第6章 直流电机实验

第六章 直流电机实验

1. 直流电机介绍

直流电机是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机） 或将机械能转换成直流电能（直流发电机） 的旋转电机。

直流电机没有正负之分， 在两端加上直流电就能工作。 开发板配置的直流电机为 5V 直流电机， 如下：

其内部结构如下图所示：

要让直流电机旋转， 直接使用 ESP32 的 GPIO 连接肯定是不行的， 需要借助驱动模块， 比如板载的 ULN2003 模块。 它可以让 ESP32 的 GPIO 提供很小的电流就能驱动大电流的设备。

ULN2003 使用非常简单， 可以简单理解为一个非门， 即输入为高电平， 输出则为低电平， 输入为低电平， 输出则为高组态。 ULN2003 结构图如下：

从图中可知， 1B 输入对应 1C 输出， 2B 输入对应 2C 输出， 因此类推。 注意：因为 ULN2003 的输出是集电极开路， ULN2003 要输出高电平， 必须在输出口外接上拉电阻。 这也就能解释在后面连接直流电机时为什么不能直接将 ULN2003 的 2个输出口接电机线， 而必须一根线接电源， 另一个才接 ULN2003 输出口。

2. 硬件设计

本实验使用到硬件资源如下：

• ULN2003模块

• ESP32 GPIO

• 5V直流电机

ULN2003模块电路如下所示：

由图可知， J3 端子的 MOTOR_IN1-MOTORIN_4 脚为 ULN2003 控制端， J5 端子为 ULN2003 的输出端， 本实验直流电机的一脚接在 J5 端子的 VCC5， 另一脚接在J5 端子的 OUT1。 要使直流电机旋转， 只需给 MOTOR_IN1 脚输出高电平， 如输出低电平， 则电机停止。 因此可使用导线将 ESP32 的 IO 口与 MOTOR_IN1 脚连接。

本章实验使用 ESP32 的 IO15 引脚， 接线如下所示：

3. 软件设计

from machine import Pin
import time

# 定义直流电机控制对象
motor = Pin(15, Pin.OUT, Pin.PULL_DOWN) # 定义引脚15为输出模式，并下拉电阻

# 主函数
if __name__ == '__main__':
    motor.value(1) # 初始状态开启
    time.sleep(10) # 持续10秒
    motor.value(0) # 关闭电机
    while True:
        pass # 程序阻塞，等待用户输入

在配置 IO 上下拉时， 为了初始状态让电机停止， 此时配置为下拉， 即 ULN2003输入为低， 输出则为高组态， 电机停止。

在 Python 中， pass 是一个空语句， 为了保持程序结构的完整性。 一般情况下， pass 不做任何事情， 被用做占位符。

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2024.8.21 第一次修订，后期不再维护