之前把MPU6050的相關(guān)知識了解了一下，可以做到測量歐拉角，在平衡小車的開發(fā)中需要測量小車的傾角來調(diào)整小車姿態(tài)。接下來該學(xué)習(xí)小車的電機(jī)驅(qū)動部分了，這里整理一下直流電機(jī)、減速器、編碼器以及TB6612FNG的知識，為下一步驅(qū)動電機(jī)打基礎(chǔ)！

文章目錄

• 一.直流電機(jī)
• • 1.定義
  • 2.原理
• 二.TB6612FNG
• • 1.簡介
  • 2.優(yōu)點(diǎn)
  • 3.使用方法
• 三.減速器
• • 1.作用
  • 2.分類
• 四.編碼器
• • 1.概述
  • 2.原理
  • 3.四倍頻技術(shù)

一.直流電機(jī)

1.定義

直流電機(jī)在生活中很常見，比如玩具賽車的馬達(dá)就是直流電機(jī)，我的平衡小車就采用直流電機(jī)驅(qū)動。下面是摘抄自百度的直流電機(jī)的定義：

直流電機(jī)（direct current machine）是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（直流電動機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動機(jī)運(yùn)行時是直流電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；

2.原理

決定直流電機(jī)轉(zhuǎn)動方向的是電流的方向；決定直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速是電流的大小。
直流電機(jī)的原理高中物理就學(xué)過，這里再總結(jié)一下，下面是直流電機(jī)的物理模型：

可以分解為5部分：

• 電刷
• 換向片
• 線圈
• 主磁極

由左手定則知道，當(dāng)線圈中通有電流時，上下線圈所受的洛倫茲力相反，這樣就使線圈轉(zhuǎn)起來了，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至水平面是，換向片互換位置，線圈電流方向改變，又一次循環(huán)開始了…
所以，決定電機(jī)轉(zhuǎn)動的就是電刷上電流的大小的方向。

二.TB6612FNG

1.簡介

了解了直流電機(jī)的驅(qū)動原理，可以通過改變電流大小方向來控制直流電機(jī)，可以直接用單片機(jī)的引腳來實現(xiàn)。可是，單片機(jī)IO口帶負(fù)載能力較弱，況且直流電機(jī)是大電流感性負(fù)載，所以我們需要使用功率放大器件，用到了TB6612FNG，其主要參數(shù)如下：
最大輸入電壓：VM=15V
最大輸出電流：1.2A（平均）、3.2A（峰值）
內(nèi)置過熱保護(hù)和低壓檢測電路

2.優(yōu)點(diǎn)

有的人喜歡用L298N模塊，相比于L298N，TB6612FNG有很多改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)：

• 發(fā)熱小，無需散熱片
• 支持高達(dá)100KHz的PWM輸入（L298N是10~20KHz）
• 體積小，外圍電路簡單，只需要外接電源濾波電容就可以直接驅(qū)動電機(jī)

3.使用方法

TB6612FNG可以同時驅(qū)動倆路電機(jī)，如圖，是TB6612FNG與電機(jī)的連接圖：

TB6612FNG直接連接電機(jī)線，輸出控制電壓，具體的引腳說明如下：

• VM：接12V電壓（電機(jī)的額定電壓）
• VCC：模塊內(nèi)部邏輯供電，3.3V或者5V都可
• GND：接地，三個GND有一個接地就行
• STBY：置高，模塊正常工作，一般3.3V或5V即可
• PWMA：單片機(jī)輸出PWM信號，占空比：0~100，對應(yīng)控制輸出電壓，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。一般輸出10KHz的PWM就行
• AIN0/AIN1：連接單片機(jī)IO，控制電壓方向，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)動方向
• AO1/AO2：連接電機(jī)線，作為TB6612FNG的輸出口

三.減速器

1.作用

一般直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速很快，可以達(dá)到每分鐘幾千上萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，但是這樣的轉(zhuǎn)速太快了導(dǎo)致扭矩很小，而且實際中經(jīng)常會用到轉(zhuǎn)速小、扭矩大的電機(jī)，這個時候就要用到減速器了，減速器可以降低轉(zhuǎn)速、提高扭矩。而且減速后的直流電機(jī)力矩增大、可控性增強(qiáng)。

2.分類

按照傳動級數(shù)可以分為：

• 單級減速器
• 多級減速器

按照傳動類型可以分為：

• 齒輪減速器
• 蝸輪蝸桿減速器
• 行星齒輪減速器
  
  各種減速器的特點(diǎn)：
  齒輪減速器：減速箱體積小，傳遞的扭矩大，但是有一定的回程差。
  蝸輪蝸桿減速器：具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，但是一般體積較大、傳動效率不高、精度不高。
  行星齒輪減速器：結(jié)構(gòu)緊湊，回程間隙小，精度高，壽命長，而且額定扭矩可以很大，但是，貴！！！

一般國產(chǎn)的減速電機(jī)都會搭配齒輪減速器的，我使用的這款減速電機(jī)就是。

四.編碼器

1.概述

上面的知識足以驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動了，可是要怎么獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)速情況或者電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度呢？這就用到編碼器了！
編碼器是一種將角位移或者角速度轉(zhuǎn)換為一連串電數(shù)字脈沖的旋轉(zhuǎn)式傳感器，所以可以用來測量轉(zhuǎn)動位置和測量速度，從輸出數(shù)據(jù)類型上可以分為增量式和絕對式，從檢測原理上一般分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式、電容式，常見的是光電編碼器和霍爾編碼器。
下面是百度百科對編碼器的解釋：

編碼器（encoder）是將信號（如比特流）或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種；按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應(yīng)一個確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)

2.原理

下圖是一個編碼器工作的示意圖：

一般在電機(jī)尾部安裝一個光電碼盤（霍爾碼盤），然后使用光電管（霍爾元件）在電機(jī)轉(zhuǎn)動的過程中對碼盤進(jìn)行測量，一般安裝倆組光電管，所以測量結(jié)果可以輸出倆路AB相的脈沖信號，根據(jù)AB的相位差可以判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，根據(jù)一定時間脈沖判斷電機(jī)轉(zhuǎn)速。

3.四倍頻技術(shù)

通過單片機(jī)IO口識別AB相脈沖信號的高低變化，測量AB相的上升沿和下降沿，這樣的話，相當(dāng)于原來測量一個信號的周期內(nèi)現(xiàn)在可以測量四個信號（原來只是測量一個相的上升沿或者下降沿），這就使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。
STM32可以通過自帶的硬件計數(shù)來測量。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的直流电机、减速器、编码器与TB6612FNG知识整理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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