Как управлять шаговым двигателем через arduino

Содержание

Режимы работы шаговых двигателей:

  • Для работы шагового двигателя (вне зависимости от его вида) можно выбрать один из трех режимов работы:
  • Полношаговый режим — ротор поворачивается на 1 шаг за 1 такт.
  • Полушаговый режим — ротор поворачивается на ½ шага за 1 такт.
  • Микрошаговый режим — ротор поворачивается на ¼, ⅛ и т.д. шагов за 1 такт.

Ниже рассмотрены режимы работы, на примере биполярного двигателя с постоянным магнитом и полным шагом 90°.

Полношаговый режим (одна фаза на полный шаг). Номинальные значения шагового двигателя указываются именно для этого режима.

Полношаговый режим (две фазы на полный шаг). Этот режим позволяет увеличить крутящий момент почти в половину от номинального.

Полушаговый режим. Этот режим позволяет увеличить количество шагов в полном обороте в два раза, при незначительном уменьшении крутящего момента.

Микрошаговый режим. Этот режим является наиболее распространённым, он позволяет увеличить количество шагов в полном обороте в четыре раза, благодаря неравномерному распределению токов в обмотках. Снижение токов можно достичь снижением напряжения (как показано на картинке) или подавать полное напряжение через подключаемую внешнюю нагрузку.

Если подавать уровни не «0» — «½» — «1» (как на картинке), а «0» — «¼» — «½» — «¾» — «1», то количество шагов в полном обороте увеличится не в 4 раза, а в 8 раз. Можно увеличить количество шагов в 16, 32, 64 раза и т.д., а если заменить дискретные уровни сигналов на синусоиды, то мотор будет вращаться плавно (без шагов).

Режимы пониженного энергопотребления — доступны только для 8-выводных двигателей. Эти режимы отличаются от обычных тем, что используют только половину фазы (половину электромагнитов). Данные режимы используются редко, так как они значительно снижают крутящий момент двигателя.

Пример использования

В качестве примера использования рассмотрим управление дроблением шага и направлением вращения шагового двигателя с платы Arduino. Нам потребуются следующие компоненты:

  • Плата Arduino Uno -1;
  • Драйвер A4988 — 1;
  • Шаговый двигатель NEMA17 — 1;
  • Потенциометр 10 кОм — 1;
  • Кнопка — 1;
  • Переключатель 2-х позиционный — 1;
  • Резистор 10 кОм – 3;
  • Провода MF — 20
  • Соединение деталей по схеме соединений на рис. 4.

Рисунок 4. Схема подключения для управления скоростью и направлением движения

Приступим к написанию скетча. Нажатие на кнопку включает/выключает двигатель, подавая сигнал LOW/HIGH на вход ENABLE драйвера A4988. С помощью переключателя выбираем направление вращения двигателя (сигнал с переключателя подается напрямую на вход DIR драйвера A4988). C помощью потенциометра мы выбираем один из режимов микрошага. Содержимое скетча представлено в листинге 2. двигателя с постоянной скоростью на один оборот в одну сторону, затем в другую, и далее в цикле.

Листинг 2

// пины для подключения контактов STEP, DIR const int STEP 3 int DIR 2 // для регулировки скорости — пин потенциометра #define POT A0 // для кнопки #define BUTTON 9 // для включения/выключения #define EN 8 // количество шагов на 1 оборот #define ROUND 200 // скорость двигателя #define SPEED 10 // массив пинов для MS1,MS2,MS3 int pins_steps[]={7,6,5}; int steps={ {0,0,0}, // 1 {1,0,0}, // 1/2 {0,1,0}, // 1/4 {1,1,0}, // 1/8 {1,1,1} // 1/16 }; // для кнопки int prevB=0; int tekB=0; boolean movement=false; void setup() { // режим для выводов STEP и DIR как pinModeSTEP, OUTPUT); pinMode(DIR, OUTPUT); // начальные значения digitalWrite(STEP, 1); digitalWrite(DIR, 0); // режим для enable pinMode(EN, OUTPUT); // не разрешать digitalWrite(EN, 1); // для MS1,MS2,MS3 for(int i=0;i<3;i++) { pinMode(pins_steps, OUTPUT); } } void loop() { // получить режим микрошага digitalWrite(DIR, 1); int mode=map(analogRead(POT),0,1024,0,5); // установить for(int i=0;i<3;i++) { digitalWrite(pins_steps, steps); } // сделать 1 оборот if(movement==true) { digitalWrite(STEP, 1); delay(SPEED); digitalWrite(STEP, 0); delay(SPEED); } // проверка нажатия кнопки tekB = debounce(prevB, BUTTON); if (prevB == 0 && tekB == 1) { movement=!movement; digitalWrite(EN,!movement); } prevB = tekB; } // проверка на дребезг int debounce(int prev,int pin) { int tek = digitalRead(pin); if (prev != tek) { delay(5); tek = digitalRead(pin); return tek; } }

