火车的驱动原理

信盈达嵌入式实训学院--嵌入式Linux培训教程

深圳信盈达电子有限公司 专业提供单片机、嵌入式、ARM、LINUX、Android技术服务、技术培训。 第五章：Linux驱动介绍 5.1 驱动原理： LINUX提供标准接口函数给底层，底层驱动按照LINUX编程规则进行驱动编写。操作系统是通过各种驱动程序来驾驭硬件设备的，它为用户屏蔽了各种各样的设备，驱动硬件是操作系统最基本的功能，并且提供统一的操作方式。设备驱动程序是内核的一部分，硬件驱动程序是操作系统最基本的组成部分，在Linux内核源程序中也占有60%以上。因此，熟悉驱动的编写是很重要的. Linux内核中采用可加载的模块化设计（LKMs，Loadable Kernel Modules），一般情况下编译的Linux内核是支持可插入式模块的，也就是将最基本的核心代码编译在内核中，其他的代码可以编译到内核中，或者编译为内核的模块文件（在需要时动态加载）。 5.2 内核模块的主要相关命令  lsmod：列出当前系统中加载的模块，其中左边第一列是模块名，第二列是该模块大小，第三列则是使用该模块的对象数目。  rmmod:是用于将当前模块卸载。  insmod和modprobe是用于加载当前模块，但insmod不会自动解决依存关系，即如果要加载的模块引用了当前内核符号表中不存在的符号，则无法加载，也不会去查在其他尚未加载的模块中是否定义了该符号；modprobe可以根据模块间依存关系以及/etc/modules.conf文件中的内容自动加载其他有依赖关系的模块。 5.3 设备分类 Linux系统的设备分为三类：字符设备--（包含一个混杂设备）、块设备和网络设备。 字符设备通常指像普通文件或字节流一样，以字节为单位顺序读写的设备， 如并口设备、虚拟控制台等。字符设备可以通过设备文件节点访问，它与普通文件之间的区别在于普通文件可以被随机访问（可以前后移动访问指针），而大多数字符设备只能提供顺序访问，因为对它们的访问不会被系统所缓存。但也有例外，例如帧缓存(framebuffer)是一个可以被随机访问的字符设备。 块设备通常指一些需要以块为单位随机读写的设备，如IDE硬盘、SCSI硬盘、光驱等。块设备也是通过文件节点来访问，它不仅可以提供随机访问，而且可以容纳文件系统（例如硬盘、闪存等）。Linux可以使用户态程序像访问字符设备一样每次进行任意字节的操作，只是在内核态内部中的管理方式和内核提供的驱动接口上不同。 $ ls –l /dev crw-rw---- 1 root uucp 4, 64 08-30 22:58 ttyS0 /*串口设备, c表示字符设备*/ brw-r----- 1 root disk 8, 0 08-11 23:03 sda /*硬盘设备，b表示块设备*/ 5.4 设备驱动程序工作原理 模块在调用insmod命令时被加载，此时的入口点是init_module()函数，通常在该函数中完成设备的注册。同样，模块在调用rmmod命令时被卸载，此时的入口点是cleanup_module()函数，在该函数中完成设备的卸载。在设备完成注册加载之后，用户的应用程序就可以对该设备进行一定的操作，信盈达嵌入式实训学院--嵌入式Linux培训教程

苏显泽：磁力小火车原理

首先对小火车的运动做出合理假设：

小火车从静止到运动，肯定是受到了力的作用。小火车在运动过程中可能产生的力有摩擦力、安培力、空气阻力。摩擦力和空气阻力阻滞运动，能够使电池运动起来的很有可能是安培力。 基本常识是：

一、磁铁能够吸附在电池上，是因为电池内部有铁芯，电池的性质不会因为附着磁铁而改变

二、磁铁具备导电的性质，试验中的铜丝、磁铁、电池可能构成回路。 接下来的问题就是安培力是如何产生的，又是如何作用在小火车上的。产生安培力的条件是通电导线在磁场中，并且电流方向和磁场强度方向不平行。附着在电池两极的磁铁提供了磁场，那么电流是如何产生的。

小火车在运行过程中，磁铁一直与铜导线保持接触，再加上电池提供电压，就形成了一个持续的移动回路。此时，铜线上电流方向与与磁场方向不平行，的确可能产生安培力，但是这一安培力作用在铜线上，并不能导致小火车的移动。因此，必须换一个思路。

