Raspberry Pi完成直線平臺(tái)的設(shè)計(jì)全過(guò)程

像 Raspberry Pi 這樣的單板計(jì)算機(jī) (SBC) 只需數(shù)小時(shí)就能輕松構(gòu)建復(fù)雜的機(jī)器，而不必使用一顆裸微控制器從頭開(kāi)始。 為了展示使用現(xiàn)代 SBC 有多簡(jiǎn)單，此“Easy Build”課程將引導(dǎo)您完成構(gòu)建直線平臺(tái)并進(jìn)行編碼所需的步驟。這里的直線平臺(tái)是一個(gè)能夠以直線方向執(zhí)行來(lái)回運(yùn)動(dòng)的，由系統(tǒng)工程師或研究人員用來(lái)完成重復(fù)性任務(wù)的平臺(tái)。

除了引導(dǎo)您完成這些步驟外，我們還將附上用于演示隨附視頻中直線平臺(tái)的代碼，以及幫助您啟動(dòng)的項(xiàng)目物料清單。

為什么選擇直線平臺(tái)？

我們啟動(dòng)此項(xiàng)目的初衷是，展示設(shè)定 Raspberry Pi 微型計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行稍復(fù)雜的任務(wù)是如此容易。 盡管我們不會(huì)滿足于幾個(gè)閃光燈，但我們也不想嘗試并計(jì)算軌道力學(xué)。 最終我們決定控制步進(jìn)電機(jī)致動(dòng)的直線平臺(tái)。 畢竟，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正好介于閃爍的 LED 與計(jì)算三個(gè)天體的多體問(wèn)題之間。

我們將項(xiàng)目分成三個(gè)部分：電子硬件、軟件和機(jī)械構(gòu)造。

電子硬件

圖 1：顯示從 Raspberry Pi Model B 到限位開(kāi)關(guān)的所有硬件元素的完整系統(tǒng)布局（左上角）。 （使用 Digi-Key Scheme-it 繪制的原理圖）

目前為止，這些內(nèi)容還非常簡(jiǎn)單、直接。 很顯然，除了 Raspberry Pi 2 (Rpi) 外，我們還需要步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及上述兩個(gè)器件的電源。 之后，我們確定了需要的輸入。 最后，我們確定了以下項(xiàng)目：

- 左移按鈕

- 右移按鈕

- 高/低速開(kāi)關(guān)

- 左限位開(kāi)關(guān)

- 右限位開(kāi)關(guān)

我們將電路布置到 B&K Precision GS-830 試驗(yàn)板上。 顧名思義，它擁有 830 個(gè)連接點(diǎn)以及一個(gè)總線條。

圖 2：如圖所示，滑動(dòng)架擠靠在限位開(kāi)關(guān)上，其中藍(lán)色盒子就是限位開(kāi)關(guān)，且在絲杠下方還有一個(gè)柱塞。 （來(lái)源：Digi-Key Electronics）

輸入從左，還是從右，完全隨意。 我們只需對(duì)兩個(gè)相反方向命名。 請(qǐng)注意，該限位開(kāi)關(guān)使用上拉電阻器接線為“正常高”。 我們這樣做是為了給這些輸入提供一些抗噪能力。 Raspberry Pi 具有驚人的靈敏度，我們發(fā)現(xiàn)，緊湊型熒光燈等外部噪聲源和繼電器線圈等電感器有時(shí)可以在 Pi 上觸發(fā)輸入。

對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，我們選擇了 NMB Technologies Corporation 的 23KM-K2（圖 3）。 我們使用的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器是 Geckodrive 的 G210X。 Geckodrive 比市場(chǎng)上許多廉價(jià)的非品牌驅(qū)動(dòng)器要昂貴一些，但它們可以提供流暢、無(wú)故障的步進(jìn)控制。 同樣，我們手頭已經(jīng)有了一個(gè)這樣的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。 大多數(shù)類似 G210x 這樣的廉價(jià)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是通過(guò) DIRECTION 引腳和 STEP 引腳來(lái)控制的。 這很適合簡(jiǎn)單的項(xiàng)目：我們只需將這些引腳直接連接到 Rpi 上未使用的 GPIO 引腳即可。

