Arduino подключение шагового двигателя: Подключение шаговых двигателей 28BYJ-48 к ардуино на ULN2003

Драйвер устроен вот таким образом.

Подключим все по схеме и загрузим код в Arduino NANO.

Схема подключения для Arduino UNO будет аналогичной.

Как видим, двигатель без проблем вращается по часовой стрелке и против часовой, при нажатии на кнопку вращается в противоположном направлении. При вращении потенциометра в одну сторону – скорость уменьшается, при вращении в противоположном направлении скорость увеличивается.

ВНИМАНИЕ! Материалы для скачивания находятся внизу статьи!

Пример управления шаговым двигателем 28BYJ-48 с помощью Энкодера.

Для уменьшения количества элементов в схеме решил заменить потенциометр и тактовую кнопку на энкодер вращения KY-040. Как подключить энкодер вращения к Arduino рассказывал в предыдущем уроке.

Подключаем шаговый двигатель 28BYJ-48 и энкодер к Arduino по схеме.

Проводим небольшую доработку кода и получим вот такой результат.

Если нажать на энкодер, меняется направление вращения. А при вращении энкодера по часовой стрелке – скорость увеличивается. Если вращать против часовой стрелки – скорость снижается.

ВНИМАНИЕ! Материалы для скачивания находятся внизу статьи!

Вы также можете без проблем воспользоваться примером из стандартной библиотеки Stepper, которая позволит сделать тоже самое и при меньшем объёме кода. Но библиотека не даст вам понять, как это все устроено.

Пишите в комментариях, что бы вы хотели сделать на шаговых двигателях, и какие примеры вас интересуют. Чем больше будет откликов, тем чаше будут выходить проекты и уроки на сайте.

Не забывайте подписываться на канал Youtube и вступайте в группы в Вконтакте и Facebook.

Всем Пока-Пока.

И до встречи в следующем уроке

Понравилась статья? Поделитесь ею с друзьями:

Файлы для скачивания

	управления шаговым двигателем 28BYJ-48 с помощью Энкодера. ino	4 Kb	735	Скачать Вы можете скачать файл.
	управления шаговым двигателем 28BYJ-48 с помощью кнопки и потенциометра .ino	5 Kb	697	Скачать Вы можете скачать файл.
	с использованием библиотеки Stepper.ino	1 Kb	497	Скачать Вы можете скачать файл.
	Даташит на шаговый двигатель 28BYJ-48.pdf	193 Kb	310	Скачать Вы можете скачать файл.

Arduino: Шаговые двигатели

Статья проплачена кошками – всемирно известными производителями котят.

Если статья вам понравилась, то можете поддержать проект.

Шаговые двигатели благодаря своей точности широко используются в робототехнике, ЧПУ-станках, 3D-принтерах. В отличие от двигателей постоянного вращения, один оборот «шаговика» состоит из множества микроперемещений, которые и называют шагами. У нас есть возможность программно повернуть вал двигателя ровно на 90 градусов, и зафиксировать его в этом положении. Сервомотор является упрощённым аналогом шагового двигателя.

Шаговые двигатели бывают униполярные и биполярные.

В среде Arduino самым популярным шаговым двигателем является 28BYj-48. Этот миниатюрный шаговик имеет встроенный редуктор, который позволяет совершать очень точные перемещения выходного вала.

Драйвер униполярного шагового двигателя ULN2003

Мы не можем подключить этот двигатель напрямую к контроллеру, так как ток на его обмотках может достигать 160 мА, что очень много для выводов Arduino. Для управления 28BYj-48 мы используем драйвер ULN2003.

На плате на одной стороне есть семь контактов для микроконтроллера: IN1..IN7, из которых понадобятся только первые четыре. На другой стороне находятся пять контактов для двигателя, и в средней части платы есть ещё два контакта для питания. Также есть перемычка, разрывающая цепь питания двигателя.

Как правило, кабель двигателя 28BYj-48 уже имеет разъём с ключом, который вставляется в плату только в правильном положении. В противном случае, при подключении необходимо следовать цветовой схеме. Контакты IN1..IN4 можно подключить к любым цифровым выходам Arduino.

Можно самостоятельно подавать различные сигналы на выводы, заставляя мотор крутиться. Также есть готовые библиотеки. Например, Arduino IDE поставляется с библиотекой Stepper.

Коннектор JST-XH

Мотор соединяется с драйвером при помощи специального коннектора марки JST-XH. Соединить легко, а вот отсоединить проблематично. Каждый изощряется как может. Для изобретателя данного коннектора приготовлен отдельный котёл.

Дополнительные материалы

Ардуино: шаговый двигатель 28BYJ-48 и драйвер ULN2003

Реклама

инструкция, схемы и примеры использования [Амперка / Вики]

Используйте H-мост для управления двумя коллекторными моторами, а точнее скоростью и направлением вращения вала. H-мост также сможет управлять одним биполярным шаговым двигателем.

Примеры работы для Arduino и XOD

В качестве мозга для управления моторами рассмотрим платформу из серии Arduino, например Arduino Uno.

Подключение к Arduino

Выберите один из вариантов коммуникации драйвера с внешним микроконтроллером:

• Для быстрой сборки и отладки устройства возьмите плату расширения Troyka Shield, которая одевается сверху на Arduino Uno методом бутерброда. Для коммуникации используйте трёхпроводные шлейфы «мама-мама», который идут в комплекте с модулем.

