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Arduino半步步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器L298N

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資料介紹

描述

半步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

該項(xiàng)目是如何更準(zhǔn)確地驅(qū)動(dòng)雙極步進(jìn)電機(jī)的示例。驅(qū)動(dòng)是通過(guò)軟件切換 IO（bitbanging）并使用 Arduino MKR 的 PWM 定時(shí)器來(lái)完成的。對(duì)于半橋，我們使用 ST L298N 。

為什么是半步？

雙極步進(jìn)電機(jī)通常通過(guò)切換線(xiàn)圈進(jìn)行四相步進(jìn)。添加中間步驟使其更加準(zhǔn)確和平滑（但扭矩會(huì)小一些）。這是一個(gè)有趣的鏈接，用于說(shuō)明整步和半步之間的區(qū)別。我們將切換以下圖表：

1 / 2 ?半步狀態(tài)

我們總共有 8 個(gè)狀態(tài)，一個(gè)接一個(gè)地對(duì)微步進(jìn)行排序。每個(gè)序列狀態(tài)的時(shí)間將定義切換速度和電機(jī)速度。通過(guò)將線(xiàn)圈序列之一相移 180 度（4 微步），方向很容易控制。

Bitbanging 和 PWM

使用的 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)全橋 MOSFET 并切換線(xiàn)圈電流的正向、負(fù)向（或關(guān)閉）。

1 / 2 ?全橋 MOSFET

這是通過(guò)軟件 IO 切換 - 位轉(zhuǎn)換 - IN1/IN2 和 IN3/IN4 輸入來(lái)完成的。L298N 驅(qū)動(dòng)器是內(nèi)部設(shè)置的，以防止通過(guò) IN 信號(hào)上的反相輸入門(mén)在一條腿上出現(xiàn)捷徑 - 很好 :)。也可以用 PWM 信號(hào)驅(qū)動(dòng)電橋使能信號(hào) ENA/ENB，在線(xiàn)性區(qū)域稍微控制電流。這是由 Arduino Micro 的硬件完成的。MKR 版本有一個(gè) ATSAMD21，可以產(chǎn)生 25Khz PWM 信號(hào)。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱我的其他高速 PWM 項(xiàng)目。L298N 驅(qū)動(dòng)程序在Arduino Motor Shield Rev3上設(shè)置，它將數(shù)字 IO 和感應(yīng) IO 連接到模擬輸入，因此我們可以測(cè)量通過(guò)電機(jī)的電流。還將使用外部電源 (12V) 并在電機(jī)護(hù)罩上提供支持。（重要：拆焊 Vin 連接?。┪覀兪褂?/font>MKR2UNO轉(zhuǎn)換板將它們連接在一起。

NEMA 17 步進(jìn)器

對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，我們使用 NEMA 17 格式的雙極步進(jìn)電機(jī)。它有 200 步（每步 1.8 度），但使用半步驅(qū)動(dòng)需要 400 步轉(zhuǎn)一圈。每個(gè)線(xiàn)圈的最大電流為 0.75A，我們通過(guò) SenseA 以 1.65V/Amp 測(cè)量 CoilA 上的電流。

軟件代碼

Arduino 代碼寫(xiě)在一張草圖中。我使用全局變量來(lái)定義關(guān)鍵數(shù)據(jù)，例如：

Sequencer[7][8]：每個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的 8 個(gè) ustep 狀態(tài)的序列。

CurrentArray0[32]：用于監(jiān)視電流和計(jì)算鎖定的滾動(dòng)數(shù)據(jù)

ShadowArray[512]：調(diào)試數(shù)據(jù)數(shù)組，用于繪制電流圖

關(guān)鍵例程如下，代碼中自解釋?zhuān)?/font>

MotorLoop(int lps, int dir)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)在任何方向上進(jìn)行 x 步

int CalcArray()：計(jì)算鎖定狀態(tài)，返回%電流偏差（*10）

MotorPowerDown()：通過(guò)關(guān)閉半橋關(guān)閉電機(jī)。（無(wú)電流）

DataDump()：通過(guò)串口轉(zhuǎn)儲(chǔ)監(jiān)控和調(diào)試數(shù)據(jù)

SetupPWMTimers()：在引腳 3 和 11（ENA 和 ENB）上設(shè)置 25Khz PWM 信號(hào)

電機(jī)回路

電機(jī)回路正在讀取序列發(fā)生器陣列，寫(xiě)入 IO（EN1/EN2、EN3/EN4）并寫(xiě)入 PWM 占空比（ENA/ENB）。以微秒為單位的相位延遲也在定序器陣列中。方向是通過(guò)將 CoilB 的數(shù)組索引移動(dòng) 0 或 4 來(lái)完成的。第一圈還有一個(gè)啟動(dòng)序列 (#define MOTORSTART)。它的啟動(dòng)速度稍慢（扭矩更大），然后按照編程保持在正常速度。

鎖定監(jiān)控

關(guān)鍵是理解鎖倉(cāng)計(jì)算。該程序在每第 3 個(gè)序列狀態(tài)（最大電流驅(qū)動(dòng)）中測(cè)量 CoilA 中的電流，并將其保存在監(jiān)控?cái)?shù)組中。然后計(jì)算當(dāng)前*時(shí)間偏差。為什么？> Current*Time與Watt*Time成線(xiàn)性關(guān)系（假設(shè)電壓恒定），相當(dāng)于Newton*Meter，也就是系統(tǒng)中的能量變化量（焦耳）。測(cè)量這種能量變化并觸發(fā)超過(guò)某個(gè)值，就會(huì)觸發(fā)鎖定。鎖定觸發(fā)器在代碼中定義 (#define MOTORLOCK)

你的馬達(dá)？

對(duì)于每個(gè)電機(jī)，此電流*時(shí)間行為都會(huì)不同。要理解這一點(diǎn)，您可以轉(zhuǎn)儲(chǔ)測(cè)量的電流數(shù)據(jù)（用分號(hào)分隔），并將其復(fù)制粘貼到 Xls 表，制作數(shù)據(jù)表，計(jì)算觸發(fā)器和圖表：