의 PWM으로 속도 제어
  • 써멀 셧다운 및 저전압 감지회로 내장

Pin의 사용#

ESP32와 TB6612FNG모듈을 브레드보드를 통해 연결하기 쉽도록 핀을 구성한 Pinmap이므로, 필요에 따라 수정하여 사용할 수 있다. (아래표는 참고만 할 것!)

핀번호TB6612FNG 모터드라이브 (기본 핀 배열)ESP32 DEVKIT_C V4 사용시ESP32 DEVKIT V1 사용시외부전원모터 / 역할
1VM(+) (DC모터에 사용하는 전압 사용)
2VCC+3.3V+3.3V
3GND (사용 비추천)
4A_OUT1모터A
5A_OUT2모터A
6B_OUT2모터B
7B_OUT1모터B
8GND(-)
9GNDGNDGND
10B_PWM1213모터B 속도제어
11B_IN21412모터B 방향제어
12B_IN12714모터B 방향제어
13STBY2627모터 상태신호
14A_IN12526모터A 방향제어
15A_IN23325모터A 방향제어
16A_PWM3233모터A 속도제어

ESP32 DEVKIT V4 사용시
ESP32 DEVKIT V1 사용시


모터 1개 컨트롤하기#

(기어박스를 포함한) 일반 DC모터(엔코더 모듈을 포함한) 엔코더 DC모터
아두이노를 사용한 스마트카 실습용으로 많이 사용됨Hall sensor를 통해 회전수를 정밀하게 측정가능
(+)와 (-), 2P 단자가 있음5P or 6P 단자가 있음 (여기서는 (+)와 (-) 2P만 사용)

schematic#

ESP32와 컴퓨터를 USB선으로 연결하여 사용할 경우 (단, 모터 외부전원은 사용)#


ESP32와 컴퓨터의 연결없이, 외부전원을 사용하여 단독으로 사용할 경우#

  • 18650 2S 외부전원(7.4V)을 DC컨버터 모듈에 연결

    • 입력: 8~36V
    • 출력: 1.25~32V 및 USB 5V 출력
    • 75W내 사용 권장, 전류량 최대 5A (4.5A 이내 사용 권장)

  • 여기서는 서보모터 추가 연결을 위해서, 왼쪽 가변 저항을 사용하여 출력 전압을 5V로 세팅하여 사용

  • USB 출력단자는 ESP32의 microUSB 단자에 연결


sketch#

// TB6612FNG right side & ESP32-WROOM-32D DEVKIT_C V4 left side pin order
const int PIN_PWMA = 32;  
const int PIN_AIN1 = 33;
const int PIN_AIN2 = 25;
const int PIN_STBY = 26;
const int PIN_BIN1 = 27;
const int PIN_BIN2 = 14;
const int PIN_PWMB = 12;

/*
// TB6612FNG right side & ESP32-WROOM-32 left side pin order
const int PIN_PWMA = 33;  
const int PIN_AIN1 = 25;
const int PIN_AIN2 = 26;
const int PIN_STBY = 27;
const int PIN_BIN1 = 14;
const int PIN_BIN2 = 12;
const int PIN_PWMB = 13;
*/

// PWM Channel setup
const int CH_PWMA = 0;
const int CH_PWMB = 1;
// PWM frequency and bit resolution setup
const int pwmFrequency = 10000;  // Hz
const int bitResolution = 8;     // pwm value: 0~255

const int PIN_LED = 2;

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);
  pinMode(PIN_LED, OUTPUT);

  // tb6612fng setting
  pinMode(PIN_STBY,OUTPUT);
  pinMode(PIN_AIN1,OUTPUT);
  pinMode(PIN_AIN2,OUTPUT);
  pinMode(PIN_PWMA,OUTPUT);
  pinMode(PIN_BIN1,OUTPUT);
  pinMode(PIN_BIN2,OUTPUT);
  pinMode(PIN_PWMB,OUTPUT);

   // motor output(PWM) setting (channel, frequency, bit)
  ledcSetup(CH_PWMA, pwmFrequency, bitResolution);
  ledcSetup(CH_PWMB, pwmFrequency, bitResolution);
  ledcAttachPin(PIN_PWMA, CH_PWMA);
  ledcAttachPin(PIN_PWMB, CH_PWMB);
  
  // channel setting (GPIO pin, channel)
  // if STBY(CH0) = LOW, Standby states.
  // if STBY(CH0) = HIGH, and INA1&INA2 have different value
  // and PWMA has some value, CW or CCW rotation is made.

