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[导读]步进电机主要用于一些有定位要求、进行精确控制的场合。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。比如3D打印机、工业机器人等场景。

步进电机特点:

  • 它是通过输入脉冲信号来进行控制的

  • 电机的总转动角度由输入脉冲数决定

  • 电机的转速由脉冲信号频率决定


步进电机主要用于一些有定位要求、进行精确控制的场合。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。比如3D打印机、工业机器人等场景。



步进电机在工业机器人中的应用


步进电机相关概念:

  • 拍数
    完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示,或指电机转过一个齿距角所需脉冲数,以四相电机为例,有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。

  • 步距角
    控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。现在市场上常规的二、四相混合式步进电机基本步距角都是1.8°。


相关问题:

问题:有一步进电机参数,如下:
 [电压 12VDC  
 相数 4  
 减速比 1/64  
 步距角 1.8° /64 
 驱动方式 四相八拍 ] 
 请问: 步距角1.8°/64 ,后面的 “/64”表示什么意思?此步进电机转一圈,要多少步?


答案:12VDC的步进电机,L298N的VS接12V直流电源。步进电机本身到电机轴之间是有一级齿轮减速的,64指减速比,即:电机本身的转子转64圈,输出的电机轴才转1圈。步距角1.8° /64表示,每走动64拍,转过角度为1.8度,转一圈共需要(360/1.8)*64=12800拍(步)



若是新手,不知道怎么设计电机驱动电路,可以直接购买电机驱动模块,市面上这种功能模块非常多,比如L298N电机驱动模块,只需要单片机6个IO外加一个电机供电电源即可驱动步进电机。



L298N主要参数说明

  • 控制信号供电:直流5V;

  • 电机供电:直流3V~46V(建议使用36V以下)

  • 最大工作电流:2.5A

  • 额定功率:25W

  • 控制信号输入电压范围:

    • 低电平:-0.3V <= Vin <= 1.5V

    • 高电平:2.3V <= Vin <= Vss

  • 使能信号输入电压范围:

    • 低电平:-0.3V <= Vin <= 1.5V(控制信号无效)

    • 高电平:2.3V <= Vin <= Vss(控制信号有效)

  • L298N芯片的输入电压有两个:

    如果步进电机为5VDC供电,那么VSS和VS可以短接到一起;
    VSS和VS两个电源要共地;
    L298N使用的过程中,发热较大,最好添加散热片。


    • VSS:逻辑电压,提供逻辑器件的电源,允许4.5~7V,建议为5V。

    • VS:小于或等于46V,供给电机,和L298内部输出端的工作电源,根据电机的额定电压来接。

如果想自己设计电路实现电机的驱动,可以参考如下电路。


L298N原理图


应用实例


驱动步进电机

驱动四线两相电机,四个状态为1、AB正电压;2、A-B正电压;3、A-B-正电压;4、AB-正电压。


程序中使能ENA和ENB之后,令StepMotor_OUT1~StepMotor_OUT4按四个状态变化,时序控制如下图所示,即可控制步进电机的方向:



实现代码

1. 驱动步进电机的引脚初始化

void StepMotor_Init(void){ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); //使能PB,PC端口时钟  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6); GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_7);  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 0; L298D_12ENA = 0; L298D_34ENA = 0;}



2. 两相电机驱动代码,包括正转和反转

void TwoPhaseMotor(unsigned char nInputData ,unsigned char nDirection){ if(1 == nDirection) //逆时针 { switch(nInputData) { case 1: { L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 1; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 1; } break; case 2: { L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 1; L298D_3AA = 1; L298D_4AA = 0; } break; case 3: { L298D_1AA = 1; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 1; L298D_4AA = 0; } break; case 4: { L298D_1AA = 1; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 1; } break; } } else if(0 == nDirection) //顺时针 { switch(nInputData) { case 1: { L298D_1AA = 1; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 1; } break; case 2: { L298D_1AA = 1; L298D_2AA = 0; L298D_3AA = 1; L298D_4AA = 0; } break; case 3: { L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 1; L298D_3AA = 1; L298D_4AA = 0; } break; case 4: { L298D_1AA = 0; L298D_2AA = 1; L298D_3AA = 0; L298D_4AA = 1; } break; } }}