Управление коллекторными моторами

Код для Arduino

Для начала покрутим каждый мотор в одну, а затем другую сторону. Прошейте платформу Arduino скетчем, приведённым ниже.

troyka-h-bridge-dual-example-arduino-dc-motors.ino

// Пины управления скоростью и направлением мотора
constexpr auto pinM1Speed = 9;
constexpr auto pinM1Direction = A1;
constexpr auto pinM2Speed = 10;
constexpr auto pinM2Direction = A0;
 
int pins[] = {pinM1Speed, pinM1Direction, pinM2Speed, pinM2Direction};
 
void setup() {
  // Настраиваем все пины управление моторами в режим выхода
  for (int i = 0; i < 4; i++) {     
    pinMode(pins[i], OUTPUT);
  }
} 
 
void loop() {
  // Крутим мотор M1 в одну сторону в течении 1 секунды
  motorsDrive(255, 0);
  delay(1000);
 
  // Крутим мотор M1 в другую сторону в течении 1 секунды
  motorsDrive(-255, 0);
  delay(1000);
 
  // Крутим мотор M2 в одну сторону в течении 1 секунды
  motorsDrive(0, 255);
  delay(1000);
 
  // Крутим мотор M2 в другую сторону в течении 1 секунды
  motorsDrive(0, -255);
  delay(1000);
 
  // Стоим на месте
  motorsDrive(0, 0);
  delay(1000);
 
}
 
// Функция управления моторами
void motorsDrive(int M1Speed, int M2Speed) {
  if (M1Speed > 0) {
    digitalWrite(pinM1Direction, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(pinM1Direction, LOW);
  }
 
  if (M2Speed > 0) {
    digitalWrite(pinM2Direction, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(pinM2Direction, LOW);
  }
  analogWrite(pinM1Speed, abs(M1Speed));
  analogWrite(pinM2Speed, abs(M2Speed));
}

Усовершенствуем эксперимент: заставим каждый мотор по очереди плавно разгоняться и останавливаться в разных направлениях.

troyka-h-bridge-dual-example-arduino-dc-motors-pwm.ino

// Пины управления скоростью и направлением мотора
constexpr auto pinM1Speed = 9;
constexpr auto pinM1Direction = A1;
constexpr auto pinM2Speed = 10;
constexpr auto pinM2Direction = A0;
 
int pins[] = {pinM1Speed, pinM1Direction, pinM2Speed, pinM2Direction};
 
void setup() {
  // Настраиваем все пины управление моторами в режим выхода
  for (int i = 0; i < 4; i++) {     
    pinMode(pins[i], OUTPUT);
  }
} 
 
void loop() {
  // Медленно разгоняем M1 в одну сторону
  for (int i = 0; i <= 255; i++) {
    motorsDrive(i, 0);
    delay(10);
  }
  // Медленно тормозим мотор
  for (int i = 255; i >= 0; i--) {
    motorsDrive(i, 0);
    delay(10);
  }
  // Медленно разгоняем M1 в другую сторону
  for (int i = 0; i <= 255; i++) {
    motorsDrive(-i, 0);
    delay(10);
  }
  // Медленно тормозим мотор
  for (int i = 255; i >= 0; i--) {
    motorsDrive(-i, 0);
    delay(10);
  }
 
  // медленно разгоняем M2 в одну сторону
  for (int i = 0; i <= 255; i++) {
    motorsDrive(0, i);
    delay(10);
  }
  // медленно тормозим мотор
  for (int i = 255; i >= 0; i--) {
    motorsDrive(0, i);
    delay(10);
  }
  // медленно разгоняем M2 в другую сторону
  for (int i = 0; i <= 255; i++) {
    motorsDrive(0, -i);
    delay(10);
  }
  // медленно тормозим мотор
  for (int i = 255; i >= 0; i--) {
    motorsDrive(0, -i);
    delay(10);
  }
 
}
 
// Функция управления моторами
void motorsDrive(int M1Speed, int M2Speed) {
  if (M1Speed > 0) {
    digitalWrite(pinM1Direction, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(pinM1Direction, LOW);
  }
 
  if (M2Speed > 0) {
    digitalWrite(pinM2Direction, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(pinM2Direction, LOW);
  }
  analogWrite(pinM1Speed, abs(M1Speed));
  analogWrite(pinM2Speed, abs(M2Speed));
}

Управление шаговым двигателем

Для лёгкого и быстрого управления шаговым двигателем мы написали библиотеку AmperkaStepper, которая скрывает в себе все тонкости работы с мотором и предоставляет удобные методы.

Код для Arduino

troyka-h-bridge-dual-example-arduino-stepper.ino

// Библиотека для работы с шаговым двигателем
#include <AmperkaStepper.h>
 
// Создаём объект для работы с шаговым двигателем
// и передаём фиксированное количество шагов за полный оборот.
// Подробности в характеристиках двигателя
AmperkaStepper motor(200, A0, A1, 9, 10);
 
void setup() {
  // Устанавливаем скорость вращения 30 оборотов в минуту.
  motor.setSpeed(30);
}
 
void loop() {
  // 180° по часовой стрелке в двухфазном режиме
  motor.step(100, FULL_STEP);
  delay(1000);
 
  // 180° против часовой стрелки в однофазном режиме
  motor.step(-100, WAVE_DRIVE);
  delay(1000);
 
  // 180° по часовой стрелке в полушаговом режиме
  motor.step(200, HALF_STEP);
  delay(1000);
 
  // 180° против часовой стрелки в двухфазном режиме
  // этот режим используется по умолчанию, если не передан
  // второй аргумент
  motor.step(-100);
  delay(1000);
}

Пример работы для Espruino

В качестве мозга для управления моторами рассмотрим платформу из серии Espruino, например, Iskra JS.