Описание библиотеки AccelStepper

Давайте мы перейдём к интересной части нашей статьи

Это описание двух библиотек для работы с двигателями
myStepper

и
AccelStepper.

Больше буду обращать внимание на библиотеку
AccelStepper,

так как у нее больше функции, а именно:

  • есть возможность управлять скоростью,
  • поддержка различных шаговиков
  • поддержка одновременно работающих двигателей

Определение конфигурации моторов

Для управления шаговым двигателем.

Биполярный ШД, управляемый Н-мостом.

Униполярный мотор, управляемый четырмя транзисторами.

Максимальная скорость двигателя. Скорость заведомо низкая. Сначала моторчик ускоряется до этой скорости, затем снижает её

Ускорение шаговика, в шагах в секунду.

Управление положением

Переместиться в абсолютно указанное положение. Само движение запускается функцией run ().

Переместиться в относительно указанное положение. Само движение запускается функцией run (). Значение distance может быть больше или меньше нуля.

Вернуть текущее абсолютное положение.

Вернуть расстояние до указанного положения. Может использоваться для проверки, достиг ли моторчик указанной конечной точки.

Начать движение и подождать когда двигатель достигнет указанной точки. Функция не осуществляет возврата пока он не остановится.

Управление скоростью

Установить скорость в шагах за секунду. Сам процесс запускается функцией runSpeed ().

Начать движение. Для продолжения движения двигателя следует вызывать функцию повторно.

Что такое шаговый двигатель? Название говорит само за себя: двигатель, который может не просто “крутиться”, а крутиться размеренно, управляемо… шагами! То есть, мы сами в программе “говорим” ему, на какой угол нужно повернуться. Для чего это может понадобиться? Например, вы хотите собрать свой станок с ЧПУ, 3d принтер… или любое другое устройство, которое нуждается в точном позиционировании движущихся частей. Подробнее о шаговых двигателях можно почитать в википедии .

Существует огромное разнообразие шаговых двигателей различных размеров и характеристик. Чтобы управлять ими нужно специальное устройство – драйвер.

В этой статье мы будем использовать:

Итак, задача: подключить к arduino uno шаговый двигатель и покрутить им.

Казалось бы, количество проводов, идущих к двигателю, может ввести в ступор, зачем так много и куда все это втыкать? На самом деле, ничего сложного ни в подключении, ни в коде. И сейчас мы с вами в этом убедимся!

Подключаем двигатель к драйверу, а драйвер, в свою очередь к плате arduino к цифровым пинам 2, 3, 4, 5 и к питанию (5В) как показано на фото.

Настоятельно рекомендую в своих проектах использовать отдельное питание для двигателя
(от другого блока питания, а не от arduino), потому как если дать серьезную нагрузку на двигатель – на плате arduino может перегреться микросхема, отвечающая за питание – что не есть хорошо!

Чтобы управлять двигателем, воспользуемся библиотекой Stepper, которую не нужно ни от куда качать – она входит в поставку Arduino IDE
– среду разработки, в которой мы пишем код для arduino. В качестве параметров передаем количество шагов полного оборота и пины, к которым подключаем двигатель.

Stepper myStepper(2048,2,3,4,5);

Методом setSpeed()
можно управлять скоростью, а step()
отвечает за перемещение вала на заданное количество шагов (если значение отрицательное – вал крутится в обратную сторону).