圖 3：對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，我們選擇了 NMB Technologies Corp. 的 23KM-K2 標(biāo)準(zhǔn)混合電機(jī)。 （來(lái)源：NMB Technologies Corp.）

我們還將 Geckodrive 的 ENABLE 引腳接至 Rpi。 這樣做使得驅(qū)動(dòng)器僅在程序運(yùn)行時(shí)才“開(kāi)啟”并向電機(jī)線圈供電。 否則，即使驅(qū)動(dòng)器未收到執(zhí)行任何操作的任何指令，驅(qū)動(dòng)器仍會(huì)在我們向整個(gè)電路供電后立即將功率轉(zhuǎn)儲(chǔ)至電機(jī)。

將功率轉(zhuǎn)儲(chǔ)至電機(jī)線圈造成兩個(gè)結(jié)果。 首先，它會(huì)促使電機(jī)產(chǎn)生制動(dòng)效果。 電機(jī)會(huì)主動(dòng)抵制任何旋轉(zhuǎn)其軸的嘗試。 這在某些情況下是希望達(dá)到的效果；比如當(dāng)您將滑動(dòng)架移到某個(gè)點(diǎn)并且希望將其鎖定到位，使其不會(huì)被撞離位置。

第二個(gè)結(jié)果是我們希望避免的，即電機(jī)會(huì)在原地不斷升溫。 此電路在我們編輯和測(cè)試代碼的過(guò)程中一直保持通電狀態(tài)。 如果我們不停用驅(qū)動(dòng)器，它會(huì)不斷向我們的電機(jī)轉(zhuǎn)儲(chǔ)功率。 步進(jìn)電機(jī)通常都會(huì)變熱，但我們最好不要讓其在等待指令的過(guò)程中自行加熱。

圖 4：36 VDC XP Power SHP350 系列 36 V 開(kāi)關(guān)式電源用于替換 24 V 電源為系統(tǒng)供電，以增加電機(jī)轉(zhuǎn)速。 （來(lái)源：XP Power）

最初，我們?yōu)殡姍C(jī)連接 24 VDC 電源， 之后我們決定提高轉(zhuǎn)速，于是找到了 36 VDC 電源，即 XP Power 的 SHP350 單輸出、350 W AC-DC 電源。 這將在 24 V 電源的基礎(chǔ)上顯著提升電機(jī)轉(zhuǎn)速。

Gecko 驅(qū)動(dòng)器會(huì)限制通過(guò)電機(jī)線圈的最大電流。 您可以在端子 11 和 12 之間使用電阻器來(lái)設(shè)置電流限制，也可以使用驅(qū)動(dòng)器上的 DIP 開(kāi)關(guān)。 順便提一下，同一組 DIP 開(kāi)關(guān)還用于控制驅(qū)動(dòng)器的微步進(jìn)模式。 我們將在軟件部分對(duì)此做進(jìn)一步討論。

軟件

軟件程序顯示在本頁(yè)面的底部。 此時(shí)我們決定選擇使用兩個(gè)程序：一個(gè)程序用于手動(dòng)控制平臺(tái)；另一個(gè)程序負(fù)責(zé)讓直線平臺(tái)滑動(dòng)架在限位開(kāi)關(guān)之間來(lái)回穿梭。 所有代碼均使用 IDLE 3.2.1 以 Python 語(yǔ)言編寫(xiě)。 我們之所以使用 Python，是因?yàn)樗?Rpi 的默認(rèn)語(yǔ)言。 IDLE 是隨 Raspbian 一起提供的 Python 精簡(jiǎn)版系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境。

為什么使用 Python？ 不要讓新語(yǔ)言嚇住了您。 Python 與 C 非常相似，即使您不會(huì)編寫(xiě) Python 代碼，但只要熟悉 C，就幾乎肯定能夠閱讀和理解程序內(nèi)容。

