如何使用電位計(jì)和Arduino控制步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)在電子領(lǐng)域的地位越來(lái)越高。從普通的監(jiān)控?cái)z像頭到復(fù)雜的CNC機(jī)器/機(jī)器人，這些步進(jìn)電機(jī)在任何地方都用作執(zhí)行器，因?yàn)樗鼈兲峁┚_的控制。在本教程中，我們將了解最常見/最便宜的步進(jìn)電機(jī) 28-BYJ48 以及如何使用 ULN2003 步進(jìn)模塊將其與 Arduino 連接。

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將使用電位計(jì)和Arduino旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)，就像如果你順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電位器，那么步進(jìn)器將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，如果你逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電位器，那么它將逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

步進(jìn)電機(jī)：

讓我們來(lái)看看這款 28-BYJ48 步進(jìn)電機(jī) 。

好的，所以與普通的直流電機(jī)不同，這個(gè)電機(jī)有五根各種花哨顏色的電線，為什么會(huì)這樣？要理解這一點(diǎn)，我們首先應(yīng)該知道步進(jìn)機(jī)的工作原理及其專長(zhǎng)是什么。首先步進(jìn)電機(jī) 不旋轉(zhuǎn) ，它們步進(jìn)，因此它們也被稱為 步進(jìn)電機(jī) 。這意味著，他們一次只會(huì)移動(dòng)一步。這些電機(jī)中存在一系列線圈，這些線圈必須以特定方式通電以使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)每個(gè)線圈通電時(shí)，電機(jī)采取一步，一系列通電將使電機(jī)采取連續(xù)的步驟，從而使其旋轉(zhuǎn)。讓我們看一下電機(jī)內(nèi)部的線圈，以確切地知道這些電線的來(lái)源。

如您所見，電機(jī)具有單極 5 引線線圈布置。有四個(gè)線圈必須按特定順序通電。紅線將提供+5V電壓，其余四根線將被拉至地以觸發(fā)相應(yīng)的線圈。我們使用像Arduino這樣的微控制器按特定順序?yàn)檫@些線圈通電，并使電機(jī)執(zhí)行所需的步數(shù)。

那么現(xiàn)在，為什么這種電機(jī)被稱為 28-BYJ48 ？認(rèn)真地?。?！我不知道。該電機(jī)沒(méi)有技術(shù)原因被命名;也許我們應(yīng)該更深入地研究它。讓我們看一下從下圖中該電機(jī)的數(shù)據(jù)表中獲得的一些重要技術(shù)數(shù)據(jù)。

這是一個(gè)充滿信息的頭腦，但我們需要查看一些重要的信息，以了解我們使用的步進(jìn)器類型，以便我們可以有效地對(duì)其進(jìn)行編程。首先我們知道它是一個(gè) 5V 步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)槲覀冇?5V 為紅線供電。然后，我們還知道它是一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗兴膫€(gè)線圈?，F(xiàn)在，齒輪比為 1：64。這意味著只有當(dāng)內(nèi)部電機(jī)旋轉(zhuǎn) 64 次時(shí)，您看到的外部軸才會(huì)完全旋轉(zhuǎn)一次。這是因?yàn)殡姍C(jī)和輸出軸之間連接的齒輪，這些齒輪有助于增加扭矩。

另一個(gè)需要注意的重要數(shù)據(jù)是**步幅角度：5.625°/64。 **這意味著電機(jī)按 8 步順序運(yùn)行時(shí)每一步移動(dòng) 5.625 度，完成一整圈需要 64 步（5.625*64=360）。

計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的每轉(zhuǎn)步數(shù)：

了解如何計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的每轉(zhuǎn)步數(shù)非常重要，因?yàn)橹挥羞@樣您才能有效地對(duì)其進(jìn)行編程。

在 Arduino 中，我們將以 4 步順序操作電機(jī)，因此步幅角將為 11.25°，因?yàn)樗?5.625°（在數(shù)據(jù)表中給出），對(duì)于 8 步序列，它將是 11.25° （5.625*2=11.25）。

