如何在樹莓派Pico上編程使用步進(jìn)電機(jī)？

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電動(dòng)機(jī)，每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步，其輸出的角位移或線位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)通常需要搭配一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（也叫步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）來工作。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（稱為“步距角”），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速和定位的目的。

四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度，驅(qū)動(dòng)器相當(dāng)于開關(guān)的組合單元。通過上位機(jī)的脈沖信號(hào)有順序給電機(jī)相序通電使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

本文使用到的是 28BJY-48 型步進(jìn)電機(jī)。

硬件連接

首先需要將步進(jìn)電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板連起來，直接將電機(jī)的白色插頭插入驅(qū)動(dòng)板上的白色插槽（注意卡扣方向）即可。

再將驅(qū)動(dòng)板和樹莓派 Pico 連接起來，接線如下：
電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的 + 引腳接 Pico 的 VSYS。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的 – 引腳接 Pico 的 GND。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的 IN1 引腳接 Pico 的 GP18。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的 IN2 引腳接 Pico 的 GP19。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的 IN3 引腳接 Pico 的 GP20。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的 IN4 引腳接 Pico 的 GP21。

編程

將下面的代碼保存在 Pico 的根目錄，命名為 main.py。

from machine import Pin
import utime
 
# 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊的引腳初始化
in1 = Pin(18,Pin.OUT)
in2 = Pin(19,Pin.OUT)
in3 = Pin(20,Pin.OUT)
in4 = Pin(21,Pin.OUT)
 
ROUND_VALUE = 509
delay = 1
 
# 四相八拍步進(jìn)電機(jī)的順序值
STEP_VALUE = [
    [0,0,0,1],
    [0,0,1,1],
    [0,0,1,0],
    [0,1,1,0],
    [0,1,0,0],
    [1,1,0,0],
    [1,0,0,0],
    [1,0,0,1],
]
 
# 重置引腳輸出低電平
def reset():
    in1(0)
    in2(0)
    in3(0)
    in4(0)
 
# 單步順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，count 為步數(shù)值，可為負(fù)數(shù)（逆時(shí)針）
def step_run(count):
    direction = 1
    if count < 0:
        direction = -1
        count = -count
    for x in range(count):
        for bit in STEP_VALUE[::direction]:
            in1(bit[0])
            in2(bit[1])
            in3(bit[2])
            in4(bit[3])
            utime.sleep_ms(delay)
 
# 以指定角度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，a 為角度值，可為負(fù)數(shù)（逆時(shí)針）
def step_angle(a):
    step_run(int(ROUND_VALUE * a / 360))
 
# 重置驅(qū)動(dòng)板
reset()
 
# 逆時(shí)針轉(zhuǎn) 90 度
step_angle(-90)
 
# 以單步方式持續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)
while True:
    step_run(1)

程序中定義了這款步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式和參數(shù)。有兩種方法驅(qū)動(dòng)它：step_angle(角度) 或 step_run(步數(shù))。

運(yùn)行之后，可以看到步進(jìn)電機(jī)先逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 90 度，再順時(shí)鐘持續(xù)運(yùn)行下去。

審核編輯：劉清