Подключение к Espruino

Выберите один из вариантов коммуникации драйвера с внешним микроконтроллером:

• Для быстрой сборки и отладки устройства возьмите плату расширения Troyka Shield, которая одевается сверху на Arduino Uno методом бутерброда. Для коммуникации используйте трёхпроводные шлейфы «мама-мама», который идут в комплекте с модулем.

Управление коллекторными двигателями

Код для Espruino IDE

Покрутим каждый мотор в одну, а затем другую сторону. Прошейте платформу Espruino скриптом, приведённым ниже.

troyka-h-bridge-dual-example-espruino-dc-motors.js

// Подключаем библиотеку «motor»
var Motor = require('@amperka/motor');
 
 
// Пины управления скоростью и направлением мотора
var motorOne = Motor.connect({phasePin: A1, pwmPin: P9, freq: 100});
var motorTwo = Motor.connect({phasePin: A0, pwmPin: P10, freq: 100});
 
// Интервал времени
var time = 1000;
// Счётчик
var state = 0;
 
// Каждую секунду меняем режим работы
setInterval(() => {
  motorOne. write(0);
  motorTwo.write(0);
  state++;
  if (state === 1) {
    motorOne.write(1);
  } else if (state === 2) {
    motorOne.write(-1);
  } else if (state === 3) {
    motorTwo.write(1);
  } else if (state === 4) {
    motorTwo.write(-1);
  } else {
    state = 0;
  }
}, time);

Управление шаговым двигателем

Для лёгкого и быстрого управления шаговым двигателем, используйте библиотеку StepperMotor, которая скрывает в себе все тонкости работы с шаговиком и предоставляет удобные методы.

Код для Espruino

troyka-h-bridge-dual-example-espruino-stepper.js

// Подключаем библиотеку «motor»
var StepperMotor = require("StepperMotor");
 
// Создаём объект для работы с шаговым двигателем
// передаём пины управления
var motor = new StepperMotor({
  pins:[A0, A1, P9, P10],
  pattern:[0b0001,0b0011,0b0010,0b0110,0b0100,0b1100,0b1000,0b1001],
});
 
// Крутим вал на 100 шагов по часовой стрелке
motor.moveTo(100, 5000, function() {
  // Крутим вал на 100 шагов против часовой стрелке
  motor. moveTo(-100, 5000, function() {
    // Приехали
    console.log("Done!");
  }, true);  
});

Пример работы для Raspberry Pi

В качестве мозга для управления моторами рассмотрим одноплатные компьютеры Raspberry Pi, например, Raspberry Pi 4.

Подключение к Raspberry Pi

В компьютере Raspberry Pi присутствует только два канала с ШИМ-сигналом, и то которые используются для аналогового звукового выхода. В итоге для регулировки скоростью моторов придется жертвовать звуком. Используйте плату расширения Troyka Cap, которая добавит малине 9 пинов с поддержкой ШИМ.

Подключите драйвер к компьютеру Raspberry Pi через Troyka Cap. Для коммуникации используйте трёхпроводные шлейфы «мама-мама», который идут в комплекте с модулем.

Программная настройка

Управление коллекторными двигателями

Код для Raspberry Pi

Для начала покрутим каждый мотор в одну, а затем другую сторону. Запустите скрипт на малине, приведённый ниже.

troyka-h-bridge-dual-example-raspberry-pi-dc-motors.py

# библиотека для работы с пинами GPIO
import RPi.GPIO as GPIO
# библиотека для работі с временем
import time
 
# выбираем имена пинов BCM
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
# устанавливаем светодиод в режим выхода
GPIO.setup(24, GPIO.OUT)
 
try:
    while True:
        # ждём одну секунду
        time.sleep(1)
        # зажигаем светодиод
        GPIO.output(24, GPIO.HIGH)
        # ждём одну секунду
        time.sleep(1)
        # гасим светодиод
        GPIO.output(24, GPIO.LOW)
except KeyboardInterrupt:
    print('The program was stopped by keyboard.')
finally:
    GPIO.cleanup()
    print('GPIO cleanup completed.')

Подключение силового контура

H-мост может управлять двумя отдельными коллекторными моторами или одним биполярным шаговым двигателем.

Подключение коллекторных моторов

1. Подключите силовое питание для моторов через клеммник P.

   2. В качестве автономного источника обратите внимание на батарейный отсек с элементами питания.

Значение входного силового напряжения зависит от номинального напряжения подключаемых моторов и ограничено диапазоном от 3,3 до 12 вольт.

Подключение шагового двигателя

1. Подключите силовое питание для мотора через клеммник P.

   2. В качестве автономного источника обратите внимания на батарейный отсек с элементами питания.

Значение входного силового напряжения зависит от номинального напряжения шагового двигателя и ограничено диапазоном от 3,3 до 12 вольт.

Элементы платы

Драйвер двигателей TB6612FNG

Сердце и мускулы платы — микросхема двухканального H-моста TB6612FNG, которая позволяет управлять двумя коллекторными моторами или одним биполярным шаговым двигателем с помощью внешнего микроконтроллера.

Термин «H-мост» появился благодаря графическому изображению схемы, напоминающему букву «H». Рассмотрим подробнее принцип работы H-моста.

В зависимости от текущего состояние переключателей возможно разное состояние мотора.

Ключи меняем на MOSFET-транзисторы, а для плавной регулировки скорости вращения вала мотора используем ШИМ-сигнал.