我們的手動(dòng)控制程序要執(zhí)行的操作幾乎一目了然，代碼也未作任何說(shuō)明。 具體而言，電機(jī)加速的問(wèn)題。 步進(jìn)電機(jī)必須逐漸提高轉(zhuǎn)速。我知道，許多讀者會(huì)說(shuō)，他們以前見(jiàn)過(guò)或控制過(guò)步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速完全取決于向其輸入的脈沖頻率。 也許是這樣，但我敢打賭，這些情況下的電機(jī)負(fù)載肯定很小，甚至根本沒(méi)有任何負(fù)載。

而我們的直線平臺(tái)中的電機(jī)肯定帶有負(fù)載。 承載的步進(jìn)電機(jī)必須達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速，否則電機(jī)將會(huì)失速。 將脈沖輸入到其驅(qū)動(dòng)器時(shí)，步進(jìn)電機(jī)只會(huì)在原地?cái)嗬m(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 這也是我們?cè)谲浖兄萌爰铀俪潭鹊脑颉?加速度需要足夠快，使觀察者不容易觀察到從靜止到最高轉(zhuǎn)速的過(guò)程，但不能太快以至于失速。

加速程序一開(kāi)始很慢地旋轉(zhuǎn)電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)在低速下具有最高的扭矩），以向系統(tǒng)施加最大扭矩，從而克服慣性和“靜摩擦力”。 之后，此程序會(huì)快速縮短步進(jìn)脈沖之間的時(shí)間，直至達(dá)到最高轉(zhuǎn)速。 扭矩會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的提高而減小，但到此時(shí)，如果調(diào)節(jié)得當(dāng)，系統(tǒng)中的機(jī)械阻力已被克服。

簡(jiǎn)單地介紹一下“靜摩擦力”一詞的含義。 此術(shù)語(yǔ)的真正解釋遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了此項(xiàng)目分析的目的。 但我們可以采用類比的方法加深了解。 想象一下握住機(jī)器的旋鈕或手輪，并嘗試旋轉(zhuǎn)。 通常，在旋轉(zhuǎn)時(shí)必須克服一個(gè)初始阻力。 一旦克服這個(gè)阻力，旋轉(zhuǎn)旋鈕或手輪就會(huì)變得容易多了，現(xiàn)在需要的扭矩也要小得多。 在本文中，該初始阻力便是靜摩擦力。 這種現(xiàn)象在利用滑臺(tái)執(zhí)行操作的機(jī)床（例如車床或銑床）中特別明顯。

我們的確注意到，Python 也有一個(gè)顯著的局限。 我們對(duì)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供輸出的步進(jìn)引腳進(jìn)行切換的速度存在限制。 到某一點(diǎn)后，我們?cè)?5 μs 步進(jìn)脈沖之間加入的延遲不論多小都無(wú)關(guān)緊要，因?yàn)?Python 代碼中的命令執(zhí)行之間存在固有的延遲。 我們沒(méi)有完全弄清這一問(wèn)題的緣由，也不知道如何解決此問(wèn)題。 最好的辦法是采取變通方案，這也是我們將電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)為 Full_Step 模式的原因。

如果使用任何類型的微步進(jìn)，我們需要將最大脈沖率（取決于 Python 的具體情況）除以我們將驅(qū)動(dòng)器切換到的微步數(shù)。

因此，對(duì)于半步進(jìn)電機(jī)，需要將最高轉(zhuǎn)速除以二。 使用 1/10 微步進(jìn)時(shí)，我們需要將最高轉(zhuǎn)速除以 10！ 如果您追求更流暢、波動(dòng)較小的動(dòng)作，微步進(jìn)方式是不錯(cuò)的選擇，但對(duì)此項(xiàng)目而言則不必如此。

