第6節 直流馬達

馬達是我們經常使用到的電動裝置，它可以將電能轉化成動能，驅動其他東西的運動。聽起來很抽象，舉幾個例子吧。

我們小時候玩的四驅車，帶動輪子轉動的那個小裝置就是馬達；夏天讓風扇旋轉帶給我們涼意，也是馬達的功勞。

根據使用電源的不同，可以將馬達分成直流馬達和交流馬達。我們做智慧硬體使用的基本都是直流馬達，通過馬達來驅動外接裝置運動。

6.1 工作原理

將電能轉化成動能的物理原理，我們在中學已經學過，這裡利用了兩個原理：電磁感應和磁鐵的同性相斥異性相吸。

1. 將一根磁棒放在金屬罩中間，兩端懸上一個金屬柱子，金屬柱子上面有線圈；
2. 當線圈通過電流的時候，就能產生磁場，磁棒根據極性改變位置；
3. 改變電流方向，線圈磁場方向發生調換，磁棒再次根據極性改變位置；
4. 如此往復，磁棒就旋轉了起來。

一個馬達的外形大致如此，

馬達加上一些結構，與輪胎結合起來就成了輪子

它有兩個接線的地方，一處接正極，另一處就接負極，

1. 在不超過極限電壓的情況下，對馬達施加的電壓越大，馬達就轉動的越快；
2. 調轉正負極的連線順序，馬達的旋轉方向也發生調轉；

6.2 連線方式

馬達的正負極不能直接連線到Arduino開發板的引腳上，必須使用一個轉換電路。否則馬達在轉動的過程中可能會產生強大的電流，擊穿開發板上的元器件。

為此，可以使用專門的馬達擴充套件板，來連線使用馬達，

也可以使用集成了轉換電路的馬達模組，例如風扇馬達模組，

在此我們選用集成了轉換電路的風扇馬達模組來講解。

該模組有4個引腳，

因為要調整直流馬達的轉動速度，INA與INB最好接到具有PWM功能的介面上，通過設定該引腳的級數數，來調節馬達的轉速。這裡，我們將INA連線到D9，INB連線到D8，

6.3 程式碼設計

首先要初始化INA與INB連線的介面，讓Arduino開發板擁有向它們輸出的能力，

//INA使用具有PWM功能的D9引腳
int INA = 9;
//INB使用具有PWM功能的D8引腳
int INB = 8;

void setup() {
    //設定引腳為輸出
    pinMode(INA, OUTPUT);
    pinMode(INB, OUTPUT);
}

將INA引腳設定成低電平LOW，改變INB引腳的值，來達到控制馬達轉速的效果，

void setup() {
    //設定引腳為輸出
    pinMode(INA, OUTPUT);
    pinMode(INB, OUTPUT);
    digitalWrite(INA, LOW);
}

void loop() {
    //從0級到100級
    for(int level = 0 ; level < 100+1; level++)
    {
        //調整INB上的電壓級數，達到改變風扇轉速的效果
        analogWrite(INB, level);
        delay(100);
    }
}

這裡將調整的級數，調整在了0～100。理論上可以調整的級數應該是0～255級。但是由於馬達電流負載的原因，設定到高階數時，例如245級，會讓開發板過載。因此可以把最大級數設定的稍微小一點，例如230級，

int INA = 9;
int INB = 8;

int START_LEVEL = 0;
int END_LEVEL = 230;

void setup() {
  pinMode(INA, OUTPUT);
  pinMode(INB, OUTPUT);
  digitalWrite(INA, LOW);
}

void loop() {

    //從9級慢慢加速到230級
    for(int level = START_LEVEL ; level < END_LEVEL+1; level++)
    {
        analogWrite(INB, level);
        delay(100);
    }

    //從230級慢慢減速到0級
    for(int level = END_LEVEL; level > START_LEVEL ; level--)
    {
        analogWrite(INB, level);
        delay(100);
    }
}

6.4 結果觀察

馬達開始緩慢的旋轉，越轉越快；達到最快轉速時，又開始減速，直到停止；整個過程周而復始。

6.5 馬達的反轉

如果想修改馬達旋轉的方向，可以將INB設定為低電平LOW，改變INA引腳的值，

int INA = 9;
int INB = 8;

int START_LEVEL = 0;
int END_LEVEL = 230;

void setup() {
  pinMode(INA, OUTPUT);
  pinMode(INB, OUTPUT);
}

void loop() {
    //朝著一個方向旋轉，先加速，再減速
    //INA設定為LOW
    digitalWrite(INA, LOW);
    for(int level = START_LEVEL ; level < END_LEVEL+1; level++)
    {
        //改寫INB的級數
        analogWrite(INB, level);
        delay(100);
    }
    for(int level = END_LEVEL; level > START_LEVEL ; level--)
    {
        //改寫INB的級數
        analogWrite(INB, level);
        delay(100);
    }

    //朝著另一個方向旋轉，先加速，再減速
    //INB設定為LOW
    digitalWrite(INB, LOW);
    for(int level = START_LEVEL ; level < END_LEVEL+1; level++)
    {
        //改寫INA的級數
        analogWrite(INA, level);
        delay(100);
    }
    for(int level = END_LEVEL; level > START_LEVEL ; level--)
    {
        //改寫INA的級數
        analogWrite(INA, level);
        delay(100);
    }
}

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