Питание

На плате драйвера моторов присутствует два контура питания: силовое и логическое.

• Силовой контур (VM) — напряжение для питания моторов от силовой части микросхемы TB6612FNG и светодиодов индикации. Силовое питание подключается через клеммник P c входным диапазоном напряжения от 5 до 12 вольт.
• Логический контур (Vcc) — питание вспомогательной цифровой логики управления микросхемы TB6612FNG. Логическое питание поступает на плату модуля через контакт V. Диапазон входного напряжения от 3,3 до 5 вольт.

Если отсутствует хотя бы один из контуров питания — драйвер H-мост работать не будет.

При подключении питания соблюдайте полярность. Неправильное подключение может привести к непредсказуемому поведению или выходу из строя платы или источника питания.

Нагрузка

Нагрузка разделена на два независимых канала. Первый канал на плате обозначен шёлком M1, а второй канал — M2. К каждому каналу можно подключить по одному коллекторному мотору или объединить каналы для подключения биполярного шагового двигателя.

Обозначения «+» и «−» показывают воображаемые начало и конец обмотки. Если подключить два коллекторных двигателя, чтобы их одноимённые контакты щёточного узла соответствовали одному и тому же обозначению на плате, то при подаче на H-Bridge одинаковых управляющих импульсов, моторы будут вращаться в одну и ту же сторону.

Светодиодная индикация

Имя светодиода	Назначение
DIR1/EN1	Индикация состояния направления и скорости первого канала M1. При высоком логическом уровне светится зелёным светом, при низком — красным. Яркость светодиода пропорциональна скорости вращения двигателя.
DIR2/EN2	Индикация состояния направления и скорости первого канала M2. При высоком логическом уровне светится зелёным светом, при низком — красным. Яркость светодиода пропорциональна скорости вращения двигателя.

Принципиальная и монтажная схемы

Габаритный чертёж

Характеристики

• Драйвер моторов: TB6612FNG

• Количество подключаемых моторов: 2

• Напряжение логической части: 3,3–5 В

• Напряжение силовой части: 3,3—12 В

• Максимальный ток нагрузки: до 1,2 A на канал

• Максимальная частота переключения (ШИМ): 100 кГц

• Габариты модуля: 50,8×25,4×19 мм

Ресурсы

Драйвер шагового двигателя EasyDriver A3967

Драйвер биполярного шагового двигателя с поддержкой «микрошага», разработанный товарищами из www.schmalzhaus.com, базируется на микросхеме A3967.

Характеристики:

• Максимальный ток: 750 мА на одну фазу.
• Напряжение привода двигателя: от 7В до 30В.
• Возможность ограничения выходного тока: от 150мА до 750мА
• 1/8, 1/4 и 1/2  микрошаговые режимы работы.
• Управление 3 и 5 вольтовой логикой.
• Не требует отдельного питания логической части, для этого на плате находится стабилизатор LM317.
• Драйвер не поддерживает униполярные двигатели.

Назначение элементов и выводов драйвера:

Выводы:

• MOTOR и выходы A и B — Подключение обмоток шагового двигателя. (A+ A- B+ B-)
• PFD — Percent Fast Decay Input, тонкие настройки ШИМ драйвера микросхемы, скорость нарастания ШИМ.
• RST — Сброс драйвера, при низком уровне сбрасывает внутренний транслятор и отключает все выходные драйверы.
• ENABLE — При низком уровне, отключатся все выходы драйвера.
• MS1 и MS2 — Управление микрошаговым режимом. По умолчанию входы притянуты к питанию и выставлен шаг 1/8. Для установки полного шага, на оба входа нужно подать низкий уровень, для полушага только на MS2, для 1/4 шага, только на MS1. (полный шаг (0,0), полушаг (1,0), шаг 1/4 (0,1) и шаг 1/8 (1,1).
• PWR IN и вход M+ — Напряжение питания драйвера и моторов, также это напряжение подается на стабилизатор LM317 для питания логической части микросхемы.
• +5V — Выход напряжения со стабилизатора LM317, можно использовать для питания Arduino
• SLP — Сон, если подать низкий уровень, будет отключена внутренняя схема для минимизации потребления энергии.
• STEP — Шаг, При переходе с низкого уровня на высокий, драйвер делает один шаг или микрошаг, если драйвер работает в микрошаговом режиме.
• DIR — Состояние входа (высокий\низкий) определяет направление вращения двигателя.
• GND — масса, все массы соединены.

Элементы:

• Потенциометр CUR ADJ — Установка ограничения максимального тока подаваемого на двигатель, от 150 мА до 750 мА.
• Перемычка APWR — отключает стабилизатор LM317 от цепи питания 5 вольт. По умолчанию соединена.
• Перемычка 3/5 — Установка напряжения на выходе LM317, 5 или 3.3 вольта, По умолчанию разомкнута.

 Кратко про особенности микрошагового режима:

Сверху графики работы драйвера в полношаговом и микошаговом режиме.

В полношагом режиме, драйвер запитывает обмотки двигателя полным током, а направление тока в обмотках двигателя изменяется с каждым шагом. Считается штатным режим работы двигателя. Главное достоинство, простота реализации. Из недостатков, двигатель сильнее подвержен вибрации и резонирует на низких скоростях.

В микрошаговом режиме происходит деление шага, в данном случаи на 8, с каждым шагом обмотки запитаны не полным током, а уровнем изменяемым по синусоидальному закону. Такой метод дает возможность фиксировать вал в промежуточных положениях между шагами, увеличить количество шагов и точность позиционирования вала двигателя, уменьшает вибрацию двигателя, особенно на низких скоростях, но требует применения специализированных драйверов.

