Советы для начинающих. Arduino и шаговый двигатель Nema 17
Перед началом очередного проекта на Arduino, было решено использовать шаговый двигатель Nema 17.
Почему именно Nema 17? В первую очередь, из-за отличного соотношения цена/качество.
Перед подключением Nema 17, за плечами был определенный опыт работы с шаговиком 24byj48 (даташит). Управлялся он и с помощью Arduino, и с помощью Raspberry pi, проблем не возникало. Основная прелесть этого двигателя - цена (около 3 долларов в Китае). Причем, за эту сумму вы приобретаете двигатель с драйвером в комплекте. Согласитесь, такое можно даже и спалить, не особо сожалея о содеянном.
Теперь появилась задача поинтереснее. Управлять шаговым двигателем Nema 17 (даташит). Данная модель от оригинального производителя реализуется по цене около 40 долларов. Китайские копии стоят раза в полтора-два дешевле - около 20-30 долларов. Очень удачная модель, которая часто используется в 3D принтерах и CNC-проектах. Первая возникшая проблема - как подобрать драйвер для этого двигателя. Силы тока на пинах Arduino для питания не хватит.
Выбор драйвера для управления Nema 17
Google подсказал, что для оживления Nema 17 можно использовать драйвер A4988 от Poulou (даташит).
Кроме того, есть вариант использования микросхем L293D. Но A4988 считается более подходящим вариантом, так что на нем и остановились во избежание потенциальных проблем.
Как уже упоминалось выше, использовались двигатель и драйвер, заказанные из Китая. Ссылки ниже.Ссылки для заказа необходимого оборудования из Китая
Подключение Nema 17 через A4988
Подключение было реализовано на основании этой темы на Arduino форуме. Рисунок приведен ниже.
Собственно, данная схема присутствует практически на каждом блоге-сайте, посвященном Arduino. Плата была запитана от 12 вольтового источника питания. Но двигатель не вращался. Проверили все соединения, еще раз проверили и еще раз...
Первая проблема
Наш 12 вольтовый адаптер не выдавал достаточной силы тока. В результате адаптер был заменен на 8 батареек АА. И двигатель начал вращаться! Что ж, тогда захотелось перескочить с макетной платы на прямое подключение. И тут возникла
Вторая проблема
Когда все было распаяно, двигатель опять перестал двигаться. Почему? Не понятно до сих пор. Пришлось вернуться к макетной плате. И вот тут возникла вторая проблема. Стоит предварительно было посидеть на форумах или внимательно почитать даташит. Нельзя подключать-отключать двигатель когда на контроллер подано питание! В результате контроллер A4988 благополучно сгорел.
Эта проблема была решена покупкой нового драйвера на eBay. Теперь, уже с учетом накопленного грустного опыта, Nema 17 был подключен к A4988и запущен, но...
Шаговый двигатель сильно вибрирует
Во время вращения ротора двигатель сильно вибрировал. О плавном движении не было и речи. Гугл вновь в помощь. Первая мысль - неправильное подключение обмоток. Ознакомление с даташитом шагового двигателя и несколько форумов убедили, что проблема не в этом. При неправильном подключении обмоток двигатель просто не будет работать. Решение проблемы крылось в скетче.
Программа для Arduino
Оказалось, что есть замечательная библиотека для шаговых двигателей, написанная ребятами из Adafruit. Используем библиотеку AcclStepper и шаговый двигатель начинает работать плавно, без чрезмерных вибраций.
Основные выводы
- Никогда не подключайте/отключайте двигатель, когда на контроллер подано питание.
- При выборе источника питания, обратите внимание не только на вольтаж, но и на мощность адаптера.
- Не расстраивайтесь, если контроллер A4988 вышел из строя. Просто закажите новый ;)
- Используйте библиотеку AcclStepper вместо голого кода Arduino. Шаговый двигатель с использованием этой библиотеки будет работать без лишних вибраций.
Скетчи для управления шаговым двигателем
Простой Arduino-код для проверки шагового двигателя
//простое подключение A4988
//пины reset и sleep соединены вместе
//подключите VDD к пину 3.3 В или 5 В на Arduino
//подключите GND к Arduino GND (GND рядом с VDD)
//подключите 1A и 1B к 1 катушке шагового двигателя
//подключите 2A и 2B к 2 катушке шагового двигателя
//подключите VMOT к источнику питания (9В источник питания + term)
//подключите GRD к источнику питания (9В источник питания - term)
int stp = 13; //подключите 13 пин к step
int dir = 12; //подключите 12 пин к dir
int a = 0;
void setup()
{
pinMode(stp, OUTPUT);
pinMode(dir, OUTPUT);
}
void loop()
{
if (a < 200) // вращение на 200 шагов в направлении 1
{
a++;
digitalWrite(stp, HIGH);
delay(10);
digitalWrite(stp, LOW);
delay(10);
}
else { digitalWrite(dir, HIGH);
a++;
digitalWrite(stp, HIGH);
delay(10);
digitalWrite(stp, LOW);
delay(10);
if (a>400) // вращение на 200 шагов в направлении 2
{
a = 0;
digitalWrite(dir, LOW);
}
}
}
Второй код для Arduino для обеспечения плавного вращения двигателя. Используется библиотека AccelStepper library.
#include <AccelStepper.h>
AccelStepper Stepper1(1,13,12); //использует пин 12 и 13 для dir и step, 1 - режим "external driver" (A4988)
int dir = 1; //используется для смены направления
void setup() {
Stepper1.setMaxSpeed(3000); //устанавливаем максимальную скорость вращения ротора двигателя (шагов/секунду)
Stepper1.setAcceleration(13000); //устанавливаем ускорение (шагов/секунду^2)
}
void loop() {
if(Stepper1.distanceToGo()==0){ //проверка, отработал ли двигатель предыдущее движение
Stepper1.move(1600*dir); //устанавливает следующее перемещение на 1600 шагов (если dir равен -1 будет перемещаться -1600 -> противоположное направление)
dir = dir*(-1); //отрицательное значение dir, благодаря чему реализуется вращение в противоположном направлении
delay(1000); //задержка на 1 секунду
}
Stepper1.run(); //запуск шагового двигателя. Эта строка повторяется вновь и вновь для непрерывного вращения двигателя
}
Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!