Arduino 直流电机

17 Mar 2025 | 6 分钟阅读

直流电机被认为是最简单的电机，它有广泛的应用，从家用电器到工业。例如，汽车上的电动车窗、电动汽车、电梯等。

直流电机的工作原理基于电磁感应。这意味着电机的旋转取决于磁场产生的力。它将电能转化为机械能。这种电机可以通过直流电供电。

让我们讨论一下直流电机是如何工作的。

直流电机的工作原理

直流电机由定子、转子、电枢和换向器组成。换向器带有电刷。定子中有两个固定磁铁，负责产生磁场。

直流电机中的电枢承载交流电。电枢将电能转化为机械能，以扭矩的形式。它进一步通过轴传递这种机械能。

换向器被定义为电子开关。它还可以反转外部电路和电机之间的电流方向。电刷充当外部电源和旋转线圈之间的中间体。

中心铁芯用绝缘导线缠绕，当电流通过导线时，它会集中磁场。绝缘导线的绕组在电机铁芯周围有很多圈。

导线末端连接到换向器。换向器进一步为电枢线圈供电，并通过电刷连接电源和旋转线圈。

直流电机的优点

使用直流电机的优点如下

成本低
易于电机速度控制
高可靠性
维护量少
高启动转矩
启动速度快
速度可变
无谐波

直流电机如下图所示

让我们从项目开始。

我们将讨论直流电机的两个项目。

项目 1

在这里，我们将讨论使用二极管、晶体管和电阻器将直流电机与 Arduino 板的简单连接。

所需硬件

项目中需要的组件如下

Arduino UNO R3 板
面包板
一个 2.2K 欧姆的电阻器
晶体管 (NPN)
二极管
直流电机
跳线

项目的结构

该项目的结构如下所示

Sketch

请看下面的代码

int PinOFmotor = 10; 
// PIN 10 of the Arduino is initialized to the variable
// the pin must be a PWM pin
void setup() 
{
 pinMode(PinOFmotor, OUTPUT);
}
void loop() 
{
 digitalWrite(PinOFmotor, HIGH);
 delay(1000); 
 digitalWrite(PinOFmotor, LOW);
 delay(1000);
}

将代码上传到板的步骤

步骤如下

打开 Arduino IDE。
从“工具” ->“开发板” ->“Arduino UNO”中选择电路板的类型。
从工具 -> 端口 -> COM 中选择端口。
将上述草图上传到连接图。

关系

设置连接的步骤如下

将电阻器的一端连接到 Arduino 板的引脚 10 (PWM)。
将电阻器的另一端连接到晶体管的中间引脚。
将晶体管的一个端子连接到 Arduino 的 GND 引脚，另一个端子连接到二极管。
将二极管的带条纹的一端连接到 Arduino 板的 5V 引脚。
将直流电机的一个端子连接到二极管的带条纹的一端。
将直流电机的另一个端子连接到二极管的另一端。

连接图

我们将使用模拟器显示连接，以便连接更清晰、更精确。

我们可以使用硬件设备进行相同的连接。

连接完成后，电机将旋转。

项目 2

在这里，我们将讨论使用 L293D H 桥电机驱动器将直流减速电机与 Arduino 板的连接。

让我们讨论一下使用 L293D H 桥电机驱动器与直流电机的必要性。

L293被定义为电机驱动器 IC，允许直流电机在任何方向上驱动。它还可以同时控制两个直流电机。它是一个 16 针集成电路 (IC)。

它从 Arduino 板上的微处理器接收信号，并将该信号传输到电机。它有两个 VCC 或电压引脚，其中一个引脚为其工作提供电流，另一个用于为直流电机提供电压。

电机通常需要高电流才能运行。我们可以使用 Arduino 上的微控制器，但高电流可能会损坏微控制器。为了克服这个问题，使用了电机驱动器。

L293D 是用于驱动直流电机最流行的电机驱动器之一。它可以运行高达 1 安培电流负载的直流电机。

L293D 驱动器上的四个输出使其适合驱动 4 线步进电机。我们也可以使用 L293D 驱动器驱动舵机。

L293D引脚图

L293D的引脚图如下所示

所需硬件

项目中需要的组件如下

Arduino UNO R3 板
面包板
直流减速电机
可调 30V 电源
跳线
L293D H 桥电机驱动器

Sketch

请看下面的代码

#define MOTOR_1  11 
// PWM pin 11 
#define MOTOR_A     10
// PWM pin 10 
// we can also connect it to the other PWM pins of the Arduino
#define MOTOR_B     8
// digital I/O pin 
 