關(guān)于微步進(jìn)的說(shuō)明

我們?cè)诖隧?xiàng)目中所用的雙極步進(jìn)電機(jī)類型幾乎總是設(shè)計(jì)為每轉(zhuǎn) 200 步。 也就是說(shuō)，200 個(gè)“全”步將會(huì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸一周。 現(xiàn)在，比方說(shuō)，我們將電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置成 ? 微步進(jìn)。 我們這樣做會(huì)將電機(jī)的每個(gè)滿步分成 4 個(gè)更小的步。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器收到的每個(gè) STEP 脈沖會(huì)將電機(jī)軸旋轉(zhuǎn) ? 滿步。 這意味著，我們現(xiàn)在必須發(fā)送 800 個(gè)脈沖到驅(qū)動(dòng)器才能將軸旋轉(zhuǎn)一整轉(zhuǎn)。

1/10 微步呢？ 現(xiàn)在，您需要發(fā)送 2000 個(gè)脈沖才能完成一整轉(zhuǎn)。 咋一看，這看起來(lái)不錯(cuò)。 這樣做增加了電機(jī)的位置分辨率。 是的，但不完全如此：您可以采取多小的步幅存在物理限制。 而且，微步越多，您所獲得的可用扭矩越小。

手動(dòng)控制程序分解

首先，我們導(dǎo)入了時(shí)間和 GPIO 庫(kù)。 然后，我們?yōu)槊總€(gè)變量設(shè)置引腳以及這些引腳的輸入/輸出。

方向按鈕和速度開(kāi)關(guān)設(shè)置為使用內(nèi)部下拉電阻。 限位開(kāi)關(guān)設(shè)置為使用內(nèi)部上拉電阻。

轉(zhuǎn)速和加速變量在開(kāi)始時(shí)設(shè)置，并可全局更改，以調(diào)節(jié)運(yùn)行程序中的電機(jī)轉(zhuǎn)速和加速度。

程序僅運(yùn)行一個(gè)“while”循環(huán)作為主循環(huán)，掃描“左”和“右”按鈕。

按其中一個(gè)按鈕后，rampUp() 子程序就會(huì)立即執(zhí)行電機(jī)，沿所按按鈕的方向加速至最高轉(zhuǎn)速。

只要按下按鈕，程序就會(huì)留在 rampUp() 程序中。 松開(kāi)按鈕后，rampUp() 程序?qū)?huì)跳入 rampDown() 程序，將電機(jī)減速至停止。 rampDown() 會(huì)持續(xù)減速，直至用完減速步數(shù)。 然后程序會(huì)返回到主循環(huán)，以檢查方向按鈕。 轉(zhuǎn)速開(kāi)關(guān)有兩個(gè)設(shè)置，高和低。 此開(kāi)關(guān)會(huì)將速度變量更改為對(duì)應(yīng)的速度變量。

在按下左或右方向按鈕以及發(fā)出步進(jìn)脈沖時(shí)，步進(jìn)程序還會(huì)檢查確認(rèn)是否已啟用兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)之一。 當(dāng)移動(dòng)平臺(tái)觸及限位開(kāi)關(guān)時(shí)，電機(jī)就會(huì)停止，改變方向，并執(zhí)行與原始行進(jìn)方向相反的 50 步 (decelPulseCount) 移動(dòng)。 這會(huì)將滑動(dòng)架移至足夠遠(yuǎn)離限位開(kāi)關(guān)的位置，以免再次觸及限位開(kāi)關(guān)。

來(lái)回穿梭程序

從 Raspberry Pi 運(yùn)行該程序后，直線平臺(tái)會(huì)立即在一個(gè)方向上以固定的速度移動(dòng)，直至觸及其中一個(gè)限位開(kāi)關(guān)。 平臺(tái)隨即改變方向，逐步提速，并繼續(xù)在另一個(gè)方向上移動(dòng)，直至其觸及平臺(tái)行程另一側(cè)的限位開(kāi)關(guān)，周而復(fù)始。 移動(dòng)速度可通過(guò)手動(dòng)控制程序中所用的相同開(kāi)關(guān)，在預(yù)設(shè)的高速度或低速度之間切換。

