使用Arduino開發(fā)板控制28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)廣泛用??于控制我們每天看到的眾多常見設(shè)備。從百葉窗、3D打印機(jī)和DVD播放器到安全攝像頭和CNC機(jī)器，步進(jìn)電機(jī)比您想象的更接近我們的生活。

探索步進(jìn)電機(jī)的第一步是使用28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)。它們通常附帶有基于ULN2003的驅(qū)動(dòng)電路板，這使得它們非常易于使用。

你知道這些步進(jìn)電機(jī)是如何工作的嗎？

這些步進(jìn)電機(jī)使用一個(gè)帶齒的輪子（有32個(gè)齒）和四個(gè)在輪子周圍形成一個(gè)環(huán)的電磁鐵。

發(fā)送的每個(gè)高脈沖都會(huì)使線圈通電，吸引最靠近齒輪的齒，并以精確且固定的角度增量（稱為步進(jìn)）旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

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向這些線圈發(fā)送脈沖的方式會(huì)極大地影響電機(jī)的行為。

●? ? 脈沖序列決定了電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

●? ? 脈沖的頻率決定了電機(jī)的速度。

●? ? 脈沖數(shù)決定了電機(jī)將轉(zhuǎn)動(dòng)多遠(yuǎn)。

28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)

28BYJ-48是一款5線單極步進(jìn)電機(jī)，運(yùn)行電壓為5V。

這種電機(jī)最大的優(yōu)勢是它可以一次精確地定位一次步進(jìn)。在需要精確定位的項(xiàng)目中它表現(xiàn)良好，例如打開和關(guān)閉通風(fēng)口。

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另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它的運(yùn)動(dòng)相對精確，并且由于電機(jī)不使用接觸刷而非?？煽?。

考慮到它的尺寸，電機(jī)在大約15RPM的速度下可提供34.3mN.m的不錯(cuò)扭矩。它即使在靜止?fàn)顟B(tài)下也能提供良好的扭矩，只要向電機(jī)供電就??可以保持這種扭矩。唯一的缺點(diǎn)是它有點(diǎn)耗電，即使它不移動(dòng)也會(huì)消耗電力。

引腳排列

28BYJ-48是5線步進(jìn)電機(jī)。引腳排列如下：

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28BYJ-48由兩個(gè)線圈組成，每個(gè)線圈都有一個(gè)中心抽頭。兩個(gè)中心抽頭在內(nèi)部連接并作為第5根線（紅線）引出。

線圈的一端和中心抽頭一起形成一個(gè)相位。因此28BYJ-48共有4個(gè)相位。

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紅線一直是高電平。當(dāng)另一條引線拉低時(shí)，該相通電。

只有當(dāng)相位以稱為步進(jìn)時(shí)序的邏輯順序通電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)才會(huì)旋轉(zhuǎn)。

齒輪減速比

根據(jù)數(shù)據(jù)表，當(dāng)28BYJ-48電機(jī)在全步模式下運(yùn)行時(shí)，每步對應(yīng)于11.25°的旋轉(zhuǎn)。這意味著每轉(zhuǎn)有32步 (360°/11.25° = 32)。

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除此之外，電機(jī)還有1/64減速齒輪組。 （實(shí)際上它是1/63.68395，但對于大多數(shù)用途來說，1/64是一個(gè)足夠好的近似值）

這意味著實(shí)際上有2038步（每轉(zhuǎn) 32*63.68395 步 = 2037.8864 大約2038步）。

功耗

28BYJ-48通常消耗大約 240mA。

由于電機(jī)消耗大量電流，因此最好直接從外部5V電源為其供電，而不是從Arduino獲取電量。

請注意，即使在靜止?fàn)顟B(tài)下，電機(jī)也會(huì)消耗電量以保持其位置。

技術(shù)規(guī)格

以下是完整的規(guī)格：

該電機(jī)的有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱下面的數(shù)據(jù)手冊：28BYJ-48數(shù)據(jù)手冊。

ULN2003驅(qū)動(dòng)板

由于28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)消耗大電流，像Arduino這樣的微控制器無法直接控制電機(jī)。它需要一個(gè)像ULN2003這樣的驅(qū)動(dòng)器IC來控制電機(jī)，所以這個(gè)電機(jī)通常帶有一個(gè)基于ULN2003的驅(qū)動(dòng)板。

ULN2003以其大電流和高電壓能力而聞名，它提供比單個(gè)晶體管更高的電流增益，并使微控制器的低電壓低電流輸出能夠驅(qū)動(dòng)高電流步進(jìn)電機(jī)。

ULN2003由一組七個(gè)達(dá)林頓晶體管對組成，每對能夠驅(qū)動(dòng)高達(dá)500mA和50V的負(fù)載。該驅(qū)動(dòng)板上使用了七對中的四對。

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電路板有一個(gè)molex連接器，可以完美地連接電機(jī)線，從而非常容易地將電機(jī)連接到電路板。有四個(gè)控制輸入和一個(gè)電源連接。