Полный код программы:

#include
Stepper myStepper(2048,2,3,4,5);
void setup() {
myStepper.setSpeed(10);
}
void loop() {
myStepper.step(2048);
delay(1000);
myStepper.step(-2048);
delay(1000);
}

Небольшое замечание по драйверу.
Плата согласования Arduino и шагового двигателя на основе UNL2003A имеет всего одну перемычку, которая замыкает 3 и 4 выводы. Данная перемычка подаёт питание на светодиоды. Если на шаговый двигатель подаётся питание +5 В (как в нашем случае), то данная перемычка позволяет наблюдать за переключением выводов управления шаговым двигателем. Если для кого-то важен потребляемый ток (например, для увеличения времени работы от батареи) и не нужна индикация, то перемычку можно смело снимать.

Вот и видео того, что получилось.

Удачных экспериментов!

Возможно, вам потребуются файлы:

на 28BYJ-48.

Работа шагового двигателя и описание драйвера

Как работает шаговик?

Для практических задач с точным перемещением объекта обязательно требуется ШД. Это мотор, который перемещает свой вал в зависимости от заданных шагов в программе контроллера. Чаще всего их применяют в станках ЧПУ, робототехнике, манипуляторах, 3D-принтерах.

Мы же с вами рассмотрим конкретный двигатель 28BYj-48 с драйвером управления ULN2003 . Он достаточно дешёвый, прост в сборке и легко писать программу.

В 4-шаговом режиме он может совершать 2048 шагов, в 8-шаговом 4096 шагов. Питание 5 В, ток потребления 160 мА. Передаточное число 1:64 , то есть один шаг он совершит на 5,625 градусов. Крутящий момент составляет 34 мН.м. Средняя скорость 15 об/мин, с помощью программного кода можно ускорить до 35 об/мин, но вы должны понимать, что мы при этом теряем мощность и точность.

Размеры двигателя указаны из первоисточника — даташита производителя Kiatronics.

А вот таким образом он выглядит изнутри:

Для небольших технических проектов — 28BYj-48 идеальный вариант. Его главным преимуществом является дешевизна и простота. Прилагаю спецификацию:

Тип мотора Униполярный шаговый двигатель
Число фаз 4
Рабочее напряжение 5-12 вольт
Частота 100 Гц
Частота под нагрузкой > 600 Гц
Крутящий момент > 34.3 мН*м (120 Гц)
Режим шага рекомендуется полушаговый режим (8-шаговая управляющая сигнальная последовательность)
Угол шага

8-шаговая управляющая сигнальная последовательность — 5.625º/шаг

4-шаговая управляющая сигнальная последовательность — 11.25º/шаг

Передаточное отношение редуктора Производителем заявлено 64:1

Вес 30 г

ШД имеет четыре обмотки, которые запитываются последовательно:

Для того, чтобы заставить мотор двигаться по часовой стрелке, нужно попеременно подавать на обмотки напряжение. Движок работает в двух режимах в шаговом и полушаговом, чем они отличаются, мы сейчас разберём.

1.Шаговый режим — это когда две из четырех обмоток запитываются на каждом шаге. Смотрите карту включения обмоток: Для этого способа используется библиотека my Stepper.h.

Провод Фазы для шагового режима
1 2 3 4
4 оранжевый
3 желтый
2 розовый
1 синий

2.Полушаговый режим — это когда запитывается первая обмотка, потом вторая и третья вместе, потом четвёртая и т.д. В Даташите разработчика указано, что предпочтительнее режим полушага для мотора. Подробно изображено на карте подключений:

Провод Фазы для полушагового режима
1 2 3 4 5 6 7 8
4 оранжевый
3 желтый
2 розовый
1 синий

Описание драйвера ULN2003

Плата представляет собой силовой модуль, который содержит в себе семь независимых транзисторов Дарлингтона. Каждая пара представляет собой каскад из двух биполярных транзисторов. ULN2003 является неким усилителем с током нагрузки 500 мА и напряжением 50 В. На изображении отображена сама плата и описание выводов к ней.

Работа проекта

Когда вы сделаете все необходимые соединения в аппаратной части нашего проекта у вас должна получиться примерно следующая конструкция:

Теперь загрузите код программы в плату Arduino UNO и откройте окно монитора последовательной связи (serial monitor). Как мы уже указывали, мы должны сделать 2048 шагов для совершения одного полного оборота, то есть если мы в окне монитора последовательной связи введем 2048, то вал шагового двигателя совершит один полный оборот по часовой стрелке, а сам двигатель в это время сделает 2048 шагов. Для вращения против часовой стрелки просто вводите нужное число шагов со знаком “–“. То есть если вы введете -1024, то вал мотора совершит пол-оборота против часовой стрелки. Чтобы протестировать работу проекта вы можете вводить любые числа.

