树莓派基础实验34：L298N模块驱动直流电机实验

??直流电机是一种将直流电能转化为机械能的电机。由于其良好的调速性能，广泛应用于电动拖动，用于驱动电风扇、遥控车、电动车窗等各种设备，也非常适合机器人行走机构。

★Raspberry Pi 3主板*1

★树莓派电源*1

★L298N模块*1

★DC3V-6V直流减速电机TT马达*1

★微型数字直流电压表头*1（可选）

★18650可充电锂电池*2

★面包板*1（可选）

★40P软排线*1

VCC输入：L298N芯片的电源正极，范围可以是5V ~ 35V，如果树莓派需要从模块中取电，其范围为7V~35V。

GND：L298N使用芯片电源时，应使用覆盆子派GND在这里，即两者需要共用，否则电机不会转动。

5V输出：L298N芯片输出的5V电源可以为外部设备供电，但需要VCC输入要达到7V以上。

ENA、ENB：A、B可使用通道的使能端，高电平PWM实现调速，输入不同比例的使能端PWM脉冲信号可以控制电机的速度。使用时，可以接收树莓派GPIO实现用程序控制。

INA、INB、INC、IND：INA、INB控制输入A通道，INC、IND控制输入B通道。

直流电机的控制模式和状态表如下：

OUTA、OUTB输出A通道，为直流电机等设备提供电源。

OUTC、OUTD输出B通道，为直流电机等设备提供电源。

直流电机的转向和转速控制实际上是通过设置不同的值来实现的

在了解直流电机的工作原理之前，先复习一下高中的物理知识: 第一.左手定则

当通电导线处于磁场中时，受到安培力的影响 F (或运动)方向，磁感应强度B方向 以及通电导体棒电流I三个方向之间的关系定律。 简而言之，让磁感线穿过手掌前部，手指方向是电流方向，拇指方向是产生磁力的方向

第二.右手定则

右手定则是产生电势的原理，也是发电机 让磁感线穿过手掌，拇指方向是运动方向，手指方向是电势方向。

直流电机固定环永磁体，电流通过转子线圈产生安培力，当转子线圈平行于磁场时，继续转动磁场方向会改变，因此转子末端刷与转换器交替接触，线圈电流方向也会改变，洛伦兹力方向不变，因此电机可以保持方向旋转。

2.1有刷电机 顾名思义，有刷子，主要作用是使中间转子与电源有电气连接，也可以旋转。

为了使两者之间既有接触，又有导电性；并且有旋转，以实现电流的伪装，一般的做法是在碳刷中添加一个弹簧。这样，换向器和碳刷就会有频繁的摩擦。所以碳刷很容易磨损，必须经常更换。磨损的碳渣在电机中形成碳积累，需要经常清洗。

早期电机都是有刷电机，后来为了解决磨损，有了无刷电机。

由于电动机需要的电流远远大于树莓派GPIO由于供电能力，必须使用外部电源。选择大容量18650电池是个不错的选择。这是许多充电宝和电动汽车电池组使用的。

同时，使用电机的场景总是移动，因此电池组可能不得不向树莓派供电。以前买套装的时候赠送的18650电池，每次都充满电，只强了10分钟，电压下降很快。这是我选择的一个宝藏SupFire/神火电池，负极添加保护芯片AB5-S，一个39元，充电器还算另一笔钱。然而，效果要好得多。充满电后，串联两个电池的初始8.23V，每天做一个电机实验，还有7个.6V。

??第1步： 连接电路。

这里必须说一下，上面的电路图是使用电子设计自动化软件Fritzing画的，易学好用，但是必须要学习哈，光看是半天搞不懂滴！

特别是元件库里找不到的电子元件，只能自己创建，就需要自己画SVG图（Scalable Vector Graphics，意思为可缩放的矢量图形），这里我用的是Inkscape，一款外国开发的开源矢量图形编辑软件。画图中的一个重要经验是：在Friting里找到并导出类似的元件SVG图，然后在Inkscape里修改，最后又导入Friting里合成。

学会第一次虽慢，但是以后就难不倒你了，而且画得很快！

Fritzing下载地址https://fritzing.org/download/ Inkscape下载地址https://inkscape.org/release/inkscape-1.0/

  第2步： 基础实验里我只用L298N的B通道控制了一个电机，控制命令也很粗糙，后面我会做智能小车的综合实验，会实现图形界面控制和自动循迹。   当输入r0 ~ r9，速度由0到快；当输入f0 ~ f9，反方向速度由0到快；当输入b时，电机制动。

#!/usr/bin/env python
import RPi.GPIO as GPIO
import time

ENB = 18  #使能信号
INC = 23  #信号输入1
IND = 24  #信号输入2

GPIO.setwarnings(False)  #关闭警告信息

def setup(enable_pin,in1_pin,in2_pin):
    '''初始化引脚'''
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setup(enable_pin, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(in1_pin, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(in2_pin, GPIO.OUT)
    
def pwm(enable_pin): 
    '''初始化PWM（脉宽调制）'''   
    pwm = GPIO.PWM(enable_pin, 500)
    pwm.start(0)
    return pwm

def changespeed(pwm,speed):
    '''通过改变占空比改变马达转速'''
    pwm.ChangeDutyCycle(speed)
    
def clockwise(in1_pin,in2_pin):
    '''马达顺时针转的信号'''
    GPIO.output(in1_pin, 1)    
    GPIO.output(in2_pin, 0)
 
def counter_clockwise(in1_pin,in2_pin):
    '''马达逆时针转的信号'''
    GPIO.output(in1_pin, 0)
    GPIO.output(in2_pin, 1)
    
def brake(pwm,in1_pin,in2_pin):
    '''马达制动的信号'''
    GPIO.output(in1_pin, 0)
    GPIO.output(in2_pin, 0)
    changespeed(pwm,100) 
    #使能信号为高电平，IN1和IN2都为0或1时马达制动

def loop():
    while True:
        '''通过输入的命令改变马达转动'''
        cmd = input("Command, f/r/b 0..9, E.g. f5 :")
        direction = cmd[0]
        if direction == "f":
            clockwise(INC,IND)
        if direction == "r":
            counter_clockwise(INC,IND)
        if direction == "b": #刹车制动，
            brake(ENB_pwm,INC,IND)
            continue
            
        speed = int(cmd[1]) * 10 #通过输入0~9的数字更改占空比0~90%
        changespeed(ENB_pwm,speed)

def destroy():
    ENB_pwm.stop()
    GPIO.cleanup()                     # Release resource

if __name__ == '__main__':     # Program start from here
    
    try:
        setup(ENB,INC,IND) #初始化引脚
        ENB_pwm=pwm(ENB)   #初始化PWM
        loop()
    except KeyboardInterrupt:  # When 'Ctrl+C' is pressed
        destroy()
    finally:
        destroy()

  实验结果示例：