Шаговый двигатель 28BYJ-48 с драйвером ULN2003 и Arduino UNO

Шаговый двигатель может точно перемещаться на минимально возможный угол, называемый шагом. Для практических задач можно считать, что шаговый мотор немного похож на сервопривод. Можно задать ему повернуться в некоторое положение и можно рассчитывать получить достаточно стабильные результаты в нескольких повторных экспериментах. Обычно, сервоприводы ограничены углом поворота в диапазоне от 0 до 180°, шаговый же двигатель может вращаться непрерывно, подобно двигателю постоянного тока. Преимуществом шаговых двигателей является то, что можно достичь гораздо большей степени контроля над движением. К недостатком шаговых двигателей можно отнести несколько более сложное управление, чем в случаях с сервами или моторами постоянного тока.

28BYJ-48 — это маленький, дешевый, 5 вольтовый шаговый моторчик с редуктором. Передаточное число редуктора у него примерно 64:1, что позволяет получить вполне достойный крутящий момент для моторчика такого размера и скорость порядка 15 об/мин. С некоторыми программными хитростями для постепенного ускорения можно достичь более 25 об/мин. Эти маленькие шаговики вместе с небольшой платкой-драйвером на базе м/сх ULN2003 для использования совместно c Arduino UNO можно приобрести здесь за сущие копейки. Достаточно выгодное приобретение, если сравнивать с редукторным двигателем постоянного тока, контроллером двигателя и колесным энкодером!

Дешевизна и миниатюрность делает 28BYJ идеальным вариантом для небольших робототехнических приложений, а также для знакомства с управлением шаговыми двигателями, используя Arduino. Ниже представлена детальная спецификация шагового двигателя 28BYJ-48.

Двигатель имеет четыре обмотки, которые запитываются последовательно, чтобы повернуть вал с магнитом.

Когда используется полношаговый метод управления, две из четырех обмоток запитываются на каждом шаге. Идущая вместе с Arduino IDE библиотека Stepper использует такой способ. В техническом руководстве к 28BYJ-48 сказано, что предпочтительным является использование метода полушага, при котором сначала запитывается только 1 обмотка, затем вместе первая и вторая обмотки, затем только вторая обмотка и так далее. С 4 обмотками это дает 8 различных сигналов, как показано в таблице ниже.

Подключение драйвера шагового двигателя ULN2003 к Arduino Uno

Плата драйвера шагового двигателя на базе микросхемы ULN2003, представляющей собой массив транзисторов, включенных по схеме Дарлингтона, позволяет достаточно просто управлять мотором 28BYJ-48, используя микроконтроллер. В нашем случае, в качестве управляющего микроконтроллера мы выберем плату Arduino Uno с микроконтроллером ATmega328. Помимо самой микросхемы ULN2003AN, на плате имеется пятиконтактный разъем для подключения к шаговику и четыре светодиода, показывающих, какая из обмоток запитана в текущий момент времени.

Также сбоку расположен джампер (два вывода под четырьмя резисторами), установка которого позволяет подавать питание на шаговый двигатель. Замечу, что питать мотор от 5 В Arduino не рекомендуется, так как мотор может потреблять ток, превышающий возможности Arduino. Лучше использовать внешний 5-12 В источник питания, выдающий ток не менее 1 А. Четыре управляющих входа помечены как IN1-IN4 и должны быть подключены к четырем цифровым выводам Arduino.

Подключите выводы IN1, IN2, IN3 и IN4 к пинам 3, 4, 5 и 6 Arduino Uno. Положительный контакт источника питания необходимо подключить к выводу, помеченному как «+», а землю источника питания к выводу «-» на плате контроллера. Если для питания Arduino и мотора используются различные источники питания, то необходимо объединить выводы «земля» источников вместе.

Библиотека AccelStepper

Стандартная библиотека Stepper, идущая с Arduino IDE, поддерживает только полношаговый метод управления и имеет сильно ограниченные возможности. Использовать ее можно только в очень простых приложениях, в которых используется только один мотор. Применение библиотеки Stepper для управления 28BYJ-48 является не самым эффективным решением.

Есть решение получше — это использовать библиотеку Accel Stepper. Эта библиотека очень хорошо работает совместно с шаговым мотором 28BYJ-48 (мотор почти не греется), а также поддерживает ускорение, что позволяет заставить мотор вращаться быстрее. Библиотека использует код, не блокирующий шаги и включает немало других приятных особенностей.

• Объектно-ориентированный интерфейс для 2, 3 или 4-выводных шаговых двигателей
• Поддержка ускорения и замедления
• Поддержка одновременно нескольких шаговых двигателей с независимой работой для каждого мотора
• Функции API не используют функцию delay и не прерывают работу
• Поддержка выбора функции для реализации шага позволяет работать совместно с библиотекой AFMotor
• Поддержка контроллеров шаговых двигателей таких как Sparkfun EasyDriver (основанных на микросхеме драйвера 3967)
• Поддержка низких скоростей
• Расширяемый API
• Поддержка подклассов

Библиотека AccelStepper
AccelStepper-1.48.zip
Version: 1.48

81.7 KiB
5551 Downloads
Подробности

Category:	Programs
Дата:	06.09.2015

Как установить библиотеку в Arduino IDE.

Представленный ниже код медленно ускоряет мотор 28BYJ-28 в одном направлении, затем замедляется до остановки и вновь ускоряется, но уже вращаясь в противоположном направлении.

#include<AccelStepper.h>

#define HALFSTEP 8   

// Определение пинов для управления двигателем
#define motorPin1  3 // IN1 на 1-м драйвере ULN2003
#define motorPin2  4 // IN2 на 1-м драйвере ULN2003
#define motorPin3  5 // IN3 на 1-м драйвере ULN2003
#define motorPin4  6 // IN4 на 1-м драйвере ULN2003

// Инициализируемся с последовательностью выводов IN1-IN3-IN2-IN4
// для использования AccelStepper с 28BYJ-48
AccelStepper stepper1(HALFSTEP, motorPin1, motorPin3, motorPin2, motorPin4);

void setup(){
  stepper1.setMaxSpeed(1000.0);
  stepper1.setAcceleration(100.0);
  stepper1.setSpeed(200);
  stepper1.moveTo(20000);
}
void loop(){
  // Изменяем направление, если шаговик достигает заданного положения
  if(stepper1.distanceToGo()==0)
    stepper1.moveTo(-stepper1.currentPosition());
  stepper1.run();
}

[add_ratings]