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Arduino半步步進電機驅(qū)動器L298N

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資料介紹

描述

半步電機驅(qū)動器

該項目是如何更準確地驅(qū)動雙極步進電機的示例。驅(qū)動是通過軟件切換 IO（bitbanging）并使用 Arduino MKR 的 PWM 定時器來完成的。對于半橋，我們使用 ST L298N 。

為什么是半步？

雙極步進電機通常通過切換線圈進行四相步進。添加中間步驟使其更加準確和平滑（但扭矩會小一些）。這是一個有趣的鏈接，用于說明整步和半步之間的區(qū)別。我們將切換以下圖表：

1 / 2 ?半步狀態(tài)

我們總共有 8 個狀態(tài)，一個接一個地對微步進行排序。每個序列狀態(tài)的時間將定義切換速度和電機速度。通過將線圈序列之一相移 180 度（4 微步），方向很容易控制。

Bitbanging 和 PWM

使用的 L298N 電機驅(qū)動器可以驅(qū)動全橋 MOSFET 并切換線圈電流的正向、負向（或關(guān)閉）。

1 / 2 ?全橋 MOSFET

這是通過軟件 IO 切換 - 位轉(zhuǎn)換 - IN1/IN2 和 IN3/IN4 輸入來完成的。L298N 驅(qū)動器是內(nèi)部設(shè)置的，以防止通過 IN 信號上的反相輸入門在一條腿上出現(xiàn)捷徑 - 很好 :)。也可以用 PWM 信號驅(qū)動電橋使能信號 ENA/ENB，在線性區(qū)域稍微控制電流。這是由 Arduino Micro 的硬件完成的。MKR 版本有一個 ATSAMD21，可以產(chǎn)生 25Khz PWM 信號。有關(guān)詳細信息，請參閱我的其他高速 PWM 項目。L298N 驅(qū)動程序在Arduino Motor Shield Rev3上設(shè)置，它將數(shù)字 IO 和感應(yīng) IO 連接到模擬輸入，因此我們可以測量通過電機的電流。還將使用外部電源 (12V) 并在電機護罩上提供支持。（重要：拆焊 Vin 連接?。┪覀兪褂?/font>MKR2UNO轉(zhuǎn)換板將它們連接在一起。

NEMA 17 步進器

對于這個項目，我們使用 NEMA 17 格式的雙極步進電機。它有 200 步（每步 1.8 度），但使用半步驅(qū)動需要 400 步轉(zhuǎn)一圈。每個線圈的最大電流為 0.75A，我們通過 SenseA 以 1.65V/Amp 測量 CoilA 上的電流。

軟件代碼

Arduino 代碼寫在一張草圖中。我使用全局變量來定義關(guān)鍵數(shù)據(jù)，例如：

Sequencer[7][8]：每個驅(qū)動信號的 8 個 ustep 狀態(tài)的序列。

CurrentArray0[32]：用于監(jiān)視電流和計算鎖定的滾動數(shù)據(jù)

ShadowArray[512]：調(diào)試數(shù)據(jù)數(shù)組，用于繪制電流圖

關(guān)鍵例程如下，代碼中自解釋：

MotorLoop(int lps, int dir)：驅(qū)動電機在任何方向上進行 x 步

int CalcArray()：計算鎖定狀態(tài)，返回%電流偏差（*10）

MotorPowerDown()：通過關(guān)閉半橋關(guān)閉電機。（無電流）

DataDump()：通過串口轉(zhuǎn)儲監(jiān)控和調(diào)試數(shù)據(jù)

SetupPWMTimers()：在引腳 3 和 11（ENA 和 ENB）上設(shè)置 25Khz PWM 信號

電機回路

電機回路正在讀取序列發(fā)生器陣列，寫入 IO（EN1/EN2、EN3/EN4）并寫入 PWM 占空比（ENA/ENB）。以微秒為單位的相位延遲也在定序器陣列中。方向是通過將 CoilB 的數(shù)組索引移動 0 或 4 來完成的。第一圈還有一個啟動序列 (#define MOTORSTART)。它的啟動速度稍慢（扭矩更大），然后按照編程保持在正常速度。

鎖定監(jiān)控

關(guān)鍵是理解鎖倉計算。該程序在每第 3 個序列狀態(tài)（最大電流驅(qū)動）中測量 CoilA 中的電流，并將其保存在監(jiān)控數(shù)組中。然后計算當(dāng)前*時間偏差。為什么？> Current*Time與Watt*Time成線性關(guān)系（假設(shè)電壓恒定），相當(dāng)于Newton*Meter，也就是系統(tǒng)中的能量變化量（焦耳）。測量這種能量變化并觸發(fā)超過某個值，就會觸發(fā)鎖定。鎖定觸發(fā)器在代碼中定義 (#define MOTORLOCK)