Шаговый двигатель 28byj 48

Шаговый двигатель 28byj 48

Управление шаговым двигателем с помощью платы Arduino.

В этой и нескольких следующих статьях я планирую продемонстрировать, как управлять различными видами моторов.
Начнём мы своё изучение с шагового двигателя Step motor 28BYJ-48 (5V).


Этот миниатюрный и довольно дешёвый моторчик, как нельзя лучше подходит для экспериментов и обучения электронным премудростям.

Шаговый двигатель — это двигатель, который может точно перемещаться на минимально возможный угол, называемый шагом. Этот угол обусловлен устройством каждого конкретного мотора.
Преимуществом шаговых двигателей является возможность его неприрывного вращения, подобно двигателю постоянного тока, тогда как сервоприводы, обычно, ограничены углом поворота в диапазоне от 0 до 180°.
Недостатком шаговых двигателей является более сложное управление, чем в случаях с другими типами моторов.
Двигатель данного мотора имеет четыре обмотки, которые запитываются последовательно, чтобы повернуть вал с магнитом.

Получается 4 фазы, поэтому такой электромагнитный прибор называют шаговый 4-х фазный двигатель. Каждый из контактов четырех фаз соединен с красным проводом. Двигатель является к униполярным (однополярным) благодаря схеме соединения фаз. К красному проводу подключается питание. Перемещение вала на шаг происходит под действием импульса тока.
28BYJ-48-5V содержит пластмассовый понижающий редуктор с передаточным числом 64:1.

Основные характеристики мотора:

Тип мотора униполярный шаговый двигатель
Число фаз 4
Рабочее напряжение 5 вольт
Угол шага двигателя без учета редуктора при 4-ступенчатой последовательности (шаговый режим) 11,25 ° (32 шага на оборот),

при 8-ступенчатой последовательности (полушаговый режим — рекоммендован) 5,625 ° (64 шага на оборот)

Передаточное отношение редуктора 64:1 Количество шагов вала мотора за один оборот в 4-ступенчатой последовательности 32 x 64 = 2048

в 8-ступенчатой последовательности 64 x 64 = 4096.

Cкорость вращения номинальная 15 об/мин,

максимальная 25 об/мин

Подключение 5-выводов (к контроллеру двигателя) Частота 100 Гц Сопротивление по постоянному току 50 Ом ± 7%(25°C) Частота под нагрузкой > 600 Гц Частота на холостом ходу > 1000 Г Крутящий момент > 34.3 мН*м (120 Гц) Момент самопозиционирования > 34.3 мН*м Стопорящий момент 600-1200 г*см Тяга 300 г*см Сопротивление изоляции > 10 МОм (500 В) Класс изоляции A Шум /*Программа для шагового двигателя 28BYJ-48 (5V). Двигатель делает полный оборот в одну сторону, затем в другую*/

/*У данного мотора 4 провода (син., розов., жёлт., оранж.), которые мы подключаем к контактам ардуино. Номера контактов
указываем в массиве MotorPins, в порядке, соответствующем перечислению цветов, в нашем случае с D9 по D12*/

/*Целочисленная константа, показывающая количество фаз подачи сигналов для одного шага мотора. Для полушагового режима — 8
Для шагового — 4*/
const int OneTurnPhasesCount = 8;

/*Целочисленная константа, показывающая задержку в миллисекундах между фазами подачи сигналов мотору. Для полушагового режима — 2,
для шагового — 3*/
const int TurnPhasesDelay = 2;

/*Целочисленная константа, показывающая задержку в миллисекундах между переходами к вращению в другую сторону*/
const int Turn360Delay = 100;

/*Целочисленная константа, показывающая количество шагов, которые должен выполнить двигатель за полный оборот на 360 град.
Внутренний вал мотора совершает 64 шага за полный оборот, с учётом передаточного числа редуктора 64:1, то мотор должен совершать 64×64=4096 шагов*/
const int CountStepsOneDirection = 4096;

/*Целочисленная переменная, показывающая количество шагов, которые выполнил двигатель в одном направлении*/
int CurrentStepOneDirection = 0;

/*Целочисленная переменная, показывающая номер текущей фазы*/
int CurrentPhase = 0;

/*Целочисленная переменная, показывающая направление вращения мотора: 1 — по часовой стрелке, -1 — против*/
int TurnDirection = 1;