Подключение к Arduino:

код из видео.

/// код из видео https://youtu.be/yXoJgDPRips

#define STEP 7
#define DIR 6

void setup() {
  pinMode(STEP, OUTPUT);
  pinMode(DIR, OUTPUT);
}

void stepper(unsigned int Step, int Speed, boolean Set) {
  digitalWrite(DIR, Set);    
  for (int i = 0; i < Step; i++){
     digitalWrite(STEP, HIGH);
     delayMicroseconds(Speed);
     digitalWrite(STEP, LOW);
     delayMicroseconds(Speed);
  }   
}

void loop(){
  stepper(500, 500, 1);
  stepper(1000, 200, 0); 
  stepper(500, 2000, 1); 
  stepper(100, 6000, 0);
}

Купить:

на али, тут.

Видео:

12. 03.2018

Шаговый двигатель

Итак, мы уже рассказали, как устроен серво мотор и сегодня начнем разбирать шаговый двигатель, его схему, драйверы управления и то, где его лучше всего использовать!

Начнем мы с того, что “на пальцах” рассмотрим принцип функционирования данной железяки. Каждый шаговик имеет внутри себя несколько электромагнитов, расположенных вокруг вала. Подавая питание в нужной последовательности на каждую из них, вращающийся элемент двигателя стремится примагнититься катушке. Быстрым переключением питания между электромагнитами можно добиться большой скорости вращения вала мотора и перемещать его в любое положение с большой точностью. Однако для обеспечения этой точности используются различные вспомогательные устройства, так как такой тип двигателя имеет крайне неприятной эффект вибрации. О таких нюансах мы и расскажем далее!

Любой шаговый двигатель имеет два основных элемента: ротор (вал мотора) и статор (неподвижный корпус). Первый состоит из обычных магнитов, а второй – из электрических, управляемых катушек. Стоит отметить, что как раз за счет шагов от одной катушке к другой в шаговиках присутствует вибрация, вызванная инерцией вала мотора. Профили магнитов, принципы управления электромагнитами – все это разделяет шаговики на типы и наделяет их своими плюсами и минусами.

Разделим шаговики на 3 основных класса:

• Переменный шаговый двигатель
  Ротор не имеет постоянных магнитов, а оснащен ферромагнитной шестерней. Это материал, который крайне эффективно магнититься, но не так сильно по сравнению с постоянным. Это приводит к проигрышу в крутящем моменте. Зато отсутствует стопорящая сила, возникающая за счет магнитного поля между корпусом мотора и ротором с постоянным магнитом, которую легко почувствовать, покрутив шаговик в выключенном состоянии (характерные щелчки).
  Движок оснащен большим количеством катушек, которые включаются попарно. Величина шага варьируется от 5 до 15 градусов.
  
• Шаговый двигатель с постоянным магнитом
  Ротор такого устройства состоит из нескольких разнополюсных магнитов. Принцип разбирали в самом начале. Характерный шаг от 45 до 90 градусов.
  

• Гибридный шаговый двигатель
  Как можно догадаться, данный тип совместил в себе первые два и унаследовал все плюсы. Отличительными характеристиками данного шаговика являются высокая точность (1-5 градуса), малая вибрация и приличная скорость вращения. Все хорошо, но такие штуки отличаются от своих собратьев еще и ценой! Это связано со сложностью изготовки. Но производители пошли на технологическую хитрость. Практически невозможно создать многозубцовую (скажем, 100) шестеренку, где соседние зубья будут разных полюсов.
  
  Но достаточно просто создать два таких диска, имеющих противоположные полюса. Затем их сдвигают так, что если посмотреть сбоку, получится то, что мы и хотели. Осталось правильным образом расположить обмотки и включать их по оптимальной логике, обеспечивающей наибольшую эффективность!
  

Теперь давайте пробежимся по методам управления шаговыми двигателями. Их также можно разделить на несколько пунктов:

• Полношаговое управление одной обмоткой
  Это самый простой вариант. Последовательно включается только одна катушка и к ней притягивается вал мотора. В таком случае крутящий момент будет меньше чем в следующем способе.
  
• Полношаговое управление двумя обмотками
  Принцип такой же, как и в предыдущем случае, но теперь управление идет парой электромагнитов. Это обеспечивает максимальный крутящий момент мотора, но требует в два раза больше тока или напряжения (зависит от метода подключения катушек друг к другу).
  
• Полушаговое управление
  Данная логика включения катушек позволит увеличить число шагов, а, следовательно, и точность в 2 раза! Аналогично предыдущим пунктам, можно управлять одной катушкой или парой. Вся фишка в том, что в данном случае переход на следующую катушку происходит не при полном выключении предыдущей. То есть, при работе двух соседних катушек вал мотора встает в промежуточное состояние.
                         
• Сверхточное управление
  Наверное, у многих после предыдущего пункта появилась мысль: а что если мы будем подавать разную мощность на две соседние катушки, меняющуюся по определенному закону, и получим еще больше промежуточных шагов? Именно так и устроены современные двигатели в сверхточных ЧПУ и прочих подобных устройствах. Хитрое управление обмотками позволяет значительно повысить точность позиционирования подобных моторов. В таких случаях используют специальные драйверы для шаговых двигателей, позволяющих осуществлять подобный режим управления.
  

