RaspberryPi HAT树莓派电机驱动板
一、概述
这是基于树莓派制作运动机器人非常完美的解决方案，这款电机驱动器足够强大，可以驱动4个直流电机或2个步进电机，并且额外提供4路全速PWM控制，可以控制4路舵机。自带稳压电路，直接为树莓派提供稳定的供电电源。
树莓派（Raspberry Pi）没有足够的PWM引脚，使用基于I2C通讯的专用PWM驱动芯片（PCA9685）控制电机的速度和方向可以节省更多的树莓派资源。只用2根GPIO引脚（SDA&SCL）就可以驱动多个电机，也可以多个驱动器叠加使用（可级联），并且不干扰其他I2C设备的使用。
树莓派驱动器V5.0版接口图示
参数说明：
- 每路2.5A（3.6A峰值）输出，可运行4.5-13.5V直流电机；
- 可以驱动4个直流电机或2路步进电机；
- 额外提供8路PWM输出，可以控制8路舵机；
- 自带稳压电路，直接为树莓派提供稳定5V电源；
- 可自定义I2C地址，支持多个驱动器叠加级联；
- 提供完整的代码库和丰富示例程序（Python），简单易用。
二、电源说明
- 18650电池
- 动力电池电池组（2S）
- 因为驱动器需要同时为电机和树莓派提供电源，建议使用动力电池作为电源。供电电压为6-12V；
- 电机通过供电电源直接供电，所以电机的输入电压等于外接电源电压；
- 驱动器内置稳压模块，输出5V2A为树莓派和4路PWM（舵机）供电；
- 可以通过跳线选择不同的供电方式。
三、软件安装与说明
驱动器是基于树莓派运行在linux环境，驱动器提供Python类库（Python library）和相关示例代码。
首先需要使树莓派的I2C处于Enable（详细配置请参考网上资料）
*运行 apt-get install python-smbus git 安装smbus库
将代码上传到树莓派(比如 “/home/pi”)，再尝试运行examples目录下的示例。
*如果提示没有找到类库，请配置相关的库文件，或者直接拷贝列库文件到当前目录下。
1、控制直流电机（DC motor）
a）连接电机
驱动板上 有4组电机接线柱分别为M1, M2, M3, 和 M4。如果运行DCTest.py示例，请将电机连接到M3接口。然后运行如下命令：
以下代码仅供参考阅读，请勿直接拷贝。如需运行示例，请下载程序
#!/usr/bin/python
from Adafruit_MotorHAT import Adafruit_MotorHAT, Adafruit_DCMotor
import time
import atexit
# create a default object, no changes to I2C address or frequency
mh = Adafruit_MotorHAT(addr=0x60)
# recommended for auto-disabling motors on shutdown!
def turnOffMotors():
mh.getMotor(1).run(Adafruit_MotorHAT.RELEASE)
mh.getMotor(2).run(Adafruit_MotorHAT.RELEASE)
mh.getMotor(3).run(Adafruit_MotorHAT.RELEASE)
mh.getMotor(4).run(Adafruit_MotorHAT.RELEASE)
atexit.register(turnOffMotors)
################################# DC motor test!
myMotor = mh.getMotor(3)
# set the speed to start, from 0 (off) to 255 (max speed)
myMotor.setSpeed(150)
myMotor.run(Adafruit_MotorHAT.FORWARD);
# turn on motor
myMotor.run(Adafruit_MotorHAT.RELEASE);
while (True):
print "Forward! "
myMotor.run(Adafruit_MotorHAT.FORWARD)
print "\tSpeed up..."
for i in range(255):
myMotor.setSpeed(i)
time.sleep(0.01)
print "\tSlow down..."
for i in reversed(range(255)):
myMotor.setSpeed(i)
time.sleep(0.01)
print "Backward! "
myMotor.run(Adafruit_MotorHAT.BACKWARD)
print "\tSpeed up..."
for i in range(255):
myMotor.setSpeed(i)
time.sleep(0.01)
print "\tSlow down..."
for i in reversed(range(255)):
myMotor.setSpeed(i)
time.sleep(0.01)
print "Release"
myMotor.run(Adafruit_MotorHAT.RELEASE)
time.sleep(1.0)b）DC motor 示例详解
创建MotorHAT对象，并设置I2C的地址，默认地址是0x60（详细设置地址参考后面的内容）
创建 DC motor 对象
MotorHAT 有一个 getMotor(num)方法，num为1~4。
设置电机旋转速度
setSpeed(speed)
speed ：0 (off)~ 255 (maximum!).
*speed取值是0到255，速度是个相对值，跟供电电压有关。
设置DC Motor 方向
run(direction)
direction 定义如下:
- Adafruit_MotorHAT.FORWARD – DC motor spins forward
- Adafruit_MotorHAT.BACKWARD – DC motor spins forward
- Adafruit_MotorHAT.RELEASE – DC motor is ‘off’, not spinning but will also not hold its place.
