怎樣控制步進(jìn)電機(jī)

為什么要使用步進(jìn)電機(jī)？

步進(jìn)電機(jī)是帶有許多內(nèi)齒的無刷直流電機(jī)，通過周圍的銅線圈磁性鎖定到位。與無刷電機(jī)不同，為步進(jìn)電源供電電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。相反，它鎖定到給定輸入指定的位置，順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)一小步。

雖然這使得步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)更加復(fù)雜，但與無刷直流電機(jī)相比具有一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：它們的角位置可以非常精確地指定。例如，如果您希望電機(jī)正好旋轉(zhuǎn)270度，那么使用普通直流無刷電機(jī)（沒有某種形式的反饋）幾乎是不可能的，但使用步進(jìn)電機(jī)會(huì)很輕松。

步進(jìn)電機(jī)需要多個(gè)步進(jìn)脈沖才能到達(dá)您想要的位置。此外，步進(jìn)電機(jī)線圈始終通電，大大增加了保持轉(zhuǎn)矩，但強(qiáng)制轉(zhuǎn)動(dòng)則很困難。這些優(yōu)勢(shì)解釋了為什么步進(jìn)電機(jī)常用于許多應(yīng)用，包括CNC機(jī)床和CD/DVD驅(qū)動(dòng)器。

步進(jìn)電機(jī)電動(dòng)機(jī)分為兩個(gè)階段：?jiǎn)螛O和雙極。單極電機(jī)包含連接所有線圈的公共電源，而雙極電機(jī)具有分離的線圈。

本文僅介紹單極電機(jī)，因?yàn)殡p極電機(jī)需要以不同的方式驅(qū)動(dòng)。

由Digikey提供（原理圖）

單極輸入和步進(jìn)

單極電機(jī)通常有5根輸入線 - 兩根成對(duì)線控制線圈，第五根線連接到為每個(gè)線圈提供公共分接頭。

雖然線路顏色因電機(jī)而異，但這里有連接在本文中使用：

下表顯示了如何驅(qū)動(dòng)每個(gè)輸入以旋轉(zhuǎn)電機(jī)。向前移動(dòng)（即從步驟1到2）使電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而向后移動(dòng)則使電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

表1.電機(jī)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)

步進(jìn)電機(jī)可能需要的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過微控制器的限制，這就是微控制器必須從不直接連接到電機(jī)的原因。電機(jī)還可能產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，可能會(huì)損壞I/O端口，并且絕對(duì)必須使用鉗位二極管。

然而，驅(qū)動(dòng)帶有四個(gè)分立晶體管的步進(jìn)電機(jī)會(huì)浪費(fèi)和笨重，這就是為什么必須使用ULN2003步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器IC 。該IC包含七個(gè)達(dá)林頓晶體管，每個(gè)晶體管都包含二極管保護(hù)，能夠提供500mA，50V輸出（實(shí)際上比Arduino Uno可以處理的更多）。

編碼步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)的編碼步驟可以通過switch語(yǔ)句和一些I/O位完成，但有一種更簡(jiǎn)單的方法：使用內(nèi)置的Stepper Library！

雖然Arduino是一個(gè)方便而簡(jiǎn)單的平臺(tái)，但它的庫(kù)支持使它成為最好的平臺(tái)之一市場(chǎng)上的模塊通過Arduino庫(kù)兼容。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，我們可以使用步進(jìn)器庫(kù)輕松控制它們，無需對(duì)每一步進(jìn)行編碼。

#include

#define STEPS_PER_REV 513

// Create our stepper motor object

Stepper motor（STEPS_PER_REV， 2， 3， 4， 5）;

void setup（） {

motor.setSpeed（10）; // Motor speed of 10 RPM

}

void loop（）

{

motor.step（STEPS_PER_REV）; // Step clockwise one whole revolution

motor.step（STEPS_PER_REV / 2）; // Step clockwise half revolution

motor.step（-STEPS_PER_REV）; // Step counter clockwise one whole revolution

}

要使用步進(jìn)電機(jī)庫(kù)我們首先要包括步進(jìn)電機(jī)庫(kù)頭：

#include

下一步（可選但推薦）是定義電機(jī)在一整圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)的步數(shù)。本教程中使用的電機(jī)有32個(gè)步驟，并連接到比率為1:16的減速齒輪，因此一次旋轉(zhuǎn)的步數(shù)為513.

#define STEPS_PER_REV 513

現(xiàn)在我們有了定義的步數(shù)，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)步進(jìn)電機(jī)對(duì)象。該對(duì)象初始化為五個(gè)變量：每轉(zhuǎn)的步數(shù)和連接步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)引腳。

Stepper motor（STEPS_PER_REV， 2， 3， 4， 5）;

在設(shè)置功能中，我們可以定義速度（以RPM為單位）我們希望我們的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于這個(gè)例子，我們將RPM設(shè)置為10.

void setup（） {

motor.setSpeed（10）; // Motor speed of 10 RPM

}

主循環(huán)包含轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)所需的代碼。正數(shù)表示電機(jī)等于前進(jìn)的次數(shù)，而負(fù)數(shù)表示電機(jī)向相反方向旋轉(zhuǎn)。

此示例中的三行代碼顯示STEPS_PER_RPM如何用于將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)已知量。

motor.step（STEPS_PER_REV）; // Step clockwise one whole revolution

motor.step（STEPS_PER_REV / 2）; // Step clockwise half revolution

motor.step（-STEPS_PER_REV）; // Step counter clockwise one whole revolution