Управление шаговым мотором – регулировка скорости [1]

Шаговые моторы могут управляться с высоким уровнем точности, не требуя при этом никаких механизмов обратной связи. Вал шагового мотора закреплен магнитами, а его управление («шаговое» движение вперед и назад) осуществляется несколькими электромагнитными пружинами, одни из которых имеют положительный заряд, а другие – отрицательный. С их помощью вал перемещается маленькими шажками вперед и назад.

Начиная работу, очень важно знать, с каким именно шаговым мотором вам предстоит иметь дело. Эти устройства бывают двух типов – униполярные и биполярные – и цепь для них строится по-разному

Впрочем, данный скетч-пример поддерживает оба типа шаговых моторов. О том, как построить цепь, смотрите здесь (для униполярных моторов) или здесь (для биполярных моторов).

Данный пример показывает, как регулировать скорость вращения шагового мотора. Это делается при помощи потенциометра (или другого устройства для ввода данных), подключенного к 0-ому контакту Arduino, и библиотеки Stepper. И униполярные, и биполярные моторы управляются цифровыми контактами 8, 9, 10 и 11.

При использовании униполярного мотора к Arduino/Genuino нужно подключить транзистор Дарлингтона U2004, а при использовании биполярного – Н-мост SN754410NE.

Более подробно о разнице между типами шаговых моторов читайте в этой статье Тома Иго.

Шаговый двигатель от CD-ROM — запуск на Arduino без драйвера

Добрый вечер ребята. У меня такой вопрос. Как правильно подключить и запустить на ардуино шаговый двигатель от дисковода без драйвера и как урправлять реверсом? Заранее всем откликнувшимся большое спасибо за помощь.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Там нет шагового двигателя. Там три других двигателя: один обычный коллекторный моторчик, который открывает/закрывает каретку. И два трёхфазных бесколлекторных двигателя: один крутит диск (побольше), другой двигает лазерную головку (поменьше).

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Хмм . А я видел привод каретки и от коллекторного и от шагового движков.

шаговый был обычный биполярный. Подключение много раз обсуждалось

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Меня значит интересует тот который двигает лазерную головку ( у него 4 контакта). Как его можно подключить без драйвера к ардуино и сделать реверс программно??

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Похоже я ошибся и двигатель, который двигает головку всё-таки биполярный шаговый.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Спасибо за ролики я первый смотрел уже, там через драйвер. Можно ли обойтись без драйвера?

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

А как можно реализовать через ардуино реверс обычного постоянного мотора (например от лотка дисковода)? Мотор собираюсь запускать через транзистор подавая на базу сигнал с ардуино. Спасибо за вашу помощь заранее.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Через транзистор реверсить не получится надо или мост или полумост.

вообщетто непонятно , как Вы нашли этот форум, если не умеете пользоваться поиском?

а если умеете то почему не ищете сами?

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Поиском я умею пользоваться но там советуют в других форумах через драйвер. Как вот можно обычный постоянный мотор реверсить без драйвера . Подключать хочу его к ардуино и задавать реверс цифровым выходом (пинами)

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Спасибо вам. через Н-мост попробую Но я так понимаю если случайно запусить оба транзистора то будет короткое замыкание цепи (например нажал на пульте две кнопки Вперед и Назад одновременно).

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Да, будет коротыш. Именно роэтому лучше применить мелкосхему, там есть защита.

откуда такой антагонизм к драйверам? Драйвер на мелкосхеме — тот же Нмост с защитами и в одном корпусе. Очень удобно.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Да не антагонизм к драйверам. Просто нет в наличии пока. А так понимаю что очень удобно

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Хмм. L293 достаточно распрострненная и недорогая. На ебээ вообще копейки стоит.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Заказать собираюсь либо на алике или а ебее

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Спасибо за совет вам. Вопрос такой L293 может управлять 12В моторами? Какое количество моторов можно задействовать максимально. Я так понимаю он служит вроде ключа для открывания (пропукскания) питания на моторы, а также реверсы делать.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

В даташите всё написано:

Wide Supply-Voltage Range: 4.5 V to 36 V Output Current 1 A Per Channel (600 mA for L293D) Peak Output Current 2 A Per Channel (1.2 A for L293D)

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

БЛАГОДАРЮ ВСЕХ ЗА ОКАЗАННУЮ ВАМИ МНЕ ПОМОЩЬ))))))))))))))))))))))))))))))))))

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Там нет шагового двигателя. Там три других двигателя: один обычный коллекторный моторчик, который открывает/закрывает каретку. И два трёхфазных бесколлекторных двигателя: один крутит диск (побольше), другой двигает лазерную головку (поменьше).

