20-практика Разработка интеллектуальных систем автоматического управления движением умного города. Подключение шагового двигателя к Ардуино

Для этого занятия потребуется:

• 
  Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
  
• 
  драйвер шагового двигателя ULN2003;
  
• 
  шаговый двигатель 28BYJ-48;
  
• 
  провода «папа-мама».
  

Схема подключения шагового двигателя к Arduino UNO
Управление шаговым двигателем через Ардуино производится путем подачи импульсов на обмотки мотора в определенной последовательности. Для облегчения управления шаговым мотором созданы специальные библиотеки stepper.h и accelstepper.h, но можно вращать вал мотора без стандартных библиотек. Подключите шаговый мотор к микроконтроллеру, как на схеме выше и загрузите следующий скетч.
Скетч для управления шаговым двигателем

// порты для подключения модуля ULN2003 к Arduino
#define in1 8
#define in2 9
#define in3 10
#define in4 11


int dl = 5; // время задержки между импульсами


void setup() {
pinMode(in1, OUTPUT);
pinMode(in2, OUTPUT);
pinMode(in3, OUTPUT);
pinMode(in4, OUTPUT);
}


void loop() {
digitalWrite(in1, HIGH);
digitalWrite(in2, LOW);
digitalWrite(in3, LOW);
digitalWrite(in4, HIGH);
delay(dl);


digitalWrite(in1, HIGH);
digitalWrite(in2, HIGH);
digitalWrite(in3, LOW);
digitalWrite(in4, LOW);
delay(dl);


digitalWrite(in1, LOW);
digitalWrite(in2, HIGH);
digitalWrite(in3, HIGH);
digitalWrite(in4, LOW);
delay(dl);


digitalWrite(in1, LOW);
digitalWrite(in2, LOW);
digitalWrite(in3, HIGH);
digitalWrite(in4, HIGH);
delay(dl);
}
Пояснения к коду:

1. 
   вместо портов 8,9,10,11 можно использовать любые цифровые порты;
   
2. 
   время задержки в миллисекундах int dl = 5; можно изменять, чем меньше задержка в программе, тем быстрее будет вращаться вал мотора;
   
3. 
   алгоритм работы программы, представлен на следующей картинке.
   

Управление шаговым двигателем на Ардуино
Последовательность включения обмоток шагового мотора
Рассмотрим управление шаговым мотором при помощи стандартной библиотеки stepper.h и с помощью более удобной и популярной библиотеки accelstepper.h, где реализовано намного больше дополнительных команд и функций. Схема подключения мотора при этом остается неизменной. Чуть дальше мы перечислили возможные команды, которые можно использовать в программе с этими библиотеками.
Скетч для шагового двигателя на Ардуино (Stepper.h)
#include // библиотека для шагового двигателя


// количество шагов на 1 оборот, измените значение для вашего мотора
const int stepsPerRevolution = 200;


// устанавливаем порты для подключения драйвера
Stepper myStepper(stepsPerRevolution, 8, 9, 10, 11);


void setup() {
myStepper.setSpeed(60); // устанавливаем скорость 60 об/мин
}


void loop() {
// поворачиваем ротор по часовой стрелке
myStepper.step(stepsPerRevolution);
delay(500);


// поворачиваем ротор против часовой стрелки
myStepper.step(-stepsPerRevolution);
delay(500);
}
Пояснения к коду:

1. 
   вместо портов 8,9,10,11 можно использовать любые цифровые порты;
   
2. 
   библиотека Stepper.h имеет маленький функционал, поэтому подходит только для тестирования шагового двигателя и проверки подключения драйвера.
   

Скетч для шагового мотора с библиотекой AccelStepper.h
#include // библиотека для шагового двигателя

Пояснения к коду:

1. 
   библиотеку AccelStepper.h можно использовать при подключении шагового двигателя к Motor Shield L293D совместно с библиотекой AFMotor.h;
   
2. 
   в программе можно задавать не только максимальную скорость, но и ускорение и замедление вала шагового двигателя.
   

Описание команд библиотеки AccelStepper.h
AccelStepper mystepper(DRIVER, step, direction);// Шаговый двигатель, управляемый платой
AccelStepper mystepper(FULL2WIRE, pinA, pinB);// Шаговый двигатель, управляемый Н-мостом
AccelStepper mystepper(FULL4WIRE, pinA1, pinA2, pinB1, pinB2);// Униполярный двигатель

mystepper.setMaxSpeed(stepsPerSecond);// Установка скорости оборотов в минуту
mystepper.setSpeed(stepsPerSecond);// Установка скорости в шагах за секунду
mystepper.setAcceleration(stepsPerSecondSquared);// Установка ускорения
mystepper.currentPosition(); // Возвращает текущее положение в шагах
mystepper.setCurrentPosition (long position); Обнуляет текущую позицию до нуля
mystepper.targetPosition(); // Конечное положение в шагах
mystepper.distanceToGo(); // Вернуть расстояние до указанного положения
mystepper.moveTo(long absolute); // Переместиться в абсолютно указанное положение
mystepper.move(long relative); // Переместиться в относительно указанное положение
mystepper.run(); // Начать движение с ускорением, функцию следует вызывать повторно
mystepper.runToPosition(); // Начать движение до указанной точки
mystepper.runToNewPosition(); // Начать движение с ускорением до заданной позиции
mystepper.stop(); // Максимально быстрая остановка (без замедления)
mystepper.runSpeed(); // Начать движение с заданной скоростью без плавного ускорения
mystepper.runSpeedToPosition(); // Начать движение без плавного ускорения, до позиции
mystepper.disableOutputs(); // Деактивирует зарезервированные пины и устанавивает их в режим LOW. Снимает напряжение с обмоток двигателя, экономя энергию
mystepper.enableOutputs(); // Активирует зарезервированные пины и устанавивает их в режим OUTPUT. Вызывается автоматически при запуске двигателя