آموزش راه اندازی استپر موتور Stepper Motor با آردوینو بخش اول ULN2003

موتور موتور و باز هم موتور، هر کاری بکنیم نمیشه از موتور و شیوه راه اندازی اون دل بکنیم. به قدری وسیع و متنوع می‌باشد که شیوه راه اندازی هر کدام نکته‌های زیادی دارد. موتورهای پله ای یا استپر موتور Stepper motor با پالس کار می‌کنند. در ازای هر پالس یک پله حرکت می‌کنند. بسته به نوع استپر موتور با هر پالس میزان مشخصی بر حسب درجه روی شافت موتور حرکت صورت می‌گیرد. در ادامه مجموعه آموزش راه اندازی استپر موتور با مرجع تخصصی آردوینو به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.

 

 

---

استپر موتور Stepper Motor

---

استپر موتور Stepper Motor یک دستگاه الکترومکانیکی است که پالس های الکتریکی را به حرکت های مکانیکی مجزا تبدیل می‌کند. یک شافت بر روی استپر موتور قرار گرفته است. سرعت شافت موتور به فرکانس پالس ورودی بستگی دارد. از ویژگی اصلی استپر موتور می‌توان به توانایی کنترل دقیق در یک سیستم حلقه باز Open Loop اشاره کرد. در سیستم حلقه باز Open Loop خروجی تاثیری بر عملکرد مدار نخواهد داشت. در این حالت خروجی با ورودی مقایسه نشده و در طول مدار خروجی اندازه گیری نمی‌شود. در استپر موتور حرکت شافت مستقیما به پالس ورودی بستگی دارد. از اینرو دقت اندازه گیری و کالیبراسیون در ورودی بسیار تاثیرگذار است. ولتاژ مورد نیاز برای راه اندازی استپر موتور ۵ ولت DC است. استپر موتور ۲۸BYJ-48 دارای ۴ فاز است. استپر موتور Stepper Motor در حالت تعلیق دارای گشتاور کامل بین ۶۰۰ تا ۱۲۰۰ gf.cm است. نسبت سرعت در استپر موتور ۱ به ۶۴ است. فرکانس کاری آن ۱۰۰ هرتز می‌باشد. استپر از واکنش فوق العاده ای در تغییر وضعیت و حالت مانند شروع، ثابت ( Stop ) و معکوس دارد. استپر موتور Stepper Motor از ۵ پایه به ترتیب آبی، صورتی، زرد، نارنجی و قرمز تشکیل شده است. درجه عایق این مدل A می‌باشد.  نویز آن کمتر از ۳۵ DB است. طول کابل استپر موتور حدود ۲۵ سانتی متر می‌باشد.

در این آموزش با استفاده از درایور موتور ULN2003 به استپر موتور ۴ فاز در دو حالت رفت و برگشت فرمان می‌دهیم. در ادامه آموزش به بررسی کدها خواهیم پرداخت. دقت داشته باشید که این آموزش ادامه دار است و در بخش‌های بعدی مدل‌های مختلف استپر موتور با درایورهای مختلف را آموزش خواهیم داد.

 

 

---

درایور استپر موتور ULN2003

---

برای راه اندازی استپرموتور به یک درایور موتور نیاز داریم. دایور موتور موج PWM را از میکروکنترلر دریافت و به سیگنال و پالس قابل دریافت برای استپر موتور تبدیل می‌کند. درایور استپر موتور ULN از تراشه ULN2003 تشکیل شده است. ولتاژ کاری درایور موتور ۳ تا ۵٫۵ ولت DC است. این درایور تا ۵۰۰ میلی آمپر جربان خواهد کشید. درایور موتور ULN2003 از ۷ پایه ورودی تشکیل شده است. یک سوکت برای اتصال استپر موتور به داریور بر روی فیبر قرار گرفته شده است. دو پایه GND , VCC برای تغذیه دایور و اتصال به میکروکنترلر بر روی برذ قرار دارد. دمای کاری درایور استپر موتور ULN بین – ۲۵ درجه تا + ۹۰ درجه سانتی گراد است.