// Для полушагового режима

/*Массив, в котором указано какие сигналы подавать на контакты мотора в той или иной фазе. [фаза][контакт]. Контакты даются в порядке, перечисленном в массиве MotorPins — оранж., жёлт., розов., син. 0 — нет сигнала, 1 — есть сигнал*/
bool MotorTurnPhases[8][4] = <
< 1, 0, 0, 0>,
< 1, 1, 0, 0>,
< 0, 1, 0, 0>,
< 0, 1, 1, 0>,
< 0, 0, 1, 0>,
< 0, 0, 1, 1>,
< 0, 0, 0, 1>,
< 1, 0, 0, 1>>;

/*Функция CheckLastPhase проверяет не вышел ли номер текущей фазы за пределы размера массива MotorTurnPhases, который определяется переменной OneTurnPhasesCount и не пора ли поменять направление вращения*/
void CheckLastPhase()
<
if (CurrentPhase >= OneTurnPhasesCount)
<
CurrentPhase = 0;
>
if (CurrentPhase //Увеличиваем шаг на 1
CurrentStepOneDirection++;

//проверяем не совершил ли мотор полный оборот
if(CurrentStepOneDirection == CountStepsOneDirection)
<
CurrentStepOneDirection = 0;
TurnDirection *= -1;
delay(Turn360Delay);
>
>

/*Функция, в которой происходит инициализация всех переменных программы*/
void setup()
<
/*перебираем в цикле все контакты массива MotorPins и присваиваем им значение выходных, то есть дающих напряжение в 5В*/
for (int i = 0; i /*Функция-цикл в которой задаётся поведение программы*/
void loop()
<
//проверяем индекс текущей фазы
CheckLastPhase();

Читайте также:  Запуск программ по времени

/*подаём напряжения на контакты мотора соответственно фазе, заданной в массиве MotorTurnPhases*/
for (int i = 0; i //переходим к другой фазе
CurrentPhase += TurnDirection;

// Пауза между фазами
delay(TurnPhasesDelay);
>

Если мы имеем дело с другими, моторами, требующими напряжение более 5В, то нужен дополнительный драйвер. Обычно, вместе с мотором 28BYJ-48 поставляется модуль SBT0811, содержащий микросхему ULN2003.

Он позволяет управлять мощными нагрузками с током до 500 мА и напряжением до 12 В на канал с помощью слабого тока микроконтроллера, такого как Arduino.
Плата содержит 4 контакта IN1-IN4, которые следует соединить проводами с контактами платы Arduino. От них будут поступать управляющие сигналы с микроконтроллера.
Белый разъём на плате — для подключения мотора.
Два контакта: «- + 5-12V» — это выводы для подключения внешнего источника питания от 5 до 12В. В нашем случае, источником питания будет сама плата Arduino NANO, так как наш мотор питается от 5V. Поэтому эти два контакта драйвера мы подключаем к 5V и GND разъёмам на плате Arduino.
Четыре светодиода на плате — это индикаторы шага, показывают на какой из четырёх проводов мотора подаётся напряжение.

Схема соединения такая.

Для того, чтобы её собрать воспользуемся такими, заблаговременно подготовленными проводочками, у которых на одном конце разъём, на другом штырёк.

Для удобства их присоединения к плате Arduino UNO, воспользуемся пластиковым элементом, напечатанным на 3D принтере, к которому приклеены два ряда контактов попарно спаянные с обратной стороны. В один ряд втыкается плата Arduino, в другой провода.

Вот так выглядит наша схема в сборке.

Подключаем питание к плате Arduino с предыдущей залитой программой. Устройство должно работать точно таким же образом, как и в предыдущем примере, с прямым подключением мотора к Arduino.
Если мы имеем дело с, скажем, 9ти вольтовым мотором, то у нас появляется в схеме блок питания на 9V. Тогда, «+» контакт на драйвере, для внешнего источника питания мы соединяем не с платой Arduino, а с проводом питания от блока, по такой схеме:

Добавляем кнопку и потенциометр (переменный резистор) в схему.

Теперь усложним схему и внесём в неё кнопку, которая будет задавать направление вращения мотора и потенциометр, задающий скорость вращения.

Мы к ним припаяли провода со штырьками.
Для подключения их к плате Arduino, нам понадобятся еще вот такие провода и два резистора на 10 КОМ.

Всё подключаем согласно схеме.

Вот что получилось.

Пишем код программы.

