Arduino入門14: 步進電機的控制

2021-02-19 愛上Arduino


前一篇實驗了如何用電位器控制舵機。今天我們繼續了解另一種常見的電機—步進電機。

    什麼是步進電機    

步進電機(Stepper/Step/Stepping Motor)，主要是依靠定子線圈序列通電，順次在不同的角度形成磁場，推拉定子旋轉。接觸步進電機時會有很多容易混淆的概念。比如單極性、雙極性、兩相八線、四相八線等等。主要是由於線圈的接法不同，我們先簡單地辯析一下：

按照電機驅動架構可分為單極性 (unipolar) 和雙極性 (bipolar) 步進電機。所謂的極性，就是電流通過線圈繞組產生磁場的極性，單極性就是只有一個磁極，雙極就是有兩個磁極。四相，八相是指步進電機的相數，即步進電機內部的線圈組數。電機的相數不同，步進電機接收到每個脈衝信號的角度也不同。通過不同的極性，不同的相數，線圈接法會得到不同的電機性能。

    步進電機和伺服電機、舵機的區別    

伺服電機不算是一種電機，而通常是包含電機、傳感器和控制器的電機系統。舵機是個俗稱，適用於航模上，其實是一種低端的但最常見的伺服電機系統，價格低廉但精度較低。

    驅動晶片    

步進電機往往需要特定的驅動系統來提供並控制電流脈衝。本教程中我們實驗的步進電機屬於功率較小的，我們使用一個ULN2003晶片和Arduino配合驅動。ULN2003是由7個矽NPN複合電晶體組成，其主要作用就是把小電流變成大電流，ULN2003可以承受較高的工作電壓和電流。

ULN2003一共有16個引腳，根據datasheet，有七個輸入(IN)和對應的七個輸出(OUT)，pin8接地，pin9接12V或者5V。

    準備材料    

Arduino UNO 1塊

當然你也可以使用Arduino其它版本，比如Arduino Leonardo, Arduino Duemilanove。

Arduino USB線 1根

一端是A型，一端是B型的USB連接線，用來連接Arduino和電腦


迷你麵包板 1塊(可選)


麵包線/跳線 若干根

兩頭都是針頭的公對公麵包線若干

電位器 1個


步進電機 1個

ULN2003晶片 1顆

裝有Arduino IDE的Mac/PC/Linux 1臺

若沒有安裝，請參考《Arduino入門3: 安裝和熟悉Arduino IDE》安裝。

    連接電路    

按照圖示連接好電路：

    代碼    

可以直接在File> Examples> Stepper> MotorKnob導入示例代碼。我們要稍微修改一下代碼。熟悉要根據電機參數調整布局電機轉一圈的參數。我們使用的28BYJ-48步進電機STEPS為64，最高速度大概設置為500或以下。

Stepper.h是Arduino IDE自帶的控制步進電機的標準庫。

Stepper(steps, pin1, pin2)Stepper(steps, pin1, pin2, pin3, pin4)

Stepper函數是用來創建步進電機實例的，共有兩種以上用法。steps代表電機轉一圈所用的步數。這個一般是步進電機出廠是就固定的。也可以通過步距角計算得出：

轉一圈的步數 = 360 / 步距角

pin1,pin2,pin3,pin4是連接至步進電機的引腳。根據電機的引線數確定，pin3，pin4是可選的。

setSpeed(rpms)函數是用來設置步進電機的速度，即每分鐘該轉的步數。

根據實例代碼，當你轉動電位器，步進電機也會轉動一定角度。

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  • 手把手教你,讓步進電機動起來~
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