 

 

---

اتصالات استپر موتور به آردوینو

---

۵ پایه استپر موتور Stepper Motor را بر روی سوکت درایور موتور ULN2003 قرار می‌دهیم. همانند تصویر زیر:

• پایه IN1 درایور موتور ULN2003 را به پایه ۸ دیجیتال آردوینو Arduino اتصال دهید.
• پایه IN2 درایور موتور ULN2003 را به پایه ۹ دیجیتال آردوینو Arduino اتصال دهید.
• پایه IN3 درایور موتور ULN2003 را به پایه ۱۰ دیجیتال آردوینو Arduino اتصال دهید.
• پایه IN4 درایور موتور ULN2003 را به پایه ۱۱ دیجیتال آردوینو Arduino اتصال دهید.
• پایه GND درایور موتور ULN2003 را به پایه GND آردوینو Arduino اتصال دهید.
• پایه VCC درایور موتور ULN2003 را به پایه VCC آردوینو Arduino اتصال دهید.

 

---

فراخوانی کتابخانه استپر موتور

---

در این آموزش برای فعال شدن استپر موتور نیاز به فراخوانی کتابخانه استپرموتور خواهیم داشتم. کتابخانه استپرموتور به صورت پیش فرض در لیست کتابخانه آردوینو قرار دارد. همچنین لینک دانلود آن در صفحه محصول استپر موتور Stepper Moto قرار گرفته شده است. آن را دانلود و سپس در کد برنامه فراخوانی کنید. نکته، در صورتیکه نحوه ی فراخوانی کتابخانه را نمی‌دانید، آموزش فراخوانی کتابخانه در نرم افزار آردوینو Arduino را مطالعه نمایید. اگر هم شیوه نصب و راه اندازی نرم افزار آردوینو را نمی‌دانید. به آموزش کار با برد آردوینو و نصب نرم افزار آردوینو Arduino IDE مراجعه کنید.

 

---

کد استپر موتور Stepper Motor آردوینو

---

 

 

---

تحلیل کد آردوینو Arduino IDE

---

کتابخانه استپر موتور را فراخوانی و در کد برنامه تعریف می‌کنیم:

#include <Stepper.h> // فراخوانی کتابخانه استپر موتور

تعریف تعداد Step

#define STEPS 2038 // تعریف تعداد استپ 

فراخوانی پایه های استپر موتور

پایه های استپر موتور را به ترتیب به پایه های ۸،۹،۱۰ و ۱۱ اتصال و در کد برنامه تعریف می‌کنیم:

Stepper stepper(STEPS, 8, 10, 9, 11); // اتصال پایه های استپر موتور به آردوینو 

حرکت اول ۵RPM

در حالت اول استپر در جهت رفت با سرعت ۵ دور بر دقیقه ۲۰۳۸ استپ انجام می‌دهد:

 stepper.setSpeed(5); // 5 rpm پنج دور بر دقیقه
  
  stepper.step(2038); // انجام ۲۰۳۸ استپ در چرخش در یک جهت

حرکت دوم ۱۰RPM

در حالت دوم استپر موتور در جهت برگشت با سرعت ۱۰ دور بر دقیقه ۲۰۳۸ استپ انجام می‌دهد:

 stepper.setSpeed(10); // 10 rpm ده دور بر دقیقه
 
  stepper.step(-2038); // انجام ۲۰۳۸ استپ در جهت مخالف

 

 

---

درایور استپر موتور ULN2003 با ال دی وی وضعیت استپ ها

---

درایور استپر موتور ULN2003 با ظاهری متفاوت تر هم تولید شده است که در تصویر زیر مشخص است. درایور موتور ULN2003 یک رابط درایور بین میکروکنترلر و استپر موتور است. درایور موتور دارای چهار ورودی برای میکروکنترلر، تغذیه برای تامین ولتاژ استپر موتور، جامپر ON/OFF، هدر برای اتصال استپرموتور و دارای چهار ال ای دی برای وضعیت استپ ها بر روی برد قرار دارد.

