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电机

简介​

电机是依据电磁感应定律实现电能转换为动能的一种装置。在这节课程中，我们将用一个开关来控制电机的启动与停止。

元件清单​

硬件：​

1 × Pico:ed 1 × USB线 1 × 面包板扩展板 1 × 面包板83 x 55 mm 1 × 5V 迷你电机 1 × TIP 120 NPN 三极管 1 × 1N4007 二极管 1 × 100 欧姆电阻 2 × 鳄鱼夹线 1 × 自锁开关 若干跳线

主要元件介绍​

电机​

电机是依据电磁感应定律实现电能转换为动能的一种装置。电机的分类非常多，在本案例里，我们用到的是直流电机。当在电机两端加上直流电压时，电机会旋转，电压越高，旋转的速度越快。

二极管​

二极管是一种具有两个电极的原件，一端为阳极，一端为阴极，它只允许电流从阳极向阴极方向移动，可以把它想象成电子版的止逆阀。 对于普通的二极管，可以通过管体表面颜色来区分正负极，有白线的一端为负极。

鳄鱼夹线​

鳄鱼夹线与跳线的作用一样。有些器件不方便用跳线连接，可以考虑用鳄鱼夹来连线。

本次实验，我们就是用鳄鱼夹线来连接我们的电机。

实验步骤​

硬件连接​

根据下面的图片将你的元件连接起来：

Pico:ed的IO口的驱动电流非常微弱的，不足以直接驱动电机。这时候，我们就需要用到三极管将IO信号的电流放大，用三极管放大IO口信号电流的电路图与上一课驱动蜂鸣器的电路图非常类似，唯一的区别是在电机两端加上了一个二极管。该二极管在此电路中叫做续流二极管。 电机里面有线圈，线圈在通过电流时，会在其两端产生感应电动势。当电流消失时，其感应电动势会对电路中的元件产生反向电压，有可能会损坏器件，续流二极管在电路中反向并联在线圈的两端，当电感线圈断电时其两端的电动势并不立即消失，此时残余电动势通过二极管释放。这是一种经典保护设计。 原理图如下：

连接完成后如图：

程序编程​

编程环境准备请参考：编程环境介绍

代码示例：​

# 导入程序所需要的模块
import board
import digitalio

# 设置电机和自锁开关连接的引脚以及引脚方向
motor = digitalio.DigitalInOut(board.P0_A0)
locking = digitalio.DigitalInOut(board.P1_A1)
motor.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
locking.direction = digitalio.Direction.INPUT

# 设置自锁开关上拉
locking.pull = digitalio.Pull.UP

# 循环判断自锁开关的状态来改变电机的状态
while True:
    if locking.value == False:
        motor.value = True
    else:
        motor.value = False

代码详解​

  1. 导入程序所需要的支持模块。board模块是引脚名称的通用容器，可以通过board库指定要使用的引脚，digitalio模块包含提供对基本数字IO的访问的类。
import board
import digitalio
  1. 设置电机和自锁开关连接的引脚以及引脚方向，设置电机初始值为 True、自锁开关上拉。
motor = digitalio.DigitalInOut(board.P0_A0)
locking = digitalio.DigitalInOut(board.P1_A1)
motor.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
locking.direction = digitalio.Direction.INPUT

如果你所使用的引脚不是 P0_A0 和 P1_A1，那么可以在 Thonny 编辑器下方的 shell 窗口中输入以下代码并回车查看其他引脚的编号。

>>> import board
>>> help(board)
object <module 'board'> is of type module
  __name__ -- board
  board_id -- elecfreaks_picoed
  BUZZER_GP0 -- board.BUZZER_GP0
  I2C0_SDA -- board.BUZZER_GP0
  I2C0_SCL -- board.I2C0_SCL
  BUZZER -- board.BUZZER
  BUZZER_GP3 -- board.BUZZER
  P4 -- board.P4
  P5 -- board.P5
  ...
  1. 设置自锁开关上拉。
locking.pull = digitalio.Pull.UP
  1. 循环判断自锁开关的状态来改变电机的状态。
while True:
    if locking.value == False:
        motor.value = True
    else:
        motor.value = False

实验结果​

按下按钮时，电机开始旋转，再按一次，电机停止旋转。 注意：Pico:ed 的电源电压比较低，只有3V，按下按钮时，电机有可能不能启动，遇到这种情况，请用手拨动一下电机的扇叶，电机方能正常旋转。

思考​

如果要用电位器对电机进行速度控制，该如何设计电路与编程？

常见问题​

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