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Arduino开发板实验四：步进电机控制

由 动力老男孩 发表于 2010/08/08 23:07:54

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！

arduino L298N 步进电机

对 “Arduino开发板实验四：步进电机控制” 的 34 条 评论

1. 东莞装修公司 说：

   2010/08/09 于 11:23

   又是一技术牛人。膜拜

   回复
2. lemon 说：

   2010/08/09 于 15:23

   hi，博客又更新了呢，呵呵，顺便想请教下建bolg的话购买虚拟主机能给个建议吗，比如这个博客，谢谢啦～

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   • 动力老男孩 说：

     2010/08/10 于 09:27

     呵呵，虚拟主机用的是这个，不做广告，仅供参考:)
     http://www.godaddy.com/

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     • lemon 说：

       2010/08/10 于 13:19

       啊，我也是在上面申请的域名，空间现在正在找呢，发现好多人说godaddy可能被封ip，那样的话就又要买个独立ip了的，谢谢博主了

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       • 动力老男孩 说：

         2010/08/10 于 21:15

         嗯，空间+独立IP一起买好像有优惠，另外搜一搜优惠码
         能省不少钱呢

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3. SEVEN 说：

   2010/08/10 于 02:24

   真实牛人，能折腾。 佩服

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4. 沉冰浮水 说：

   2010/08/11 于 15:26

   话说。。你博客的名字一直就这么XE吗？
   ———-
   笑话不需要分类，只需要全文订阅。。

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5. 上海股票低佣金 说：

   2010/08/14 于 10:44

   好厉害
   支持下

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6. 牌技 说：

   2010/08/14 于 13:44

   偶头一次来，
   偶就支持一下，
   偶其实应该说我。

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7. 工程大学自考 说：

   2010/08/15 于 10:29

   这么专业的东西
   基本上很难看明白

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8. 北屯 说：

   2010/08/15 于 21:41

   有些东西很难超越的哈！

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9. Arduino 说：

   2010/09/23 于 09:13

   Arduino多个步进电机的控制可以实现阿，我都做出来拉，可以控制它的速度，还有脉冲个数阿。

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10. 动力老男孩 说：

    2010/09/26 于 08:21

    你是怎么做的呢，如果Arduino支持多线程的话就方便了
    但是没有查到相关的资料
    我的想法是做一个Timer对象来模拟多线程
    这样可以控制多个电机，并分别控制它们的转速

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11. 锋儿 说：

    2010/11/27 于 17:49

    我有办法让它控制多个电机，在循环语句中加N++，用条件语句判断N等于多少了发个脉冲，几个电机几个IF，速度要求快的电机N值可小，N值大就会变慢。

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    • 动力老男孩 说：

      2010/11/27 于 22:14

      没错，这样可以控制多个电机
      其实这个相当于是模拟了多个线程
      但是我觉得这个方法还需要再优化
      因为这种方式下，一块Arduino板只能用来控制（多个）电机
      没法做别的事情
      不知道能不能用控制电机的闲余时间做点其他的逻辑

      回复
12. 机械工程 说：

    2012/06/20 于 09:16

    你好！请问下，我想闭环控制直线电机的运动，就是用位移传感器测直线电机的位移，然后将传感器采到的信号给开发板，开发板根据自己写的算法计算出输出信号，然后在将输出的信号（电压信号）传给电机，驱动电机运动。
    您觉得我用开发板可以实现吗？有合适的开发板可以推荐下吗？

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    • 动力老男孩 说：

      2012/06/20 于 18:14

      就arduino就可以，传感器输入0~5V的电压给开发板，对应到0~1024的读数

      回复
    • darkorigin 说：

      2012/06/21 于 01:09

      对于简单的算法来说和硬件关联不大，毕竟是在ARDUINO的处理能力以内（毕竟ARDUINO等单片机擅长的就是控制和采集）
      建议好好的看语言和算法，吃透了就很简单