 

روش اتصال استپر موتور به درایور ULN2003

 

بر روی درایور موتور ULN2003 یک هدر سفید برای اتصال پایه های استپر موتور بر روی درایور قرار گرفته شده است. استپر موتور را بر روی درایور نصب کنید.

 

 

---

کد آردوینو استپر موتور بخش دوم

---

این کد به صورت مجزا برای درایور موتور ULN2003 با رنگ سبز نوشته شده است. درصورتیکه از این مدل درایور موتور استفاده می‌کنید، کد زیر را استفاده کنید.

#define IN1  11

#define IN2  10

#define IN3  9

#define IN4  8

int Steps = 0;

boolean Direction = true; 

unsigned long last_time;

unsigned long currentMillis ;

int steps_left = 4095;

long time;




void setup()

{

  Serial.begin(115200);

  pinMode(IN1, OUTPUT);

  pinMode(IN2, OUTPUT);

  pinMode(IN3, OUTPUT);

  pinMode(IN4, OUTPUT);


}





void loop()

{

  while (steps_left > 0) 

 {

    currentMillis = micros();

    if (currentMillis - last_time >= 1000) 

    {

      stepper(1);

      time = time + micros() - last_time;

      last_time = micros();

      steps_left--;

    }

}

  Serial.println(time);

  Serial.println("Wait...!");

  delay(2000);

  Direction = !Direction;

  steps_left = 4095;

}

 

void stepper(int xw) 

{

  for (int x = 0; x < xw; x++) 

{

    switch (Steps) 

   {

      case 0:

        digitalWrite(IN1, LOW);

        digitalWrite(IN2, LOW);

        digitalWrite(IN3, LOW);

        digitalWrite(IN4, HIGH);

        break;

      case 1:

        digitalWrite(IN1, LOW);

        digitalWrite(IN2, LOW);

        digitalWrite(IN3, HIGH);

        digitalWrite(IN4, HIGH);

        break;

      case 2:

        digitalWrite(IN1, LOW);

        digitalWrite(IN2, LOW);

        digitalWrite(IN3, HIGH);

        digitalWrite(IN4, LOW);

        break;

      case 3:

        digitalWrite(IN1, LOW);

        digitalWrite(IN2, HIGH);

        digitalWrite(IN3, HIGH);

        digitalWrite(IN4, LOW);

        break;

      case 4:

        digitalWrite(IN1, LOW);

        digitalWrite(IN2, HIGH);

        digitalWrite(IN3, LOW);

        digitalWrite(IN4, LOW);

        break;

      case 5:

        digitalWrite(IN1, HIGH);

        digitalWrite(IN2, HIGH);

        digitalWrite(IN3, LOW);

        digitalWrite(IN4, LOW);

        break;

      case 6:

        digitalWrite(IN1, HIGH);

        digitalWrite(IN2, LOW);

        digitalWrite(IN3, LOW);

        digitalWrite(IN4, LOW);

        break;

      case 7:

        digitalWrite(IN1, HIGH);

        digitalWrite(IN2, LOW);

        digitalWrite(IN3, LOW);

        digitalWrite(IN4, HIGH);

        break;

      default:

        digitalWrite(IN1, LOW);

        digitalWrite(IN2, LOW);

        digitalWrite(IN3, LOW);

        digitalWrite(IN4, LOW);

        break;

    }

    SetDirection();

  }

}

void SetDirection() 

{

  if (Direction == 1) 

{

    Steps++;

}

  if (Direction == 0) 

{

    Steps--;

}

  if (Steps > 7) 

{

    Steps = 0;

}

  if (Steps < 0) 

{

    Steps = 7;

}

}

 

 

---

وسایل مورد نیاز

---