Java Embedded （11）控制直流馬達 - 使用L293D晶片

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11-1 認識直流馬達與L293D晶片

使用Raspberry Pi可以控制各種馬達，讓製作的裝置可以執行各種任務。前一章認識與實作的步進馬達，可以使用在繪圖機或3D印表機這類裝置。Raspberry Pi也很常被用來製作遙控車或自走車，需要讓車輪轉動的應用，步進馬達就不太合適了。

一般的玩具車通常是使用小型的直流馬達驅動車輪，直流馬達有很多種規格，主要是電壓的區分，最常見的是6V直流馬達。這是它的外觀：

6V直流馬達可以使用兩個（3V）或四個（6V）電池串聯驅動。雖然Raspberry Pi提供3.3V和5V的電源，不過直流馬達需要的電流比較大，所以千萬不要直接使用Raspberry Pi提供的電源給直流馬達使用。如果你這麼做了，通常會讓Raspberry Pi停止運作，也很有可能燒壞Raspberry Pi。所以你需要準備兩個或四個的電池盒，用來提供電源給直流馬達使用，建議使用兩個電池就可以了。

在控制直流馬達的時候，Raspberry Pi與應用程式扮演的角色，變成控制電池的電源是否通過直流馬達。這樣的工作適合使用L293D這樣的晶片，這是它的腳位圖形：

L293D可以控制兩組大電流的直流電源，下列是它的針腳編號與功能說明：

1. 1,2EN：連接高電壓時啟動左側馬達控制。
2. 1A：輸入高電壓時，電流會導向3號針腳（1Y）。
3. 1Y：連接到馬達。
4. HEAT SINK AND GDOUND：接地。
5. HEAT SINK AND GDOUND：接地。
6. 2Y：連接到馬達。
7. 2A：輸入高電壓時，電流會導向3號針腳（2Y）。
8. Vcc2：給馬達使用的電源。
9. 3,4EN：連接高電壓時啟動右側馬達控制。
10. 3A：輸入高電壓時，電流會導向3號針腳（3Y）。
11. 3Y：連接到馬達。
12. HEAT SINK AND GDOUND：接地。
13. HEAT SINK AND GDOUND：接地。
14. 4Y：連接到馬達。
15. 4A：輸入高電壓時，電流會導向3號針腳（4Y）。
16. Vcc1：提供給IC的電源，這個Pin要供給5V電壓。

L293D很適合用來控制直流馬達，所以也有人把它叫作直流馬達控制晶片。其實還有很多需要控制大電流的直流電源的應用，都可以使用這個晶片。

11-2 連接直流馬達與L293D晶片

如果Raspberry Pi與應用程式，需要控制一個直流馬達，需要下列的零件與設備：

• 直流馬達，一個
• L293D、直流馬達控制晶片，一個
• 兩顆三號電池與電池盒，一個
• 杜邦線（公-母）四條
• 麵包板連接線（公-公）七條
• 麵包板

依照下面的線路圖連接所有的零件與設備：

雖然接下來的說明只會控制一個直流馬達，不過遙控車或自走車需要同時控制兩個直流馬達，所以你可以參考下面的線路圖連接與控制兩個直流馬達：

11-3 撰寫控制直流馬達的應用程式

使用L293D晶片控制直流馬達，除了可以正確的提供電源給直流馬達，還可以在應用程式控制馬達的運轉方向，只要使用一般的GPIO輸出功能就可以完成。參考下列的程式碼，撰寫控制直流馬達的應用程式：

package dcmotordemo01;

import com.pi4j.io.gpio.GpioController;
import com.pi4j.io.gpio.GpioFactory;
import com.pi4j.io.gpio.GpioPinDigitalOutput;
import com.pi4j.io.gpio.RaspiPin;

public class DCMotorDemo01 {

    public static void main(String[] args) {
        // 建立GPIO控制物件
        final GpioController gpio = GpioFactory.getInstance();

        // 建立控制直流馬達用的GPIO輸出針腳物件
        final GpioPinDigitalOutput pin00 = 
                gpio.provisionDigitalOutputPin(RaspiPin.GPIO_00);
        final GpioPinDigitalOutput pin01 = 
                gpio.provisionDigitalOutputPin(RaspiPin.GPIO_01);

        // 順時鐘方向旋轉
        pin00.high();
        pin01.low();
        delay(2000);

        // 停止
        pin00.low();
        pin01.low();
        delay(2000);

        // 逆時鐘方向旋轉
        pin00.low();
        pin01.high();
        delay(2000);

        // 停止
        pin00.low();
        pin01.low();

        gpio.shutdown();
    }

    private static void delay(int ms) {
        try {
            Thread.sleep(ms);
        }
        catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(e.toString());
        }
    }        

}

執行這個應用程式以後，直流馬達會以順時鐘方向旋轉兩秒，停止兩秒以後，再以逆時鐘方向旋轉兩秒。

11-4 控制直流馬達的速度

提供給直流馬達的正、負極，可以控制它運轉的分向，運轉的速度是依照提供電源的電壓決定的。如果提供的電壓是固定的，你也可以使用程式碼控制直流馬達運轉的速度。參考下列的程式碼，完成這個可以控制運轉速度的應用程式：

package dcmotordemo02;

import com.pi4j.io.gpio.GpioController;
import com.pi4j.io.gpio.GpioFactory;
import com.pi4j.io.gpio.GpioPinDigitalOutput;
import com.pi4j.io.gpio.RaspiPin;

public class DCMotorDemo02 {

    public static void main(String[] args) {
        // 建立GPIO控制物件
        final GpioController gpio = GpioFactory.getInstance();

        // 建立控制直流馬達用的GPIO輸出針腳物件
        final GpioPinDigitalOutput pin00 = 
                gpio.provisionDigitalOutputPin(RaspiPin.GPIO_00);
        final GpioPinDigitalOutput pin01 = 
                gpio.provisionDigitalOutputPin(RaspiPin.GPIO_01);

        pin01.low();

        // 順時鐘方向旋轉，由慢變快
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            pin00.high();
            delay(i);
            pin00.low();
            delay(100 - i);
        }

        delay(1000);

        pin00.low();

        // 逆時鐘方向旋轉，由慢變快
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            pin01.high();
            delay(i);
            pin01.low();
            delay(100 - i);
        }

    }

    private static void delay(int ms) {
        try {
            Thread.sleep(ms);
        }
        catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(e.toString());
        }
    }        

}

示範影片：

課程相關的檔案都可以GitHub瀏覽與下載。

https://github.com/macdidi5/JavaEmbedded

後續 >> Java Embedded （12）整合應用 – PiFan