GraftSense-光耦隔离 MOS 管单电机驱动模块（MicroPython）
GraftSense-光耦隔离 MOS 管单电机驱动模块（MicroPython）
GraftSense 光耦隔离 MOS 单电机驱动模块
目录
简介
本模块是 FreakStudio GraftSense 光耦隔离 MOS 单电机驱动模块，专为单直流电机驱动、MOS 管开关控制、光耦隔离保护设计，适用于电子 DIY 电机控制实验、机器人驱动演示、嵌入式负载控制项目。模块通过光耦实现电气隔离，避免功率端干扰窜入控制端，同时借助 MOS 管实现对负载的高效开关驱动，具备强抗干扰能力、驱动稳定、操作可靠等优势，兼容 Grove 接口标准。
主要功能
硬件功能
- 电气隔离：采用 EL817S 光耦实现控制信号与功率回路的电气隔离，提升系统稳定性和安全性；
- 高效驱动：通过 IRFR9024NTRPBF MOS 管实现负载的高效开关驱动，适配直流电机等感性负载；
- 续流保护：集成 SS34 二极管，为感性负载提供续流保护，防止反向电动势损坏器件；
- 状态指示：LED1 指示灯直观显示模块工作状态（MOS 管导通时点亮）；
- 滤波抗干扰：多电容滤波电路保障电源和控制信号稳定，提升抗干扰能力；
- 标准兼容：兼容 Grove 接口标准，接口标注清晰，便于接线调试。
软件功能
- 完整 API 支持：基于 MicroPython 实现
OptoMosSimple核心类，提供电机驱动全流程控制接口； - 灵活占空比控制：支持计数值/百分比两种占空比设置方式，超范围参数自动裁剪；
- 反向输出模式：支持占空比逻辑反向输出，适配反向控制场景；
- 状态监控：提供状态查询接口，实时获取占空比、PWM 参数等信息；
- 资源管理：支持 PWM 资源初始化与释放，避免资源占用。
硬件要求
-
电源要求：
-
功率电源（VIN）：需与负载（如电机）额定电压匹配，输出电流满足负载需求；
- 控制端电源：需提供稳定的 +5V 电源，保障光耦和控制逻辑正常工作；
-
接口要求：
-
控制信号接口（CONTROL）：支持高/低电平或 PWM 信号输入（频率推荐 1kHz-20kHz）；
- 接地要求：控制地（GND）与 MCU 共地，功率地（PGND）与功率回路共地，可通过 0Ω 电阻 R4 统一地电位；
-
器件兼容：
-
续流二极管：驱动感性负载时必须保留 SS34 续流二极管；
- MOS 管驱动：需保留 R1（20kΩ）上拉电阻、R2（10kΩ）限流电阻，确保 MOS 管可靠通断。
文件说明
| 文件名 | 说明 |
|---|---|
| opto_mos_simple.py | 核心驱动文件，实现 OptoMosSimple 类，提供 PWM 控制、占空比调节等核心功能 |
| main.py | 测试示例文件，验证模块电机驱动功能，包含各类 API 的使用演示 |
软件设计核心思想
核心类：OptoMosSimple（基于 MicroPython 实现）
1. 类属性
| 属性 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| pwm | PWM | 已初始化的 PWM 对象，用于生成 PWM 信号 |
| pwm_max | int | PWM 最大计数范围（默认 65535，对应 16 位 PWM） |
| inverted | bool | 是否反向输出占空比（默认 False，True 时占空比逻辑取反） |
| _duty | int | 当前占空比计数值（内部维护） |
2. 核心方法
| 方法 | 功能 | 参数说明 | 返回值 |
|---|---|---|---|
| init | 构造函数，初始化 PWM 控制对象 | pwm: 已创建的 PWM 对象；pwm_max: PWM 最大计数（默认 65535）；inverted: 是否反向输出（默认 False） | 无 |
| init | 初始化输出，默认关闭（0% 占空比） | 无 | 无 |
| set_duty | 设置占空比（计数值，范围 0..pwm_max），超范围自动裁剪 | duty: 占空比计数值 | 无 |
| set_percent | 设置占空比百分比（0.0..100.0），超范围自动裁剪 | percent: 占空比百分比 | 无 |
| full_on | 置为全速（100% 占空比） | 无 | 无 |
| off | 关闭输出（0% 占空比） | 无 | 无 |
| get_status | 获取当前状态字典 | 无 | dict，包含 duty（计数值）、percent（百分比）、pwm_max、inverted |
| deinit | 释放或复位 PWM 资源 | 无 | 无 |
使用说明
PWM 初始化：选择合适的 GPIO 口创建 PWM 对象，频率建议设置为 1kHz-20kHz（避免可听噪声）；
驱动实例化：基于已创建的 PWM 对象初始化 OptoMosSimple 驱动实例，可指定是否反向输出；
通过 set_duty 设置计数值占空比，或 set_percent 设置百分比占空比，超范围参数会自动裁剪；
通过 full_on/off 快速实现电机全速/停止；
状态监控：调用 get_status 获取当前驱动状态，便于调试和逻辑控制；
资源释放：使用完成后调用 deinit 释放 PWM 资源，避免资源占用。
示例程序
以下是 main.py 中的核心测试代码，用于验证模块的电机驱动功能：
import time
from machine import Pin, PWM
from opto_mos_simple import OptoMosSimple
# 上电延时，等待模块稳定
time.sleep(3)
print("FreakStudio: OptoMosSimple Test Start ")
# 创建 PWM 对象，GPIO6 输出，频率1kHz
pwm = PWM(Pin(6))
pwm.freq(1000)
print("PWM object created on Pin 6 with 1kHz frequency.")
