KC-105电动机模块驱动或者高效入门

1.功能描述

KC-105电动机驱动模块集成了多种常用电动机，包括步进电动机，直流电动机，舵机三种类型，每种电动机均有2个。板子硬件结构紧凑，各自独立，硬件驱动电路设计合理，驱动接口简单明了，是开发电动机控制程序不错的选择。KC-105电动机驱动模块如图11-33所示。

图11-33 KC-105电动机驱动模块

a）正视图 b）侧视图

2.硬件资源描述

1）步进电动机——选用24BYJ48微型电动机，此种电动机噪声小，温升低，重量轻，各方面性能均达到或超过国家标准。驱动方式为四相八拍一个周期，电路由74HC04与ULN2803构成，驱动能力强，无需外围电路，为提高驱动能力，我们提供了宽范围电压选择接口。在设计时，我们绘制了清晰的刻度盘，给你的学习带来更直观的感受。步进电动机刻度如图11-34所示。

图11-34 步进电动机、直流电动机刻度清晰可见

2）直流电动机——选用SCRF-300型电动机，此种电动机应用广泛，常用于一些视听设备，小家电，玩具等，如磁带录音机，电动剃须刀，电动牙刷等电路，设计了正反转控制电路，让你也玩转直流电动机。直流电动机刻度如图11-34所示。

3）舵机——舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置，引脚为三端VCC，CTRL，GND，使用单片机可直接驱动。可配一字型、圆型转盘，标准脉冲输入。

各种类型电动机接口如图11-35所示。电动机安装背面如图11-36所示。

图11-35 各种类型的电动机，接口俱全

3.硬件接口描述

J1：模块板VCC供电端。

J2：模块板GND接地端。

J3：1号步进电动机控制端4条相线，与单片机直接相连。

J4：2号步进电动机控制端4条相线，与单片机直接相连。

图11-36 电动机背面安装照片

J5：1号步进电动机接口，与步进电动机线缆相连。

J6：2号步进电动机接口，与步进电动机线缆相连。

J7：1号直流电动机控制接口，与单片机直接相连，用来控制直流电动机的正反转。

J13：2号直流电动机控制接口，与单片机直接相连，用来控制直流电动机的正反转。

图11-37 电路原理和元器件分布(www.xing528.com)

a）电路原理

图11-37 （续）

b）元器件分布

J8：舵机信号线接口，与单片机相连。

J9：舵机信号线接口，与舵机信号线相连。

J11：舵机信号线接口，与单片机相连。

J12：舵机信号线接口，与舵机信号线相连。

4.电路原理与元器件分布

电路原理和元器件分布如图11-37所示。

5.模块相关背景知识

（1）舵机工作原理

舵机主要是由外壳、电路板、无核心电动机、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动无核心电动机开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服电动机是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体，所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小，于是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体，形成一个重量极轻的五极中空转子，并将磁铁置于圆柱体内，这就是无核心电动机。为了适合不同的工作环境，有防水及防尘设计的舵机，并且因应不同的负载需求，舵机的齿轮有塑胶及金属之区分，金属齿轮的舵机一般皆为大扭力及高速型，具有齿轮不会因负载过大而崩牙的优点。较高级的舵机会装置滚珠轴承，使得转动时能更轻快精准。滚珠轴承有一颗及二颗的区别，当然是两颗的比较好。

舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。工作时，控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电动机驱动芯片决定电动机的正反转。当电动机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电动机停止转动。

控制脉冲固定周期为20ms，当送出以下正脉冲宽度时，可以得到不同的控制结果：

1）正脉冲宽度为1ms时，舵机会反转（逆时针）。

2）正脉冲宽度为2ms时，舵机会正转（顺时针）。

3）正脉冲宽度为1.5ms时，舵机会回到中点。

步进电动机的工作原理请看本书前面章节介绍。

（2）直流电动机工作原理

直流电动机是依靠直流工作电压运行的电动机，广泛应用于收录机、录像机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表和玩具等。

永磁式直流电动机也由定子磁极、转子、电刷、外壳等组成，定子磁极采用永磁体（永久磁钢），有铁氧体、铝镍钴、钕铁硼等材料。按其结构形式可分为圆筒型和瓦块型等几种。录放机中使用的电动机多数为圆筒型磁体，而电动工具及汽车用电器中使用的电动机多数采用专块型磁体。

转子一般采用硅钢片叠压而成，较电磁式直流电动机转子的槽数少。录放机中使用的小功率电动机多数为3槽，较高档的为5槽或7槽。漆包线绕在转子铁心的两槽之间（三槽即有3个绕组），其各接头分别焊在换向器的金属片上。电刷是连接电源与转子绕组的导电部件，具备导电与耐磨两种性能。永磁电动机的电刷使用单性金属片或金属石墨电刷、电化石墨电刷。

录放机中使用的永磁式直流电动机，采用电子稳速电路或离心式稳速装置。

J7和J13为直流电动机与单片机的接口，VCC和GND为电源端，中间两个引脚我们将其置为高电平“1”和低电平“0”来控制直流电动机转动，如果要换一下转动方向，那我们只要分别将其置为低电平“0”和高电平“1”即可。