Не будьте столь категоричны: недавно разбирал CD-Drive, так там головку двигает мотор, к которому идет ровно 2 провода — красный и черный. Вы уверены, что это трехфазный бесколлекторный?

Источник

ПЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЩЁТОЧНЫМ МОТОРОМ

Решил я сделать библиотеку для управления обычным щёточным мотором с энкодером, которая позволила бы управлять им как шаговым (с либой AccelStepper) с поддержкой ускорения и ограничения максимальной скорости. Библиотека полностью наследует все инструменты по работе с мотором из GyverMotor. Основной метод библиотеки tick() принимает текущее положение вала мотора (сигнал с потенциометра или энкодера) и позволяет:

  • Сделать полноценный сервопривод из моторчика с редуктором и резистором на валу
  • Поддерживать скорость вращения моторчика под переменной нагрузкой (шпиндель станка)
  • Из моторчика с энкодером позволяет получить аналог шагового мотора с возможностью повернуть вал на нужное количество оборотов (градусов) с плавным ускорением и ограничением максимальной скорости

Где купить шаговый двигатель

Самые простые двигатели Варианты на сайте AliExpress:

Шаговый двигатель Nema17 42BYGH 1.7A (17HS4401-S) для 3D принтера Набор из 5 шаговых двигателей ULN2003 28BYJ-48 с платам драйверов для Ардуино Шаговый двигатель с модулем драйвера 5V Stepper Motor 28BYJ-48 + ULN2003
Еще один вариант шагового двигателя для Arduino 28BYJ-48 5V 4 Phase DC Motor + ULN2003 Drive Test Board Набор из трех шаговых двигателей Nema17 Stepper Motor 42BYGH 1.7A (17HS4401) для 3D приентера AliExpress.com Product – 3D Printer Parts StepStick A4988 DRV8825 Stepper Motor Driver With Heat sink Carrier Reprap RAMPS 1.4 1.5 1.6 MKS GEN V1.4 board

Описание библиотеки для работы с шаговым двигателем

В среде разработки Ардуино IDE существует стандартная библиотека Strepper.h для написания программ шаговых двигателей. Основные функции в этой библиотеке:

  • Stepper(количество шагов, номера контактов). Эта функция создает объект Stepper, которая соответствует подключенному к плате Ардуино двигателю. Аргумент – контакты на плате, к которым подключается двигатель, и количество шагов, которые совершаются для полного оборота вокруг своей оси. Информацию о количестве шагов можно посмотреть в документации к мотору. Вместо количества шагов может быть указан угол, который составляет один шаг. Для определения числа шагов, нужно разделить 360 градусов на это число.
  • Set Speed(long rpms) – функция, в которой указывается скорость вращения. Аргументом является положительное целое число, в котором указано количество оборотов в минуту. Задается после функции Step().
  • Step(Steps) –поворот на указанное количество шагов. Аргументом может быть либо положительное число – поворот двигателя по часовой стрелке, либо отрицательное – против часовой стрелки.

Шаг 1. Что такое шаговый двигатель?

Шаговый двигатель состоит из двух основных частей: ротора и статора.

Ротор является частью двигателя, который фактически вращается и обеспечивает работу. Статор представляет собой неподвижную часть двигателя, в котором размещается ротор. В шаговом двигателе ротор представляет собой постоянный магнит. Статор состоит из нескольких катушек, которые действуют как электромагниты, когда через них проходит электрический ток. Электромагнитная катушка заставит ротор выровняться вместе с ним при зарядке. Ротор приводится в движение путем чередования тока на катушках, протекающий через них.

Шаговые двигатели имеют ряд преимуществ. Они дешевы и просты в использовании. Когда ток не поступает в двигатель, ничего не происходит. Шаговые двигатели также могут вращаться без ограничений и изменять направление в зависимости от установленной полярности.

