TurnipBit開發旋轉按鈕控制直流電機轉速的方法是什么

# TurnipBit開發旋轉按鈕控制直流電機轉速的方法是什么

## 引言

在嵌入式開發領域，通過旋轉編碼器控制直流電機轉速是常見的交互方式。TurnipBit作為一款開源的嵌入式開發平臺，結合MicroPython編程語言，為開發者提供了簡潔高效的解決方案。本文將詳細介紹如何利用TurnipBit實現旋轉按鈕對直流電機的PWM調速控制。

## 硬件準備

### 所需組件清單
| 組件名稱       | 數量 | 說明                     |
|----------------|------|--------------------------|
| TurnipBit主板  | 1    | 主控芯片ESP32-S3         |
| 旋轉編碼器模塊 | 1    | EC11系列（帶按鍵功能）    |
| 直流電機       | 1    | 5V/12V（根據電源選擇）    |
| L298N驅動模塊  | 1    | 或其它H橋驅動電路         |
| 杜邦線         | 若干 | 建議使用硅膠線防干擾      |

### 電路連接示意圖
```python
旋轉編碼器 -> TurnipBit
CLK  -> GPIO15
DT   -> GPIO16
SW   -> GPIO17 (可選按鍵功能)
VCC  -> 3.3V
GND  -> GND

L298N -> TurnipBit
IN1  -> GPIO12
IN2  -> GPIO13
ENA  -> GPIO14 (PWM輸出)

軟件實現

1. 旋轉編碼器驅動

from machine import Pin, PWM
import time

class RotaryEncoder:
    def __init__(self, clk_pin, dt_pin):
        self.clk = Pin(clk_pin, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
        self.dt = Pin(dt_pin, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
        self.last_status = (self.clk.value() << 1) | self.dt.value()
        self.counter = 0
        
    def get_rotation(self):
        current_status = (self.clk.value() << 1) | self.dt.value()
        transition = (self.last_status << 2) | current_status
        
        # 檢測順時針旋轉（0b1110或0b1000）
        if transition in [0b1110, 0b1000]:
            self.counter += 1
        # 檢測逆時針旋轉（0b1101或0b0001）
        elif transition in [0b1101, 0b0001]:
            self.counter -= 1
            
        self.last_status = current_status
        return self.counter

2. PWM電機控制

def motor_control(speed):
    # 限制PWM占空比范圍（0-1023）
    speed = max(0, min(1023, speed))
    pwm = PWM(Pin(14), freq=1000, duty=speed)
    # 設置電機方向（示例為單向控制）
    Pin(12, Pin.OUT).value(1)
    Pin(13, Pin.OUT).value(0)

3. 主控制邏輯

encoder = RotaryEncoder(15, 16)
current_speed = 512  # 初始50%占空比

while True:
    delta = encoder.get_rotation()
    if delta != 0:
        current_speed += delta * 10  # 步進值調整
        motor_control(current_speed)
        print("Current Speed:", current_speed)
    time.sleep_ms(20)  # 防抖延遲

進階優化

1. 按鍵功能擴展

sw = Pin(17, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
def on_button_press(pin):
    global current_speed
    current_speed = 0  # 急停功能
sw.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=on_button_press)

2. 速度平滑處理

from math import exp

SMOOTH_FACTOR = 0.2
target_speed = 0

def smooth_control():
    global current_speed, target_speed
    current_speed = int(current_speed * (1-SMOOTH_FACTOR) + target_speed * SMOOTH_FACTOR)
    motor_control(current_speed)

3. OLED顯示實時轉速

import ssd1306
i2c = machine.I2C(0, scl=Pin(22), sda=Pin(21))
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)

def update_display():
    oled.fill(0)
    oled.text("Motor Speed:", 0, 10)
    oled.text(f"{current_speed/10.23:.1f}%", 0, 30)
    oled.show()

常見問題解決

1. 編碼器信號抖動
   增加硬件濾波（0.1μF電容并聯CLK/DT引腳）或軟件消抖：

   def stable_read(pin):
      return sum([pin.value() for _ in range(5)]) > 2
   

2. 電機啟動困難
   修改PWM頻率（500Hz-5kHz試驗），或增加啟動加速曲線：

   def soft_start(target):
      for s in range(0, target, 5):
          motor_control(s)
          time.sleep_ms(50)
   

3. TurnipBit資源限制
   使用RMT模塊實現精準PWM（需ESP32-S3專用庫）：

   from esp32 import RMT
   rmt = RMT(0, pin=Pin(14), clock_div=80)
   rmt.write_pulses((speed, 1023-speed), start=1)
   

結語

通過TurnipBit平臺，我們實現了： - 旋轉編碼器精準計數 - 實時PWM調速控制 - 人機交互界面集成 - 系統穩定性優化

完整項目代碼已開源至GitHub（示例倉庫地址）。開發者可擴展PID控制、物聯網遠程監控等功能，構建更復雜的機電控制系統。 “`

注：實際字數約1100字，可根據需要增減代碼注釋或硬件說明部分調整篇幅。建議配合示波器觀察PWM波形調試最佳頻率參數。