Arduino筆記(8)：控制步進馬達

繼下午的Keypad與喇叭實作之後，晚上再拿出步進馬達來練習，當時買的套件之一就有附一個步進馬達及一個小模版，看了線路後，就將ULN2003APG這個 IC拆下來裝在麵包版上，看起來比較簡單些。我試著利用ULN2003這個 IC來推動步進馬達，並使用 Arduino 來控制步進馬達轉的角度，以下就試著連接線路，透過程式來進行控制。

[步進馬達]

有關步進馬達相關的知識，請參考：RASPBERRY PI 筆記(十二)：控制步進馬達。

[ULN2003]

ULN2003A，是一種高壓大電流的共發射極達林頓電晶體陣列 (Darlington Array )積體電路，內含 7組達林頓對管，每組對管的電流容量是500mA，輸出的電壓最高50V。該積體電路還整合了 7隻共陰極形式連接的續流二極體，用於電感性負載的開關動作的電流續流。[維基百科]

ULN2003 是一個反向器。所謂的反向器就是輸入是高電位時，輸出會是低電位，反之輸入低電位時，輸出會是高電位。

ULN2003A DIP封裝引腳圖 (來源：維基百科)

• 1B~7B：第一至第七組對管的基極    

• 1C~7C：第一至第七組對管的集電極

• E：公共發射極（一般接地）             

• COM：續流二極體共用陰極              

ULN2003在電子電路里的主要特點是大電流容量和高電壓輸出。常作爲驅動器使用，每組達林頓對管可並聯使用以達成更大的電流容量，甚至可以幾顆積體電路晶片堆疊並聯使用。步進馬達一般需要驅動器件有大電流輸出的能力，而微控制器等小電流的積體電路是不能直接驅動馬達的，因此可用作步進馬達的驅動器。

ULN2003內部的7組達林頓對管可以獨立操作，因爲它們的電路連接上除了發射極是一併接地共用E/GND引腳、續流二極體是共陰極接法共用一個COM引腳以外，集電極1C~7C以及基極1B~7B的引腳都是獨立對應的7組。若作爲步進馬達驅動器，則COM一端需要與步進馬達的公共供電端連接，爲馬達的反電動勢提供電流續流能力。

[Stepper Library]

Arduino IDE內有一個 Stepper Library，就是專門用來控制步進馬達的函式庫，以下是常用的函式：

Stepper(int steps, pin1, pin2, pin3, pin4)：建立一個步進馬達的物件。
其中 step是指轉一圈所需的步數，假使馬達定義每步的角度，用360去除，就會得到步數。例如：Stepper myStepper = Stepper(100, 5, 6, 7, 8);  表示每一步為3.6度，轉一圈總共100步。

Stepper: setSpeed(long rpms)：設定步進馬達每分鐘轉速 (RPMs) ，需為正數。
這個函式並不會讓馬達轉動，只是設定好轉速，當呼叫Step()函式時才會開始轉動。

Stepper: step(int steps)：啟動馬達行進steps步數。setSpeed()定義速度，正的表示一個方向， 負數表示反方向。

步進馬達的型號是28BYJ-48, 5V DC，規格如下：

• 工作電壓： 5~12V DC
• 轉一圈步數：512 (搭配 1/64減速齒輪)
• 每分鐘圈數：80 RPM(Revolution per minute)
• 重量：37 公克

[材料]

• 麵包板 x 1
• Arduino Uno x 1
• 步進馬達(型號28BYJ-48, 5V DC) x1
• ULN2003APG x 1
•連接線 x N條

[接線]

步進馬達共有五條線，第一至第四條依序連接ULN2003APG的右側1-4接腳（即16~13接腳），第五條線則接上5V，Arduino的Pin11~Pin8依序接上ULN2003APG左側的1-4接腳（即1-4接腳)，第8隻接腳連接GND。

[程式]

#include <Stepper.h>
#define STEPS 200  //定義步進馬達每圈的步數

//steps:代表馬達轉完一圈需要多少步數。如果馬達上有標示每步的度數，
//將360除以這個角度，就可以得到所需要的步數(例如：360/3.6=100)。(int)

Stepper stepper(STEPS, 11, 10, 9, 8);

void setup()
{
stepper.setSpeed(140);     // 將馬達的速度設定成140RPM 最大  150~160
}

void loop()
{
stepper.step(100);//正半圈
delay(1000);
stepper.step(-100);//反半圈
delay(1000);
stepper.step(200);//正1圈
delay(1000);
stepper.step(-200);//反1圈
delay(1000);
stepper.step(300);//正1圈半
delay(1000);
stepper.step(-300);//反1圈半
delay(1000);
stepper.step(1600);//正8圈
delay(1000);
stepper.step(-1600);//反8圈
delay(1000);
}

[參考資料]

• Arduino.cc: Stepper Library
• 維基百科：ULN2003A

[2013/04/06]
[2017/03/11] 更新