Arduino开发板实验四：步进电机控制

Arduino开发板实验四：步进电机控制

 

上周总算做成了点事，其实很简单，就是用Arduino实现了步进电机的正转和反转。因为总是很忙，所以拖到现在才有时间补上攻略。感慨一下，IT民工真辛苦啊，有位同事的昵称已经改成 “还是古代好，切掉小JJ就可以当公务员了”。 好吧，祝这位朋友心想事成，我还是坚持当民工好了 

在步进电机实验前，从网上找到了一个关于步进电机驱动的文档，使用的是L298N的驱动芯片。这个文档里面有些错误，导致我浪费了大量时间。也许不同的电机和芯片版本也许有区别吧，请大家慎重使用。先借用一下原理图：

错误的L298N步进电机驱动芯片原理图

其中IN1~IN4以及ENA，ENB在之前的一篇关于直流电机驱动中有介绍过，分别对应输入的六个管脚。这个图里有两处错误，首先可以看到有两个ENA，其中一个应该是ENB；另外这两个EN都是接地的，但是经我实验看来，应该接+5V的电压才对。

所以正确的原理图应该是这样的：

正确的L298N原理图

下面是对应的接线图：

乱七八糟的接线图

接线之后按照说明书里的时序图写了一段程序，呼呼，一次就通过了电机的正转实验。可是在企图实现反转的时候，总是不成功。在焦头烂额之后，终于开始怀疑文档是否正确。事实证明，大家做任何事情都要相信伟大的党而不是万恶的“文档”，下面是错误的反转时序图和经我验证可行的时序图：

步进电机驱动的时序图

基于以上时序图，我写了一段代码，让步进电机实现下面的动作：
正转一圈 -> 暂停1秒钟 -> 反转一圈 -> 暂停一秒钟 ->循环

代码如下：

int LeftI1 = 28;     //连接电机驱动板的I1接口
int LeftI2 = 22;     //连接电机驱动板的I2接口
int LeftEA = 8;      //连接电机驱动板的EA接口
int RightI1 = 36;    //连接电机驱动板的I1接口
int RightI2 = 42;    //连接电机驱动板的I2接口
int RightEB = 6;     //连接电机驱动板的EB接口
int StepCount = 0;
int StepDelayTime=1500;

void setup()
{
  pinMode(LeftI1, OUTPUT);     //I1和I2都是数字信号
  pinMode(LeftI2, OUTPUT);     //通过设置I1和I2来控制电机旋转方向
  pinMode(LeftEA, OUTPUT);     //按占空比方式输出的模拟信号
  pinMode(RightI1, OUTPUT);    //I1和I2都是数字信号
  pinMode(RightI2, OUTPUT);    //通过设置I1和I2来控制电机旋转方向
  pinMode(RightEB, OUTPUT);    //按占空比方式输出的模拟信号
  Serial.begin(9600);          //设置波特率
}
void ForwardInit()
{
  digitalWrite(LeftEA, HIGH);
  digitalWrite(RightEB,HIGH );
  digitalWrite(LeftI1, LOW);
  digitalWrite(LeftI2,HIGH );
  digitalWrite(RightI1,HIGH);
  digitalWrite(RightI2, HIGH);
  StepCount=0;
}
void BackwardInit()
{
  digitalWrite(LeftEA, HIGH);
  digitalWrite(RightEB,HIGH );
  digitalWrite(LeftI1, LOW);
  digitalWrite(LeftI2,LOW );
  digitalWrite(RightI1,LOW);
  digitalWrite(RightI2, HIGH);
  StepCount=0;
}
void ForwardOneStep()
{
  delayMicroseconds(StepDelayTime);
  switch(StepCount)
  {
    case 0:
      digitalWrite(RightI2,LOW);
      digitalWrite(LeftI1,HIGH);
      break;
    case 1:
      digitalWrite(RightI1,LOW);
      digitalWrite(RightI2,HIGH);
      break;
    case 2:
      digitalWrite(LeftI2,LOW);
      digitalWrite(RightI1,HIGH);
      break;
    case 3:
      digitalWrite(LeftI1,LOW);
      digitalWrite(LeftI2,HIGH);
      break;
  }
  StepCount=(StepCount + 1) % 4;
}

void BackwardOneStep()
{
  delayMicroseconds(StepDelayTime);
  switch(StepCount)
  {
    case 0:
      digitalWrite(RightI2,LOW);
      digitalWrite(LeftI1,HIGH);
      break;
    case 1:
      digitalWrite(LeftI1,LOW);
      digitalWrite(LeftI2,HIGH);
      break;
    case 2:
      digitalWrite(LeftI2,LOW);
      digitalWrite(RightI1,HIGH);
      break;
    case 3:
      digitalWrite(RightI1,LOW);
      digitalWrite(RightI2,HIGH);
      break;
  }
  StepCount=(StepCount + 1) % 4;
}

void loop()
{
  while(1)
  {
    ForwardInit();
    for(int i=0;i<200;i++)
    {
      ForwardOneStep();
    }
    delay(1000);
    BackwardInit();
    for(int i=0;i<200;i++)
    {
      BackwardOneStep();
    }
    delay(1000);
  }
}

除了实现了动作之外，我还搭车实验了下面几件事情：

1，步进电机的转角相当精确，我捆了根电线当指针，反复转了几百圈之后，指针的位置几乎没有变化

2，扭矩还挺大，我选用的是标称扭矩是3.4Kg.cm的步进电机，用铅酸蓄电池供电，旋转时我用爪子完全不能把它捏住（NXT的电机貌似没有这么强劲）。

3，经我测试，每个脉冲之间的间距最好大于1500μs(1.5ms)，如果间距太小的话，就会出现失步的情况。

思考问题：基本上来说，每个步进电机都需要一个驱动板（L298N）和一个控制板（Arduino或其它单片机）。如果需要控制多个电机的话（小爱也许会有20多个关节），买这么多板子成本就太高了。实际上，每个脉冲间距之间有1500微秒的空闲时间，对CPU来说简直是漫漫长夜。所以我觉得可以用类似于操作系统多任务的思想来生成时序，充分利用脉冲间距之间的剩余价值，这样就可以只用一块Arduino实验板来控制多个电机了。

呵呵，又想多了，等下周有空再试试吧！