Закрыть ... [X]

Комплект шаговый двигатель драйвер

Тема статьи: 

Электронные поделки и механизмы

Управление шаговым двигателем с помощью платы Arduino.

В данной статье мы продолжаем разбираться с темой шаговых двигателей. В прошлый раз мы подключили к плате Arduino NANO небольшой моторчик 28BYJ-48 (5V). Сегодня мы будем делать то же самое, но с другим мотором - NEMA 17, серии 17HS4402 и другим драйвером - A4988.

ArduinoShagovMotor_NEMA17_01.jpg

Шаговый мотор двигатель NEMA 17 — это биполярный двигатель с высоким крутящим моментом. Может поворачиваться на заданное число шагов. За один шаг совершает оборот на 1,8°, соответственно полный оборот на 360° осуществляет за 200 шагов.
Биполярный двигатель имеет две обмотки, по одной в каждой фазе, которая для изменения направления магнитного поля переполюсовывается драйвером. Соответственно, от мотора отходят четыре провода.

ArduinoShagovMotor_NEMA17_02.jpg

Такой мотор широко применяется в станках ЧПУ, 3D принтерах, сканерах и т. д.
Управляться он будет с помощью платы Arduino NANO.

ArduinoShagovMotor_NEMA17_03.jpg

ArduinoShagovMotor_NEMA17_04.jpg

Эта плата способна выдавать напряжение 5V, тогда как мотор работает от большего напряжения. Мы выбрали блок питания 12V. Так что нам понадобится дополнительный модуль — драйвер, способный управлять более высоким напряжением через маломощные импульсы Arduino. Для этого отлично подходит драйвер А4988.

ArduinoShagovMotor_NEMA17_05.jpg

Драйвер шагового двигателя А4988.

Плата создана на базе микросхемы A4988 компании Allegro - драйвера биполярного шагового двигателя. Особенностями A4988 являются регулируемый ток, защита от перегрузки и перегрева, драйвер также имеет пять вариантов микрошага (вплоть до 1/16-шага). Он работает от напряжения 8 - 35 В и может обеспечить ток до 1 А на фазу без радиатора и дополнительного охлаждения (дополнительное охлаждение необходимо при подаче тока в 2 A на каждую обмотку).

Характеристики:

Модель: A4988;
напряжения питания: от 8 до 35 В;
возможность установки шага: от 1 до 1/16 от максимального шага;
напряжение логики: 3-5.5 В;
защита от перегрева;
максимальный ток на фазу: 1 А без радиатора, 2 А с радиатором;
расстояние между рядами ножек: 12 мм;
размер платы: 20 х 15 мм;
габариты драйвера: 20 х 15 х 10 мм;
габариты радиатора: 9 х 5 х 9 мм;
вес с радиатором: 3 г;
без радиатора: 2 г.

Для работы с драйвером необходимо питание логического уровня (3 - 5,5 В), подаваемое на выводы VDD и GND, а также питание двигателя (8 - 35 В) на выводы VMOT и GND. Плата очень уязвима для скачков напряжения, особенно если питающие провода длиннее нескольких сантиметров. Если эти скачки превысят максимально допустимое значение (35 В для A4988),то плата может сгореть. Одним из способов защиты платы от подобных скачков является установка большого (не меньше 47 мкФ) электролитического конденсатора между выводом питания (VMOT) и землёй близко к плате.
Соединение или разъединение шагового двигателя при включённом драйвере может привести к поломке двигателя!
Выбранный мотор совершает 200 шагов за полный оборот на 360°, что соответствует 1,8° на шаг. Микрошаговый драйвер, такой как A4988 позволяет увеличить разрешение за счёт возможности управления промежуточными шагами. Например, управление мотором в режиме четверти шага даст двигателю с величиной 200-шагов-за-оборот уже 800 микрошагов при использовании разных уровней тока.
Разрешение (размер шага) задаётся комбинациями переключателей на входах (MS1, MS2, и MS3).

комплект шаговый двигатель драйвер
MS1 MS2 MS3 Разрешение микрошага
Низкий Низкий Низкий Полный шаг
Высокий Низкий Низкий 1/2 шага
Низкий Высокий Низкий 1/4 шага
Высокий Высокий Низкий 1/8 шага
Высокий Высокий Высокий 1/16 шага

ArduinoShagovMotor_NEMA17_06.jpg

Каждый импульс на входе STEP соответствует одному микрошагу двигателя, направление вращения которого зависит от сигнала на выводе DIRECTION. Выводы STEP и DIRECTION не подтянуты к какому-либо конкретному внутреннему напряжению, поэтому их не стоит оставлять плавающими при создании приложений. Если вы просто хотите вращать двигатель в одном направлении, можно соединить DIR непосредственно с VCC или GND. Чип имеет три различных входа для управления состоянием питания: RESET, SLEEP и ENABLE. Вывод RESET плавает, если его не нужно использовать, то следует подключить его к соседнему контакту SLEEP на печатной плате, чтобы подать на него высокий уровень и включить плату.

