步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机,每输入一个脉冲信号,转子就转动一个角度或前进一步,其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比,转速与脉冲频率成正比,因此,步进电动机又称脉冲电动机。
步进电机通常需要搭配一个步进电机驱动模块(也叫步进电机驱动器)来工作。步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速和定位的目的。
四相步进电机按照通电顺序的不同,可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等,但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半,因此,八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度,驱动器相当于开关的组合单元。通过上位机的脉冲信号有顺序给电机相序通电使电机转动。
本文使用到的是 28BJY-48 型步进电机。
硬件连接
首先需要将步进电机和电机驱动板连起来,直接将电机的白色插头插入驱动板上的白色插槽(注意卡扣方向)即可。
再将驱动板和树莓派 Pico 连接起来,接线如下:
电机驱动板的 + 引脚接 Pico 的 VSYS。
电机驱动板的 – 引脚接 Pico 的 GND。
电机驱动板的 IN1 引脚接 Pico 的 GP18。
电机驱动板的 IN2 引脚接 Pico 的 GP19。
电机驱动板的 IN3 引脚接 Pico 的 GP20。
电机驱动板的 IN4 引脚接 Pico 的 GP21。
编程
将下面的代码保存在 Pico 的根目录,命名为 main.py。
from machine import Pin
import utime
# 步进驱动模块的引脚初始化
in1 = Pin(18,Pin.OUT)
in2 = Pin(19,Pin.OUT)
in3 = Pin(20,Pin.OUT)
in4 = Pin(21,Pin.OUT)
ROUND_VALUE = 509
delay = 1
# 四相八拍步进电机的顺序值
STEP_VALUE = [
[0,0,0,1],
[0,0,1,1],
[0,0,1,0],
[0,1,1,0],
[0,1,0,0],
[1,1,0,0],
[1,0,0,0],
[1,0,0,1],
]
# 重置引脚输出低电平
def reset():
in1(0)
in2(0)
in3(0)
in4(0)
# 单步顺时针转动,count 为步数值,可为负数(逆时针)
def step_run(count):
direction = 1
if count < 0:
direction = -1
count = -count
for x in range(count):
for bit in STEP_VALUE[::direction]:
in1(bit[0])
in2(bit[1])
in3(bit[2])
in4(bit[3])
utime.sleep_ms(delay)
# 以指定角度顺时针转动,a 为角度值,可为负数(逆时针)
def step_angle(a):
step_run(int(ROUND_VALUE * a / 360))
# 重置驱动板
reset()
# 逆时针转 90 度
step_angle(-90)
# 以单步方式持续顺时针转动
while True:
step_run(1)
程序中定义了这款步进电机的驱动方式和参数。有两种方法驱动它:step_angle(角度) 或 step_run(步数)。
运行之后,可以看到步进电机先逆时针转动 90 度,再顺时钟持续运行下去。
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