機(jī)械構(gòu)造

圖 5：直線平臺(tái)的最終構(gòu)造使用現(xiàn)貨零件組裝而成，包括 1.5 英寸鋁型材以及一根 8 螺紋/英寸的絲杠（8 頭）。 （來(lái)源：Digi-Key Electronics）

直線平臺(tái)完全由現(xiàn)貨零件制成：用于框架的 1.5 英寸鋁型材、夾具、軸、電機(jī)底座，以及 0.5 英寸直徑的 8 螺紋/英寸的絲杠（8 頭）。 八頭表示螺紋具有 8 條平行螺紋，類似于橙汁容器蓋。 最終，絲杠每轉(zhuǎn)動(dòng)一整轉(zhuǎn)，機(jī)械系統(tǒng)就會(huì)移動(dòng) 1 英寸。 我們這樣做是為了讓直線平臺(tái)操作視頻更生動(dòng)一些。 我們有 10 螺紋/英寸、單螺紋絲杠，但這會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)速度非常慢。 步進(jìn)電機(jī)的局限在于其最大轉(zhuǎn)速實(shí)際上很慢。

滑動(dòng)架架在一對(duì) 20 mm 直線軸及配對(duì)的軸承上。 針對(duì)所用的 NEMA 23 雙極步進(jìn)電機(jī)，我們選擇了一個(gè)通用的 NEMA 23 安裝支架。 問(wèn)問(wèn)圖片和視頻您可以看到，我們使用齒輪和正時(shí)皮帶將機(jī)械動(dòng)力從電機(jī)傳遞到軸末端，以便在出現(xiàn)振動(dòng)或機(jī)械靜摩擦?xí)r能夠調(diào)節(jié)齒輪比。 一些實(shí)驗(yàn)表明，電機(jī)和軸之間的比率為 1:1 效果很好。

對(duì)于位于絲杠從動(dòng)端的軸臺(tái)，我們必須做一些設(shè)計(jì)工作和加工（圖 6）。 軸臺(tái)是支撐軸的一個(gè)機(jī)械元件，在本例中僅傳輸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并阻止直線運(yùn)動(dòng)（至少在理論上如此）。 我們能否在沒(méi)有軸臺(tái)的情況下完成項(xiàng)目？ 存在這種可能。 我們本可以將絲杠直接連接到步進(jìn)電機(jī)的輸出軸，但如果我們選擇這種做法，我們的系統(tǒng)將很不穩(wěn)定。 因此，我們?cè)谥本€平臺(tái)上設(shè)計(jì)并制造了一個(gè)直接連接到 20 mm 直線軸的軸臺(tái)。

圖 6：為延長(zhǎng)設(shè)計(jì)壽命，使用軸臺(tái)支撐軸并且僅傳輸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)阻止直線運(yùn)動(dòng)（至少在理論上如此）。 （來(lái)源：Digi-Key Electronics）

步進(jìn)電機(jī)內(nèi)的軸承通常僅設(shè)置為處理側(cè)向力，而非軸向力。 隨著時(shí)間的推移，在滑動(dòng)架來(lái)回穿梭的過(guò)程中，這些電機(jī)軸承將受到不應(yīng)有的應(yīng)力。 最終會(huì)損壞電機(jī)。 我們不清楚多久會(huì)發(fā)生這種情況。 但我們不希望電機(jī)在項(xiàng)目中途出現(xiàn)磨損，因此我們制造軸臺(tái)時(shí)使用一些推力軸承、一個(gè)滾針軸承和一根 1/4 英寸的軸。 滾針軸承（紅色）在軸臺(tái)右側(cè)中間位置固定 1/4 英寸軸，止推軸承（藍(lán)色）負(fù)責(zé)處理從絲杠傳輸?shù)娜魏屋S向力。