2、使用步进电机（Stepper Motors）（V5版暂未更新，不支持步进电机）
驱动板可以同时接2个步进电机，单极和双极都可适用。
a）连接电机Stepper Motors
上图中左为双极驱动Bipolar stepper motors（4线），右为单极驱动Unipolar Stepper Motor（6线）
- 单极驱动Unipolar Stepper Motor（6线）: 首先需要知道哪根线是中心线，然后将中心线都接到接线柱的GND（右图白色和黄色），剩下的两组端线（黑和绿，红和蓝）分别接到M1、M2或M3、M4。
- 双极驱动Bipolar stepper motors（4线）: 跟单极驱动类似，GND留空不接就可以。
StepperTest.py 示例
将步进电机连接到 M1、M2，在examples目录下运行：
#!/usr/bin/python
#import Adafruit_MotorHAT, Adafruit_DCMotor, Adafruit_Stepper
from Adafruit_MotorHAT import Adafruit_MotorHAT, Adafruit_DCMotor, Adafruit_StepperMotor
import time
import atexit
# create a default object, no changes to I2C address or frequency
mh = Adafruit_MotorHAT()
# recommended for auto-disabling motors on shutdown!
def turnOffMotors():
mh.getMotor(1).run(Adafruit_MotorHAT.RELEASE)
mh.getMotor(2).run(Adafruit_MotorHAT.RELEASE)
mh.getMotor(3).run(Adafruit_MotorHAT.RELEASE)
mh.getMotor(4).run(Adafruit_MotorHAT.RELEASE)
atexit.register(turnOffMotors)
myStepper = mh.getStepper(200, 1) # 200 steps/rev, motor port #1
myStepper.setSpeed(30) # 30 RPM
while (True):
print("Single coil steps")
myStepper.step(100, Adafruit_MotorHAT.FORWARD, Adafruit_MotorHAT.SINGLE)
myStepper.step(100, Adafruit_MotorHAT.BACKWARD, Adafruit_MotorHAT.SINGLE)
print("Double coil steps")
myStepper.step(100, Adafruit_MotorHAT.FORWARD, Adafruit_MotorHAT.DOUBLE)
myStepper.step(100, Adafruit_MotorHAT.BACKWARD, Adafruit_MotorHAT.DOUBLE)
print("Interleaved coil steps")
myStepper.step(100, Adafruit_MotorHAT.FORWARD, Adafruit_MotorHAT.INTERLEAVE)
myStepper.step(100, Adafruit_MotorHAT.BACKWARD, Adafruit_MotorHAT.INTERLEAVE)
print("Microsteps")
myStepper.step(100, Adafruit_MotorHAT.FORWARD, Adafruit_MotorHAT.MICROSTEP)
myStepper.step(100, Adafruit_MotorHAT.BACKWARD, Adafruit_MotorHAT.MICROSTEP)b）示例详解
创建MotorHAT对象，并设置I2C的地址，默认地址是0x60（详细设置地址参考后面的内容）
mh = Adafruit_MotorHAT(addr=0x60)
创建 Stepper motor object
myStepper = mh.getStepper(200, 1) # 200 steps/rev, motor port #1
getStepper(steps, portnum)
steps :每一转多少步（通常35~200之间）
portnum ：1~2，Port #1 is M1 and M2, port #2 is M3 and M4
设置速度，每分钟转速（RPM）
myStepper.setSpeed(30) # 30 RPM
setSpeed() 设置速度，每分钟转速（RPM）
step() – blocking steps
stepper1.step(100, Adafruit_MotorHAT.FORWARD, Adafruit_MotorHAT.SINGLE)
step(numberofsteps, direction, type)
numbersteps：步数
direction：FORWARD or BACKWARD
type：SINGLE, DOUBLE, INTERLEAVE or MICROSTEP
*关于步进电机工作特性请参考网上资料。
Using “Non-blocking” oneStep()
oneStep(direction, stepstyle) 单步执行
3、舵机控制
驱动板的舵机控制通过PWM专用芯片PCA9685实现，对应的编号分别为0-7。由于市面上普通舵机通常只支持50Hz的信号，所以pwm.setPWMFreq(50)频率控制在50左右。
from Adafruit_PWM_Servo_Driver import PWM
import time
# Initialise the PWM device using the default address
pwm = PWM(0x60,debug = False)
servoMin = 150 # Min pulse length out of 4096
servoMax = 600 # Max pulse length out of 4096
def setServoPulse(channel, pulse):
pulseLength = 1000000.0 # 1,000,000 us per second
pulseLength /= 50.0 # 50 Hz
print "%d us per period" % pulseLength
pulseLength /= 4096.0 # 12 bits of resolution
print "%d us per bit" % pulseLength
pulse *= 1000.0
pulse /= (pulseLength*1.0)
# pwmV=int(pluse)
print "pluse: %f " % (pulse)
pwm.setPWM(channel, 0, int(pulse))
# Angle to PWM
def write(servonum,x):
y=x/90.0+0.5
y=max(y,0.5)
y=min(y,2.5)
setServoPulse(servonum,y)
pwm.setPWMFreq(50) # Set frequency to 60 Hz
write(0, 90)
write(14, 120)四、叠加级联
当觉得电机接口不够用时，可以多个驱动板级联使用。我们最多支持 4个驱动器叠加使用。
多个驱动器级联需要为每个驱动器设置唯一的I2C地址，默认地址是0x60。地址范围从0x60~0x63总共4个地址。
驱动板上有A0~A4总共5个跳线，焊接不同的跳线可以设置不同的地址。规则如下
Board 0: Address = 0x60 Offset = binary 0000 (默认全部为空)
Board 1: Address = 0x61 Offset = binary 0001 (只焊接A0)
Board 2: Address = 0x62 Offset = binary 0010 (只焊接A1)
Board 3: Address = 0x63 Offset = binary 0011 (同时焊接A0 & A1)
StackingTest.py是级联叠加的代码示例,关键部分是创建2个MotorHAT对象：
五、原理图和库程序下载
Python示例程序和类库下载：Motor-HAT-Python3-Library-V5
树莓派驱动器V5.0版
出处：https://www.7gp.cn/archives/329
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评论涨知识
串口
串行接口是一种可以将接收来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将接收的串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件。一般完成这种功能的电路，我们称为串行接口电路。
评论:
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