Общие принципы работы шаговых двигателей

Внешний вид шагового двигателя 28-BYJ48 (купить на AliExpress) представлен на следующем рисунке:

Первый вопрос, который напрашивается при взгляде на этот рисунок – почему в отличие от обычного двигателя из этого шагового двигателя выходят 5 проводов различных цветов? Чтобы понять это давайте сначала разберемся с принципами работы шагового двигателя.

Начнем с того, что шаговые двигатели не вращаются, а “шагают”, поэтому они и называются шаговыми двигателями. То есть в один момент времени они будут передвигаться только на один шаг. Чтобы добиться этого в устройстве шаговых двигателей присутствует несколько катушек и на эти катушки нужно подавать питание в определенной последовательности чтобы двигатель вращался (шагал). При подаче питания на каждую катушку двигатель делает один шаг, при последовательной подаче питания на катушки двигатель будет совершать непрерывные шаги, то есть вращаться. Давайте более подробно рассмотрим катушки, присутствующие внутри шагового двигателя.


Как можно видеть из рисунка, двигатель имеет однополярную катушку с 5 выводами. Но фактически это 4 катушки, на которые нужно подавать питание в определенной последовательности. На красные провода необходимо подать +5V, на остальные 4 провода необходимо подать землю чтобы запустить в работу соответствующую катушку. Мы будем использовать плату Arduino чтобы подавать питание на эти катушки в определенной последовательности и тем самым заставлять двигатель вращаться. Более подробно ознакомиться с принципами работы шаговых двигателей можно в статье про подключение шагового двигателя к микроконтроллеру AVR.

Так почему же этот двигатель называется 28-BYJ48? Честно говоря, мы не знаем точного ответа на этот вопрос. Некоторые наиболее важные технические характеристики этого шагового двигателя приведены на следующем рисунке.

На первый взгляд от такого количества характеристик может закружиться голова, но давайте попробуем выделить из них самые важные, те, которые нам понадобятся для дальнейшей работы. Во-первых, мы знаем, что это шаговый двигатель 5V, поэтому необходимо подавать на красный провод 5V. Также мы знаем что это четырехфазный шаговый двигатель поскольку в нем четыре катушки. Передаточное число этого двигателя — 1: 64. Это означает, что вал, который вы видите снаружи, сделает одно полное вращение в том случае, когда двигатель внутри сделает 64 оборота. Это происходит благодаря шестерням, которые включены между двигателем и выходным валом. Эти шестерни помогают в увеличении крутящего момента.

Еще одним важным показателем, который нам следует знать, является угол шага: 5.625°/64. Это значит что когда двигатель сделает последовательность в 8 шагов он будет поворачиваться на 5.625° при каждом шаге и за один полный оборот он сделает 64 шага (5.625*64=360).

Расчет шагов на оборот для шагового двигателя

Важно знать, как рассчитать количество шагов за один оборот для вашего шагового двигателя, потому что только тогда вы можете эффективно его запрограммировать. В Arduino для управления двигателем мы будем использовать 4-шаговую последовательность, поэтому угол шага будет составлять 11.25°

Поскольку изначально он равен 5.625°(приведен в даташите), то для 8 шаговой последовательности получим 11.25° (5.625*2=11.25)

В Arduino для управления двигателем мы будем использовать 4-шаговую последовательность, поэтому угол шага будет составлять 11.25°. Поскольку изначально он равен 5.625°(приведен в даташите), то для 8 шаговой последовательности получим 11.25° (5.625*2=11.25).

Справедлива следующая формула:

Количество шагов за оборот = 360 / угол шага.

В нашем случае 360/11.25 = 32 шага за оборот.

Зачем нужен драйвер мотора для управления шаговым двигателем

Большинство шаговых двигателей будут работать только с помощью модуля драйвера мотора. Это связано с тем, что микроконтроллер (в нашем случае плата Arduino) не может обеспечить достаточный ток на своих контактах ввода/вывода для работы двигателя. Поэтому мы будем использовать внешний драйвер мотора для управления нашим шаговым двигателем — модуль ULN2003 (купить на AliExpress). В сети интернет можно найти рейтинги эффективности различных драйверов мотора, но эти рейтинги будут меняться в зависимости от типа используемого шагового двигателя. Основной принцип, которого следует придерживаться при выборе драйвера мотора – он должен обеспечивать достаточный ток для управления шаговым двигателем.

