PWM 与电机控制

关键概念

电机控制系统接线总览

核心原则一图看懂：信号走 GPIO，动力走外部电源，两边共地。

舵机控制：转到指定角度

舵机三根线：棕/黑=GND，红=电源（5V），橙/黄=信号（接 GPIO18 硬件 PWM 脚）。单个小舵机可从树莓派 5V 脚取电，多个则用外部 5V。

# servo.py — 舵机角度控制（AngularServo 直接给角度）
from gpiozero import AngularServo
from time import sleep

# min/max_pulse_width 需按舵机型号微调（单位秒）
servo = AngularServo(
    18,                          # GPIO18 硬件 PWM
    min_angle=0, max_angle=180,
    min_pulse_width=0.0005,        # 0.5ms → 0°
    max_pulse_width=0.0025,        # 2.5ms → 180°
)

while True:
    servo.angle = 0      # 转到 0 度
    sleep(1)
    servo.angle = 90     # 转到 90 度（居中）
    sleep(1)
    servo.angle = 180    # 转到 180 度
    sleep(1)

直流电机：调速与正反转

L298N 接好后（见上图），gpiozero 的 Motor 类封装了方向+PWM，PWMOutputDevice 控制使能脚调速：

# dc_motor.py — 直流电机调速与换向（L298N）
from gpiozero import Motor, PWMOutputDevice
from time import sleep

# IN1=GPIO23 IN2=GPIO24 控制方向；ENA=GPIO18 控制速度
motor = Motor(forward=23, backward=24)
enable = PWMOutputDevice(18)

print("正转 50% 速度")
enable.value = 0.5     # PWM 占空比 = 速度
motor.forward()
sleep(2)

print("正转全速")
enable.value = 1.0
sleep(2)

print("反转 70%")
enable.value = 0.7
motor.backward()
sleep(2)

motor.stop()          # 停止
enable.off()

如果驱动板把使能脚直接跳线到高电平（不调速，只控方向），可用更简单的 Motor(..., pwm=True)：

# motor 自带 PWM：value 从 -1(全速反) 到 1(全速正)
from gpiozero import Motor
motor = Motor(forward=23, backward=24, pwm=True)
motor.value = 0.6    # 正转 60%
motor.value = -0.4   # 反转 40%
motor.stop()

步进电机：精确定位

以最常见的 28BYJ-48 步进电机 + ULN2003 驱动板为例（4 相，用 4 个 GPIO 控制）。它靠激励序列一步步转动：

# stepper.py — 28BYJ-48 步进电机（ULN2003，半步驱动）
from gpiozero import OutputDevice
from time import sleep

# 4 根信号线接 IN1-IN4
pins = [OutputDevice(p) for p in (6, 13, 19, 26)]

# 8 拍半步激励序列（每一行=四个线圈的通断状态）
SEQ = [
    [1,0,0,0], [1,1,0,0], [0,1,0,0], [0,1,1,0],
    [0,0,1,0], [0,0,1,1], [0,0,0,1], [1,0,0,1],
]

def step(steps, delay=0.002, direction=1):
    for _ in range(steps):
        for state in (SEQ if direction > 0 else reversed(SEQ)):
            for pin, val in zip(pins, state):
                pin.value = val
            sleep(delay)

# 28BYJ-48 半步一圈约 4096 步
step(4096, direction=1)    # 正转一圈
step(2048, direction=-1)   # 反转半圈
for p in pins: p.off()     # 全部断电（防发热）

三类电机选型对照