直流电机的原理及驱动

直流电机的原理

在了解直流电机工作原理之前，先复习一下高中几个物理知识

第一.左手定则

通电导线处于磁场中时，所受安培力 F (或运动)的方向、磁感应强度B的方向 以及通电导体棒的电流I三者方向之间的关系的定律。
简而言之，让磁感线穿过手掌正面，手指方向为电流方向，大拇指方向为产生磁力的方向

第二.右手定则

右手定则，是产生感生电动势，也是发电机的原理
让磁感线穿过掌心，大拇指方向为运动方向，手指方向为产生的电动势方向。

直流电机工作原理

直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。

直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。

直流电机的种类

转子和定子的概念在步进电机里已经有了很详细的阐述，传送门

有刷电机

有刷电机，顾名思义，就是有刷子，主要作用就是让中间的转子与电源有电气连接，还可以转动
为了让两者之间既有接触，能导电；又有转动，实现电流的变相，一般的常见做法是在碳刷加一个弹簧。这样，换向器与碳刷便有了频繁的摩擦。所以碳刷很容易磨损，必须经常进行更换。并且磨损掉的碳渣渣在电机里面形成了积碳，需要经常清理。

早期电机都是有刷电机，后来为了解决磨损，有了无刷电机

无刷电机

无刷电机的解决思路就是让磁铁转动
分两种外转子和内转子

图左为内转子，图右为外转子

空心杯

空心杯和传统电机不同，采用的是无铁芯转子，也叫空心杯型转子。也分有刷和无刷

直流减速电机

了解了直流电机原理和种类之后，开始学习直流减速的电机的驱动
直流减速电机相比较直流电机加了减速器

减速器

一般直流电机的转速都是一分钟几千上万转的，所以一般需要安装减速器。减速器是一种相对精密的机械零件，使用它的目的是降低转速，增加转矩。减速后的直流电机力矩增大、可控性更强。按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器。

齿轮减速器体积较小，传递扭矩大，但是有一定的回程间隙。
蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。
行星减速器其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大，但价格略贵。

常用的是下面这个多级齿轮电机

驱动很简单，只要正负极加电压就行了

减速电机驱动器

常用的有L298N,TB6612FNG
这里我用的是tb6612fng
datasheet下载地址

TB6612FNG is a driver IC for DC motor with output transistor in LD MOS
structure with low ON-resistor. Two input signals, IN1 and IN2, can
choose one of four modes such as CW, CCW, short brake, and stop mode.

TB6612FNG是直流电机的驱动器IC，输出晶体管采用LD MOS结构，具有低导通电阻。两个输入信号IN1
和IN2，可以选择四种模式中的一种，如CW，CCW，短制动和停止模式。

特征
·电源电压：VM = 15V（最大值）
·输出电流：IoUT = 1.2 A（ave）/3.2 A（峰值）
·输出低导通电阻：0.5Q（上限+下限典型值@VM≥5V）
·待机（省电）系统
·CW / CCW /短制动/停止功能模式
·内置热关断电路和低压检测电路
·小面积封装（SSOP24：0.65 mm引脚间距）

几个参数



VM:如上图，电机供电,范围2.5-13.5v
VCC:芯片供电,范围2.7-5.5v
GND接地
AIN1,AIN2:电机方向控制，接单片机
BIN1,BIN2同A
PWMA,PWMB：电机调速控制，接单片机
AO1AO2:接电机的正负
BO1,BO2:同A

51版验证程序

#include<reg52.h>

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned long u32;

u8 TR0H;
u8 TR0L;
bit flag_1s=0;

u32 PeriodCnt = 0;
u8 HighRH = 0;
u8 HighRL = 0;
u8 LowRH = 0;
u8 LowRL = 0;
u8 T1RH = 0;
u8 T1RL = 0;

sbit AIN1=P0^2;//AIN1引脚定义
sbit AIN2=P0^1;//AIN2引脚定义
sbit PWMA=P0^0;//PWM输出引脚定义



void ConfigPWM(u16 fr, u8 dc);//配置PWM，fr频率，dc占空比
void ConfigTimer1(u8 ms);
void MotorForward()
{
	 AIN1=1;
	 AIN2=0;
}

void MotorReverse()
{
	 AIN1=0;
	 AIN2=1;
}
////延时程序 11.0592mhz
/oid delayms(u16 t)
//{
//	u16 i,j;
//	for(i=t;i>0;i--)
//		for(j=114;j>0;j--);
//}
void main()
{
	

//	ConfigTimer1(100);
	MotorReverse();
	ConfigPWM(100,80);//pwn配置
	EA = 1;//打开总中断
	
	
	while(1)
	{
//		if(flag_1s==1)
//		{
//			flag_1s=0;
//			if(DIR)
//			{
//				DIR=0;
//			}
//			else
//			{
//				DIR=1;
//			}
//		}
	}
	
	

}

void ConfigTimer1(u8 ms)
{
	u32 temp;

	temp=11059200/12;
	temp=(temp*ms)/1000;
	temp=65535-temp;
	TR0H=(u8)(temp>>8);
	TR0L=(u8)temp;
	TMOD&=0XF0;
	TMOD|=0x10;
	TH1=TR0H;
	TL1=TR0L;
	ET1=1;
	TR1=1;


}
//pwm配置程序
void ConfigPWM(u16 fr, u8 dc)
{
    u16 high, low;

    PeriodCnt = (11059200/12)/fr;
    high = (PeriodCnt*dc)/100;
    low = PeriodCnt - high;
    high = 65536 - high;
    low = 65536 - low;
    HighRH = (u8)(high>>8);
    HighRL = (u8)high;
    LowRH = (u8)(low>>8);
    LowRL = (u8)low;

    TMOD &= 0xF0;
    TMOD |= 0x01;
    TH0 = HighRH;
    TL0 = HighRL;
    ET0 = 1;
    TR0 = 1;
    PWMA = 1; 
}

//pwm中断程序
void InterruptTimer0() interrupt 1
{
    if(PWMA == 1)
    {
        TH0 = LowRH;
        TL0 = LowRL;
        PWMA = 0;
    }
    else
    {
        TH0 = HighRH;
        TL0 = HighRL;
        PWMA = 1;
    }
}

void Timer1()interrupt 3
{
	static u8 times=0;

	TH1=TR0H;
	TL1=TR0L;
	times++;
	if(times>200)
	{
		times=0;
		flag_1s=1;
	}
}

验证完成