В качестве примера в данной статье рассмотрим подключения двух шаговых двигателей к плате Arduino. Для начала рассмотрим мотор 17hs4401, которой используется в 3D принтерах. Данная модель является биполярной, то есть у нас есть две пары обмоток от которых идет 4 кабеля.

Шаговый двигатель 17hs4401 обладает большим крутящим моментом и может питаться от сети 12 V. Чтобы не перегружать нашу плату управления большими мощностями, шаговик подключается к ней с помощью специального драйвера А4988, который способен работать в жестких условиях (до 35 V и 2 А).

Слабые управляющие сигналы с Arduino идут на драйвер, а тот уже взаимодействует с 17hs4401 с более мощными параметрами по току и напряжению. К ножкам A4988 VDD и GND подводится питание логического уровня (3 – 5,5 В), к VMOT и GND – питание двигателя (8 – 35 В). Стоит отметить, что в данной системе бывают скачки напряжения, которые могут привести к поломке оборудования. Поэтому (на 3D принтерах всегда) ставят большие конденсаторы (более 47 мкФ). Драйвер имеет болт, который регулирует силу тока. Работая на предельных значениях, вы рискуете сжечь его, особенно если не наклеен радиатор, идущий в комплекте с устройством.

Шаговик 17hs4401 за полный оборот совершает 200 шагов. Это весьма неплохо, но для лучшего позиционирования (крайне важно для ЧПУ) используют схему управления с микрошагами, которую мы изучили ранее. A4988 позволяет осуществлять такую процедуру с коэффициентами 1/2, 1/4, 1/8 и 1/16 шага (комбинируя управление через выходы MS1, MS2, и MS3). 

Пин STEP отвечает за микрошаг шаговика, DIRECTION – за направление вращения. Выводы STEP и DIRECTION не подтянуты к какому-либо конкретному внутреннему напряжению, поэтому их не стоит оставлять плавающими при создании приложений. Если требуется вращать двигатель в одном направлении,коннектим DIR с VCC или GND. Драйвер имеет три различных входа для управления состоянием питания: RESET, SLEEP и ENABLE. Вывод RESET плавает, если его не нужно использовать, то следует подключить его к SLEEP, чтобы подать на него высокий уровень и включить плату.

Теперь давайте перейдем непосредственно к подключению данного мотора к микрокомпьютеру. Соединяем контакты согласно указанной ниже схеме:

Обычно, такие моторы используются любителями при сборке 3d принтеров своими руками. Для этого используют Arduino MEGA и шилд ramps 1.4, о котором мы говорили в этой статье. Удобство использования данного комплекта состоит в том, что не нужно соединять кучу проводов – за вас уже все разведено. Таким образом, легко подключить сразу до 5 шаговиков!

Более простым и дешевым вариантом шагового мотора является модель 28byj-48. Его подключение немного запутанное, но несмотря на это он пользуется большой популярностью у любителей собирать роботов! Поэтому мы немного расскажем о том, как 28byj-48 подключить к Arduino. В первую очередь нам понадобиться драйвер ULN2003APG. Это очень дешевая железяка, встречается как готовая плата с разъемами, так и просто чип с голыми ножками. Сначала посмотрим, как подключать второй вариант.

На данной картинке покано подключение двух шаговых двигателей к плате Arduino Nano. C обратной стороны драйвера все ножки соединяем с цифровыми пинами, кроме крайней правой – ее ведем к GND. При программировании вам потребуется осуществить настройку моторов к пинам и в этом случае необходимо указать правильную последовательность: оранжевый, синий, желтый, розовый. Именно в таком порядке необходимо будет подавать управляющий сигнал с ножек микропроцессора. Как видно на рисунке, красный провод левого коннектора не попадает на ULN2003APG – его необходимо соединить с выходом 5V или VIN. 

Есть более простой способ подключения шаговика 28byj-48 через готовую плату с коннектором:

На всякий случай приведем распиновку драйвера:

На этом у нас все, если будут вопросы – всегда готовы ответить!

Как использовать шаговый двигатель в Arduino

Следующее руководство представляет собой краткое введение в шаговые двигатели. Эти двигатели могут двигаться на очень небольшой шаг за шагом, что делает их подходящими для проекты, требующие точности. Во-первых, в этом руководстве вы можете узнать о способ работы шаговых двигателей. Затем в пошаговом руководстве вы узнаете, как подключиться к свой Arduino и управляйте ими с компьютера с помощью Ozeki 10.Приступим прямо сейчас.

Что такое шаговый двигатель?

Шаговый двигатель – это двигатель, управляемый серией электромагнитных катушек. В на центральном валу установлен ряд магнитов, а катушки, окружающие на вал попеременно подается ток или нет, создавая магнитные поля, которые отталкивать или притягивать магниты на валу, заставляя двигатель вращаться.

Как работает шаговый двигатель?

Шаговые двигатели могут поворачиваться на точное количество градусов (или шагов) по желанию.Этот дает вам полный контроль над двигателем, позволяя вам перемещать его в точном местоположение и удерживайте это положение. Это достигается за счет питания катушек внутри двигателя. на очень короткие промежутки времени. Недостаток в том, что вам нужно запитать мотор все время, чтобы держать его в желаемом положении.

Все, что вам нужно знать на данный момент, это то, что для перемещения шагового двигателя вы приказываете ему двигаться. определенное количество шагов в одну или другую сторону, и сообщить ему скорость на который шагнуть в этом направлении.Существует множество разновидностей шаговых двигателей. Описанные здесь методы могут быть использованы для вывода о том, как использовать другие двигатели и драйверы, не упомянутые в этом руководстве. Однако всегда рекомендуется что вы обращаетесь к таблицам данных и руководствам по двигателям и драйверам, относящимся к вашим моделям.