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      • 机械工程 说：

        2012/06/21 于 15:47

        也就是说用ARDUINO可以实现直线电机的闭环运动控制吗？

        回复
13. yangqq 说：

    2013/06/27 于 15:03

    你好，拜读了您的大作。我想用一个arduino控制4个不同的步进电机（4个独立的，不需要相互配合工作），用什么办法比较好呢？

    回复
    • 动力老男孩 说：

      2013/07/04 于 00:05

      试试arduino的servo库

      回复
14. roger_gao 说：

    2013/08/14 于 15:10

    请问下，我是新手，我正在用arduino UNO和L298N控制一个步进电机。因为是新手，查了很多的网上资料，对于实现步进电机的预想功能感到很迷茫，希望能够指教一下。

    我的步进电机需要 1、通过改变频率控制步进电机的速度（pwm指令输出吧，但是具体不知道怎么操作） 2、改变脉冲的个数控制步进电机的行程 3、要实现步进电机某项功能的循环输出（猜想是不是用while指令啊，不是很会用）

    回复
    • 动力老男孩 说：

      2013/08/17 于 09:51

      奇怪，你得思路是正确的啊，你会不会是不巧买到了一个坏板子？

      回复
15. DIY learner 说：

    2014/03/19 于 17:15

    你好，看了你的文章我受益匪浅。我准备在做一个遥控智能小车（比市面上的遥控车大点）。控制板子是用arduino uno，电机驱动板子是l298n，不知道选多大转矩的电机和相应的蓄电池供电，希望你能帮我出出注意！谢谢啦！

    回复
    • 动力老男孩 说：

      2014/03/20 于 16:26

      市面上的普通遥控小车，就是用的直径20mm到30mm左右的有刷直流电机
      这种电机转速比较快，所以一般要通过齿轮组来减速
      电池就用那种一节一节的充电锂电池组合起来就可以

      回复
16. haiyi 说：

    2014/04/12 于 23:56

    楼主按照上面的接线，用uno+298，通电后像堵转现象，不知道啥问题，out1,2是不是应该接motor1？？

    回复
17. DLJ 说：

    2014/04/19 于 00:48

    EN称为使能端，其特点是高电平有效，低电平是相当于将逻辑器件置于高阻态，可以视为将这个逻辑器件从图中移走，不影响其他部分器件的工作。由于驱动板的图中，EN并没有取反，所以还是高电平有效。这就是，这个驱动板中EN要接高电平的原因。

    freshman才看到，首发。就全当是为了积极参与讨论吧。

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18. 令狐冲 说：

    2015/03/12 于 21:42

    你好，拜读了您的作品。我想用一个arduino控制3个不同的步进电机（4个步进电机需要相互配合工作），用什么办法比较好呢？

    回复
19. 令狐冲 说：

    2015/03/12 于 21:42

    你好，拜读了您的作品。我想用一个arduino控制3个不同的步进电机（3个步进电机需要相互配合工作），用什么办法比较好呢？

    回复
    • 动力老男孩 说：

      2015/03/13 于 19:18

      arduino可以控制3个步进电机，但是功率不够，需要额外的步进电机驱动器

      回复
      • 令狐冲 说：

        2015/03/14 于 15:10

        您好，您是说用arduino uno就可以吗

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        • 动力老男孩 说：

          2015/03/14 于 21:48

          一个电机需要4个脚，所以有12个脚的arduino都可以

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20. 沙罗 说：

    2016/04/07 于 10:01

    你好，我是一个新手，目前是做一个小项目，可是完全不懂。就是通过光电感应器感应到没有物料的存在则步进电机正转，有物料则停止运动。
    1、需要的设备：两个按钮（启动与急停）、光电感应器、Arduino UNO(微控制器)、Arduino L298N
    2、问题：我选的设备是否正确？
    按钮就是数字输入，光电感应属于模拟量输入，而步进电机属于数字输出？
    就这两方面的问题，麻烦回复下，谢谢。

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21. 星陨 说：

    2017/05/14 于 17:52

    请问loop循环中200怎么算出来的呢

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