上面函数调用一次,步进电机走一步,对上面函数进行封装,既得到走任意步,可控制方向的函数:


void TwoPhaseMotorNCircle(int n,unsigned char direction){ int i,j;  L298D_12ENA = 1; //只有转的时候使能,否则持续供电,芯片和电机过热。 L298D_34ENA = 1;  for(i=0;i { for(j=1;j<=4;j++) { TwoPhaseMotor(j,direction); delay_ms(2); } }  L298D_12ENA = 0; L298D_34ENA = 0;}



3. 主函数中调用

说明:

  • 硬件实现中串口2与ESP8266模块相连,使用cJSON解析收到的阿里云物联网的数据包;

  • 收到的{"PowerSwitch":1),电机转动,{"PowerSwitch":0},电机停止;

  • 收到电机转动指令之后,此程序让步进电机左转N圈之后,再右转N圈,如此反复,所以为了不影响程序对其他指令的响应,所以将控制步进电机转动的步进代码放到了定时器中执行,主程序中,只控制ENA和ENB的使能开关

JSON字符串解析参考之前的网文:Keil环境下STM32工程加入cJSON


主函数代码如下:

int main(void){ //解析payload数据包使用 cJSON *receive_json, *item_obj;  u16 i; u16 uart2Len=0;  u8 dtbuf[50]; //打印缓存器  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
USART2_RX_STA=0; memset(USART2_RX_BUF, 0, sizeof(USART2_RX_BUF)); memset(dtbuf,'\0',50);
//初始化 //延时函数初始化 delay_init(); uart_init(115200); //串口1:Debug,初始化为115200 uart2_init(115200); //定时器3,--步进电机使用 TIM3_Int_Init(99,7199); //1ms中断 TIM3_Set(0);
StepMotor_Init(); printf("System Init OK \r\n"); //主循环 while(1) { //ESP8266 if(USART2_RX_STA&0x8000) { uart2Len=USART2_RX_STA&0x3f; receive_json = cJSON_Parse(USART2_RX_BUF); //创建JSON解析对象,返回JSON格式是否正确 if (!receive_json) { printf("JSON格式错误:%s\r\n", cJSON_GetErrorPtr()); //输出json格式错误信息 } else { printf("JSON格式正确:\n%s\r\n",cJSON_Print(receive_json) ); item_obj = receive_json->child; //获取name键对应的值的信息 while(item_obj) { char * string = item_obj->string; if(!strcmp(string,"PowerSwitch")) { if(item_obj->valueint==1) { L298D_12ENA = 1; //只有转的时候使能,否则持续供电,芯片和电机过热。 L298D_34ENA = 1; TIM3_Set(1); nRotationCounting = 0; stuAliOSIoT.PowerSwitch = 1; printf("PowerSwitch:1\r\n"); } else if(item_obj->valueint==0) { //步进电机运动停止 L298D_12ENA = 0; L298D_34ENA = 0; TIM3_Set(0); stuAliOSIoT.PowerSwitch = 0; printf("PowerSwitch:0\r\n"); } } item_obj = item_obj->next; } cJSON_Delete(receive_json); } USART2_RX_STA=0; memset(USART2_RX_BUF, 0, sizeof(USART2_RX_BUF)); //清空数组 } delay_ms(10); } }


定时器中代码如下:

//定时器3中断服务程序void TIM3_IRQHandler(void){ if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)//是更新中断 { TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update ); //清除TIM3更新中断标志  nRotationCounting++; if(nRotationCounting > nSingleCycleDataPoints) { if(nRotationDirection==0) { nRotationDirection=1; } else if(nRotationDirection==1) { nRotationDirection=0; }  nRotationCounting=0; }  if(stuAliOSIoT.PowerSwitch) { if(nRotationDirection==0) //正转 { TwoPhaseMotor(nRotationCounting%4+1,0); //顺时针 } else if(nRotationDirection==1) //反转 { TwoPhaseMotor(nRotationCounting%4+1,1); } }  //TIM_Cmd(TIM3, DISABLE); //关闭TIM3 }}



实物图

电源座用于提供外部VS供电;





作者:程序员XiaoHa
来源: 嵌入式从0到1

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