Шаг 3: Присоединяем провода

Большинство шаговых двигателей имеют четыре провода, поэтому вам нужно будет обрезать четыре медных провода (обратите внимание, что цвет не коррелирует с чем-либо конкретным (обычно есть правило, что черный — это земля, но не сейчас). Различные цвета были использованы только для облегчения понимания

Эти выводы будут использоваться для управления, какая катушка в настоящее время активна в двигателе. Для этого проекта Ардуино шаговый двигатель был взят от старого принтера, поэтому пайка проводов была самым простым вариантом для этого проекта. В любом случае, вы можете безопасно установить соединение (пайка, штекер, клипы).

БИБЛИОТЕКА GYVERSTEPPER

GyverStepper v1.5

GyverStepper – производительная библиотека для управления шаговыми моторами

  • Поддержка 4х фазных (шаг и полушаг) и STEP-DIR драйверов
  • Автоматическое отключение питания при достижении цели
  • Режимы работы:
    • Вращение с заданной скоростью
    • Следование к позиции с ускорением и ограничением скорости
    • Следование к позиции с заданной скоростью (без ускорения)
  • Быстрый алгоритм управления шагами
  • Два алгоритма плавного движения:
    • Модифицированный планировщик из библиотеки AccelStepper: максимальная плавность и скорость до 7’000 шагов/сек с ускорением (для активации пропиши дефайн SMOOTH_ALGORITHM )
    • Мой планировщик обеспечивает максимальную производительность: скорость до 30’000 шагов/сек с ускорением (активен по умолчанию). Т.е. на небольшой скорости экономит кучу процессорного времени для других задач.

Поддерживаемые платформы: все Arduino (используются стандартные Wiring-функции)

Версия 1.1: добавлена возможность плавно менять скорость в режиме KEEP_SPEED. Добавлены примеры multiStepper и accelDeccelButton Версия 1.2: добавлена поддержка ESP и других Ардуино-совместимых плат Версия 1.3: исправлена логика setTarget(val, RELATIVE) Версия 1.4: добавлена задержка между STEP HIGH и STEP LOW

БИБЛИОТЕКА ДЛЯ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ARDUINO

Для подключения шаговых моторов к Arduino нужно использовать драйверы. Очень дешёвые и популярные моторы 28byj-48-5v часто продаются вместе со своим драйвером (транзисторная сборка ULN2003), подключить можно к любым 4-м пинам Ардуино и использовать.

Для работы с большими шаговиками (типа Nema 17) нужно использовать специализированные драйверы, ниже вы найдёте описания и схемы подключения для A4988, DRV8825 и TMC2208, драйверы такого формата подключаются и работают практически одинаково, т.к. разработаны для CNC шилдов и взаимозаменяемы. У этих драйверов нужно настроить ток при помощи крутилки на плате. Это можно сделать “на глаз”, заставив мотор вращаться и регулируя крутилку. Мотор должен вращаться, но не вибрировать как перфоратор и сильно не нагреваться. Лучше настроить ток по опорному напряжению Vref, у каждого драйвера оно считается по своей формуле (см. картинки ниже). Берём ток своего мотора из описания, подставляем в формулу вместо current, считаем, и накручиваем полученное напряжение крутилкой. Для измерения опорного напряжения нужно подключить щупы вольтметра к самой крутилке и пину GND.

Главное преимущество дорогущих драйверов TMC – отсутствие шума/свиста/вибраций при работе, так как драйвер своими силами интерполирует сигнал до микрошага 1/256.

Настройка тока DRV8825.

Перед использованием мотора нужно сделать небольшую настройку, необходимо ограничить максимальную величину тока, протекающего через катушки шагового двигателя, и ограничить его превышение номинального тока двигателя, регулировка осуществляется с помощью небольшого потенциометра.

Для настройки необходимо рассчитать значение напряжения Vref.

Vref = Current Limit / 2

где,

Current Limit — номинальный ток двигателя.

Для примера рассмотрим двигатель NEMA 17 17HS4401 с током 1,7 А.

Vref = 1,7 / 2 = 0,85 В.

Осталось только настроить, берем отвертку и вольтметр, плюсовый щуп вольтметра устанавливаем на потенциометр, а щуп заземления на вывод GND и выставляем нужное значение.

