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直流电机的原理

在了解直流电机工作原理之前，先复习一下高中几个物理知识

第一.左手定则

通电导线处于磁场中时，所受安培力 F (或运动)的方向、磁感应强度B的方向 以及通电导体棒的电流I三者方向之间的关系的定律。 简而言之，让磁感线穿过手掌正面，手指方向为电流方向，大拇指方向为产生磁力的方向

第二.右手定则

右手定则，是产生感生电动势，也是发电机的原理 让磁感线穿过掌心，大拇指方向为运动方向，手指方向为产生的电动势方向。

直流电机工作原理

直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。

直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。

直流电机的种类

转子和定子的概念在步进电机里已经有了很详细的阐述，

有刷电机

有刷电机，顾名思义，就是有刷子，主要作用就是让中间的转子与电源有电气连接，还可以转动 为了让两者之间既有接触，能导电；又有转动，实现电流的变相，一般的常见做法是在碳刷加一个弹簧。这样，换向器与碳刷便有了频繁的摩擦。所以碳刷很容易磨损，必须经常进行更换。并且磨损掉的碳渣渣在电机里面形成了积碳，需要经常清理。

早期电机都是有刷电机，后来为了解决磨损，有了无刷电机

无刷电机

无刷电机的解决思路就是让磁铁转动

分两种外转子和内转子

图左为内转子，图右为外转子

空心杯

空心杯和传统电机不同，采用的是无铁芯转子，也叫空心杯型转子。也分有刷和无刷

直流减速电机

了解了直流电机原理和种类之后，开始学习直流减速的电机的驱动

直流减速电机相比较直流电机加了减速器

减速器

一般直流电机的转速都是一分钟几千上万转的，所以一般需要安装减速器。减速器是一种相对精密的机械零件，使用它的目的是降低转速，增加转矩。减速后的直流电机力矩增大、可控性更强。按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器。

齿轮减速器体积较小，传递扭矩大，但是有一定的回程间隙。 蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。 行星减速器其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大，但价格略贵。

常用的是下面这个多级齿轮电机

驱动很简单，只要正负极加电压就行了

减速电机驱动器

常用的有L298N,TB6612FNG

这里我用的是tb6612fng

TB6612FNG is a driver IC for DC motor with output transistor in LD MOS

structure with low ON-resistor. Two input signals, IN1 and IN2, can

choose one of four modes such as CW, CCW, short brake, and stop mode.

TB6612FNG是直流电机的驱动器IC，输出晶体管采用LD MOS结构，具有低导通电阻。两个输入信号IN1

和IN2，可以选择四种模式中的一种，如CW，CCW，短制动和停止模式。

特征

·电源电压：VM = 15V（最大值） ·输出电流：IoUT = 1.2 A（ave）/3.2 A（峰值） ·输出低导通电阻：0.5Q（上限+下限典型值@VM≥5V） ·待机（省电）系统 ·CW / CCW /短制动/停止功能模式 ·内置热关断电路和低压检测电路 ·小面积封装（SSOP24：0.65 mm引脚间距）

几个参数

VM:如上图，电机供电,范围2.5-13.5v VCC:芯片供电,范围2.7-5.5v GND接地 AIN1,AIN2:电机方向控制，接单片机 BIN1,BIN2同A PWMA,PWMB：电机调速控制，接单片机 AO1AO2:接电机的正负 BO1,BO2:同A

51版验证程序

#include
   
    typedef unsigned char u8;typedef unsigned int u16;typedef unsigned long u32;u8 TR0H;u8 TR0L;bit flag_1s=0;u32 PeriodCnt = 0;u8 HighRH = 0;u8 HighRL = 0;u8 LowRH = 0;u8 LowRL = 0;u8 T1RH = 0;u8 T1RL = 0;sbit AIN1=P0^2;//AIN1引脚定义sbit AIN2=P0^1;//AIN2引脚定义sbit PWMA=P0^0;//PWM输出引脚定义void ConfigPWM(u16 fr, u8 dc);//配置PWM，fr频率，dc占空比void ConfigTimer1(u8 ms);void MotorForward(){
   	 AIN1=1;	 AIN2=0;}void MotorReverse(){
   	 AIN1=0;	 AIN2=1;}延时程序 11.0592mhz/oid delayms(u16 t)//{
   //	u16 i,j;//	for(i=t;i>0;i--)//		for(j=114;j>0;j--);//}void main(){
   	//	ConfigTimer1(100);	MotorReverse();	ConfigPWM(100,80);//pwn配置	EA = 1;//打开总中断			while(1)	{
   //		if(flag_1s==1)//		{
   //			flag_1s=0;//			if(DIR)//			{
   //				DIR=0;//			}//			else//			{
   //				DIR=1;//			}//		}	}		}void ConfigTimer1(u8 ms){
   	u32 temp;	temp=11059200/12;	temp=(temp*ms)/1000;	temp=65535-temp;	TR0H=(u8)(temp>>8);	TR0L=(u8)temp;	TMOD&=0XF0;	TMOD|=0x10;	TH1=TR0H;	TL1=TR0L;	ET1=1;	TR1=1;}//pwm配置程序void ConfigPWM(u16 fr, u8 dc){
       u16 high, low;    PeriodCnt = (11059200/12)/fr;    high = (PeriodCnt*dc)/100;    low = PeriodCnt - high;    high = 65536 - high;    low = 65536 - low;    HighRH = (u8)(high>>8);    HighRL = (u8)high;    LowRH = (u8)(low>>8);    LowRL = (u8)low;    TMOD &= 0xF0;    TMOD |= 0x01;    TH0 = HighRH;    TL0 = HighRL;    ET0 = 1;    TR0 = 1;    PWMA = 1; }//pwm中断程序void InterruptTimer0() interrupt 1{
       if(PWMA == 1)    {
           TH0 = LowRH;        TL0 = LowRL;        PWMA = 0;    }    else    {
           TH0 = HighRH;        TL0 = HighRL;        PWMA = 1;    }}void Timer1()interrupt 3{
   	static u8 times=0;	TH1=TR0H;	TL1=TR0L;	times++;	if(times>200)	{
   		times=0;		flag_1s=1;	}}
   

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