之前把MPU6050的相關知識了解了一下，可以做到測量歐拉角，在平衡小車的開發中需要測量小車的傾角來調整小車姿態。接下來該學習小車的電機驅動部分了，這里整理一下直流電機、減速器、編碼器以及TB6612FNG的知識，為下一步驅動電機打基礎！

文章目錄

• 一.直流電機
• • 1.定義
  • 2.原理
• 二.TB6612FNG
• • 1.簡介
  • 2.優點
  • 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

一.直流電機

1.定義

直流電機在生活中很常見，比如玩具賽車的馬達就是直流電機，我的平衡小車就采用直流電機驅動。下面是摘抄自百度的直流電機的定義：

直流電機（direct current machine）是指能將直流電能轉換成機械能（直流電動機）或將機械能轉換成直流電能（直流發電機）的旋轉電機。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；

2.原理

決定直流電機轉動方向的是電流的方向；決定直流電機的轉速是電流的大小。
直流電機的原理高中物理就學過，這里再總結一下，下面是直流電機的物理模型：

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，這樣就使線圈轉起來了，當線圈轉至水平面是，換向片互換位置，線圈電流方向改變，又一次循環開始了…
所以，決定電機轉動的就是電刷上電流的大小的方向。

二.TB6612FNG

1.簡介

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

2.優點

有的人喜歡用L298N模塊，相比于L298N，TB6612FNG有很多改進的優點：

• 發熱小，無需散熱片
• 支持高達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動電機

3.使用方法

TB6612FNG可以同時驅動倆路電機，如圖，是TB6612FNG與電機的連接圖：

TB6612FNG直接連接電機線，輸出控制電壓，具體的引腳說明如下：

• VM：接12V電壓（電機的額定電壓）
• VCC：模塊內部邏輯供電，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：單片機輸出PWM信號，占空比：0~100，對應控制輸出電壓，控制電機轉速。一般輸出10KHz的PWM就行
• AIN0/AIN1：連接單片機IO，控制電壓方向，從而控制電機轉動方向
• AO1/AO2：連接電機線，作為TB6612FNG的輸出口

三.減速器

1.作用

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

2.分類

按照傳動級數可以分為：

• 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：
  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：結構緊湊，回程間隙小，精度高，壽命長，而且額定扭矩可以很大，但是，貴！！！

一般國產的減速電機都會搭配齒輪減速器的，我使用的這款減速電機就是。

四.編碼器

1.概述

上面的知識足以驅動電機轉動了，可是要怎么獲取電機的轉速情況或者電機的轉動角度呢？這就用到編碼器了！
編碼器是一種將角位移或者角速度轉換為一連串電數字脈沖的旋轉式傳感器，所以可以用來測量轉動位置和測量速度，從輸出數據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式、磁式、感應式、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）或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。編碼器把角位移或直線位移轉換成電信號，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換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數脈沖，用脈沖的個數表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關，而與測量的中間過程無關

2.原理

下圖是一個編碼器工作的示意圖：

一般在電機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）在電機轉動的過程中對碼盤進行測量，一般安裝倆組光電管，所以測量結果可以輸出倆路AB相的脈沖信號，根據AB的相位差可以判斷電機的轉動方向，根據一定時間脈沖判斷電機轉速。

3.四倍頻技術

通過單片機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，相當于原來測量一個信號的周期內現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），這就使測量結果更加準確。
STM32可以通過自帶的硬件計數來測量。

總結

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知识整理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。