/*Программа для шагового двигателя 28BYJ-48 (5V). В схеме есть кнопка и потенциометр. В зависимости от положения кнопки (пол. 1, пол. 2, выключено) мотор вращается либо в одну сторону, либо в другую, либо стоит на месте, а потенциометр влияет на скорость вращения.*/

/*У данного мотора 4 провода (оранж., жёлт., розов., син.), которые мы подключаем к контактам ардуино. Номера контактов указываем в массиве MotorPins, в порядке, соответствующем перечислению цветов, в нашем случае с D12 по D9*/
int MotorPins[4] = <9, 10, 11, 12>;

/*Контакты от двух положений кнопки — цифровые*/
const int ButtonOn1 = 5;
const int ButtonOn2 = 4;

/*Контакт регистрирующий значение потенциометра — аналоговый*/
const int PotenciomData = 3;

/*Целочисленная константа, показывающая количество фаз подачи сигналов для одного шага мотора. Для полушагового режима — 8
Для шагового — 4*/
const int OneTurnPhasesCount = 8;

/*Целочисленная переменная, показывающая задержку в миллисекундах между фазами подачи сигналов мотору. Для полушагового режима — 2,
для шагового — 3*/
int TurnPhasesDelay = 2;

/*Целочисленная переменная, показывающая номер текущей фазы*/
int CurrentPhase = 0;

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

/*Целочисленная переменная, показывающая направление вращения мотора: 1 — по часовой стрелке, 0 — против*/
int TurnDirection = 1;

/*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;

//Для полушагового режима

/*Массив, в котором указано какие сигналы подавать на контакты мотора в той или иной фазе. [фаза][контакт]. Контакты даются в порядке, перечисленном в массиве MotorPins — оранж., жёлт., розов., син. 0 — нет сигнала, 1 — есть сигнал*/
bool MotorTurnPhases[8][4] = <
< 1, 1, 0, 0>,
< 0, 1, 0, 0>,
< 0, 1, 1, 0>,
< 0, 0, 1, 0>,
< 0, 0, 1, 1>,
< 0, 0, 0, 1>,
< 1, 0, 0, 1>,
< 1, 0, 0, 0>>;

Читайте также:  Как удалить все публикации в фейсбук сразу

/*Функция, в которой происходит инициализация всех переменных программы*/
void setup()
<
/*перебираем в цикле все контакты массива MotorPins и присваиваем им значение выходных, то есть дающих напряжение в 5В*/
for (int i = 0; i /*Функция-цикл в которой задаётся поведение программы*/
void loop()
<
if(CurrentButtonDelay >= CheckButtonDelay)
<
CheckButtonState();
CurrentButtonDelay = 0;
>

if(ButtonState != 0)
<
//проверяем индекс текущей фазы
CheckLastPhase();

/*подаём напряжения на контакты мотора соответственно фазе, заданной в массиве MotorTurnPhases*/
for (int i = 0; i //переходим к другой фазе
CurrentPhase += TurnDirection;

// Пауза между фазами
delay(TurnPhasesDelay);
>

/*Функция CheckLastPhase проверяет не вышел ли номер текущей фазы за пределы размера массива MotorTurnPhases, который определяется переменной OneTurnPhasesCount*/
void CheckLastPhase()
<
if (CurrentPhase >= OneTurnPhasesCount)
<
CurrentPhase = 0;
>
if (CurrentPhase /*функция, в которой проверяется текущее состояние кнопки*/
void CheckButtonState()
<
int CurrentButtonState = 0, CurrentButtonDirection = 0, CurrentTurnPhasesDelay = 0;

//считываем данные с положения кнопки I
bool readbuttonparam = digitalRead(ButtonOn1);

if(readbuttonparam)
<
CurrentButtonState = 1;
CurrentButtonDirection = 1;
>

//считываем данные с положения кнопки II
readbuttonparam = digitalRead(ButtonOn2);

if(readbuttonparam)
<
CurrentButtonState = 1;
CurrentButtonDirection = -1;
>

/*Проверяем, изменилось ли состояние кнопки по сравнению с предыдущим, и если изменилось, то записываем изменения в глобальные переменные*/
if(ButtonState != CurrentButtonState)
<
ButtonState = CurrentButtonState;
>

if(TurnDirection != CurrentButtonDirection)
<
TurnDirection = CurrentButtonDirection;
>

CurrentTurnPhasesDelay = map(analogRead(PotenciomData), 0, 1023, 2, CheckButtonDelay);

if(TurnPhasesDelay != CurrentTurnPhasesDelay)
<
TurnPhasesDelay = CurrentTurnPhasesDelay;
>
>

Но всё-таки во имя Красоты нужно довести наше устройство до совершенства, так как большое количество проводов смотрится отпугивающе.
Для этого мы берём вот такую печатную плату, припаиваем к ней контакты для присоединения всех элементов схемы. С обратной стороны всё как нам нужно аккуратно соединяем проводочками.

