Hướng dẫn động cơ bước Arduino

Động cơ bước ngày càng chiếm vị thế của nó trong thế giới điện tử. Bắt đầu từ một camera Giám sát bình thường đến một máy CNC / Robot phức tạp, những động cơ bước này được sử dụng ở khắp mọi nơi như bộ truyền động vì chúng cung cấp khả năng điều khiển chính xác. Động cơ bước là một động cơ đồng bộ, không chổi than, hoàn thành một vòng quay đầy đủ thành một số bước. Trong hướng dẫn về động cơ bước Arduino này, chúng ta sẽ tìm hiểu về động cơ bước 28-BYJ48 phổ biến nhất hiện có và cách giao diện nó với Arduino bằng mô-đun động cơ bước ULN2003.

Động cơ bước:

Hãy để chúng tôi xem xét động cơ bước 28-BYJ48 này.

Được rồi, không giống như động cơ DC bình thường, động cơ này có năm dây với đủ màu sắc lạ mắt và tại sao nó lại như vậy? Để hiểu điều này, trước tiên chúng ta nên biết cách hoạt động của một bước và đặc tính của nó là gì. Trước hết, động cơ bước không quay, chúng bước và vì vậy chúng còn được gọi là động cơ bước. Có nghĩa là chúng sẽ chỉ di chuyển từng bước một. Các động cơ này có một chuỗi các cuộn dây có trong chúng và các cuộn dây này phải được cung cấp năng lượng theo một kiểu cụ thể để làm cho động cơ quay. Khi mỗi cuộn dây đang được cung cấp năng lượng, động cơ sẽ thực hiện một bước và một chuỗi cung cấp năng lượng sẽ làm cho động cơ thực hiện các bước liên tục, do đó làm cho nó quay. Chúng ta hãy nhìn vào các cuộn dây có bên trong động cơ để biết chính xác những dây này đến từ đâu.

Như bạn có thể thấy động cơ có bố trí cuộn dây đơn cực 5 dẫn. Có bốn cuộn dây phải được cấp điện theo một trình tự cụ thể. Các dây màu Đỏ sẽ được cung cấp + 5V và bốn dây còn lại sẽ được kéo xuống đất để kích hoạt cuộn dây tương ứng. Chúng tôi sử dụng bộ vi điều khiển như Arduino cung cấp năng lượng cho các cuộn dây này theo một trình tự cụ thể và làm cho động cơ thực hiện số bước cần thiết.

Vậy bây giờ, tại sao động cơ này được gọi là 28-BYJ48 ? Nghiêm túc!!! Tôi không biết. Không có lý do kỹ thuật nào cho động cơ này được đặt tên như vậy; có lẽ chúng ta nên đi sâu hơn vào nó. Hãy cùng chúng tôi xem xét một số dữ liệu kỹ thuật quan trọng thu được từ biểu dữ liệu của động cơ này trong hình bên dưới.

Đó là phần đầu chứa đầy thông tin, nhưng chúng ta cần xem xét một số thông tin quan trọng để biết loại bước chúng ta đang sử dụng để có thể lập trình nó một cách hiệu quả. Đầu tiên chúng ta biết rằng nó là động cơ bước 5V vì chúng ta cấp nguồn cho dây Đỏ với 5V. Sau đó, chúng ta cũng biết rằng nó là một động cơ bước bốn pha vì nó có bốn cuộn dây trong đó. Bây giờ, tỷ số truyền được đưa ra là 1:64. Điều này có nghĩa là trục mà bạn nhìn thấy bên ngoài sẽ chỉ thực hiện một vòng quay hoàn toàn nếu động cơ bên trong quay được 64 lần. Điều này là do các bánh răng được kết nối giữa động cơ và trục đầu ra, các bánh răng này giúp tăng mô-men xoắn.

Một dữ liệu quan trọng khác cần lưu ý là Stride Angle: 5.625 ° / 64. Điều này có nghĩa là động cơ khi hoạt động theo trình tự 8 bước sẽ di chuyển 5.625 độ cho mỗi bước và sẽ mất 64 bước (5.625 * 64 = 360) để hoàn thành một vòng quay đầy đủ. Bạn có thể tìm hiểu thêm về cách làm việc của động cơ bước với ARM LPC2148, Vi điều khiển ATMega16, MSP430.

Tính số bước trên mỗi vòng quay cho Động cơ bước:

Điều quan trọng là phải biết cách tính số bước trên mỗi Revolution cho động cơ bước của bạn vì chỉ khi đó bạn mới có thể lập trình nó một cách hiệu quả.

Trong Arduino, chúng ta sẽ vận hành động cơ theo trình tự 4 bước nên góc sải chân sẽ là 11,25 ° vì nó là 5,625 ° (được đưa ra trong biểu dữ liệu) cho chuỗi 8 bước, nó sẽ là 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

Số bước trên mỗi vòng quay = góc 360 / bước

Ở đây, 360 / 11,25 = 32 bước cho mỗi vòng quay.

Tại sao chúng ta cần mô-đun Trình điều khiển cho Động cơ bước?

Hầu hết các động cơ bước sẽ chỉ hoạt động với sự trợ giúp của mô-đun trình điều khiển. Điều này là do mô-đun điều khiển (Trong trường hợp của chúng tôi là Arduino) sẽ không thể cung cấp đủ dòng điện từ các chân I / O của nó để động cơ hoạt động. Vì vậy, chúng tôi sẽ sử dụng một mô-đun bên ngoài như mô-đun ULN2003 làm trình điều khiển động cơ bước. Có nhiều loại mô-đun trình điều khiển và xếp hạng của một mô-đun sẽ thay đổi dựa trên loại động cơ được sử dụng. Nguyên tắc chính cho tất cả các mô-đun trình điều khiển sẽ là nguồn / chìm đủ dòng điện cho động cơ hoạt động.