最后，我們對(duì)限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行定位，讓滑動(dòng)架在撞上其機(jī)械行程極限之前便能觸發(fā)該開(kāi)關(guān)。 此時(shí)，滑動(dòng)架的撞擊不會(huì)導(dǎo)致物理?yè)p毀，但肯定會(huì)開(kāi)始磨損正時(shí)皮帶和齒輪，因此我們會(huì)盡力避免這種情況。

以下就是運(yùn)行中的完整項(xiàng)目：

結(jié)論

Raspberry Pi Model B 等 SBC 可以讓工程師和研究人員更輕松地設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)可行且實(shí)用的系統(tǒng)。 此 Easy Build 分步指南通過(guò)一個(gè)實(shí)用的實(shí)例，詳細(xì)指導(dǎo)讀者完成直線平臺(tái)的設(shè)計(jì)全過(guò)程，同時(shí)針對(duì)過(guò)程中的組件選擇和設(shè)計(jì)決策，提供了深入淺出的分析。 除物料清單和相關(guān)代碼外，您在實(shí)現(xiàn)下一個(gè)創(chuàng)意時(shí)也可借鑒該實(shí)例。

物料清單：

1. Seeed Raspberry Pi 2 Model B

2. XP Power：36 V 電源

3. NMB Technologies Corporation：步進(jìn)電機(jī)（零件即將缺貨。）

4. B&K Precision：試驗(yàn)板

5. 項(xiàng)目電線

   1. Bud Industries

   2. MikroElektronika

6. Honeywell：限位開(kāi)關(guān)

   1. DTE6-2RQ9

   2. NGCMB10AX01R

7. Judco Manufacturing：表面貼裝開(kāi)關(guān)

8. C&K Components：JS 系列滑動(dòng)開(kāi)關(guān)

其它零件：

Gecko 210X 步進(jìn)電機(jī)控制器

? 英寸 8 頭絲杠

Bass 絲杠螺母

軸臺(tái)軸承

聯(lián)軸器

滑輪

電機(jī)驅(qū)動(dòng)正時(shí)皮帶

鋁型材

直線軸承

精密連桿

兩個(gè)定制底座、滑動(dòng)架和軸臺(tái)

代碼：

代碼、按鈕控制

發(fā)送順時(shí)針 (CW) 和逆時(shí)針 (CCW) 脈沖至步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器；對(duì)限位開(kāi)關(guān)做出反應(yīng)；按初始行程方向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)以“退避”限位開(kāi)關(guān)。

"""

"""

導(dǎo)入模塊和/或模塊分段

"""

import RPi.GPIO as GPIO

import time

"""

設(shè)置 I/O 引腳掩碼

"""

step = 18 # step signal to driver

directionPin = 23 # direction signal to driver

enable = 24 # enable signal to driver

button1 = 13 # direction pin

button2 = 5

output1 = 19

output2 = 12

output3 = 21

speedHiLo = 6

limitLeft = 12

limitRight = 16

"""

設(shè)置通用 IO

"""

GPIO.setmode(GPIO.BCM) #configure pin layout

GPIO.setwarnings(False)

GPIO.setup(step, GPIO.OUT)

GPIO.output(step, GPIO.LOW)

GPIO.setup(directionPin, GPIO.OUT)

GPIO.output(directionPin, GPIO.LOW)

GPIO.setup(enable, GPIO.OUT)

GPIO.output(enable, GPIO.HIGH)

GPIO.setup(button1, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

GPIO.setup(button2, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

GPIO.setup(speedHiLo, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

GPIO.setup(limitLeft, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)

GPIO.setup(limitRight, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)

"""