Затем подсоединяем плату Arduino, драйвер мотора, сам мотор, кнопку и потенциометр на свои места. Проверяем так ли работает наш прибор, как и в предыдущем случае и радуемся, смотря на чудеса современной техники.

Автор: Сергей · Опубликовано 29.08.2017 · Обновлено 27.09.2019

Сегодня расскажу о 4-х фазном шаговом двигателе 28BYJ-48, работающим от постоянного напряжения 5В (существует модификация на 12В). Так как двигатель потребляет значительный ток, мы не можем подключить его напрямую к выводам Arduino UNO, для этого воспользуемся так называемый «Драйвером двигателя» основанном на микросхеме ULN2003.

Технические параметры 28BYJ-48

► Модель: 28BYJ-48
► Тип шагового двигателя: Униполярный
► Напряжение питания: 5 В, DC
► Количество фазы: 4
► Частота: 100 Гц
► Сопротивление постоянного тока: 50Ω ± 7% (25 ℃)

Общие сведения

Немного теории, четырех фазный шаговый двигатель (28BYJ-48) — это бесколлекторный двигатель, вращение вала осуществляется шагами (дискретное перемещение). На роторе (валу), расположен магнит, а вокруг него расположены катушки, если поочередно подавать ток на эти катушки, создается магнитное поле, которое отталкивает или притягивает магнитный вал, тем самым заставляя двигатель вращаться. Такая конструкция позволяет с большой точностью управлять валом, относительно катушек. Принципиальная схема четырехфазного шагового двигателя 28BYJ-48 приведена ниже.

Из принципиальной схемы видно, что в двигателе содержится две обмотки, которые в свою очередь разделены на четыре, из-за этого и название 4-х фазный. Центральные отводы катушек подключены вместе и служат для питания двигателя, так-как каждая обмотка подключена к питанию, такие двигатели называют униполярный. На валу 28BYJ-48 расположено 8 магнитов, с чередующими полюсами (то есть, четыре магнита с двумя полюсами).

Из рисунка видно, что внутри расположен редуктор, с примерным передаточным числом в 1:64, если быть точнее 1:63,68395. Это означает, что двигатель за один оборот осуществляет 4075.7728395 шага. Данный двигатель поддерживает полушаговый режим и за один полный оборот может совершать 4076 шага, а точнее за 1° делает примерно 11,32 шага. (4076 / 360 = 11,32).

Режим работы:
Чаще всего, при использовании шагового двигателя 28BYJ 48, используют два режима подключения.
Полношаговый режим — за 1 такт, ротор делает 1 шаг.
Полушаговый режим — за 1 такт, ротор делает ½ шага.
Ниже переставлена таблица последовательности тактов:

Читайте также:  Изменить температуру в биосе

Модуль шагового двигателя ULN2003:
Цифровой вывод микроконтроллера может выдать ток

40 мА, а одна обмотка 28BYJ-48 в пике потребляем

320 мА, следовательно если подключить двигатель напрямую, микроконтроллер сгорит. Для защиты был разработан «Модуль шагового двигателя ULN2003″, в котором используется микросхема ULN2003A (по сути, состоящая из 7 ключей), позволяющая управлять нагрузкой до 500 мА (один ключ). Данный модуль может работать с 5В и 12В двигателем 28BYJ-48, для переключения необходимо установить или убрать перемычку (по умолчанию перемычка установлена, питание 5В).

Принципиальную схему модуля ULN2003 можно посмотреть на рисунке ниже

Назначение X1
IN1 . . . IN7: Вход 1 … 7 Назначение X2
► 1 — GND: «-» питание модуля
► 2 — Vcc: «+» питание модуля (5В или 12В)
► 3 — Vcc: «+» питание модуля (перемычка, только при 5В)
► 4 — Vcc: «+» питание модуля (перемычка, только при 5В)

Назначение X3
► A . . . G: Выход 1 … 7

Назначение X3
► 1 — Питание
► 2 — A
► 3 — B
► 4 — C
► 5 — D

Подключение шагового двигателя 28BYJ-48

Необходимые детали:
Arduino UNO R3 x 1 шт.
Модуль драйвера шагового двигателя ULN2003 x 1 шт.
Шаговый двигатель 28BYJ-48-5V (5В) x 1 шт.
Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см, F-M (Female — Male) x 1 шт.
Кабель USB 2.0 A-B x 1 шт.

