如何使用电位计和Arduino控制步进电机

chencui 2023-01-25 6103

控制/MCU

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描述

步进电机在电子领域的地位越来越高。从普通的监控摄像头到复杂的CNC机器/机器人，这些步进电机在任何地方都用作执行器，因为它们提供精确的控制。在本教程中，我们将了解最常见/最便宜的步进电机 28-BYJ48 以及如何使用 ULN2003 步进模块将其与 Arduino 连接。

在这个项目中，我们将使用电位计和Arduino旋转步进电机，就像如果你顺时针转动电位器，那么步进器将顺时针旋转，如果你逆时针转动电位器，那么它将逆时针旋转。

步进电机：

让我们来看看这款 28-BYJ48 步进电机 。

电位计

好的，所以与普通的直流电机不同，这个电机有五根各种花哨颜色的电线，为什么会这样？要理解这一点，我们首先应该知道步进机的工作原理及其专长是什么。首先步进电机 不旋转 ，它们步进，因此它们也被称为 步进电机 。这意味着，他们一次只会移动一步。这些电机中存在一系列线圈，这些线圈必须以特定方式通电以使电机旋转。当每个线圈通电时，电机采取一步，一系列通电将使电机采取连续的步骤，从而使其旋转。让我们看一下电机内部的线圈，以确切地知道这些电线的来源。

电位计

如您所见，电机具有单极 5 引线线圈布置。有四个线圈必须按特定顺序通电。红线将提供+5V电压，其余四根线将被拉至地以触发相应的线圈。我们使用像Arduino这样的微控制器按特定顺序为这些线圈通电，并使电机执行所需的步数。

那么现在，为什么这种电机被称为 28-BYJ48 ？认真地！！！我不知道。该电机没有技术原因被命名;也许我们应该更深入地研究它。让我们看一下从下图中该电机的数据表中获得的一些重要技术数据。

电位计

这是一个充满信息的头脑，但我们需要查看一些重要的信息，以了解我们使用的步进器类型，以便我们可以有效地对其进行编程。首先我们知道它是一个 5V 步进电机，因为我们用 5V 为红线供电。然后，我们还知道它是一个四相步进电机，因为它有四个线圈。现在，齿轮比为 1：64。这意味着只有当内部电机旋转 64 次时，您看到的外部轴才会完全旋转一次。这是因为电机和输出轴之间连接的齿轮，这些齿轮有助于增加扭矩。

另一个需要注意的重要数据是**步幅角度：5.625°/64。 **这意味着电机按 8 步顺序运行时每一步移动 5.625 度，完成一整圈需要 64 步（5.625*64=360）。

计算步进电机的每转步数：

了解如何计算步进电机的每转步数非常重要，因为只有这样您才能有效地对其进行编程。

在 Arduino 中，我们将以 4 步顺序操作电机，因此步幅角将为 11.25°，因为它是 5.625°（在数据表中给出），对于 8 步序列，它将是 11.25° （5.625*2=11.25）。

每转步数 = 360/步角

在这里，360/11.25 = 每转 32 步。

为什么我们需要步进电机的驱动器模块？

大多数步进电机只能在驱动器模块的帮助下运行。这是因为控制器模块（在我们的例子中为Arduino）将无法从其I / O引脚提供足够的电流以使电机运行。因此，我们将使用ULN2003模块等外部模块作为 步进电机驱动器 。驱动器模块有多种类型，其中一种的额定值将根据所用电机的类型而变化。所有驱动器模块的主要原理是源出/吸收足够的电流以使电机运行。

使用电位器旋转步进电机的电路图：

使用电位计和Arduino控制步进电机的电路图如上所示。我们使用了 28BYJ-48 步进电机和 ULN2003 驱动器模块。为了激励步进电机的四个线圈，我们使用数字引脚 8、9、10 和 11。驱动器模块由 Arduino 板的 5V 引脚供电。电位计连接到A0，基于其值，我们将旋转步进电机。

但是，当您将一些负载连接到草原电机时，请使用外部电源为驱动器供电。由于我只是将电机用于演示目的，因此我使用了Arduino板的+5V电源轨。还要记住将Arduino的接地与驱动程序模块的接地连接起来。

Arduino 板的代码：

在我们开始使用Arduino编程之前，让我们了解程序内部实际应该发生什么。如前所述，我们将使用 4 步序列方法，因此我们将执行四个步骤来进行一次完整的旋转。

步	引脚通电	线圈通电
步骤 1	8 和 9	A 和 B
步骤 2	9 和 10	B 和 C
步骤 3	10 和 11	C 和 D
步骤 4	11 和 8	D 和 A

驱动器模块将有四个 LED，使用它们我们可以检查在任何给定时间通电的线圈。完整的演示视频可以在本教程的末尾找到。

在本教程中，我们将对 Arduino 进行编程，以便我们可以 转动连接到引脚 A0 的电位计并控制步进电机的方向 。完整的程序可以在教程的末尾找到，下面解释了几个重要的行。

我们的步进电机每转的步数计算为 32;因此，我们输入如下行所示

#define STEPS 32

接下来，您必须创建实例，在其中指定已连接步进电机的引脚。

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

**注意： **引脚编号故意无序为 8，10，9，11。即使您更改电机连接的引脚，您也必须遵循相同的模式。

由于我们使用的是 Arduino 步进库，因此我们可以使用以下行设置电机的速度。28-BYJ48步进电机的速度范围在0到200之间。

stepper.setSpeed(200);

现在，为了使电机顺时针移动一步，我们可以使用以下行。

stepper.step(1);

为了使电机逆时针移动一步，我们可以使用以下行。

stepper.step(-1);

在我们的程序中，我们将读取模拟引脚 A0 的值，并将其与以前的值（Pval）进行比较。如果它增加了，我们顺时针移动 5 步，如果它减少，那么我们逆时针移动 5 步。

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

加工：

建立连接后，硬件在下图中应如下所示。

电位计

现在，在Arduino UNO中上传以下程序并打开串行监视器。如前所述，您必须旋转 电位计以控制步进电机的旋转 。顺时针旋转它将使步进电机顺时针方向转动，反之亦然。

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