一般配置及聲明

"""

global lospeed, hispeed, startTime, endTime, limitFlag, timeVar, accelTime, decelTime,decelPulseCoun, flag1, highPulse, direction, limitPulseCount

flag1 = 0 # variable for loop control

timeVar = 0 # variable for loop control

direction = 0 # variable for storing direction pin value

endTime = 0 # variable for storing wait time between pulses whilst slowing to a stop

limitFlag = 0 # signals that limit has been reached and flow must return to main loop

highPulse = 0.0001 # time for pulses to go high to trigger driver

startTime = 0.001 # time between pulses at start of movement

hispeed = 0.0001 # time between pulses at full speed

lospeed = 0.001 # time between pulses

accelTime = 0.000003 # amount of time to decrement between acceleration pulses

decelTime = 0.00005 # amount of time to increment between deceleration pulses

decelPulseCount = 50 # number of pulses sent during deceleration, 1/4 rev for current setup

limitPulseCount = 200 # number of pulses sent to the driver when a limit is tripped, 1/2 rev for current setup

"""

功能定義

"""

def rampUp():

GPIO.output(enable, 1) # enable driver for movement

timeVar = startTime #initialize time variable with starting time between pulses

global flag1

global limitFlag

global direction

flag1 = 1 # set flag HI

if(GPIO.input(button1)):

direction = 1

GPIO.output(directionPin, direction)

# light an LED

if(GPIO.input(button2)):

direction = 0

GPIO.output(directionPin, direction)

# light an LED

while((GPIO.input(button1) or GPIO.input(button2) == 1)):

if(GPIO.input(limitLeft)== 0): # if a limit input goes LOW, call the limit function

limit()

if(GPIO.input(limitRight)== 0): #if a limit input goes LOW, call the limit function

limit()

if(limitFlag == 1):

limitFlag = 0

break

GPIO.output(step, 1)

time.sleep(highPulse)

GPIO.output(step, 0)

time.sleep(abs(timeVar))

if(timeVar > endTime):

timeVar = timeVar - accelTime #decrease time between pulses until they reach endTime

def rampDown():

global flag1

flag1 = 0

global timeVar

timeVar = endTime #initialize time variable with ending time bewteen pulses

x = decelPulseCount

while(x > 0):

x = x - 1

GPIO.output(step, 1)

time.sleep(highPulse)

GPIO.output(step, 0)

time.sleep(abs(timeVar))

if(timeVar < startTime):

timeVar = timeVar + decelTime

def limit(): # this routine is like the ramp down routine

print("Limit Hit")

time.sleep(0.015) #wait for a bit

if(GPIO.input(limitLeft) and GPIO.input(limitRight) == 1): # debounce

return

GPIO.output(enable, 1) # enable driver for movement

global direction

global timeVar

global limitFlag

global flag1

flag1 = 0 # disable the flag so u dont call rampDown upon exiting limit()

timeVar = endTime #initialize time variable with ending time bewteen pulses

direction = not direction

GPIO.output(directionPin, direction)

limitFlag = 1 # set this flag so that the rampUp routine 'breaks' and jumps back to Main()

x = limitPulseCount

while(x > 0):

x = x - 1

GPIO.output(step, 1)

time.sleep(highPulse)

GPIO.output(step, 0)

time.sleep(abs(timeVar))

if(timeVar < startTime):

timeVar = timeVar + decelTime

"""

主循環(huán)

"""

while(1): #loop forever, check for button presses, speed changes and limit trips

#disable driver to keep from overheatings

if(GPIO.input(button1) or GPIO.input(button2) == 1): # button pressed, call rampUp function

rampUp()

if(flag1 == 1):

rampDown()

# movement over, deactivate direction LEDs

if(GPIO.input(speedHiLo) == 0):

endTime = lospeed #if lo-speed selected, initialize endTIme with lo-speed wait time

else:

endTime = hispeed #if hi-speed selected, initialize endTIme with hi-speed wait time

# light up red LED to indicate hi-speed mode

if(GPIO.input(limitLeft)== 0): # if a limit input goes LOW, call the limit function

limit()

if(GPIO.input(limitRight)== 0): #if a limit input goes LOW, call the limit function

limit()

代碼，來(lái)回穿梭

import RPi.GPIO as GPIO

import time

"""

