【EmbeddedDev】BBB控制直流电机的转速与方向

源文: https://www.safaribooksonline.com/library/view/beaglebone-cookbook/9781491915660/ch04.html

情景

需要实现电机的正转与反转。

解决方案

使用H桥来切换电机的电源两端输入, 从而实现正转与反转。我们将使用L293D型号, 一个H桥单片机。

一下是所需要准备的:

• 3V至5V电机  (参考 Miscellaneous)
• 面包板与跳线 (参考Prototyping Equipment)
• L293D H桥电路 (参考Integrated Circuits)
• 电机供应电源 (可选)

如下图 Figure 4-4 连接面包板，确保L293D已经正确放置，其有一端是凹下去的， 容易辨认。

Figure 4-4. 通过H桥来驱动直流电机

例 4-3 中的代码(h-bridgeMotor.js) 和 (例 4-2 )的通过三极管来驱动直流电机的代码很相似。附加的代码指定了电机转动的方向。

Example 4-3. 代码之通过H桥来驱动直流电机(h-bridgeMotor.js)

#!/usr/bin/env node

// This example uses an H-bridge to drive a DC motor in two directions

var b = require('bonescript');

var enable = 'P9_21';    // Pin to use for PWM speed control
    in1    = 'P9_15',
    in2    = 'P9_16',
    step = 0.05,    // Change in speed
    min  = 0.05,    // Min duty cycle
    max  = 1.0,     // Max duty cycle
    ms   = 100,     // Update time, in ms
    speed = min;    // Current speed;

b.pinMode(enable, b.ANALOG_OUTPUT, 6, 0, 0, doInterval);b.pinMode(in1, b.OUTPUT);b.pinMode(in2, b.OUTPUT);

function doInterval(x) {
    if(x.err) {
        console.log('x.err = ' + x.err);
        return;
    }
    timer = setInterval(sweep, ms);}

clockwise();        // Start by going clockwise

function sweep() {
    speed += step;
    if(speed > max || speed < min) {
        step *= -1;
        step>0 ? clockwise() : counterClockwise();
    }
    b.analogWrite(enable, speed);
    console.log('speed = ' + speed);}

function clockwise() {
    b.digitalWrite(in1, b.HIGH);
    b.digitalWrite(in2, b.LOW);}

function counterClockwise() {
    b.digitalWrite(in1, b.LOW);
    b.digitalWrite(in2, b.HIGH);}

process.on('SIGINT', function() {
    console.log('Got SIGINT, turning motor off');
    clearInterval(timer);         // Stop the timer
    b.analogWrite(enable, 0);     // Turn motor off});

浅析

H桥提供了一个简单的方式去切换电机的引导线, 从而实现了反转。图4-5说明了H桥的工作原理。

Figure 4-5. H-bridge原理图

连接到电机(符号M表示)的4个开关就是H桥。在左图中，两个开关是断开的， 电机左端连着正极， 右端连着地极，这样使得电机往其中一个方向旋转。而右图则刚好相反，使得电机往反方向旋转。

代码中，in1和in2用来分别控制两个开关对。(L293D有4对这样的开关， 但我们只用了其中两对)。因此要顺时针转，只要设置in1为HIGH, in2为LOW；逆时针转，则设置相反的值。

function clockwise() {
    b.digitalWrite(in1, b.HIGH);
    b.digitalWrite(in2, b.LOW);}

function counterClockwise() {
    b.digitalWrite(in1, b.LOW);

    b.digitalWrite(in2, b.HIGH);}

L293D有一个"启用"pin脚(pin 9, 在底部右边)， 可以通过PWM信号来控制转速。(详情参考 Controlling the Speed of a DC Motor )

在代码末尾, 方法process.on()可以检测用户是否按了Ctrl+C, 是的话则停止时钟并且关闭电机。如果你没有发出这样的信号，它会一直旋转。

驱动5V直流电机

之前的例子是使用了3.3V工作电压的直流电机。如果是5V工作电压的电机呢?可以切换BBB pin脚获得 (从BBB上的P9_7接到L293D的pin8) 如图 4-6 所示. 如果你的电机不会产生过大电流, 这样会正常工作。

如果5V不够, 或者BBB供电不足, 则需要外接电源了。 如图4-7 所示:

Figure 4-6. 通过H桥来驱动5V直流电机

Figure 4-7. 通过H桥来驱动外接电源的直流电机

总结: H桥提供了一种方式去控制直流电机的转向, 同时提供了引脚支持PWM信号来控制转速。