一、介绍
树莓派综合项目3：AI视觉机械臂小车（一）蜂鸣器
树莓派综合项目3：AI视觉机械臂小车（二）轻触按键
本实验将实现履带车的基本运动，前进、后退、左转、右转。在以前的文章中有更基础细致的讲解可以参考：
树莓派基础实验34：L298N模块驱动直流电机实验
树莓派综合项目2：智能小车（一）四轮驱动
本实验中不同的是扩展板采用了TB6612FNG驱动芯片，电机电源接口带有反接保护电路，相对于传统的L298N在效率上提高很多，体积上也大幅减小，使用方法和L298N类似。
同时除了使用RPi.GPIO库编程以外，再使用gpiozero库的Motor类来实现电机控制。
二、组件
三、实验原理
TB6612FNG是东芝半导体公司生产的一款直流电机驱动器件，具有大电流MOSFET-H桥结构，双通道电路输出，也就是可以驱动两个电机。
创乐博扩展板上使用了两块TB6612FNG芯片，但是并联的，只有两路输出，可以用作备份，也可以用作2路4驱。
下面分别是控制两个电机的IO口：
STBY口接单片机的IO口清零电机全部停止，置1通过AIN1 AIN2，BIN1，BIN2 来控制正反转
VM 接15V以内电源
VCC 接2.7v – 5V电源
GND 接地
驱动1路：
PWMA 接单片机的PWM口
| 真值表： | |||
|---|---|---|---|
| AIN1 | 0 | 0 | 1 |
| AIN2 | 0 | 1 | 0 |
| 停止 | 正传 | 反转 |
A01、AO2 接电机1的两个脚
驱动2路：
PWMB 接单片机的PWM口
| 真值表： | |||
|---|---|---|---|
| BIN1 | 0 | 0 | 1 |
| BIN2 | 0 | 1 | 0 |
| 停止 | 正传 | 反转 |
B01、BO2 接电机2的两个脚
注意： 若是pwm控制，则需要pwm频率100khz ，亲测80khz也好用，同时STBY引脚需要接高电平。
gpiozero的 Motor类
class gpiozero.Motor(forward, backward, *, pwm=True, pin_factory=None)
将H桥电机控制器连接到Pi上；将电源(例如电池组或5V引脚)连接到控制器；将控制板的输出连接到电机的两个端子上；将控制板的输入连接到两个GPIO引脚。
参数：
-
forward（int或str）– GPIO引脚的正向输入发动机驱动器芯片已连接。有关有效的插针编号，请参见插针编号。如果这是
None一个GPIODeviceError将被调用。 -
backward（int或str）– GPIO引脚的反向输入发动机驱动器芯片已连接。有关有效的插针编号，请参见插针编号。如果这是
None一个GPIODeviceError)将被调用。 - enable（int或str或None）–使能发动机。一些必需 发动机 控制板。有关有效的插针编号，请参见插针编号。
-
pwm（bool）–如果
True（默认值），PWMOutputDevice则为发动机控制器引脚，可同时控制方向和变速。如果为False，则构造DigitalOutputDevice实例，仅允许方向控制。 - pin_factory（工厂或无）-有关更多信息，请参见API-引脚（这是大多数用户可以忽略的高级功能）。
以下代码将使发动机“前进”：
from gpiozero import Motor
motor = Motor(17, 18)
motor.forward()
以下代码将使发动机“50的占空比速度后退”：
from gpiozero import Motor
motor = Motor(forward=17, backward=18,23,pwm=True)
motor.backward(0.5)
该类有以下几种方法：
backward(speed=1)[source]
发动机向后行进
参数： speed(float) -电动机应转动的速度。如果在构造类时pwm为True，则可以是0(停止)和默认值1(最大速度)之间的任何值(如果不是，则只有0或1)。
forward(speed=1)[source]
发动机向前行进
参数: speed(float) -电机应旋转的速度。如果在构造类时pwm为True，则可以是0(停止)和默认值1(最大速度)之间的任何值(如果不是，则只有0或1)。
reverse()[source]
反转电机的电流方向。如果电机目前是闲置的，这是什么也不做。否则，在当前转速下，电机的方向会反转。
stop()[source]
电动机停止转动
is_active
如果电机当前正在运行，则返回True，否则返回False。
value
表示电机的速度为-1(全速后退)和1(全速前进)之间的浮点值，0表示停止。
许多人问如何实现RPi.GPIO中的清理功能。在gpiozero中，在脚本的末尾，会自动运行清理，将GPIO引脚恢复到找到它们时的状态。
要显式关闭到一个引脚的连接，你可以手动调用一个设备对象的close()方法:
>>> led = LED(2)
>>> led.on()
>>> led
<gpiozero.LED object on pin GPIO2, active_high=True, is_active=True>
>>> led.close()
>>> led
<gpiozero.LED object closed>
请注意，清除仅在正常终止脚本时进行。如果脚本由于程序错误而退出，则将不会执行清理。为了确保在引发异常后执行清理，必须处理该异常，例如：
from gpiozero import Button
btn = Button(4)
while True:
try:
if btn.is_pressed:
print("Pressed")
except KeyboardInterrupt:
print("Ending program")
四、实验步骤
第1步： 在上面的扩展板TB6612FNG芯片电路图上可以知道连接GPIO的接线情况，A通道为左轮控制，B通道为右轮控制：
| PWMA | AIN1 | AIN2 | PWMB | BIN1 | BIN2 |
|---|---|---|---|---|---|
| GPIO18 | GPIO22 | GPIO27 | GPIO23 | GPIO25 | GPIO24 |
第2步： 编写程序。这里先使用RPi.GPIO库来编写程序，思维更底层一些，语句多一些，直接输出高低电平和PWM信号来控制电机。