該驅(qū)動(dòng)板有四個(gè)LED，顯示四個(gè)控制輸入線上的活動(dòng)（以指示步進(jìn)狀態(tài)）。它們在不進(jìn)時(shí)提供了良好的指示。該板還帶有一個(gè)開/關(guān)跳線，用于隔離步進(jìn)電機(jī)的電源。

ULN2003步進(jìn)驅(qū)動(dòng)板引腳排列

ULN2003步進(jìn)驅(qū)動(dòng)板的管腳如下：

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IN1 – IN4?引腳用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)。將它們連接到Arduino上的數(shù)字輸出引腳。

GND?是公共接地引腳。

VDD?引腳為電機(jī)供電。將其連接到外部5V電源。因?yàn)殡姍C(jī)會(huì)消耗大量電流，所以切勿使用Arduino的5V電源來驅(qū)動(dòng)此步進(jìn)電機(jī)。

Motor Connector（電機(jī)連接器） 這是電機(jī)插入的地方。連接器是鍵控的，所以它只有這一種連接方式。

將28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)和ULN2003驅(qū)動(dòng)器連接到Arduino開發(fā)板

現(xiàn)在了解了有關(guān)電機(jī)的所有信息，我們可以開始將它連接到Arduino。

首先將電源連接到ULN2003驅(qū)動(dòng)器。使用獨(dú)立的5V電源為步進(jìn)電機(jī)供電。

之后，將該電源的接地連接到Arduino的接地。這非常重要，這樣我們就可以在兩者之間建立相同的電壓基準(zhǔn)。

現(xiàn)在將驅(qū)動(dòng)板的IN1、IN2、IN3、IN4分別連接到Arduino數(shù)字引腳8、9、10和11。最后將電機(jī)電纜從步進(jìn)電機(jī)連接到驅(qū)動(dòng)板。

按照如下所示連接所有組件。

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Arduino代碼 - 使用內(nèi)置的Stepper庫

對于第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們將使用與隨Arduino IDE一起安裝的Arduino Stepper庫。

Stepper庫負(fù)責(zé)處理步進(jìn)時(shí)序，并可以輕松控制各種步進(jìn)電機(jī)，包括單極和雙極。

以下是使步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針緩慢旋轉(zhuǎn)然后逆時(shí)針快速旋轉(zhuǎn)的簡單草圖。

1. //Includes the Arduino Stepper Library
2. #include
3. ?
4. // Defines the number of steps per rotation
5. const int stepsPerRevolution = 2038;
6. ?
7. // Creates an instance of stepper class
8. // Pins entered in sequence IN1-IN3-IN2-IN4 for proper step sequence
9. Stepper myStepper = Stepper(stepsPerRevolution, 8, 10, 9, 11);
10. ?
11. void setup() {
12. // Nothing to do (Stepper Library sets pins as outputs)
13. }
14. ?
15. void loop() {
16. // Rotate CW slowly at 5 RPM
17. myStepper.setSpeed(5);
18. myStepper.step(stepsPerRevolution);
19. delay(1000);
20. ?
21. // Rotate CCW quickly at 10 RPM
22. myStepper.setSpeed(10);
23. myStepper.step(-stepsPerRevolution);
24. delay(1000);
25. }

代碼說明

首先在草圖代碼中包含內(nèi)置的Stepper庫。

1. #include

接下來，我們定義一個(gè)常量stepsPerRevolution，它保存電機(jī)完成一圈所需的步數(shù)。在例子中，它的值是2038。

1. const int stepsPerRevolution = 2038;

28BYJ-48單極步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)順序?yàn)镮N1-IN3-IN2-IN4。我們將使用這些信息來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，方法是創(chuàng)建一個(gè)名為myStepper實(shí)例，其引腳順序?yàn)?、10、9、11。

確保你做對了，否則電機(jī)將無法正常工作。

1. Stepper myStepper = Stepper(stepsPerRevolution, 8, 10, 9, 11);

在setup()函數(shù)中無需設(shè)置任何內(nèi)容，因?yàn)镾tepper庫在內(nèi)部將四個(gè)I/O引腳設(shè)置為輸出。

1. void setup() {
2. }

在loop()函數(shù)中，我們使用setSpeed()函數(shù)來設(shè)置希望步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)的速度，然后使用step()函數(shù)告訴它要旋轉(zhuǎn)多少步。將負(fù)數(shù)傳遞給step()函數(shù)會(huì)反轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

第一個(gè)代碼片段使電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)非常緩慢。另一個(gè)使電機(jī)以非常高的速度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

1. void loop() {
2. // Rotate CW slowly at 5 RPM
3. myStepper.setSpeed(5);
4. myStepper.step(stepsPerRevolution);
5. delay(1000);
6. ?
7. // Rotate CCW quickly at 10 RPM
8. myStepper.setSpeed(10);
9. myStepper.step(-stepsPerRevolution);
10. delay(1000);
11. }　　

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