Схема соединения.

ArduinoShagovMotor_NEMA17_07.jpg

Мы использовали вот такой блок питания (12V).

ArduinoShagovMotor_NEMA17_08.jpg

Для удобства подключения к плате Arduino UNO, мы использовали собственноручно сделанную деталь. Пластиковый корпус напечатан на 3D принтере, к нему приклеены контакты.

ArduinoShagovMotor_NEMA17_09.jpg

ArduinoShagovMotor_NEMA17_10.jpg

Также, использовали такой набор проводов, у части из них с одного конца контакт, с другого штырёк, у других контакты с обоих сторон.

ArduinoShagovMotor_NEMA17_11.jpg

Соединяем всё согласно схеме.

ArduinoShagovMotor_NEMA17_12.jpg

ArduinoShagovMotor_NEMA17_13.jpg

ArduinoShagovMotor_NEMA17_14.jpg

Потом открываем среду разработки программ для Arduino и пишем программу, вращающую мотор сначала в одну сторону на 360°, потом в другую.

/Программа для вращения шагового мотора NEMA 17, серии 17HS4402 + драйвер A4988. Сначала мотор совершает полный оборот в одну сторону, потом в другую/
/целочисленная константа, хранящая номер цифрового контакта Arduino, который подаёт сигнал Step на драйвер. Каждый импульс от этого контакта — это перемещение мотора на один шаг/

const int pinStep = 5;

/целочисленная константа, хранящая номер цифрового контакта Arduino, который подаёт сигнал Direction на драйвер. Наличие импульса - мотор вращается в одну сторону, отсутствие - в другую/
const int pinDir = 4;

//временная задержка между шагами мотора в мс
const int move_delay = 3;

//шагов на полный оборот
const int steps_rotate_360 = 200;

/Функция, в которой происходит инициализация всех переменных программы/
void setup()
{
/задаём контактам Step и Direction режим вывода, то есть они выдают напряжение/
  pinMode(pinStep, OUTPUT);
  pinMode(pinDir, OUTPUT);
//устанавливаем начальный режим
  digitalWrite(pinStep, HIGH);
  digitalWrite(pinDir, LOW);
}

/Функция-цикл в которой задаётся поведение программы/
void loop()
{
//устанавливаем направление вращения
  digitalWrite(pinDir, HIGH);

  for(int i = 0; i < steps_rotate_360; i++)
  {
    digitalWrite(pinStep, HIGH);
    delay(move_delay);
    digitalWrite(pinStep, LOW);
    delay(move_delay);
  }

  delay(move_delay10);

//устанавливаем направление вращения обратное
  digitalWrite(pinDir, LOW);

  for(int i = 0; i < steps_rotate_360; i++)
  {
    digitalWrite(pinStep, HIGH);
    delay(move_delay);
    digitalWrite(pinStep, LOW);
    delay(move_delay);
  }

  delay(move_delay10);
}

Если мы хотим, чтобы мотор просто постоянно вращался в ту или иную сторону, то можно подключить контакт драйвера DIRECTION к земле (вращение по часовой стрелке) или питанию (против часовой) и залить в Arduino такую простенькую программу:

/Программа для вращения шагового мотора NEMA 17, серии 17HS4402 + драйвер A4988. Программа приводит мотор в движение.
По-умолчанию вращение происходит по часовой стрелке, так как на контакт DIRECTION драйвера подключён к земле. Если его подключить к питанию 5V, то
мотор вращается против часовой стрелки/
/целочисленная константа, хранящая номер цифрового контакта Arduino, который подаёт сигнал Step на драйвер. Каждый импульс от этого контакта — это перемещение мотора на один шаг/

const int pinStep = 5;

//временная задержка между шагами мотора в мс
const int move_delay = 3;

/Функция, в которой происходит инициализация всех переменных программы/
void setup()
{
/задаём контакту Step режим вывода, то есть он выдают напряжение/
  pinMode(pinStep, OUTPUT);
//устанавливаем начальный режим
  digitalWrite(pinStep, LOW);
}

/Функция-цикл в которой задаётся поведение программы/
void loop()
{
/через заданную задержку происходит перемещение мотора на один шаг/
  digitalWrite(pinStep, HIGH);
  delay(move_delay);
  digitalWrite(pinStep, LOW);
  delay(move_delay);
}

Всё это мы рассматривали шаговый режим мотора, то есть 200 шагов за полный оборот. Но, как уже было описано, мотор может работать, в 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 шаговых режимах, в зависимости от того, какая комбинация сигналов подаётся на контакты драйвера MS1, MS2, MS3.
Давайте с этим потренируемся, подключим эти три контакта к плате Arduino, согласно схеме, и зальём код программы.