Arduino

Рисунок 1 – Схема подключения шагового двигателя Arduino

Как использовать шаговый двигатель Arduino в Ozeki

Соединение с мультиконтроллером шагового двигателя способно передавать команды вашим шаговым двигателям от любого выбранного соединения Ozeki.Шаговые двигатели – самые точные из доступных двигателей. Вы можете приказать им двигаться точно на 1,8 / 16 = 0,1125 градуса / шаг в каждом направлении. Команды движения состоят из необходимых шагов и скорости вращения двигателей. Вы также можете настроить ограничители движения двигателя. Чтобы использовать шаговый двигатель в Ozeki, вам сначала нужно загрузить Ozeki Robot Developer. Озэки Robot Developer установит библиотеки Arduino, необходимые для эффективного использования этого датчика.

Скачать Ozeki Robot Developer

После того, как разработчик Ozeki Robot будет установлен, вам необходимо загрузить код управления шаговым двигателем. к вашему Arduino.Вы можете найти код и инструкции по загрузке на следующих страницах. Процесс загрузки состоит из двух шагов: сначала вам нужно отформатировать EEPROM Arduino, тогда вам нужно загрузить контрольный код. Процедура очень проста, требуется всего лишь несколько секунд.

Загрузите код шагового двигателя в Arduino Mega 2560
Загрузите код шагового двигателя в Laser Cutter
Загрузите код шагового двигателя в Ozeki Matrix

Моторы Arduino и Ozeki будут обмениваться данными через порт USB с использованием протокола Ozeki Stepper Motor.Этот Протокол позволяет вам использовать мотор прямо на вашем ПК. Вы сможете управлять этим двигателем через Интернет. пользовательский интерфейс или вы сможете общаться с ним с помощью Ozeki Chat. Вы можете узнать больше об управлении чатом на следующей странице.

Как общаться с шаговым двигателем в чате

Важно понимать управление чатом, потому что когда вы создаете робота, вы хотите управлять этим двигателем, отправляя и получая сообщения.если ты откройте приложение Ozeki Robot Developer, вы увидите, кому вы можете написать C # .Net программа для работы с этим мотором.

Шаги подключения

1. Подключите шаговый двигатель к Arduino, следуя схеме подключения
2. Подключите плату Arduino к компьютеру с помощью USB-кабеля для передачи данных
3. Проверьте COM-порты в списке устройств Windows
4. Откройте приложение Arduino на вашем компьютере
5. Загрузить пример кода в микроконтроллер
6. Откройте https: // localhost: 9515 в своем браузере
7. Выберите подключение шагового двигателя
8. Установите скорость и градус для проверки шагового двигателя

Обзор системы

Предлагаемая нами система состоит из шагового двигателя, подключенного к аналоговому порту. вашего Arduino.Arduino будет отвечать за чтение данных с этого устройства. в реальном времени. Мозг системы будет работать на ПК (рисунок 2). На ПК Озэки 10 смогут управлять общением. Вы можете легко запустить Ozeki 10 с помощью веб-браузера.

Рисунок 2 – Системная конфигурация шагового двигателя, подключенного к ПК с помощью Arduino

Предварительные требования

• Шаговый двигатель (и)
• Драйвер (и) шагового двигателя DRV8825 или A4988
• Концевой упор
• Ozeki 10 установлен на вашем компьютере
• Программируемая плата (Arduino Mega plus RAMPS v1.4, модуль контроллера шагового двигателя Ozeki
  или плата контроллера лазерного резака)
• USB-кабель необходим между платой и компьютером

Шаг 1. Подключите шаговый двигатель к Arduino

Вы можете увидеть, как подключить шаговые двигатели на любую из следующих досок:

После подключения подключите плату к компьютеру!

Шаг 2 – Загрузите код в микроконтроллер

(Вот код для загрузки)

Следующим шагом является загрузка кода в микроконтроллер, который будет работать с шаговый двигатель.Для этого вам нужно открыть приложение Arduino на своем компьютер. Здесь сначала вы должны проверить порт, что шаговый двигатель работает правильно. подключен к вашему компьютеру. Затем вам просто нужно перейти по ссылке выше, скопировать код и вставьте его в приложение Arduino. Наконец, просто нажмите Загрузить в Arduino. и код будет загружен в микроконтроллер.

Шаг 3 – Запустите Ozeki 10, чтобы попробовать шаговый двигатель

После этого вы подключили Arduino к Raspberry Pi, теперь вы можете опробовать шаговый двигатель.Для этого вам нужно открыть GUI (графический пользовательский интерфейс) Ozeki 10. Это можно сделать, набрав localhost: 9513 в веб-браузере и нажав Enter. Здесь Ozeki 10 автоматически определяет подключенные устройства, поэтому после подключения шаговый двигатель, вы увидите его в списке подключений. Все, что у тебя есть сделать здесь, это открыть соединение и попробовать шаговый двигатель.

Шаг 4 – Настройте шаговый двигатель в Ozeki 10

Чтобы настроить шаговый двигатель (подключенный к Arduino) в Ozeki 10, который установлен на вашем компьютере, вам необходимо открыть графический интерфейс пользователя (GUI) Ozeki 10.Вы можете открыть графический интерфейс, введя URL-адрес компьютера в свой веб-браузер. Например, если у нашего ПК IP-адрес 192.168.1.5, мы бы введите http://192.168.1.5:9513 в наш веб-браузер.