#define slow 64
#define normal 128
#define fast 255
 
int Speed; // initialization of speed variable

 // created functions
void Forward_Rev(void)
{
  analogWrite(MOTOR_1, Speed);
  digitalWrite(MOTOR_A, HIGH);
  digitalWrite(MOTOR_B, LOW);
}
void Backward_Rev(void)
{
  analogWrite(MOTOR_1, Speed);
  digitalWrite(MOTOR_A, LOW);
  digitalWrite(MOTOR_B, HIGH);
}
 
void Forward_ramp_up(void)
{
  digitalWrite(MOTOR_A, HIGH);
  digitalWrite(MOTOR_B, LOW);
  for (int i=0; i<255; i++) // loop started
    //value set from 0 to 255
  { 
    analogWrite(MOTOR_A, i); 
    delay(15); // delay time in milliseconds
  } 
} 
void Forward_ramp_down(void)
{ 
  digitalWrite(MOTOR_A, HIGH);
  digitalWrite(MOTOR_B, LOW); 
  
  for (int i=255; i>=0; i--) // loop set in reverse direction
   // value set from 255 to 0 (reverse)
  {
    analogWrite(MOTOR_A, i);
    delay(15);
  }
}
 // same statement but within different function
void Backward_ramp_up(void)
{
  digitalWrite(MOTOR_A, LOW);
  digitalWrite(MOTOR_B, HIGH);
  for (int i=0; i<255; i++) 
  { analogWrite(MOTOR_A, i); 
   delay(15); 
   // we can modify the delay time as per the requirements
  } 
} 
void Backward_ramp_down(void)
{ 
  digitalWrite(MOTOR_A, LOW);
  digitalWrite(MOTOR_B, HIGH); 
  
  for (int i=255; i>=0; i--) 
  {
    analogWrite(MOTOR_A, i);
    delay(15);
  }
}
 
void Brake(void)
{
  digitalWrite(MOTOR_A, HIGH);
  digitalWrite(MOTOR_B, HIGH);
}
 
void setup() 
{
  
  Serial.begin(9600); // bps rate of 9600
  Serial.println("DC motor test using L293D");
 
  pinMode(MOTOR_1, OUTPUT);
  pinMode(MOTOR_A, OUTPUT);
  pinMode(MOTOR_B, OUTPUT);
}
 
void loop() 
{
 
  Speed=slow; // Slow Speed
  // we can modify the value as fast, slow, and normal depending on the required speed
  //the motor will revolve according to the specified speed
  // for example, fast will cause it to move at fast speed
  // we can also add more parameters using #define
 
  Forward_Rev(); 
  delay(1000);
  Brake();
  delay(500);
  Backward_Rev(); 
  delay(1000);
  Brake();
  delay(500);
  Forward_ramp_up();
  Forward_ramp_down();
  Backward_ramp_up();
  Backward_ramp_down();
  // the statement inside the functions will run again and again
  // the motor will revolve in forward and backward direction
}

关系

设置连接的步骤如下

将电源的红色端子连接到 L293D 的 VCC。
将电源的黑色端子连接到 L293D 的 GND。
将电机的两个端子连接到 L293D 驱动器的输出引脚 1 和 2。
将 L293D 的输入引脚 2 连接到 Arduino 板的数字引脚 8。
将使能引脚 1 和输入 1 连接到 Arduino 板的 PWM 引脚 10 和 11。
将 L293D 驱动器的 VCC 连接到 Arduino 板的 5V 引脚。
将 L293D 驱动器的 GND 连接到 Arduino 板的 GND 引脚。

连接图

我们将使用模拟器显示连接，以便连接更清晰、更精确。

我们可以使用硬件设备进行相同的连接。

速度的“慢”模式将导致电机以慢速旋转。我们也可以将模式更改为快速或正常，如代码中所述。

我们也可以根据我们的要求向代码添加更多速度参数。

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