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[入门教程] Arduino入门教程23--换挡风扇「DFR0100」

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本帖最后由 zoey不种土豆于 2024-11-22 08:43 编辑

在这个教程中，我们将学习如何使用Arduino和电位器来控制一个风扇的转速。电位器是一种可变电阻器，它可以输出一个模拟信号，这个信号的电压随着电位器旋钮的旋转而改变。

元件清单

硬件连接

图 1 换挡风扇连线图

示例代码
样例代码：

//项目 - 换挡风扇
// 定义引脚编号  
const int switchin = 0;
const int fanout = 3;   
int switchval = 0;        // 存储从电位器读取的模拟值  
int outputValue = 0;      // 存储映射后的值，用于控制风扇转速  
  
void setup() {  
  Serial.begin(9600);   // 初始化串行通信  
}  
  
void loop() {  
  switchval = analogRead(switchin);    // 读取电位器的模拟值  
  Serial.println(switchval);    // 通过串行监视器输出读取的值 
    
  outputValue = map(switchval, 0, 1023, 0, 255);    
// 将模拟值映射到0-255的范围内 

  analogWrite(fanout, outputValue);     // 使用PWM控制风扇转速  
}
复制代码

代码上传成功后，转动电位器，感受小马达的转速的变化。

代码回顾

使用电位器控制风扇转速是一个典型的输入-计算-输出的过程控制流程。

输入：先从电位器连接的模拟引脚读取模拟值：

analogRead(switchin)
复制代码

计算：将读取的模拟值（0-1023）映射到一个新的范围（0-255），这个范围适合analogWrite()函数使用。

outputValue = map(switchval, 0, 1023, 0, 255)
复制代码

输出：通过PWM信号控制连接到fanout引脚的风扇的转速。outputValue决定了PWM信号的占空比，从而控制风扇的转速。

analogWrite(fanout, outputValue)
复制代码

示例代码简明易懂，其他请结合注释自行理解。

硬件回顾

在之前的项目中，我们学习过使用电位器控制舵机的转动以及蜂鸣器的音调，在项目【可控舵机】和【DJ调音台】中的硬件连接中，舵机和蜂鸣器的电路中并没有连入多余的电子元件。但在本项目中，小马达电路中还连入了NPN三极管和二极管（如下图）。为什么不能像蜂鸣器一样直接连入电路呢？接着会详细介绍NPN三极管和二极管在小马达电路中的作用。

图 2 130小马达驱动方式

NPN三极管的作用

Arduino UNO R3的主控板中，其每路输入/输出引脚的直流电流最大约为20mA，而130小马达的空载电流最少需要100mA。因此Arduino若想控制直流电机，只能采取放大电路驱动的方式。于是我们采用NPN三极管来驱动它（NPN三极管相关知识见项目【指尖开关】）。

续流二极管

续流二极管，保护电路免受由电机等感性负载引起的电压尖峰和反向电压的影响。当电流突然被中断时，感性负载会产生感应电动势，这会导致反向电压的产生，这可能会损坏其他电路元件（比如三极管）。续流二极管并联连接在线圈（小马达）两端，当流过线圈中的电流突然中断时，线圈中产生的感应电动势会驱动电流通过二极管回流，从而防止电流冲击其他电路元件并消耗掉感应能量，以此防止潜在的损坏。起这种作用的二极管叫续流二极管。它本质上还是二极管，但在这里主要起续流作用。

在本项目的电路中，当130小马达电机断电时，线圈会产生感应电动势并产生反向电压，该电压可能造成电路中元件（如三极管）的损坏。为防止这一风险，需在电机两端并联二极管以吸收此反向电压，保护电路。

如何区分电子元件的正负极呢？在本项目中，使用的二极管示意图如下，其中灰色环标注的一端为负极，另一端则为正极。