第6節 直流馬達
馬達是我們經常使用到的電動裝置，它可以将電能轉化成動能，驅動其他東西的運動。聽起來很抽象，舉幾個例子吧。
我們小時候玩的四驅車，帶動輪子轉動的那個小裝置就是馬達；夏天讓風扇旋轉帶給我們涼意，也是馬達的功勞。
根據使用電源的不同，可以将馬達分成直流馬達和交流馬達。我們做智能硬體使用的基本都是直流馬達，通過馬達來驅動外接裝置運動。
6.1 工作原理
将電能轉化成動能的實體原理，我們在中學已經學過，這裡利用了兩個原理：電磁感應和磁鐵的同性相斥異性相吸。
- 将一根磁棒放在金屬罩中間，兩端懸上一個金屬柱子，金屬柱子上面有線圈；
- 當線圈通過電流的時候，就能産生磁場，磁棒根據極性改變位置；
- 改變電流方向，線圈磁場方向發生調換，磁棒再次根據極性改變位置；
- 如此往複，磁棒就旋轉了起來。
一個馬達的外形大緻如此，
馬達加上一些結構，與輪胎結合起來就成了輪子
它有兩個接線的地方，一處接正極，另一處就接負極，
- 在不超過極限電壓的情況下，對馬達施加的電壓越大，馬達就轉動的越快；
- 調轉正負極的連接配接順序，馬達的旋轉方向也發生調轉；
6.2 連接配接方式
馬達的正負極不能直接連接配接到Arduino開發闆的引腳上，必須使用一個轉換電路。否則馬達在轉動的過程中可能會産生強大的電流，擊穿開發闆上的元器件。
為此，可以使用專門的馬達擴充闆，來連接配接使用馬達，
也可以使用內建了轉換電路的馬達子產品，例如風扇馬達子產品，
在此我們選用內建了轉換電路的風扇馬達子產品來講解。
該子產品有4個引腳，
| 子產品引腳 | 功能說明 |
|---|---|
| INA | 控制接口A |
| INB | 控制接口B |
| VCC | 直流電 |
| GND | 接地 |
因為要調整直流馬達的轉動速度，
INA
與
INB
最好接到具有
PWM
功能的接口上，通過設定該引腳的級數數，來調節馬達的轉速。這裡，我們将
INA
連接配接到
D9
，
INB
連接配接到
D8
，
| 子產品引腳 | 連接配接 | Arduino擴充闆 |
|---|---|---|
| INA | <–> | D9組S引腳 |
| INB | <–> | D8組S引腳 |
| VCC | <–> | D8組V引腳 |
| GND | <–> | D8組G引腳 |
6.3 代碼設計
首先要初始化
INA
與
INB
連接配接的接口，讓
Arduino
開發闆擁有向它們輸出的能力，
//INA使用具有PWM功能的D9引腳
int INA = ;
//INB使用具有PWM功能的D8引腳
int INB = ;
void setup() {
//設定引腳為輸出
pinMode(INA, OUTPUT);
pinMode(INB, OUTPUT);
}
将
INA
引腳設定成低電平LOW，改變
INB
引腳的值，來達到控制馬達轉速的效果，
void setup() {
//設定引腳為輸出
pinMode(INA, OUTPUT);
pinMode(INB, OUTPUT);
digitalWrite(INA, LOW);
}
void loop() {
//從0級到100級
for(int level = ; level < +; level++)
{
//調整INB上的電壓級數，達到改變風扇轉速的效果
analogWrite(INB, level);
delay();
}
}
這裡将調整的級數，調整在了
0～100
。理論上可以調整的級數應該是
0～255
級。但是由于馬達電流負載的原因，設定到進階數時，例如
245級
，會讓開發闆過載。是以可以把最大級數設定的稍微小一點，例如
230級
，
int INA = ;
int INB = ;
int START_LEVEL = ;
int END_LEVEL = ;
void setup() {
pinMode(INA, OUTPUT);
pinMode(INB, OUTPUT);
digitalWrite(INA, LOW);
}
void loop() {
//從9級慢慢加速到230級
for(int level = START_LEVEL ; level < END_LEVEL+; level++)
{
analogWrite(INB, level);
delay();
}
//從230級慢慢減速到0級
for(int level = END_LEVEL; level > START_LEVEL ; level--)
{
analogWrite(INB, level);
delay();
}
}
6.4 結果觀察
馬達開始緩慢的旋轉，越轉越快；達到最快轉速時，又開始減速，直到停止；整個過程周而複始。
6.5 馬達的反轉
如果想修改馬達旋轉的方向，可以将
INB
設定為低電平LOW，改變
INA
引腳的值，
int INA = ;
int INB = ;
int START_LEVEL = ;
int END_LEVEL = ;
void setup() {
pinMode(INA, OUTPUT);
pinMode(INB, OUTPUT);
}
void loop() {
//朝着一個方向旋轉，先加速，再減速
//INA設定為LOW
digitalWrite(INA, LOW);
for(int level = START_LEVEL ; level < END_LEVEL+; level++)
{
//改寫INB的級數
analogWrite(INB, level);
delay();
}
for(int level = END_LEVEL; level > START_LEVEL ; level--)
{
//改寫INB的級數
analogWrite(INB, level);
delay();
}
//朝着另一個方向旋轉，先加速，再減速
//INB設定為LOW
digitalWrite(INB, LOW);
for(int level = START_LEVEL ; level < END_LEVEL+; level++)
{
//改寫INA的級數
analogWrite(INA, level);
delay();
}
for(int level = END_LEVEL; level > START_LEVEL ; level--)
{
//改寫INA的級數
analogWrite(INA, level);
delay();
}
}
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