ArduinoShagovMotor_NEMA17_15.jpg

Код программы, которая демонстрирует все пять режимов работы мотора, вращая мотор в одну и другую сторону на 200 шагов в каждом из этих режимов.

/Программа для вращения шагового мотора NEMA 17, серии 17HS4402 + драйвер A4988. В программе попеременно сменяются режимы шага: полношаговый, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 шага, при каждом из них мотор совершает оборот на 200 шагов в одну сторону, потом в другую/
/целочисленная константа, хранящая номер цифрового контакта Arduino, который подаёт сигнал Step на драйвер. Каждый импульс от этого контакта — это перемещение мотора на один шаг/

const int pinStep = 5;

/целочисленная константа, хранящая номер цифрового контакта Arduino, который подаёт сигнал Direction на драйвер. Наличие импульса - мотор вращается в одну сторону, отсутствие - в другую/
const int pinDir = 4;

//временная задержка между шагами мотора в мс
const int move_delay = 3;

//шагов на полный оборот
const int steps_rotate_360 = 200;

/контакты на драйвере, задающие режим шага мотора - MS1, MS2, MS3/
int StepModePins[3] = {8, 7, 6};

//размер массива StepModePins
const int StepModePinsCount = 3;

/Массив, хранящий состояния контактов MS1, MS2, MS3 драйвера, при которых задаются разные режимы вращения: полношаговый, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16я шага/
bool StepMode[5][3] = {
  { 0, 0, 0},
  { 1, 0, 0},
  { 0, 1, 0},
  { 1, 1, 0},
  { 1, 1, 1} };

//размер массива StepMode
const int StepModeSize = 5;

/Функция, в которой происходит инициализация всех переменных программы/
void setup()
{
/задаём контактам Step и Direction режим вывода, то есть они выдают напряжение/
  pinMode(pinStep, OUTPUT);
  pinMode(pinDir, OUTPUT);

  for(int i = 0; i < StepModePinsCount; i++)
  {
    pinMode(StepModePins[i], OUTPUT);
  }

//устанавливаем начальный режим
  digitalWrite(pinStep, HIGH);
  digitalWrite(pinDir, LOW);
}

/Функция-цикл в которой задаётся поведение программы/
void loop()
{
  for(int i = 0; i < StepModeSize; i++)
  {
    for(int j = 0; j < StepModePinsCount; j++)
    {
      digitalWrite(StepModePins[j], StepMode[i][j] == 1? HIGH : LOW);
    }

//вращаем мотор в одну сторону, затем в другую
    MakeRoundRotation();
  }
}

/функция, в которой мотор совершает 200 шагов в одном направлении, затем 200 в обратном/
void MakeRoundRotation()
{
//устанавливаем направление вращения
  digitalWrite(pinDir, HIGH);

  for(int i = 0; i < steps_rotate_360; i++)
  {
    digitalWrite(pinStep, HIGH);
    delay(move_delay);
    digitalWrite(pinStep, LOW);
    delay(move_delay);
  }

  delay(move_delay10);

//устанавливаем направление вращения обратное
  digitalWrite(pinDir, LOW);

  for(int i = 0; i < steps_rotate_360; i++)
  {
    digitalWrite(pinStep, HIGH);
    delay(move_delay);
    digitalWrite(pinStep, LOW);
    delay(move_delay);
  }

  delay(move_delay10);
}

Ну, и последнее, что нам осталось добавить в схему, так это внешнее управление. Как и в предыдущей статье добавим кнопку, задающую направление вращения и переменный резистор (потенциометр), который будет менять скорость вращения. Скоростей же у нас будет только 5, по количеству возможных режимов шага для мотора.

Дополняем схему новыми элементами.

ArduinoShagovMotor_NEMA17_16.jpg

Для подключения кнопок воспользуемся такими проводочками.

ArduinoShagovMotor_NEMA17_17.jpg

ArduinoShagovMotor_NEMA17_18.jpg

ArduinoShagovMotor_NEMA17_19.jpg

Код программы.