Подключение драйвера шагового двигателя DRV8825 к Arduino UNO.

Подключим двигатель DRV8825 к Arduino UNO по схеме.

Для этого подключаем GND LOGIC к GND на Arduino. Контакты DIR и STEP подключим к цифровым контактам 2 и 3 на Arduino. Подключение шагового двигателя к контактам B2, B1, A2 и A1.

Предупреждение: Подключение или отключение шагового двигателя при включенном приводе может привести к его повреждению.

Затем необходимо подключить контакт RST к соседнему контакту SLP к 5В на Arduino, чтобы включить драйвер. А контакты выбора микрошага необходимо оставить не подключенными, чтобы работал режим полный микрошаг. Теперь осталось подключить питание двигателя к контактам VMOT и GND MOT, главное не забудьте подключить электролитический конденсатор на 100 мкФ к контактам питания двигателя. В противном случае, при скачке напряжения модуль может выйти из строя.

Скетч вращения шагового двигателя NEMA 17, драйвер DRV8825.

Как уже было упомянуто выше, драйвер DRV8825 заменим драйвером A4988, поэтому и код вращения двигателем можно взять из предыдущей статьи: Драйвер шагового двигателя A4988. Но для увеличения кругозора сегодня будем использовать код вращения двигателя nema 17 без использования библиотеки.

const int dirPin = 2;
const int stepPin = 3;
const int stepsPerRevolution = 200;

void setup()
{
  pinMode(stepPin, OUTPUT);
  pinMode(dirPin, OUTPUT);
}
void loop()
{
  digitalWrite(dirPin, HIGH); // Установка вращения по часовой стрелки
  
  for(int x = 0; x > stepsPerRevolution; x++)
  {
    digitalWrite(stepPin, HIGH);
    delayMicroseconds(2000);
    digitalWrite(stepPin, LOW);
    delayMicroseconds(2000);
  }
  delay(1000);
  
  digitalWrite(dirPin, LOW); // Установка вращения против часовой стрелки

  for(int x = 0; x < stepsPerRevolution; x++)
  {
    digitalWrite(stepPin, HIGH);
    delayMicroseconds(1000);
    digitalWrite(stepPin, LOW);
    delayMicroseconds(1000);
  }
  delay(1000);
}

Описание скетча:

Для работы данного скетча, не требуется никаких библиотек. Программа начинается с определения выводов Arduino, к которым подключены выводы STEP и DIR. Так же указываем stepsPerRevolution количество шагов на оборот.

В функции void setup() указываем управляющие контакты как выход.

В основной функции void loop(), вращаем двигатель по часовой стрелке, затем против, с разной скоростью.

Подробнее о подключении шаговых двигателей к Ardiono смотрите на сайте Ардуино технологии.

Для более простого подключения шагового двигателя к Arduino или другому микроконтроллеру существуют модули. Модули бывают разные, на фото ниже приведен пример двух различных модулей.

Распиновку и как подключать модуль драйвера DRV8825 будем рассматривать в следующей статье.

Использование драйвера DRV8825 с CNC shield v3.

Драйвер DRV8825 можно установить на CNC shield v3. CNC shield используются для управления ЧПУ станками и облегчают сборку электроники.

Данный набор позволяет без пайки собрать электронику для двух осевых, трех осевых, четырех осевых ЧПУ станков, а также для самостоятельной сборки 3D принтеров. При реализации ЧПУ станков данные шилды используются достаточно часто благодаря своей низкой цене и простоте сборки. Более подробно CNC shield v3 будем рассматривать в следующих статьях.

Вывод можно сделать следующий. Драйвер DRV8825 обладает рядом преимуществ перед драйвером A4988. А также, при использовании драйвера шагового двигателя DRV8825, меньше шума от шаговых двигателей. Это актуально при сборке лазерного гравера, 3D принтера. Когда при работе главный источник шума — это механика и гул шаговых двигателей.

Понравился статья Драйвер шагового двигателя DRV8825? Не забудь поделиться с друзьями в соц. сетях.

А также подписаться на наш канал на YouTube, вступить в группу , в группу на .

Спасибо за внимание!

Технологии начинаются с простого!

Фотографии к статье

Файлы для скачивания

Скачивая материал, я соглашаюсь с
Правилами скачивания и использования материалов.

drv8825-datasheet.pdf 743 Kb 359 Скачать