自制小四轴

        电路设计上我们首先需要解决的就是电机驱动的问题。也就是说，如何使电动机转动起来，并且使电动机根据我们实际的需要达到指定的转动速度。对于一些轴距较大的四轴来说，通常采用无刷电机和无刷电调来完成电机的驱动控制，如下：

无刷电机

无刷电调

        实际上我们准备要制作的小四轴尺寸非常小，长和宽只有10CM，这样大的电机和电调根本无法安装到我们的小四轴上，而且它们质量很大，并不适合。于是，我们选用了一款小四轴专用的电动机：空心杯8520电机。

        其参数如下：

• 电机直径：8.5MM
• 电机长度：20MM
• 输出轴长：5.2MM
• 电机质量：5.5g
• 额定电压：DC 3.4V
• 电机转速：51000 RPM

        需要注意的是，这是一款直流有刷电机，我们只需要将它的两根导线与电源的正负极接入，它就会转动起来，而将其两根导线与电源的正负极调换，就会改变转动方向。这是一个非常重要的事情，这是我们后续制作小四轴时有非常重要的关键点。

        对于上面图例中所展示的是电动机基本的电路原理，这样的电路电机会一直转动且无法改变其转动速度，这并不是我们所希望的，我们希望可以根据我们指定的条件让电机以不同的速度转动。控制原理是这样的：

        当我们让电机的导线与电源接通时，电机就会转动起来，当导线与电源断开的时候，电机就会停止转动，而我们可以使用电子信号频的让电机的导线与电源高频导通与断开，一次导通与断开，我们认为是一个控制周期。在这一个控制周期内，接通的时间越长，电机转动速度就越快；相反接通的时间越短，电机转动速度就越慢。

        而对于这样的一个控制方法，我们可以使用一个MOS管来，配合PWM控制信号对电机进行转速控制，电路原理图如下：

        其中：

• VCC：电源的正极。
• GND：电源的负极。
• MOTOR：8520空心杯电动机。
• MOS：电机控制的场效应管（可以简单理解为三极管）。
• PWM：控制信号。

        我们的电机控制采用的是N沟道MOS管，当PWM控制信号为高电平时，MOS管导通，电机转动；当PWM控制信号为低电平时，MOS管断开，电机停止。而当PWM为高频信号输了到MOS管时，就可以根据每一个PWM周期的高电平与整个控制信号周期的比例来控制电动机的转动速度。也就是说，我们可以通过改变PWM信号的占空比，来控制电机转动的速度，占空比越高，电机转动越快，占空比越低，电机转动越慢。如下图所示：

        这样我们就可以根据自己的需要来使用程序生成PWM信号完成对电机转动速度的控制。这样我们就完成了有刷直流电机的驱动电路，完成原理图如下：

        其中，我们在电机两侧并联了一个电容和一个二级管。二极管的目的是防止电机线圈中的电能产生一个瞬间高压击穿MOS管，而加入这个二极管之后可以将这个电路构成一个反向回路，将电机线圈中的电能释放掉。而电容的作用可以让电机在高速转动时保持电压的稳定。

        这样，我们的电机驱动电路就完成了，整体上说还是比较简单的，后续章节中我们会讲述如何生成指定频率和占空比的PWM信号来准确控制电机的转动速度。