Sơ đồ mạch điều khiển vị trí động cơ bước Arduino và giải thích:

Sơ đồ mạch cho dự án điều khiển động cơ bước arduino được hiển thị ở trên. Chúng tôi đã sử dụng động cơ Bước 28BYJ-48 và mô-đun Trình điều khiển ULN2003. Để cung cấp năng lượng cho bốn cuộn dây của động cơ bước, chúng tôi sử dụng các chân kỹ thuật số 8,9,10 và 11. Mô-đun trình điều khiển được cấp nguồn bởi chân 5V của Bảng Arduino.

Tuy nhiên, cấp nguồn cho trình điều khiển bằng Nguồn điện bên ngoài khi bạn đang kết nối một số tải với động cơ thảo nguyên. Vì tôi chỉ sử dụng động cơ cho mục đích trình diễn nên tôi đã sử dụng đường ray + 5V của Bảng Arduino. Ngoài ra, hãy nhớ kết nối Mặt đất của Arduino với mặt đất của mô-đun Diver.

Mã cho Bảng Arduino:

Trước khi bắt đầu lập trình với Arduino, hãy để chúng tôi hiểu điều gì sẽ thực sự xảy ra bên trong chương trình. Như đã nói trước đó, chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp tuần tự 4 bước, vì vậy chúng tôi sẽ có bốn bước để thực hiện để thực hiện một vòng quay hoàn chỉnh.

Bươc	Pin năng lượng	Coils Energized
Bước 1	8 và 9	A và B
Bước 2	9 và 10	B và C
Bước 3	10 và 11	C và D
Bước 4	11 và 8	D và A

Mô-đun Trình điều khiển sẽ có bốn đèn LED sử dụng mà chúng tôi có thể kiểm tra cuộn dây nào đang được cung cấp năng lượng tại bất kỳ thời điểm nào. Bạn có thể tìm thấy video thể hiện trình tự nạp năng lượng ở cuối hướng dẫn này.

Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ viết mã động cơ bước arduino và để lập trình Arduino theo cách mà chúng ta có thể nhập số bước cần thực hiện của động cơ bước thông qua màn hình nối tiếp của Arduino. Chương trình hoàn chỉnh có thể được tìm thấy ở cuối hướng dẫn, một vài dòng quan trọng được giải thích bên dưới.

Số bước mỗi vòng quay cho động cơ bước của chúng tôi được tính là 32; do đó chúng tôi nhập nó như được hiển thị trong dòng dưới đây

#define CÁC BƯỚC 32

Tiếp theo, bạn phải tạo các phiên bản trong đó chúng tôi chỉ định các chân mà chúng tôi đã kết nối động cơ Bước.

Bước bước (STEPS, 8, 10, 9, 11);

Lưu ý: Số chân được sắp xếp theo mục đích là 8,10,9,11. Bạn phải làm theo cùng một kiểu ngay cả khi bạn thay đổi các chân mà động cơ của bạn được kết nối.

Vì chúng tôi đang sử dụng thư viện bước Arduino, chúng tôi có thể đặt tốc độ của động cơ bằng cách sử dụng dòng bên dưới. Tốc độ có thể nằm trong khoảng từ 0 đến 200 đối với động cơ bước 28-BYJ48.

stepper.setSpeed ​​(200);

Bây giờ, để làm cho động cơ di chuyển một bước, chúng ta có thể sử dụng dòng sau.

stepper.step (val);

Số bước cần di chuyển sẽ được cung cấp bởi biến "val". Vì chúng ta có 32 bước và 64 là tỷ số truyền, chúng ta cần di chuyển 2048 (32 * 64 = 2048), để thực hiện một vòng quay hoàn chỉnh.

Người dùng có thể nhập giá trị của biến “val” bằng màn hình nối tiếp.

Hoạt động của Động cơ bước với Arduino:

Sau khi kết nối được thực hiện, phần cứng sẽ trông giống như thế này trong hình dưới đây.

Bây giờ, tải lên chương trình bên dưới trong Arduino UNO của bạn và mở màn hình nối tiếp. Như đã thảo luận trước đó, chúng ta sẽ phải thực hiện 2048 bước để thực hiện một vòng quay hoàn chỉnh, vì vậy khi chúng ta bước vào năm 2048, động cơ sẽ thực hiện một vòng quay hoàn toàn theo chiều kim đồng hồ bằng cách thực hiện 2048 bước. Để xoay ngược chiều kim đồng hồ, chỉ cần nhập số có dấu âm “-“. Vì vậy, nhập -1024 sẽ làm cho động cơ quay một nửa theo hướng ngược chiều đồng hồ. Bạn có thể nhập bất kỳ giá trị mong muốn nào, chẳng hạn như nhập 1 sẽ làm cho động cơ chỉ thực hiện một bước.

Hy vọng bạn hiểu dự án và thích xây dựng nó. Toàn bộ hoạt động của dự án được hiển thị trong video dưới đây. Nếu bạn có bất kỳ nghi ngờ nào, hãy đăng chúng vào phần bình luận bên dưới trên diễn đàn của chúng tôi.