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:
![L298N L298N步进电机驱动芯片原理图](http://image87.360doc.com/DownloadImg/2015/07/1717/56146721_2.jpg)
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:
![L298N_4 正确的L298N原理图](http://image87.360doc.com/DownloadImg/2015/07/1717/56146721_3.gif)
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:
![steper 步进电机驱动的时序图](http://image87.360doc.com/DownloadImg/2015/07/1717/56146721_5.jpg)
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!