第6节 直流马达

马达是我们经常使用到的电动装置，它可以将电能转化成动能，驱动其他东西的运动。听起来很抽象，举几个例子吧。

我们小时候玩的四驱车，带动轮子转动的那个小装置就是马达；夏天让风扇旋转带给我们凉意，也是马达的功劳。

根据使用电源的不同，可以将马达分成直流马达和交流马达。我们做智能硬件使用的基本都是直流马达，通过马达来驱动外接设备运动。

6.1 工作原理

将电能转化成动能的物理原理，我们在中学已经学过，这里利用了两个原理：电磁感应和磁铁的同性相斥异性相吸。

1. 将一根磁棒放在金属罩中间，两端悬上一个金属柱子，金属柱子上面有线圈；
2. 当线圈通过电流的时候，就能产生磁场，磁棒根据极性改变位置；
3. 改变电流方向，线圈磁场方向发生调换，磁棒再次根据极性改变位置；
4. 如此往复，磁棒就旋转了起来。

一个马达的外形大致如此，

马达加上一些结构，与轮胎结合起来就成了轮子

它有两个接线的地方，一处接正极，另一处就接负极，

1. 在不超过极限电压的情况下，对马达施加的电压越大，马达就转动的越快；
2. 调转正负极的连接顺序，马达的旋转方向也发生调转；

6.2 连接方式

马达的正负极不能直接连接到Arduino开发板的引脚上，必须使用一个转换电路。否则马达在转动的过程中可能会产生强大的电流，击穿开发板上的元器件。

为此，可以使用专门的马达扩展板，来连接使用马达，

也可以使用集成了转换电路的马达模块，例如风扇马达模块，

在此我们选用集成了转换电路的风扇马达模块来讲解。

该模块有4个引脚，

因为要调整直流马达的转动速度，INA与INB最好接到具有PWM功能的接口上，通过设置该引脚的级数数，来调节马达的转速。这里，我们将INA连接到D9，INB连接到D8，

6.3 代码设计

首先要初始化INA与INB连接的接口，让Arduino开发板拥有向它们输出的能力，

//INA使用具有PWM功能的D9引脚
int INA = 9;
//INB使用具有PWM功能的D8引脚
int INB = 8;

void setup() {
    //设置引脚为输出
    pinMode(INA, OUTPUT);
    pinMode(INB, OUTPUT);
}

将INA引脚设置成低电平LOW，改变INB引脚的值，来达到控制马达转速的效果，

void setup() {
    //设置引脚为输出
    pinMode(INA, OUTPUT);
    pinMode(INB, OUTPUT);
    digitalWrite(INA, LOW);
}

void loop() {
    //从0级到100级
    for(int level = 0 ; level < 100+1; level++)
    {
        //调整INB上的电压级数，达到改变风扇转速的效果
        analogWrite(INB, level);
        delay(100);
    }
}

这里将调整的级数，调整在了0～100。理论上可以调整的级数应该是0～255级。但是由于马达电流负载的原因，设置到高级数时，例如245级，会让开发板过载。因此可以把最大级数设置的稍微小一点，例如230级，

int INA = 9;
int INB = 8;

int START_LEVEL = 0;
int END_LEVEL = 230;

void setup() {
  pinMode(INA, OUTPUT);
  pinMode(INB, OUTPUT);
  digitalWrite(INA, LOW);
}

void loop() {

    //从9级慢慢加速到230级
    for(int level = START_LEVEL ; level < END_LEVEL+1; level++)
    {
        analogWrite(INB, level);
        delay(100);
    }

    //从230级慢慢减速到0级
    for(int level = END_LEVEL; level > START_LEVEL ; level--)
    {
        analogWrite(INB, level);
        delay(100);
    }
}

6.4 结果观察

马达开始缓慢的旋转，越转越快；达到最快转速时，又开始减速，直到停止；整个过程周而复始。

6.5 马达的反转

如果想修改马达旋转的方向，可以将INB设置为低电平LOW，改变INA引脚的值，

int INA = 9;
int INB = 8;

int START_LEVEL = 0;
int END_LEVEL = 230;

void setup() {
  pinMode(INA, OUTPUT);
  pinMode(INB, OUTPUT);
}

void loop() {
    //朝着一个方向旋转，先加速，再减速
    //INA设置为LOW
    digitalWrite(INA, LOW);
    for(int level = START_LEVEL ; level < END_LEVEL+1; level++)
    {
        //改写INB的级数
        analogWrite(INB, level);
        delay(100);
    }
    for(int level = END_LEVEL; level > START_LEVEL ; level--)
    {
        //改写INB的级数
        analogWrite(INB, level);
        delay(100);
    }

    //朝着另一个方向旋转，先加速，再减速
    //INB设置为LOW
    digitalWrite(INB, LOW);
    for(int level = START_LEVEL ; level < END_LEVEL+1; level++)
    {
        //改写INA的级数
        analogWrite(INA, level);
        delay(100);
    }
    for(int level = END_LEVEL; level > START_LEVEL ; level--)
    {
        //改写INA的级数
        analogWrite(INA, level);
        delay(100);
    }
}

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