  // Channel      CW   CCW  Stanby Stop Brake1 Brake2 Brake3
  // PIN_STBY (0) HIGH HIGH LOW    HIGH  HIGH  HIGH   HIGH
  // PIN_INA1 (1) HIGH LOW  *      LOW   HIGH  LOW    HIGH
  // PIN_INA2 (2) LOW  HIGH *      LOW   HIGH  HIGH   LOW
  // CH_PWMA  (3) PWM  PWM  *      HIGH  *     LOW    LOW  
}

void loop() {
 
  // Motor A : CW
  digitalWrite(PIN_STBY, HIGH); 	// STBY
  digitalWrite(PIN_AIN1, HIGH); 	// AIN1
  digitalWrite(PIN_AIN2, LOW);   	// AIN2
  ledcWrite(CH_PWMA, 255); 			// PWMA
  // Motor B : CW
  digitalWrite(PIN_BIN1, HIGH); 	// BIN1
  digitalWrite(PIN_BIN2, LOW);   	// BIN2
  ledcWrite(CH_PWMB, 255); 			// PWMB
  delay(3000);

  // Motor : Stand-by
  digitalWrite(PIN_STBY, LOW); 		// STBY
  //delay(1000);

  //LED Blink
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  delay(3500);
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  
  // Motor A : CCW
  digitalWrite(PIN_STBY, HIGH); 	// STBY
  digitalWrite(PIN_AIN1, LOW); 		// AIN1
  digitalWrite(PIN_AIN2, HIGH);   	// AIN2
  ledcWrite(CH_PWMA, 255); 			// PWMA
  // Motor B : CCW
  digitalWrite(PIN_BIN1, LOW); 		// BIN1
  digitalWrite(PIN_BIN2, HIGH);   	// BIN2
  ledcWrite(CH_PWMB, 255); 			// PWMB
  delay(3000);

  // Motor : Stand-by
  digitalWrite(PIN_STBY, LOW); 		// STBY
  //delay(1000);

  //LED Blink
  digitalWrite(PIN_LED, LOW);
  delay(3500);
  digitalWrite(PIN_LED, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(PIN_LED, LOW);
}

Troubleshooting#

스케치 중간에 있는 stand-by가 있거나 없거나 동일한 운동을 보일 것 같지만, 실제로는 완전히 다르다.#

  • stand-by가 있는 경우

    • 3초간 CW회전 후 정지 → 3.5초 대기 → 0.5초 LED켜졌다가 꺼짐 → 3초간 CCW회전 후 정지→ 3.5초 대기 → 0.5초 LED켜졌다가 꺼짐

  • stand-by가 없는 경우:

    • 모터
      • 모터의 delay 시간(회전시간)이 3초로 되어 있어도 stand-by 상태로 들어가지 않으므로, 실제로는 7초간 회전 후 방향을 바꿈
      • 7초간 CW회전 후 → (정지하지 않고) 곧바로 7초간 CCW회전 (반복)
    • LED
      • 꺼짐: 6.5초간 꺼져있다가 (모터의 delay 시간 3초 + led low delay 시간 3.5초)
      • 켜짐: 0.5초간 켜짐 (반복)

  • 그러므로, 각 상황에 따라 stand-by를 걸어야 할지, 말아야할지를 결정해야 함.

    • stand-by를 걸지 않은 상태에서 멈추려면 PWMA or PWMB를 0으로 주면 됨.

회전 방향이 (생각했던 방향과) 반대로 회전하는 경우#

AIN1핀과 AIN2 핀의 번호를 바꿔준다. 즉, 위 스케치에서

const int AIN2 = 25;
const int AIN1 = 26;

부분을

const int AIN2 = 26;
const int AIN1 = 25;

로 바꿔준다.



모터 2개 컨트롤하기#


sketch#

위의 ‘‘모터 1개 컨트롤하기’’ 스케치와 동일함.