电流从铜线圈中通过会产生磁场，磁铁上垂直前进方向的表面存在等效环形电流，这时，安培力即产生，这一原理可以通过实验现象证明。试验中，只有当两磁铁相同一极相对附着在

1.电池两端时，小火车才会运动，具体受力如图：

图中反映了当两磁铁N极相对，螺线管产生水平向右磁场时的情况。左侧磁铁的等效环形电流如图，由于在通电螺线圈两侧磁场强度呈向外发散状，并不平行，因此，根据左手定则，取一小段等效电流如图，受安培力在水平方向有向左分。同理，右侧磁铁的等效电流受安培力同样产生向左的水平分量，因此，小火车受向左的力而运动。

当两磁铁S极相对，其他条件不变，即螺线圈电流方向不变。则两侧都产生安培力并且有向右的水平分力，磁铁向右运动。

火车头动力的原理

火车头动力的原理是通过传统的内燃机或电动机带动机车运动，然后通过传动系统传递动力给车轮，从而推动列车运行。下面将详细介绍火车头动力的原理。

传统火车头动力主要包括内燃机和电动机两种类型。内燃机火车头是使用内燃机作为动力源的火车头，电动机火车头则是使用电动机作为动力源的火车头。

首先来介绍内燃机火车头。内燃机火车头的动力来自于内燃机，内燃机是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的装置。内燃机火车头通常采用柴油机作为动力源。柴油机是一种利用柴油作为燃料燃烧产生高温高压气体从而驱动活塞运动的往复式内燃机。

柴油机通过与传动系统连接，将机械能传递给车轮。传动系统主要包括传动轴、传动齿轮、传动链条等。柴油机的输出轴通过传动轴与传动齿轮相连，传动齿轮带动另一根传动轴以及与之相连的传动链条。传动链条通过与车轮相连，将柴油机输出的动力传递给车轮。车轮受到动力的推动，通过与铁轨的摩擦力，使整个列车前进。

内燃机火车头的工作原理是将柴油注入燃烧室中，然后通过压缩机将气体压缩，使其温度升高。随后，在燃烧室内喷入燃油，当燃料遇到高温的气体时，发生燃烧反应，产生大量的热能。燃烧产生的高温高压气体推动活塞以及连杆运动，最终带动传动系统工作，使车轮转动，从而推动车辆行驶。

接下来介绍电动机火车头。电动机火车头的动力来自于电动机，电动机是将电能转化为机械能的装置。电动机火车头通常采用交流电动机或直流电动机作为动力源。交流电动机是通过交流电源提供电能，将电能转化为机械能的装置。直流电动机是通过直流电源提供电能，实现将电能转化为机械能的装置。

电动机通过与传动系统连接，将机械能传递给车轮。传动系统与内燃机火车头类似，包括传动轴、传动齿轮、传动链条等。电动机的输出轴通过传动轴与传动齿轮相连，传动齿轮带动另一根传动轴以及与之相连的传动链条。传动链条通过与车轮相连，将电动机输出的动力传递给车轮。车轮受到动力的推动，通过与铁轨的摩擦力，使整个列车前进。

1 / 1

首先对小火车的运动做出合理假设：

小火车从静止到运动，肯定是受到了力的作用。小火车在运动过程中可能产生的力有摩擦力、安培力、空气阻力。摩擦力和空气阻力阻滞运动，能够使电池运动起来的很有可能是安培力。

基本常识是：

一、磁铁能够吸附在电池上，是因为电池内部有铁芯，电池的性质不会因为附着磁铁而改变

二、磁铁具备导电的性质，试验中的铜丝、磁铁、电池可能构成回路。

接下来的问题就是安培力是如何产生的，又是如何作用在小火车上的。产生安培力的条件是通电导线在磁场中，并且电流方向和磁场强度方向不平行。附着在电池两极的磁铁提供了磁场，那么电流是如何产生的。

小火车在运行过程中，磁铁一直与铜导线保持接触，再加上电池提供电压，就形成了一个持续的移动回路。此时，铜线上电流方向与与磁场方向不平行，的确可能产生安培力，但是这一安培力作用在铜线上，并不能导致小火车的移动。因此，必须换一个思路。

电流从铜线圈中通过会产生磁场，磁铁上垂直前进方向的表面存在等效环形电流，这时，安培力即产生，这一原理可以通过实验现象证明。试验中，只有当两磁铁相同一极相对附着在电池两端时，小火车才会运动，具体受力如图：

图中反映了当两磁铁N极相对，螺线管产生水平向右磁场时的情况。左侧磁铁的等效环形电流如图，由于在通电螺线圈两侧磁场强度呈向外发散状，并不平行，因此，根据左手定则，取一小段等效电流如图，受安培力在水平方向有向左分。同理，右侧磁铁的等效电流受安培力同样产生向左的水平分量，因此，小火车受向左的力而运动。

当两磁铁S极相对，其他条件不变，即螺线圈电流方向不变。则两侧都产生安培力并且有向右的水平分力，磁铁向右运动。