步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)報告

1、Arduino步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)報告步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機(jī)，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，應(yīng)用極為廣泛。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?） 了解步進(jìn)電動機(jī)工作原理。（2） 熟悉步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器使用方法。（3） 掌握步進(jìn)電

2、動機(jī)轉(zhuǎn)向控制編程。實(shí)驗(yàn)要求：（1）簡要說明步進(jìn)電動機(jī)工作原理。（2）熟記步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的使用方法。（3）完成步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向控制編程與實(shí)現(xiàn)。（4）提交經(jīng)調(diào)試通過的程序一份并附實(shí)驗(yàn)報告一份。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：1. ArduinoUNOR3開發(fā)板Arduino是一塊基于開放原始代碼的Simplei/o平臺，并且具有開發(fā)語言和開發(fā)環(huán)境都很簡單、易理解的特點(diǎn)。讓您可以快速使用Arduino做出有趣的東西。它是一個能夠用來感應(yīng)和控制現(xiàn)實(shí)物理世界的一套工具。它由一個基于單片機(jī)并且開放源碼的硬件平臺，和一套為Arduino板編寫程序的開發(fā)環(huán)境組成。Arduino可以用來開發(fā)交互產(chǎn)品，比如它可以讀取大量的開關(guān)和傳感

3、器信號，并且可以控制各式各樣的電燈、電機(jī)和其他物理設(shè)備。Arduino項(xiàng)目可以是單獨(dú)的，也可以在運(yùn)行時和你電腦中運(yùn)行的程序（例如：Flash，Processing，MaxMSP）進(jìn)行通訊。2. ULN2003芯片ULN2003 是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個硅NPN 復(fù)合晶體管組成。可以用來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。因本次使用的步進(jìn)電機(jī)功率很小，所以可以直接使用一個ULN2003芯片進(jìn)行驅(qū)動，如果是大功率的步進(jìn)電機(jī)，是需要對應(yīng)的驅(qū)動板的。3. 五線四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而

4、不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。注意圖中5條線的顏色：藍(lán)、粉、黃、橙、紅，這個順序很重要。4. 電位器電位器是具有三個引出端、阻值可按某種變化規(guī)律調(diào)節(jié)的電阻元件。電位器通常由電阻體和可移動的電刷組成。當(dāng)電刷沿電阻體移動時，在輸出端即獲得與位移量成一定關(guān)系的電阻值或電壓。實(shí)驗(yàn)原理：通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量

5、磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。工業(yè)使用的步進(jìn)電機(jī)與本次實(shí)驗(yàn)使用的不同，下面圖式兩種不同款式的工業(yè)用步進(jìn)電機(jī)：使用步進(jìn)電機(jī)前一定要仔細(xì)查看說明書，確認(rèn)是四相還是兩相，各個線怎樣連接，本次實(shí)驗(yàn)使用的步進(jìn)電機(jī)是四相的，不同顏色的線定義如下圖：下面是電機(jī)的端口結(jié)構(gòu)圖，1,3為一組，2,4為

6、一組，5號是共用的VCC。ULN2003結(jié)構(gòu)圖如下：硬件連接圖如下：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需材料。2.把Arduino、步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動器、可調(diào)電源連接好。3.編寫控制程序。4.把下載線連接到電腦上進(jìn)行下載。5.試驗(yàn)完成后整理好自己的材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：實(shí)驗(yàn)整體結(jié)果圖如下：可以觀察到當(dāng)轉(zhuǎn)動電位器時，步進(jìn)電機(jī)會隨著轉(zhuǎn)動。當(dāng)電位器停止轉(zhuǎn)動時，步進(jìn)電機(jī)也隨之停止轉(zhuǎn)動。并且二者轉(zhuǎn)動的方向一致。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進(jìn)角）。你可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目

7、的；同時你也可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。在本實(shí)驗(yàn)中轉(zhuǎn)動電位器就相當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)加了一個脈沖信號。實(shí)驗(yàn)小結(jié)：通過此次的Arduino實(shí)驗(yàn)我們了解到步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時供電的，多相時序控制器。本實(shí)驗(yàn)中由電位器的旋轉(zhuǎn)變化來控制其步進(jìn)電機(jī)的電壓變化，讓其得到相應(yīng)的脈沖信號來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動。同時還可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。同時通過查閱資料我們也知道了如今雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)

8、用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。在這次實(shí)驗(yàn)過后不僅鍛煉了我們的動手能力，同時實(shí)驗(yàn)的成功也為我們即將走上工作崗位增加了信心。最后感謝老師能給我們這一次好的鍛煉機(jī)會。實(shí)驗(yàn)所用程序：/* * 步進(jìn)電機(jī)跟隨電位器旋轉(zhuǎn) * (或者其他傳感器)使用0號模擬口輸入 * 使用arduino IDE自帶的Stepper.h庫文件 */#include / 這里設(shè)置步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈是多少步#define STEPS 100/ attached to設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)和引腳Stepper stepper(STEPS, 8, 9, 10, 11);/ 定義變量用來存儲歷史讀數(shù)int previous = 0;void setup() / 設(shè)置電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速為90步 stepper.setSpeed