Шаг 5 – Изучите протокол шагового двигателя

Мульти-контроллер шагового двигателя может связываться с Ozeki через следующий протокол.

Ссылки:
https://www.tutorialspoint.com
http: //www.tigoe.ком

Дополнительная информация

Arduino – Шаговый двигатель | Учебное пособие по Arduino

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ

Это руководство в настоящее время обновляется.

Обратите внимание: это партнерские ссылки. Если вы покупаете компоненты по этим ссылкам, мы можем получить комиссию без каких-либо дополнительных затрат для вас. Мы ценим это.

Существует два типа шаговых двигателей: биполярный шаговый двигатель и униполярный шаговый двигатель. Они отличаются друг от друга внутренним устройством и принципом работы.

Невооруженным взглядом они похожи друг на друга. Однако их можно отличить по количеству проводов. Биполярный двигатель обычно имеет четыре провода. У униполярного двигателя обычно шесть проводов.

Управление биполярным шаговым двигателем и униполярным шаговым двигателем отличается. К счастью, мы можем управлять униполярным шаговым двигателем, как если бы это был биполярный шаговый двигатель, используя четыре из шести проводов.

Шаговый двигатель требует больше мощности, чем может дать ему плата Arduino, поэтому для него потребуется другой блок питания.В идеале, техническое описание или руководство шагового двигателя позволяет вам узнать напряжение источника питания.

НЕЛЬЗЯ подключить шаговый двигатель напрямую к Arduino. Мы ДОЛЖНЫ подключаться через драйвер двигателя или контроллер двигателя.

Драйвер мотора и контроллер мотора могут быть:

• Чип (например, SN754410)

• Модуль (например, A4988)

• Shield (например, Arduino Motor Shield Rev3, контроллер шагового двигателя PES-2605, Adafruit Motor / Stepper / Servo Shield)

Чтобы облегчить задачу новичкам, мы рекомендуем использовать один из следующих экранов:

• Arduino Motor Shield Rev3: это официальный щит от Arduino.

• Контроллер шагового двигателя PES-2605: очень прост в использовании. Кроме того, его библиотека поддерживает различные функции. Он поддерживает метод микрошага, который обеспечивает плавное движение шагового двигателя. Компания, производящая этот щит, хорошо подготовила документацию и обучающие материалы. Однако, чтобы использовать этот щит, нам нужно использовать его вместе с щитом PHPoC WiFi. Это НЕ добавляет сложности, но увеличивает стоимость.

Если вам не важна стоимость, мы рекомендуем использовать контроллер шагового двигателя PES-2605.

Если вам нужно сэкономить, мы рекомендуем использовать Arduino Motor Shield Rev3.

• Стек Arduino Motor Shield Rev3 на Arduino Uno

• Подключите шаговый двигатель к Arduino Motor Shield Rev3

Изображение разработано с использованием Fritzing. Нажмите для увеличения

• Загрузите или скопируйте приведенный выше код и откройте его с помощью Arduino IDE

• Нажмите кнопку «Загрузить» в Arduino IDE, чтобы загрузить код в Arduino

• Откройте Serial Monitor, чтобы увидеть результат:

Рассматриваем изготовление видеоуроков.Если вы считаете, что видеоуроки необходимы, подпишитесь на наш канал на YouTube, чтобы дать нам мотивацию для создания видео.

НЕ беспокойтесь, если шаговый двигатель вибрирует во время движения. Это особенность шагового двигателя. Мы можем уменьшить вибрацию, используя метод микрошагового управления.

Кроме того, из-за этой характеристики, если мы управляем правильно, шаговый двигатель может издавать музыкальные звуки, как если бы это был музыкальный инструмент. Вы можете увидеть этот проект на Arduino Project Hub.

• Полный шаг: Единица перемещения – один шаг, что эквивалентно значению градуса, указанному в техническом описании шагового двигателя или в руководстве.

• Half-step: делит каждый полный шаг на два меньших шага. Единица перемещения – половина полного шага. Этот метод позволяет двигателю двигаться с двойным разрешением.

• Микрошаг: делит каждый полный шаг на множество более мелких шагов. Единица перемещения – это часть полного шага. Дробь может быть 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 или даже больше.Этот метод позволяет двигателю двигаться с более высоким разрешением. Это также позволяет двигателю двигаться более плавно на низких скоростях. Чем больше дивиденд, тем выше разрешение и плавнее движение.

Например, если в таблице данных двигателя указано 1,8 градуса / шаг:

• Полный шаг: двигатель может двигаться со скоростью 1,8 градуса / шаг <⇒ 200 шагов / оборот

• Полушаг: двигатель может двигаться со скоростью 0,9 градуса / шаг <⇒ 400 шагов / оборот

• Микрошаг: двигатель может двигаться с 0.45, 0,225, 1125, 0,05625 градуса / шаг <⇒ 800, 1600, 3200, 6400 ... шагов / оборот

В приведенном выше коде использовался метод полношагового управления.

Это расширенное использование. Новичкам НЕ нужно обращать на это внимание. Это происходит в диапазоне скоростей, в котором частота шагов равна собственной частоте двигателя. Может быть слышно изменение шума, производимого двигателем, а также усиление вибрации. В реальных приложениях разработчик ДОЛЖЕН обратить внимание на эту проблему.

Подписывайтесь на нас

Поделитесь с друзьями, чтобы помочь нам распространить руководство!

Управление униполярным шаговым двигателем Arduino