每轉(zhuǎn)步數(shù) = 360/步角

在這里，360/11.25 = 每轉(zhuǎn) 32 步。

為什么我們需要步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器模塊？

大多數(shù)步進(jìn)電機(jī)只能在驅(qū)動(dòng)器模塊的幫助下運(yùn)行。這是因?yàn)?a target="_blank">控制器模塊（在我們的例子中為Arduino）將無(wú)法從其I / O引腳提供足夠的電流以使電機(jī)運(yùn)行。因此，我們將使用ULN2003模塊等外部模塊作為 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 。驅(qū)動(dòng)器模塊有多種類型，其中一種的額定值將根據(jù)所用電機(jī)的類型而變化。所有驅(qū)動(dòng)器模塊的主要原理是源出/吸收足夠的電流以使電機(jī)運(yùn)行。

使用電位器旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的電路圖：

使用電位計(jì)和Arduino控制步進(jìn)電機(jī)的電路圖如上所示。我們使用了 28BYJ-48 步進(jìn)電機(jī)和 ULN2003 驅(qū)動(dòng)器模塊。為了激勵(lì)步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)線圈，我們使用數(shù)字引腳 8、9、10 和 11。驅(qū)動(dòng)器模塊由 Arduino 板的 5V 引腳供電。電位計(jì)連接到A0，基于其值，我們將旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)。

但是，當(dāng)您將一些負(fù)載連接到草原電機(jī)時(shí)，請(qǐng)使用外部電源為驅(qū)動(dòng)器供電。由于我只是將電機(jī)用于演示目的，因此我使用了Arduino板的+5V電源軌。還要記住將Arduino的接地與驅(qū)動(dòng)程序模塊的接地連接起來(lái)。

Arduino 板的代碼：

在我們開始使用Arduino編程之前，讓我們了解程序內(nèi)部實(shí)際應(yīng)該發(fā)生什么。如前所述，我們將使用 4 步序列方法，因此我們將執(zhí)行四個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行一次完整的旋轉(zhuǎn)。

驅(qū)動(dòng)器模塊將有四個(gè) LED，使用它們我們可以檢查在任何給定時(shí)間通電的線圈。完整的演示視頻可以在本教程的末尾找到。

在本教程中，我們將對(duì) Arduino 進(jìn)行編程，以便我們可以 轉(zhuǎn)動(dòng)連接到引腳 A0 的電位計(jì)并控制步進(jìn)電機(jī)的方向 。完整的程序可以在教程的末尾找到，下面解釋了幾個(gè)重要的行。

我們的步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)計(jì)算為 32;因此，我們輸入如下行所示

#define STEPS 32

接下來(lái)，您必須創(chuàng)建實(shí)例，在其中指定已連接步進(jìn)電機(jī)的引腳。

Stepper stepper (STEPS, 8, 10, 9, 11);

**注意： **引腳編號(hào)故意無(wú)序?yàn)?8，10，9，11。即使您更改電機(jī)連接的引腳，您也必須遵循相同的模式。

由于我們使用的是 Arduino 步進(jìn)庫(kù)，因此我們可以使用以下行設(shè)置電機(jī)的速度。28-BYJ48步進(jìn)電機(jī)的速度范圍在0到200之間。

stepper.setSpeed(200);

現(xiàn)在，為了使電機(jī)順時(shí)針移動(dòng)一步，我們可以使用以下行。

stepper.step(1);

為了使電機(jī)逆時(shí)針移動(dòng)一步，我們可以使用以下行。

stepper.step(-1);

在我們的程序中，我們將讀取模擬引腳 A0 的值，并將其與以前的值 （Pval） 進(jìn)行比較。如果它增加了，我們順時(shí)針移動(dòng) 5 步，如果它減少，那么我們逆時(shí)針移動(dòng) 5 步。

potVal = map(analogRead(A0),0,1024,0,500);
if (potVal>Pval)
  stepper.step(5);
if (potValstepper.step(-5);
 Pval = potVal;

加工：

建立連接后，硬件在下圖中應(yīng)如下所示。

現(xiàn)在，在Arduino UNO中上傳以下程序并打開串行監(jiān)視器。如前所述，您必須旋轉(zhuǎn) 電位計(jì)以控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn) 。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)它將使步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，反之亦然。