【中学生创客.Arduino】第8课声控风扇

2022-04-07/ 903 次浏览/ Arduino

风扇是我们生活中常见的家用电器，它是通过直流电机带动扇叶转动的，可以用Arduino控制风扇吗？如何控制呢？在这节课里，我们可以理解Arduino控制直流电机的方式以及制作声控风扇。

【任务导航】

1. Romeo控制直流电机；

2. 制作声控风扇。

【材料阅读】

1.Romeo控制直流电机

Romeo控制器不仅继承Arduino328控制器所有的特性，而且集成了电机驱动、按钮、IO扩展板、无线数据串行通讯等接口。由于本节课主要用到的是带动风扇的电机，这里就主要讲解一下Romeo中直流电机的控制。

控制LED是将LED模块直接连接到数字针脚，那么控制风扇是不是也将电机直接连接到数字针脚呢？当然不是，因为针脚直接输出的电流太小，无法带动电机转动，所以需要专门的电机输出——Romeo板的L298驱动。

Romeo中电机控制针跳线，将分配用于电机控制针脚为数字口4、5、6、7。拔掉跳线将释放数字口，电机控制器将被禁用。接线图如2.1.1所示，连接电机的地方变式电机驱动模块。另外，Romeo可以使用外接电源，也可不使用，通过跳线控制。

图2.1.1 电机接线图

Romeo控制电机有两种模式：PWM模式和PLL模式，这里我们用到的是PWM模式，PLL模式在视野拓展中会有介绍。通过改变两个数字IO针脚和两个PWM针脚的PWM对直流电动机控制端口实现。如表2.1.1是PWM控制模式的针脚分配，图2.1.2是对应的实物。其中，M1是电机1，M2是电机2。

表2.1.1 PWM针脚分配

针脚	功能
4	电机1的方向控制
5	电机1的PWM控制
6	电机2的PWM控制
7	电机2的方向控制

图2.1.2 PWM控制模式

2.模拟声音传感器

模拟声音传感器是一款简单、实惠的电子耳朵，它能“听到”声音的大小，并转化为模拟信号。通过模拟反馈电压信号的大小值体现环境声音的大小。要一个简单的3芯数据线就能将它连接到“大脑”Arduino控制器。Arduino在“听到”不同强弱的声音后做出你设定的反应。它是基于麦克风为声音检测的传感器，可用来对周围环境中的声音强度进行检测，具有300倍的放大器，输出模拟信号能使用3.3V和5V为基准AD采集，可以用来实现根据声音大小进行互动的效果、制作声控机器人、声控开关、声控报警等。实物如图2.1.3所示，接线时注意连接模拟针脚。

图2.1.3 模拟声音传感器

【动手操作】

主题：制作我的声控风扇

同学们在了解了相关的知识后，可以自己制作本课的声控风扇了，我们用到的器材主要是Romeo板子、模拟声音传感器、风扇（带直流电机）。

1.声控风扇的连接

在连接物理电路时，需要注意：模拟声音传感器接到模拟口（程序中，传感器连接的是模拟口1，电机接的是M1接线柱）。

2.读取模拟声音传感器的值

图2.1.4 读取模拟声音传感器的值

3.声控风扇的参考程序

图2.1.5 声控风扇

【探究思考】

请同学们讨论一下，在生活中声控风扇可以用在哪里呢？哪些地方也用到了声音控制？

【视野拓展】

1.直流电机的控制方式

直流电机是将直流电能转换成机械能的装置，是目前应用最广泛的一种机器人驱动器件，具有效率高、调速性能好和起动转矩大等特点。直流电机应用磁感应原理将电能转换为机械能，在磁场中放入通有电流的导体就会产生磁感应效应。

图2.1.7中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。在这里，4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：图2.1.7及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。

如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。

图2.1.6 H桥驱动电路示意图

要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图2.1.8所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。