課程目標(biāo)

• 了解步進(jìn)電機(jī)的原理及應(yīng)用
• 學(xué)習(xí)步進(jìn)電機(jī)的控制方式
• 了解步進(jìn)電機(jī)的不同勵(lì)磁方式

相關(guān)知識(shí)

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。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)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。

步進(jìn)電機(jī)原理： 利用電磁鐵原理，各個(gè)線圈繞組通電，利用電生磁原理，產(chǎn)生磁力，帶動(dòng)中央轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)動(dòng)從而將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成線位移或角位移。

步進(jìn)電機(jī)介紹：

• 步進(jìn)電機(jī)每次能轉(zhuǎn)動(dòng)的最小角度叫做步距角。
• 每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，步進(jìn)電機(jī)將按照一定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。
• 通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)精確的控制步進(jìn)電機(jī)的角位移量，通過(guò)控制脈沖的頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度及加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。
• 步進(jìn)電機(jī)按照相數(shù)不同分為單相、雙相、多相三種，勵(lì)磁方式分為全步勵(lì)磁和半步勵(lì)磁，全步勵(lì)磁分1相勵(lì)磁方式、2相勵(lì)磁方式；半步勵(lì)磁又稱1-2相勵(lì)磁方式。
  

**ULN2003電機(jī)驅(qū)動(dòng)：**由于Arduino開(kāi)發(fā)板的通用IO驅(qū)動(dòng)能力有限，有些外設(shè)不能直接使用IO進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，需要借助一些驅(qū)動(dòng)電路間接控制大功率器件。ULN2003是大電流驅(qū)動(dòng)陣列，多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中，可直接驅(qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。

電路搭建

所需材料：

ArduinoUNO * 1
28BYJ-48步進(jìn)電機(jī) * 1
ULN2003電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 * 1
杜邦線若干

電路連接：

ULN2003驅(qū)動(dòng)板上IN1、IN2、IN3、IN4分別連接UNO開(kāi)發(fā)板的數(shù)字引腳2，3，4，5；驅(qū)動(dòng)板電源輸入+、-引腳分別連接UNO開(kāi)發(fā)板的5V、GND。

程序編寫(xiě)

練習(xí)一：一相勵(lì)磁方式****控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)90°再反轉(zhuǎn)90°

一相勵(lì)磁控制方式及特點(diǎn)： 在每一個(gè)瞬間，步進(jìn)電機(jī)只有一個(gè)線圈導(dǎo)通，每送一個(gè)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)能轉(zhuǎn)1.8°。這種方式，其精確度好、消耗電力小，但是輸出轉(zhuǎn)矩最小，振動(dòng)較大。

一相****勵(lì)磁順序表：

圖形化方式：

代碼方式：

/* 項(xiàng)目名稱:一相勵(lì)磁控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)90°
 * 項(xiàng)目時(shí)間:2022.03.21
 * 項(xiàng)目作者:MRX
 */
void setup() {
  for (int i = 2; i < 6; i++) {
    pinMode(i, OUTPUT);
  }
}


void clockwise(int num)
{
  for (int count = 0; count < num; count++)
  {
    for (int i = 2; i < 6; i++)
    {
      digitalWrite(i, HIGH);
      delay(5);
      digitalWrite(i, LOW);
    }
  }
}


void anticlockwise(int num)
{
  for (int count = 0; count < num; count++)
  {
    for (int i = 5; i > 1; i--)
    {
      digitalWrite(i, HIGH);
      delay(5);
      digitalWrite(i, LOW);
    }
  }
}


void loop() {
  clockwise(130);
  delay(1000);
  anticlockwise(130);
  delay(1000);
}

練習(xí)二：二相勵(lì)磁方式控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)90°再反轉(zhuǎn)90°****

二相勵(lì)磁控制方式及特點(diǎn)： 在每一個(gè)瞬間，步進(jìn)電機(jī)有兩個(gè)線圈導(dǎo)通，每送一個(gè)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)能轉(zhuǎn)1.8°。這種方式，其輸出轉(zhuǎn)矩最大，振動(dòng)較小。是現(xiàn)在較常用的一種控制方式。

