怎樣控制步進電機

為什么要使用步進電機？

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

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

步進電機需要多個步進脈沖才能到達您想要的位置。此外，步進電機線圈始終通電，大大增加了保持轉(zhuǎn)矩，但強制轉(zhuǎn)動則很困難。這些優(yōu)勢解釋了為什么步進電機常用于許多應(yīng)用，包括CNC機床和CD/DVD驅(qū)動器。

步進電機電動機分為兩個階段：單極和雙極。單極電機包含連接所有線圈的公共電源，而雙極電機具有分離的線圈。

本文僅介紹單極電機，因為雙極電機需要以不同的方式驅(qū)動。

由Digikey提供（原理圖）

單極輸入和步進

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

雖然線路顏色因電機而異，但這里有連接在本文中使用：

下表顯示了如何驅(qū)動每個輸入以旋轉(zhuǎn)電機。向前移動（即從步驟1到2）使電機順時針轉(zhuǎn)動，而向后移動則使電機逆時針轉(zhuǎn)動。

表1.電機旋轉(zhuǎn)狀態(tài)

步進電機可能需要的電流遠遠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的原因。電機還可能產(chǎn)生反電動勢，可能會損壞I/O端口，并且絕對必須使用鉗位二極管。

然而，驅(qū)動帶有四個分立晶體管的步進電機會浪費和笨重，這就是為什么必須使用ULN2003步進驅(qū)動器IC 。該IC包含七個達林頓晶體管，每個晶體管都包含二極管保護，能夠提供500mA，50V輸出（實際上比Arduino Uno可以處理的更多）。

編碼步進電機

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

雖然Arduino是一個方便而簡單的平臺，但它的庫支持使它成為最好的平臺之一市場上的模塊通過Arduino庫兼容。對于步進電機，我們可以使用步進器庫輕松控制它們，無需對每一步進行編碼。

#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

}

要使用步進電機庫我們首先要包括步進電機庫頭：

#include

下一步（可選但推薦）是定義電機在一整圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)的步數(shù)。本教程中使用的電機有32個步驟，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)，我們需要創(chuàng)建一個步進電機對象。該對象初始化為五個變量：每轉(zhuǎn)的步數(shù)和連接步進電機的四個引腳。

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轉(zhuǎn)動。對于這個例子，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)動電機所需的代碼。正數(shù)表示電機等于前進的次數(shù)，而負數(shù)表示電機向相反方向旋轉(zhuǎn)。

此示例中的三行代碼顯示STEPS_PER_RPM如何用于將電機轉(zhuǎn)動已知量。

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