Подключение:
В данном примере буду использовать модуль ULN2003, Arduino UNO R3 и двигатель 28BYJ-48-5V. Схема не сложная, необходимо всего шесть провода, сначала подключаем интерфейсные провода, IN1 (ULN2003) в 11 (Arduino UNO), IN2 (ULN2003) в 10 (Arduino UNO), IN3 (ULN2003) в 9 (Arduino UNO) и IN4 (ULN2003) в 8 (Arduino UNO), осталось подключить питание GND к GND и VCC к VIN (не для постоянного использовании), подключаем разъем двигателя в модуль ULN2003. Схема собрана, теперь надо подготовить программную часть.

Для вращения двигателя по часовой и против часовой стрелки, используем библиотеку «CustomStepper«. Данная библиотека не входит в стандартную среду разработки Arduino IDE, так что скачиваем и добавляем ее. Далее, запускаем среду разработки IDE и копируем скетч (для удобства, добавлю файл для скачивания), если все правильно сделали, двигатель начнет вращаться.

Перед тем как приступить к экспериментам с шаговым двигателем, было бы не плохо ознакомиться с его устройством и принципом действия. Вкратце, шаговый двигатель — это двигатель, который способен осуществлять вращение на 1 шаг. Шаг — это угол, который обусловлен устройством каждого конкретного шагового двигателя. Основные характеристики:

Рабочее напряжение
Число фаз 4
Тип шагового двигателя Униполярный
Угол шага Полушаговый режим: 5,625° ( 64 шага на оборот)
Шаговый режим: 11,25° ( 32 шага на оборот)
Предпочтительный режим работы Полушаговый

Для того, чтобы заставить двигатель вращаться по часовой стрелке, нужно попеременно подавать напряжение на его выходы в соответствии со следующей картой ( для полушагового и шагового режимов):

Контакт мотора Фазы для полушагового режима
1 2 3 4 5 6 7 8
Оранжевый + + +
Желтый + + +
Розовый + + +
Синий + + +
Контакт мотора Фазы для шагового режима
1 2 3 4
Оранжевый + +
Желтый + +
Розовый + +
Синий + +

Подключение напрямую к Arduino Uno

Первое подключение — самое простое напрямую к Arduino Uno. Обратите внимание — красный провод мотора не подключен.

Добавим кнопку для изменения направления вращения и потенциометр для изменения скорости вращения:

09 Arduino (C++)

Подключаем через драйвер ULN2003A

В первую очередь необходимо пояснить, для чего же нужен драйвер, ведь при ближайшем рассмотрении схемы может возникнуть закономерный вопрос: А что же поменялось, помимо того, что в схеме появилась лишняя деталь и что же она делает, если даже код из скетча выше не изменился?

В нашем случае маркировка платы с драйвером ULN2003APG — ZC-A0591 ( SBT0811). Это не играет принципиальной роли, потому что все подобные платы абсолютно одинаковые.

Наш драйвер ( микросхема ULN2003A) представляет из себя сборку Дарлингтона из семи независимых транзисторных пар Дарлингтона в одном корпусе. Каждая пара Дарлингтона представляет из себя каскад из двух биполярных транзисторов. Такая схема позволяет управлять мощными нагрузками с током до 500 мА и напряжением до 50 В на канал с помощью слабого тока микроконтроллера, такого как Arduino.

Скетч с использованием драйвера ULN2003A и внешнего источника питания на 9 В — step_motor_03_driver_9V.fzz (31,7 KB)

Таким образом драйвер ULN2003A позволяет управлять более мощными моторами, используя внешний источник питания ( на примере 9 В мотора):

12 Arduino (C++)
Ссылка на основную публикацию
Что такое shell core
Офис built-to-suit Shell & core – состояние офисного помещения «под отделку», в данном помещении присутствуют только бетонная стяжка, стеклопакеты, подведенные...
Что лучше ps3 или ps4
PlayStation 4 выпуска 2013 года позиционируется на рынке как флагман нового поколения игровых приставок от Sony. Анонс новинки дал понять,...
Что лучше амд или нвидиа для игр
Война видеокарт никогда не прекращается. Если вы спросите консольного игрока, он вам подробно расскажет о бесконечном соперничестве между Xbox One...
Что такое sptd в daemon tools
Подлинный файл является одним из компонентов программного обеспечения SPTD Device Driver, разработанного Duplex Secure. Sptd.sys - это драйвер в Windows....
Adblock detector