設(shè)置 I/O 引腳掩碼

"""

step = 18 # step signal to driver

directionPin = 23 # direction signal to driver

enable = 24 # enable signal to driver

button1 = 13 # direction pin

button2 = 5

output1 = 19

output2 = 12

output3 = 21

speedHiLo = 6

limitLeft = 12

limitRight = 16

"""

設(shè)置通用 IO

"""

GPIO.setmode(GPIO.BCM) #configure pin layout

GPIO.setwarnings(False)

GPIO.setup(step, GPIO.OUT)

GPIO.output(step, GPIO.LOW)

GPIO.setup(directionPin, GPIO.OUT)

GPIO.output(directionPin, GPIO.LOW)

GPIO.setup(enable, GPIO.OUT)

GPIO.output(enable, GPIO.HIGH)

GPIO.setup(button1, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

GPIO.setup(button2, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

GPIO.setup(speedHiLo, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

GPIO.setup(limitLeft, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)

GPIO.setup(limitRight, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)

"""

一般配置及聲明

"""

global lospeed, hispeed, startTime, endTime, limitFlag, timeVar, accelTime, decelTime,decelPulseCoun, flag1, highPulse, direction, limitPulseCount

flag1 = 0 # variable for loop control

timeVar = 0 # variable for loop control

direction = 0 # variable for storing direction pin value

endTime = 0 # variable for storing wait time between pulses whilst slowing to a stop

limitFlag = 0 # signals that limit has been reached and flow must retuen to main loop

highPulse = 0.000005 # time for pulses to go high to trigger driver

startTime = 0.001 # time between pulses at start of movement

hispeed = 0.0005 # time bewtween pulses at full speed

lospeed = 0.0009 # time between pulses

accelTime = 0.000003 # amount of time to decrement between accleration pulses

decelTime = 0.00005 # amount of time to increment between deceleration pulses

decelPulseCount = 50 # number of pulses sent during deceleration, 1/4 rev for current setup

limitPulseCount = 5 # number of pulses sent to the driver when a limit is tripped, 1/2 rev for current setup

timeVar = startTime

def limit(): # this routine is like the ramp down routine

GPIO.output(enable, 0)

print("Limit Hit")

time.sleep(0.015) #wait for a bit

if(GPIO.input(limitLeft) and GPIO.input(limitRight) == 1): # debounce

return

GPIO.output(enable, 1) # enable driver for movement

global direction

global timeVar

global limitFlag

global flag1

flag1 = 0 # disable the flag so u dont call rampDown upon exiting limit()

timeVar = endTime #initialize time variable with ending time bewteen pulses

direction = not direction

GPIO.output(directionPin, direction)

limitFlag = 1 # set this flag so that the rampUp routine 'breaks' and jumps back to Main()

x = limitPulseCount

while(x > 0):

x = x - 1

GPIO.output(step, 1)

time.sleep(highPulse)

GPIO.output(step, 0)

time.sleep(abs(timeVar))

if(timeVar < startTime):

timeVar = timeVar + decelTime

"""

global direction

print("Limit Hit")

time.sleep(0.015)

if(GPIO.input(limitLeft) and GPIO.input(limitRight) == 1): # debounce

return

timeVar = startTime

flag1 = 0

direction = not direction

"""

"""

主循環(huán)

"""

while(1):

GPIO.output(enable, 1)

if(GPIO.input(limitLeft)== 0): # if a limit input goes LOW, call the limit function

GPIO.output(enable, 0)

limit()

if(GPIO.input(limitRight)== 0): #if a limit input goes LOW, call the limit function

GPIO.output(enable, 0)

limit()

if(limitFlag == 1):

limitFlag = 0

GPIO.output(directionPin, direction)

GPIO.output(step, 1)

time.sleep(highPulse)

GPIO.output(step, 0)

time.sleep(abs(timeVar))

if(timeVar > endTime):

timeVar = timeVar - accelTime

if(GPIO.input(speedHiLo) == 0):

endTime = lospeed #if lo-speed selected, initialize endTIme with lo-speed wait time

else:

endTime = hispeed