# 创建驱动实例
driver = OptoMosSimple(pwm)
print("Driver object created.")
# 初始化驱动（默认关闭输出）
driver.init()
print("[init] Initialized ->", driver.get_status())
# 测试 set_duty 方法：设置占空比计数值
print("[set_duty] Set duty=10000")
driver.set_duty(10000)
print("Status:", driver.get_status())
print("[set_duty] Set duty=70000 (out of range, auto clipped)")
driver.set_duty(70000) # 超出65535，自动裁剪为65535
print("Status:", driver.get_status())
# 测试 set_percent 方法：设置占空比百分比
print("[set_percent] Set 25% duty cycle")
driver.set_percent(25.0)
print("Status:", driver.get_status())
print("[set_percent] Set 150% duty cycle (out of range, auto clipped)")
driver.set_percent(150.0) # 超出100%，自动裁剪为100%
print("Status:", driver.get_status())
# 测试 full_on 方法：全速输出（100%占空比）
print("[full_on] Full ON")
driver.full_on()
print("Status:", driver.get_status())
time.sleep(5) # 保持全速5秒
# 测试 off 方法：关闭输出（0%占空比）
print("[off] Turn OFF")
driver.off()
print("Status:", driver.get_status())
time.sleep(10) # 保持关闭10秒
# 测试 inverted 模式（反向输出，使用不同GPIO避免冲突）
print("[inverted] Testing inverted mode")
pwm_inv = PWM(Pin(16))
pwm_inv.freq(1000)
driver_inv = OptoMosSimple(pwm_inv, inverted=True) # 反向输出
driver_inv.init()
driver_inv.set_percent(30.0) # 实际输出70%占空比（反向）
print("Inverted 30% ->", driver_inv.get_status())
driver_inv.full_on() # 实际输出0%占空比（反向）
print("Inverted full_on ->", driver_inv.get_status())
driver_inv.off() # 实际输出100%占空比（反向）
print("Inverted off ->", driver_inv.get_status())
# 释放资源
print("[deinit] Release resources")
driver.deinit()
driver_inv.deinit()
print("PWM released.")
print("=== OptoMosSimple Test End ===")
注意事项
- 电气隔离：光耦实现了控制端与功率端的电气隔离，接线时需确保控制端（CONTROL、GND）与功率端（VIN、VOUT、PGND）的电源独立，避免共地干扰；
- 续流保护：驱动感性负载（如电机）时，必须保留 SS34 二极管，防止 MOS 管关断时产生的反向电动势损坏器件；
- PWM 频率：PWM 频率需根据负载特性选择，电机驱动通常使用 1kHz-20kHz 的频率，避免产生 audible noise（可听噪声）；
- 电源匹配：VIN 输入电压需与负载（如电机）额定电压匹配，VOUT 输出电流需满足负载需求，避免过载；
- 地连接：R4（0Ω 电阻）用于连接 PGND 与 GND，若系统中控制地与功率地已统一，可保留该电阻；若需严格隔离，可移除该电阻，实现两地完全隔离；
- 反向模式：使用
inverted=True时，需注意占空比逻辑取反，避免控制逻辑错误。
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