Arduino ULN2003驱动模块+28BYJ-48步进电机

一时失言乱红尘 2022-04-06 15:52 1149阅读 0赞

*  步进电机，由于其独特的设计，可以没有任何反馈机制而控制到一个高度的准确性。一个步进电机的轴，安装有一系列的磁铁，是由一系列的电磁线圈控制，这些线圈按一个特定的序列排列正负极，尤其是向前或向后移动一小“步”。
 *  有两种类型的步进电机，单极型和双极型晶体管，而且知道你正在使用哪种类型是非常重要的。每种电机，都有一个不同的电路。示例代码将控制两种电机。看看单极性和双极性电机的原理图，和关于如何连接你的电机的信息。
 *  在这个例子中，轴是一个完整的旋转顺时针旋转，通过Arduino Stepper库来控制步进电机的步进数目。无论是单极或双极电机，均由数字引脚8，9，10，和11控制步进。
 *  如果你正在使用一个单极型步进电机，Arduino或genuino开发板将会连接到一个U2004达林顿管阵列。

## 硬件要求 ##

*  Arduino UNO板
 *  步进电机
 *  U2004 达林顿管阵列 (如果用单极型电机)
 *  杜邦线
 *  外置电源（5V-12V）

## ULN2003驱动模块 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzM3NzM4ODM4_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
ULN2003步进电机驱动板作用是更简单的用Arduino控制28BYJ-48步进电机。驱动板的电机供电接口可以连接到Arduino的GND和5V取电，但是不推荐这种方法，推荐用独立的5-12伏1安培的电源或电池组取电。“IN1～IN4”连接arduino的4个数字口（在代码里进行相应的设置）。

## 28BYJ-48步进电机 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzM3NzM4ODM4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

28BYJ-48步进电机的齿轮减速比为64:1，转速约15转/分钟，一些软件采用某些手段和高电压电源（如12伏直流）也能达到约25转/分钟的转速。  
4步控制信号序列：11.25度/步，32步旋转一周。  
8步控制信号序列：5.625度/步， 64步旋转一周。

**正常情况下，4步模式下旋转一周将用：32（步/周）X64（齿轮比） = 2048 步。**

## 接线 ##

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>步进电机</th> 
   <th>Arduino UNO</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>IN1</td> 
   <td>8</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IN2</td> 
   <td>9</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IN3</td> 
   <td>10</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IN4</td> 
   <td>11</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>VCC</td> 
   <td>VCC</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IGBD</td> 
   <td>GND</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 程序： ##

//使用arduino IDE自带的Stepper.h库文件
    #include <Stepper.h>
    
    // 这里设置步进电机旋转一圈是多少步
    #define STEPS 100
    
    //设置步进电机的步数和引脚（就是注意点2里面说的驱动板上IN1～IN4连接的四个数字口）。
    Stepper stepper(STEPS, 8, 10, 9, 11);
    
    void setup()
    {
      // 设置电机的转速：每分钟为90步
      stepper.setSpeed(90);
      // 初始化串口，用于调试输出信息
      Serial.begin(9600);
    }
    
    void loop()
    {
        // 顺时针旋转一周
        Serial.println("shun");
        stepper.step(2048); //4步模式下旋转一周用2048 步。
        delay(500);
    
        // 逆时针旋转半周
        Serial.println("ni");
        stepper.step(-1024); //4步模式下旋转一周用2048 步。
        delay(500);
    }

## 拓展知识（转）： ##

1.什么是步进电机?

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

2.步进电机分哪几种?

步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）  
永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；  
反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；  
混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。

3.什么是保持转矩（HOLDING TORQUE）?

保持转矩（HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如， 当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。

4.什么是DETENT TORQUE?

DETENT TORQUE 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。

5.步进电机精度为多少？是否累积?

一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

6.步进电机的外表温度允许达到多少?

步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。

7.为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降?

当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

8.为什么步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声?

步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启 动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。

9.如何克服两相混合式步进电机在低速运转时的振动和噪声?

步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，一般可采用以下方案来克服：  
A.如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比等机械传动避开共振区；  
B.采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法；  
C.换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机；  
D.换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高；  
E.在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大。

10.细分驱动器的细分数是否能代表精度?

步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术（请参考有关文献），其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。比如对于步进角为1.8°的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为4，那么电机的运转分辨率为每个脉冲0.45°，电机的精度能否达到或接近0.45°，还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大；细分数越大精度越难控制。

11.四相混合式步进电机与驱动器的串联接法和并联接法有什么区别?

四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动，因此，连接时可以采用串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用。串联接法一般在电机转速较的场合使用，此时需要的驱动器输出电流为电机相电流的0.7倍，因而电机发热小；并联接法一般在电机转速较高的场合使用（又称高速接法），所需要的驱动器输出电流为 电机相电流的1.4倍，因而电机发热较大。

12.如何确定步进电机驱动器的直流供电电源?

A.电压的确定  
混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围（比如IM483的供电电压为12～48VDC），电源电压通常根据电机的工作转速和响应要求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值也高，但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压，否则可能损坏驱动器。  
B.电流的确定供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流I来确定。如果采用线性电源，电源电流一般可取I的1.1～1.3倍；如果采用开关电源，电源电流一般可取I 的1.5～2.0倍。

13.混合式步进电机驱动器的脱机信号FREE一般在什么情况下使用?

当脱机信号FREE为低电平时，驱动器输出到电机的电流被切断，电机转子处于自由状态（脱机状态）。在有些自动化设备中，如果在驱动器不断电的情况下要求直接转动电机轴（手动方式），就可以将FREE信号置低，使电机脱机，进行手动操作或调节。手动完成后，再将FREE信号置高，以继续自动控制。

14.如果用简单的方法调整两相步进电机通电后的转动方向?

只需将电机与驱动器接线的A+和A-（或者B+和B-）对调即可。

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