스케치 최적화#

move(), stop()을 만들어서 스케치 최적화

// TB6612FNG right side & ESP32-WROOM-32D DEVKIT_C V4 left side pin order
const int PIN_PWMA = 32;  
const int PIN_AIN1 = 33;
const int PIN_AIN2 = 25;
const int PIN_STBY = 26;
const int PIN_BIN1 = 27;
const int PIN_BIN2 = 14;
const int PIN_PWMB = 12;

/*
// TB6612FNG right side & ESP32-WROOM-32 left side pin order
const int PIN_PWMA = 33;  
const int PIN_AIN1 = 25;
const int PIN_AIN2 = 26;
const int PIN_STBY = 27;
const int PIN_BIN1 = 14;
const int PIN_BIN2 = 12;
const int PIN_PWMB = 13;
*/

// PWM Channel setup
const int CH_PWMA = 0;
const int CH_PWMB = 1;
// PWM frequency and bit resolution setup
const int pwmFrequency = 10000;  // Hz
const int bitResolution = 8;     // pwm value: 0~255

const int PIN_LED = 2;


void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);
  pinMode(PIN_LED, OUTPUT);

  // tb6612fng setting
  pinMode(PIN_STBY,OUTPUT);
  pinMode(PIN_AIN1,OUTPUT);
  pinMode(PIN_AIN2,OUTPUT);
  pinMode(PIN_PWMA,OUTPUT);
  pinMode(PIN_BIN1,OUTPUT);
  pinMode(PIN_BIN2,OUTPUT);
  pinMode(PIN_PWMB,OUTPUT);

   // motor output(PWM) setting (channel, frequency, bit)
  ledcSetup(CH_PWMA, pwmFrequency, bitResolution);
  ledcSetup(CH_PWMB, pwmFrequency, bitResolution);
  ledcAttachPin(PIN_PWMA, CH_PWMA);
  ledcAttachPin(PIN_PWMB, CH_PWMB);
  
  // channel setting (GPIO pin, channel)
  // if STBY(CH0) = LOW, Standby states.
  // if STBY(CH0) = HIGH, and INA1&INA2 have different value
  // and PWMA has some value, CW or CCW rotation is made.

  // Channel      CW   CCW  Stanby Stop Brake1 Brake2 Brake3
  // PIN_STBY (0) HIGH HIGH LOW    HIGH  HIGH  HIGH   HIGH
  // PIN_INA1 (1) HIGH LOW  *      LOW   HIGH  LOW    HIGH
  // PIN_INA2 (2) LOW  HIGH *      LOW   HIGH  HIGH   LOW
  // CH_PWMA  (3) PWM  PWM  *      HIGH  *     LOW    LOW  
}


void loop() {
  
  move(1, 128, 0);               // motor A(right wheels), half speed, moving forward
  move(2, 255, 0);               // motor B(left wheels), full speed, moving forward
  delay(3000);

  stop();						 // Motor : Stand-by
  //delay(1000);

  //LED Blink
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  delay(3500);
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(ledPin, LOW);

  move(1, 255, 1);               // motor A(right wheels), full speed, moving backward
  move(2, 128, 1);               // motor B(left wheels), half speed, moving backward
  delay(3000);

  stop();						 // Motor : Stand-by
  //delay(1000);

  //LED Blink
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  delay(3500);
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(ledPin, LOW);
}

void move(int motor, int speed, int direction) {   //Move specific motor at speed and direction
//motor: A(Right) -> 1, B(Left) -> 2
//speed: 0 is off, and 255 is full speed
//direction: 0 clockwise, 1 counter-clockwise

  digitalWrite(PIN_STBY, HIGH);         // move

  boolean inPin1 = HIGH;            	// Defalut(direction=0) - Clockwise
  boolean inPin2 = LOW;

  if(direction == 1) {             		// Count-clockwise
    inPin1 = LOW;
    inPin2 = HIGH;
  }

  if(motor == 1){                 		// if motor == 1, right wheel
    digitalWrite(PIN_AIN1, inPin1);
    digitalWrite(PIN_AIN2, inPin2);
    ledcWrite(CH_PWMA, speed);
  } else {                         		// if motor is not 1, left wheel
    digitalWrite(PIN_BIN1, inPin1);
    digitalWrite(PIN_BIN2, inPin2);
    ledcWrite(CH_PWMB, speed);
  }
}

void stop() {
  digitalWrite(PIN_STBY, LOW);          // stand-by = stop
}