【欧时RS x Arduino】03 电机档位控制
# 背景我此次项目是本地手势识别，根据手势识别结果控制风扇开启、关闭、档位（1/2/3总共3个档位）切换。现阶段先在MCU侧把风扇（电机）控制调通。
# 电机驱动模块简介
此次活动我采购的是野火小智TB6612FNG电机驱动模块和直流电机。
TB6612FNG 电机驱动模块是双驱动电机模块，可以控制两个直流电机的正反转和转速，每个驱动有两个逻辑输入引脚、一个PWM输入引脚和两个输出引脚，通过给两个逻辑输入引脚不同的电平来控制电机的正反转，通过PWM输入引脚实现电机调速，STB待机引脚接低电平可以进入低功耗待机模式，内置热关机电路和低电压检测电路。
## 参数特性
- 驱动点点taptap安卓：TB6612FNG
- 逻辑电压范围：2\.7V\~5\.5V
- 驱动电压范围：2\.5V\~13\.5V
- 输出电流：每路最高1\.2A连续驱动电流，启动峰值电流达2A/3\.2A（连续脉冲/单脉冲）
- 工作温度范围：\-20℃\~85℃
- PWM输出频率：最高可达100KHz
- 电机控制模式：正传、反转、制动和停止
## 模块接口
!(//m.qjumbo.com/forum/data/attachment/forum/202611/01/000636ado8rrzrniwdre82.png)
注：
- VM 引脚接入电压由电机额定电压决定，这里举例使用5V
- STBY 引脚可以选用任意GPIO引脚输出高低电平来控制工作/待机状态
## 控制模式
!(//m.qjumbo.com/forum/data/attachment/forum/202611/01/000647kxeylzz012lmcm1l.png)
- IN1和IN2引脚的高低电平状态对应不同的电机正反转状态；
- STBY 引脚在高电平时模块正常工作；低电平时模块待机；
- 通过PWM信号的占空比决定电机的转速（PWM配置的极性是高电平，设置占空比的值越大，电机转速越高；相反，如果PWM配置的极性时低电平，那么设置占空比的值越大，电机转速越低）
## 微型小马达
- 尺寸：20x15x25
- 轴长：8mm
- 轴径：2mm
- 电压：1\~6V
- 参考电流：0\.35A\~0\.4A
- 3V转速：17000\~18000转每分钟
# Uno Q 与电机驱动连接关系
使用通道A控制单个马达
|TB6612FNG 引脚|Uno Q 引脚|说明|
|---|---|---|
|VCC|主板3\.3V|逻辑电源|
|GND|主板 GND|共地|
|VM|独立5V电源|电机电源|
|STBY|MCU数字引脚 D6|使能|
|AIN1|MCU数字引脚 D7|方向，正转|
|AIN2|MCU数字引脚 D8|方向，正转|
|PWMA|MCU PWM 引脚 D9|占空比=转速|
|AO1/AO2|马达两端|输出|
## 实物连接图
下图中，面包板插入一个电源模块，输出5V给电机；电源模块、电机驱动模块和UnoQ共地。并且电机驱动模块的VCC也接在 Uno Q上的 3\.3V。
!(//m.qjumbo.com/forum/data/attachment/forum/202611/01/000659ypt8328nxvfbppn4.png)
# 程序设计
考虑到实际项目中手势识别在Linux侧，根据识别结果设置电机档位，那么主要代码逻辑在 Linux 侧，而 MCU 侧只是执行机构，提供电机服务给Linux侧即可。两者通过Bridge通信。
当前在 python 代码中实现一个风扇档位扫描程序，每隔5秒钟切换档位，如0\-1\-2\-3\-2\-1\-0\-1\-\.\.\.，通过 Bridge 通知 MCU 侧。
MCU 侧即 sketch 代码实现电机驱动，包括启动、停止、档位切换，并且提供 Bridge 服务。
## 流程
!(//m.qjumbo.com/forum/data/attachment/forum/202611/01/000708j8zb8bfem655zuf1.png)
## 关键代码
Linux 侧按照设定间隔往返切换档位
```Python
class FanSweepService:
def __init__(self, fan):
self._fan = fan
self._level = 0
self._direction = 1
self._last_s = None
def tick(self):
now = time.monotonic()
if self._last_s is not None:
if now - self._last_s < FAN_SWEEP_INTERVAL_S:
return
self._fan.set_level(self._level)
self._last_s = now
# 到达最高档或最低档后反向
if self._level == LEVEL_MAX:
self._direction = -1
elif self._level == 0:
self._direction = 1
self._level += self._direction
```
主循环持续调用 tick\(\)，产生 0\-1\-2\-3\-2\-1\-0\.\.\. 的序列，set\_level\(\) 通过 Bridge 下发：
```Python
class FanController:
def set_level(self, level):
level = max(0, min(3, int(level)))
Bridge.notify("fan_set", level)
return level
```
MCU 侧注册并接收档位命令：
```Plain
// 初始化时注册
Bridge.provide_safe("fan_set", cmd_fan_set);
// 收到 Linux 的档位指令
void cmd_fan_set(int level)
{
motor_set_level(level);
}
```
最后将档位转换为 PWM：
```Plain
const int DUTY_FOR_LEVEL = {0, 120, 170, 255};
void motor_set_level(int level)
{
if (level < 0) level = 0;
if (level > 3) level = 3;
analogWrite(MOTOR_PIN_PWMA, DUTY_FOR_LEVEL);
}
```
# 视频演示
参见网页
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