【STM32 .Net MF开发板学习-13】用PWM驱动智能小车

这段时间一直忙着开发基于.NET Micro Framwork系统的远程医疗系统（参见：http://space.cnblogs.com/group/topic/41835/），所以隔了近一个礼拜的时间，才有精力继续研究PWM驱动智能小车的问题。

以前对步进电机和直流电机的控制了解不深，以为仅对步进电机而言，才能进行PWM控制，及到购买相关的驱动板和步进电机后，才发现由于驱动板的原因，控制步进电机的方向、速度只能通过IO控制，相关内容请参见我以前写的博文《步进电机控制（非PWM模式）》。

在介绍具体的控制代码之前，为了便于更深入的了解PWM控制直流电机的机制，我们先粗略了解一下H桥驱动直流电机的原理。

    

   

    （1）、H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机；

（2）、导通Q1和Q4，电流从Q1经电机流到Q4，电机顺时针转动；

（3）、导通Q3和Q2，电流从Q3经电机流到Q2，电机逆时针转动；

（4）、电流的大小，决定了电机的转速，通过PWM的占空比（电流通断比）来决定电流的大小，从而间接控制了电机的转速。

当然为了提高驱动能力三级管会换为MOS管，不过其原理都是一样的。但是实际使用的时候，用分立元件制作H桥是很麻烦的，现在都是采用封装了H桥的集成电路芯片，如比较常用芯片有L293B、L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。

更多关于H桥的相关知识，请参见如下文章：

（1）、《关于直流电机 H 桥驱动方案的选择》

（2）、《H桥及直流电机驱动电路详述文档信息》

    （3）、《直流电机的PWM冲调速控制技术》

    我们目前所选用的四路直流电机驱动器，其核心芯片就是L293B芯片，每个芯片集成了两个H桥电路，可以同时控制两路直流电机。

   

L293B芯片的原理图如上图所示，内含两路H桥，四路输入，两路方向控制，两路PWM控制。

实际应用发现，让直流电机正反转有如下组合控制（仅以A路示例）

（1）、A 向 高电平输入 PWMA 输入PWM方波  直流电机正向旋转

（2）、A向   低电平输入 PWMA 输入PWM方波  直流电机反向旋转

（3）、A向和PWMA交换，A向输入PWM方波，PWMA保持高电平或低电平

不同的组合，不同的控制方式，则直流电机的运转方向不同，并且有的组合PWM占空比高，反而转速低，而有的就是占空比高，则转速也高。

 

和红牛开发板的具体接线如下：

M1_S – PA6   (TIM3_CN1)

M1_D – PA4

M2_S – PA7   (TIM3_CN2)

M2_D – PA5

智能小车，我们选用相对低价，且比较容易安装红牛开发板的小车底盘，共有两种组装方案，如下图所示，我比较倾向推荐第二种组装方案。

 

（1）、小车底盘散件；

（2）、安装后的小车；

（3）、.NET Micro Framework开发板固定到小车底盘上（蓝色区为安装固定位置）

（4）、不用小车上层板，直接用铜轴固定开发板；

驱动板供电，可以直接选择9V的电池，不过开发板也需要另行购买5V左右的电池。此外也可以购买6节普通的5号充电电池（3节给开发板供电，3+3节给驱动板供电），通过电池盒给驱动板和开发板供电。

由于底层我已经封装了PWM驱动库，所以用C#开发小车的控制代码，将非常的容易，本示例的代码如下：

public static void Main()

     {

           PWM pwm = new PWM(PWM.Timer.T3, 1000, 100);

            OutputPort Lc = new OutputPort((Cpu.Pin)GPIO_NAMES.PA4, false);

            pwm.Start(PWM.Channels.CH1, 50, PWM.Mode.PWM1); //PA6

            OutputPort Rc = new OutputPort((Cpu.Pin)GPIO_NAMES.PA5, false);

            pwm.Start(PWM.Channels.CH2, 90, PWM.Mode.PWM1); //PA7

            while (true)

            {

                Thread.Sleep(1000);

            }

 }

我们选用Timer3进行PWM输出，查看开发板原理图，Timer3的第一路PWM输出的管脚为PA6，第二路为PA7，我们选择PA4和PA5作为方向控制。

函数简介：

（1）、PWM声明

public PWM(PWM.Timer timer, uint f, ushort count);

timer – 芯片时钟，可选Timer2，Timer3，Timer4，Timer5；

f – PWM输出频率，一般建议1000以上，不过几百也可以，网友可以自行测试。

Count – 计数（可看成占空比的分母）

（2）、PWM开始输出

     public int Start(PWM.Channels ch, ushort dutyCycle, PWM.Mode mode);

 ch – PWM通道，可有四路通道

 dutyCycle – 可看成占空比的分子

 mode – pwm输出方式，可以是方波，也可以强制为高或低；

（3）、PWM停止输出

 public int Stop(PWM.Channels ch);

  

      

   （运行时的截图）   

     小车的运行视频：http://video.sina.com.cn/v/b/37930017-1804832611.html

  

由于目前还没有考虑添加遥控设备，所以我们只能先让智能小车进行转圈了，后续文章我会考虑添加无线控制设备，使我们可以远程控制小车的行进及快慢。

 

附：网友写的相关文章《MF控制小车(PWM驱动直流电机)》：

http://blog.csdn.net/fangyuantdy/archive/2010/08/29/5848506.aspx

 

【本文相关模块或组件】

（1）、小车底盘

 http://item.taobao.com/item.htm?id=7218838776

（2）、四路直流电机驱动器

http://item.taobao.com/item.htm?id=7218717808

（3）、.NET Micro Framework开发板

 http://item.taobao.com/item.htm?id=7117999726

（4）、双排阵

http://item.taobao.com/item.htm?id=7167440992

（5）、电池盒

 http://item.taobao.com/item.htm?id=7234239692

 http://item.taobao.com/item.htm?id=7233955466

（6）、电源插头

http://item.taobao.com/item.htm?id=7254102440

（7）、杜邦线

 http://item.taobao.com/item.htm?id=7233742386

 

    此外尤值得一提的是，目前微软官方越来越凸显对.NET Micro Framework的重视，在MSDN微软中文技术论坛专门开辟了.NET Micro Framework栏目。

    Windows Embedded 嵌入式技术论坛链接地址如下：

http://social.msdn.microsoft.com/Forums/zh-CN/category/embeddedtechnologycn

 

   注：需要红牛开发板固件在 V0.9.9以上

本文源码：http://www.sky-walker.com.cn/yefan/MFV40/SourceCode/PWMCar.rar

MF快速参考： .NET Micro Framework 快速入门

MF中文讨论组：http://space.cnblogs.com/group/MFSoft/

微软官方论坛：MSDN微软中文技术论坛(.NET Micro Framework)

开发板简明手册：http://blog.sina.com.cn/s/blog_6b938f630100kh0k.html

【低价开发板】http://item.taobao.com/item.htm?id=7117999726