/Программа для вращения шагового мотора NEMA 17, серии 17HS4402 + драйвер A4988. В схему включены кнопка с 3мя положениями (I, II, среднее — выключено) и потенциометр. Кнопка регулирует направление вращения мотора, а данные с потенциометра показывают какой из пяти режимов шага мотора включить (полношаговый, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 шага)/
/целочисленная константа, хранящая номер цифрового контакта Arduino, который подаёт сигнал Step на драйвер. Каждый импульс от этого контакта — это перемещение мотора на один шаг/

const int pinStep = 5;

/целочисленная константа, хранящая номер цифрового контакта Arduino, который подаёт сигнал Direction на драйвер. Наличие импульса - мотор вращается в одну сторону, отсутствие - в другую/
const int pinDir = 4;

/Контакты от двух положений кнопки - цифровые/
const int ButtonOn1 = 9;
const int ButtonOn2 = 10;

/Контакт регистрирующий значение потенциометра - аналоговый/
const int PotenciomData = 1;

//временная задержка между шагами мотора в мс
const int move_delay = 3;

/целочисленная константа, показывающая временную задержку между считыванием состояния кнопки и потенциометра/
const int CheckButtonDelay = 15;

/Целочисленная переменная показывающая, сколько прошло времени и не пора ли считывать состояние кнопки/
int CurrentButtonDelay = 0;

/контакты на драйвере, задающие режим шага мотора - MS1, MS2, MS3/
int StepModePins[3] = {8, 7, 6};

//размер массива StepModePins
const int StepModePinsCount = 3;

//состояние кнопки включено-выключено
int ButtonState = 0;

//направление вращения согласно кнопке I - 1, II - 0
int ButtonDirection = 0;

/Массив, хранящий состояния контактов MS1, MS2, MS3 драйвера, при которых задаются разные режимы вращения: полношаговый, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16я шага/
bool StepMode[5][3] = {
  { 0, 0, 0},
  { 1, 0, 0},
  { 0, 1, 0},
  { 1, 1, 0},
  { 1, 1, 1} };

//размер массива StepMode
const int StepModeSize = 5;

//текущий индекс массива StepMode
int StepModeIndex = 0;

/Функция, в которой происходит инициализация всех переменных программы/
void setup()
{
/задаём контактам Step и Direction режим вывода, то есть они выдают напряжение/
  pinMode(pinStep, OUTPUT);
  pinMode(pinDir, OUTPUT);

  for(int i = 0; i < StepModePinsCount; i++)
  {
    pinMode(StepModePins[i], OUTPUT);
  }

/контакты от кнопки и потенциометра устанавливаем в режим входных/
  pinMode(ButtonOn1, INPUT);
  pinMode(ButtonOn2, INPUT);
  pinMode(PotenciomData, INPUT);

//устанавливаем начальный режим
  digitalWrite(pinStep, LOW);
  digitalWrite(pinDir, LOW);
}

/Функция-цикл в которой задаётся поведение программы/
void loop()
{
  if(CurrentButtonDelay >= CheckButtonDelay)
  {
    CheckButtonState();
    CurrentButtonDelay = 0;
  }

  if(ButtonState == 1)
  {
    MakeMotorStep();
  }

  delay(move_delay);
  CurrentButtonDelay += move_delay;
}

//функция, в которой совершается один шаг мотора
void MakeMotorStep()
{
  digitalWrite(pinStep, HIGH);
  digitalWrite(pinStep, LOW);
}

/функция, в которой проверяется текущее состояние кнопки и потенциометра/
void CheckButtonState()
{
  int CurrentButtonState = 0, CurrentButtonDirection = 0, CurrentStepModeIndex = 0;

  bool readbuttonparam = digitalRead(ButtonOn1);

  if(readbuttonparam)
  {
    CurrentButtonState = 1;
    CurrentButtonDirection = 1;
  }

  readbuttonparam = digitalRead(ButtonOn2);

  if(readbuttonparam)
  {
    CurrentButtonState = 1;
    CurrentButtonDirection = 0;
  }

  if(ButtonState!= CurrentButtonState)
  {
    ButtonState = CurrentButtonState;
  }

  if(ButtonDirection!= CurrentButtonDirection)
  {
    ButtonDirection = CurrentButtonDirection;
    digitalWrite(pinDir, ButtonDirection);
  }

  CurrentStepModeIndex = map(analogRead(PotenciomData), 0, 1023, 0, StepModeSize-1);
  if(StepModeIndex!= CurrentStepModeIndex)
  {
    StepModeIndex = CurrentStepModeIndex;
    for(int i = 0; i < StepModePinsCount; i++)
    {
      digitalWrite(StepModePins[i], StepMode[StepModeIndex][i]);
    }
  }
}


Поделись с друзьями



Рекомендуем посмотреть ещё:



Купить Шаговый Двигатель И Комплект Драйверов Для Чпу оптом из Китая Без труда не выловить рыбку из пруда смысл пословицы

Комплект шаговый двигатель драйвер Комплект шаговый двигатель драйвер Комплект шаговый двигатель драйвер Комплект шаговый двигатель драйвер Комплект шаговый двигатель драйвер Комплект шаговый двигатель драйвер Комплект шаговый двигатель драйвер Комплект шаговый двигатель драйвер

ШОКИРУЮЩИЕ НОВОСТИ