二相勵(lì)磁順序表：

圖形化方式：

代碼方式：

/* 項(xiàng)目名稱:二相勵(lì)磁控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)90°
 * 項(xiàng)目時(shí)間:2022.03.21
 * 項(xiàng)目作者:MRX
 */
void setup() {
  for (int i = 2; i < 6; i++) {
    pinMode(i, OUTPUT);
  }
}


void clockwise(int num)
{
  for (int count = 0; count < num; count++)
  {
    digitalWrite(2,HIGH);
    digitalWrite(3,LOW);
    digitalWrite(4,LOW);
    digitalWrite(5,HIGH);
    delay(5);
    digitalWrite(2,HIGH);
    digitalWrite(3,HIGH);
    digitalWrite(4,LOW);
    digitalWrite(5,LOW);
    delay(5);
    digitalWrite(2,LOW);
    digitalWrite(3,HIGH);
    digitalWrite(4,HIGH);
    digitalWrite(5,LOW);
    delay(5);
    digitalWrite(2,LOW);
    digitalWrite(3,LOW);
    digitalWrite(4,HIGH);
    digitalWrite(5,HIGH);
    delay(5);
  }
}


void anticlockwise(int num)
{
  for (int count = 0; count < num; count++)
  {
    digitalWrite(2,HIGH);
    digitalWrite(5,LOW);
    digitalWrite(4,LOW);
    digitalWrite(3,HIGH);
    delay(5);
    digitalWrite(2,HIGH);
    digitalWrite(5,HIGH);
    digitalWrite(4,LOW);
    digitalWrite(3,LOW);
    delay(5);
    digitalWrite(2,LOW);
    digitalWrite(5,HIGH);
    digitalWrite(4,HIGH);
    digitalWrite(3,LOW);
    delay(5);
    digitalWrite(2,LOW);
    digitalWrite(5,LOW);
    digitalWrite(4,HIGH);
    digitalWrite(3,HIGH);
    delay(5);
  }
}


void loop() {
  clockwise(130);
  delay(1000);
  anticlockwise(130);
  delay(1000);
}

練習(xí)三：一二相勵(lì)磁方式控制步進(jìn)電機(jī)正****

一二相勵(lì)磁控制方式及特點(diǎn)： 為一相和二相交替導(dǎo)通的方式，每送一個(gè)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)能轉(zhuǎn)0.9°。這種方式，其分辨率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平滑。也是現(xiàn)在較常用的一種控制方式。

二相勵(lì)磁順序表：

圖形化方式：

代碼方式：

/* 項(xiàng)目名稱:1-2相勵(lì)磁控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)
 * 項(xiàng)目時(shí)間:2022.03.21
 * 項(xiàng)目作者:MRX
 */
void setup() {
  for (int i = 2; i < 6; i++) {
    pinMode(i, OUTPUT);
  }
}


void S1()
{
    digitalWrite(2,HIGH);
    digitalWrite(3,LOW);
    digitalWrite(4,LOW);
    digitalWrite(5,LOW);
    delay(5);
    digitalWrite(2,HIGH);
    digitalWrite(3,HIGH);
    digitalWrite(4,LOW);
    digitalWrite(5,LOW);
    delay(5);
    digitalWrite(2,LOW);
    digitalWrite(3,HIGH);
    digitalWrite(4,LOW);
    digitalWrite(5,LOW);
    delay(5);
    digitalWrite(2,LOW);
    digitalWrite(3,HIGH);
    digitalWrite(4,HIGH);
    digitalWrite(5,LOW);
    delay(5);
}


void S2()
 {
    digitalWrite(2,LOW);
    digitalWrite(3,LOW);
    digitalWrite(4,HIGH);
    digitalWrite(5,LOW);
    delay(5);
    digitalWrite(2,LOW);
    digitalWrite(3,LOW);
    digitalWrite(4,HIGH);
    digitalWrite(5,HIGH);
    delay(5);
    digitalWrite(2,LOW);
    digitalWrite(3,LOW);
    digitalWrite(4,LOW);
    digitalWrite(5,HIGH);
    delay(5);
    digitalWrite(2,HIGH);
    digitalWrite(3,LOW);
    digitalWrite(4,LOW);
    digitalWrite(5,HIGH);
    delay(5);
}


void loop() {
  for (int i = 1; i <= 130; i++) 
  {
    S1();
    S2();
  }
  delay(1000);
}

程序分析：

需求為旋轉(zhuǎn)90°，在程序中循環(huán)次數(shù)為什么是130次呢？這是根據(jù)我們使用的步進(jìn)電機(jī)參數(shù)計(jì)算而來(lái)的：

1、步進(jìn)電機(jī)電壓5V，步距角5.625，減速比1：64。

2、計(jì)算A-B-C-D通電一次轉(zhuǎn)動(dòng)的角度5.625X2X4/64=0.703125 (2是表示1相勵(lì)磁方 式每步是2倍的步距角，4表示走了4步， 64指電機(jī)減速比)。

3、轉(zhuǎn)動(dòng)360度循環(huán)ABCD通電的次數(shù)360/0.7031=512。

4、那么轉(zhuǎn)動(dòng)90度循環(huán)ABCD通電的次數(shù)90/0.7031≈130。