树莓派小车————基本运动篇

在完成小车每一个小功能时，第一步要了解原理和电路连接方式。之后才能开始编码控制。这一篇就来讲解小车的基本运动功能，即前进、后退、左转、右转、停止。（当然你也可以自己添加，左后转和右后转）

• 该部分用到的硬件模块：步进电机、橡胶轮、L298N电机驱动板、树莓派、12V的锂电池组、杜邦线若干。
• 电路连接

1. 焊接电机上的线
   这部分焊接比较简单，如果你买的步进电机上的线已经连接好，就不需要焊接。如果没有焊接线，找两根颜色不一样的线焊接上就行，最好是红色和黑色，因为两根线代表正负极。
   往电机的两个铜片孔中焊接正负极线时，可能有人会讲正极哪个孔，负极哪个孔，我发现其实没关系，因为在接L298N端口时，正负极接反了也没关系，不会烧坏电机或者L298N。可能就是你写的代码让轮子正转，它却反转。所以你可以通过自己尝试，如果不对，修改代码或者接线都可以。
2. L298N和电机、树莓派的连接
   这部分连接可以用一个L298N控制四个电机，也可以用两个控制四个，为了方便和节约硬件，选择一个控制四个。
   通过下面的电路连接示意图你就可以明白怎么连接了。
   
   先观察你手中的L298N，可以看到有四个OUT端口和四个IN端口，顾名思义，IN就是接受外面传来的信号，OUT就是将接受到的信号传送出去。即：接受树莓派的信号，传达给了电机。
   （1）像上图中的电路连接一样，你只需要将四个电机的正负极连接到OUT端口。每一边接两个电机（上图中的连接方式应该一眼就懂，不做多余解释）。
   （2）在连接L298N和树莓派时，你需要先了解树莓派的编码方式，每个引脚都代表什么，当然不用背，下面给你一张图。
   
   通过上图你可以看到三种编码格式，我建议用BOARD模式，因为这就是物理模式，从1开始往下数就行。
   （3）L298N四个IN口和树莓派连接时，必须连接树莓派的GPIO口，在图中我选择的是BOARD模式中的11、12、13、15。这几个都是GPIO口。当然你在设计时可以选择其他的GPIO口，这并不是固定的，在代码中定义时，保证正确就行。
   （4）L298N的+5V和树莓派的+5V连接，2号或者4号引脚。
3. 电源和L298N的连接
   这部分也很简单，就是将锂电池的正极和L298N的+12V口连接，负极和GND连接。
4. PWM调速功能的连接
   
   （1）图中圈出来的部分就是调速端，新的L298N这部分是有跳线帽连接着的，你需要拔掉上面的跳线帽，不然就默认是最快的速度。
   （2）每个调速端是有两个引脚的，靠外的引脚是连接GPIO口的，所以你只需要用两根线将靠外的两个引脚和树莓派的两个GPIO口连接（同理你可以选择任何两个没被占用的GPIO口）。

• L298N控制步进电机的原理：
  
  从上图中可以看出，通过改变IN1，IN2，IN3，IN4四个输入口的电平信号就可以控制电机的正反转，IN1，IN2两个输入口用来控制左边的电机，IN3，IN4用来控制右边的电机。所以我们可以改变电平的高低控制小车前进，后退，左转，右转以及停止。
• 代码

#coding=utf-8
import RPi.GPIO as GPIO
import time
#定义电机模块的GPIO口
PWMA=18 #调速端A(左)
IN1=11 
IN2=12 
PWMB=16 #调速端B(右)
IN3=13 
IN4=15 
def init():
    #设置解除警告
    GPIO.setwarnings(False)
    #设置引脚模式为物理模式
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
    #对四个电机进行初始化,将引脚设置为输出
    GPIO.setup(IN1,GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN2,GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN3,GPIO.OUT)
    GPIO.setup(IN4,GPIO.OUT)
    #调速端的初始化
    GPIO.setup(PWMA,GPIO.OUT)
    GPIO.setup(PWMB,GPIO.OUT)
 
#根据上面的控制原理，我们通过控制每个引脚的电平信号，来控制小车的转向
#让小车前进
def turn_up(speed,t_time):   #定义两个参数，一个是速度，一个是时间
    L_Motor.ChangeDutyCycle(speed) #设置占空比，控制速度，speed的取值范围0-100，原理是控制电源通断的时间占比
    GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)

    R_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
    GPIO.output(IN3,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)
    time.sleep(t_time)
    
 #让小车后退
def turn_back(speed,t_time):
    L_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
    GPIO.output(IN1,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN2,GPIO.HIGH)

    R_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
    GPIO.output(IN3,GPIO.LOW)
    GPIO.output(IN4,GPIO.HIGH)
    time.sleep(t_time)

#让小车向左转
def turn_left(speed,t_time):
    L_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
    GPIO.output(IN1,False)
    GPIO.output(IN2,False)

    R_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
    GPIO.output(IN3,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN4,GPIO.LOW)
    time.sleep(t_time)

#让小车向右转
def turn_right(speed,t_time):
    L_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
    GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(IN2,GPIO.LOW)

    R_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
    GPIO.output(IN3,False)
    GPIO.output(IN4,False)
    time.sleep(t_time)

#让小车停止
def car_stop():
    L_Motor.ChangeDutyCycle(0)
    GPIO.output(IN1,False)
    GPIO.output(IN2,False)

    L_Motor.ChangeDutyCycle(0)
    GPIO.output(IN3,False)
    GPIO.output(IN4,False)
#主函数
if __name__=="__main__":
    init()
    L_Motor=GPIO.PWM(PWMA,100)
    L_Motor.start(0)
    R_Motor=GPIO.PWM(PWMB,100)
    R_Motor.start(0)
    try:
        turn_up(20,2) #测试前进
    except KeyboardInterrupt:
        GPIO.cleanup()      #清除GPIO占用