#!/usr/bin/env python2
# -*- coding: utf-8 -*-
import RPi.GPIO as GPIO
import time
PWMA = 18
AIN1 = 22
AIN2 = 27
PWMB = 23
BIN1 = 25
BIN2 = 24
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(AIN2,GPIO.OUT)
GPIO.setup(AIN1,GPIO.OUT)
GPIO.setup(PWMA,GPIO.OUT)
GPIO.setup(BIN1,GPIO.OUT)
GPIO.setup(BIN2,GPIO.OUT)
GPIO.setup(PWMB,GPIO.OUT)
L_Motor= GPIO.PWM(PWMA,80000)
L_Motor.start(0)
R_Motor = GPIO.PWM(PWMB,80000)
R_Motor.start(0)
def t_up(speed,t_time):
L_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(AIN2,False)
GPIO.output(AIN1,True) # AIN1高电平为前进
R_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(BIN2,False)
GPIO.output(BIN1,True) # BIN1高电平为前进
time.sleep(t_time)
def t_stop(t_time):
L_Motor.ChangeDutyCycle(0)
GPIO.output(AIN2,False)#AIN2
GPIO.output(AIN1,False) #AIN1
R_Motor.ChangeDutyCycle(0)
GPIO.output(BIN2,False)#BIN2
GPIO.output(BIN1,False) #BIN1
time.sleep(t_time)
def t_down(speed,t_time):
L_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(AIN2,True) # AIN2高电平为后退
GPIO.output(AIN1,False)
R_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(BIN2,True) # BIN2高电平为后退
GPIO.output(BIN1,False)
time.sleep(t_time)
def t_left(speed,t_time):
L_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(AIN2,True) # 左轮后退
GPIO.output(AIN1,False)
R_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(BIN2,False)
GPIO.output(BIN1,True) # 右轮前进
time.sleep(t_time)
def t_right(speed,t_time):
L_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(AIN2,False)
GPIO.output(AIN1,True) # 左轮前进
R_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(BIN2,True) # 右轮后退
GPIO.output(BIN1,False)
time.sleep(t_time)
try:
while True:
t_up(50,3)
t_down(50,3)
t_left(50,3)
t_right(50,3)
t_stop(3)
except KeyboardInterrupt:
GPIO.cleanup()
第3步：使用GPIO Zero库来重新编写程序，程序更简洁，语句更容易阅读和理解，基本不用注释就能明白语句的含义。
#!/usr/bin/env python2
# -*- coding: utf-8 -*-
from gpiozero import Motor
import time
PWMA = 18
AIN1 = 22
AIN2 = 27
PWMB = 23
BIN1 = 25
BIN2 = 24
L_Motor = Motor(forward=AIN1, backward=AIN2,enable=PWMA,pwm=True)
R_Motor = Motor(forward=BIN1, backward=BIN2,enable=PWMB,pwm=True)
def t_up(speed,t_time):
L_Motor.forward(speed)
R_Motor.forward(speed)
time.sleep(t_time)
def t_stop(t_time):
L_Motor.stop()
R_Motor.stop()
time.sleep(t_time)
def t_down(speed,t_time):
L_Motor.backward(speed)
R_Motor.backward(speed)
time.sleep(t_time)
def t_left(speed,t_time):
L_Motor.backward(speed)
R_Motor.forward(speed)
time.sleep(t_time)
def t_right(speed,t_time):
L_Motor.forward(speed)
R_Motor.backward(speed)
time.sleep(t_time)
try:
while True:
t_up(0.5,3) # 0.5即为占空比50的速度
t_down(0.5,3)
t_left(0.5,3)
t_right(0.5,3)
t_stop(3)
except KeyboardInterrupt:
print("Ending program") # 在gpiozero中，在脚本的末尾，会自动运行清理，将GPIO引脚恢复到找到它们时的状态。
