步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、Arduino 步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)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(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的； 同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?：（1）了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理。（2）熟悉步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用方法。（3）掌握步

2、進(jìn)電動(dòng)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(dòng)機(jī)工作原理。（2）熟記步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使用方法。（3）完成步進(jìn)電動(dòng)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(bào)告一份。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：1. Arduino UNO R3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(gè)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(gè)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

3、讀取大量的開關(guān)和傳感器信號，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(shí)和你電腦中運(yùn)行的程序（例如：Flash ， Processing ，MaxMSP）進(jìn)行通訊。12.ULN2003 芯片ULN2003 是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個(gè)硅NPN 復(fù)合晶體管組成?？梢杂脕眚?qū)動(dòng)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(gè)ULN2003芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如果是大功率的步進(jìn)電機(jī)，是需要對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)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

4、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(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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。 可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的2目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)順序很重要。4. 電位器電位器是具有三個(gè)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(dòng)的電刷組成。 當(dāng)電刷沿電阻體移動(dòng)時(shí)， 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

5、轉(zhuǎn)子為永磁體， 當(dāng)電流流過定子繞組時(shí)， 定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動(dòng)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(gè)角度。 轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個(gè)角度。 每輸入3一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。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(gè)線怎樣連接，本次實(shí)驗(yàn)使用的步進(jìn)電機(jī)是四相

6、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 為一組， 5 號是共用的 VCC。4ULN2003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(dòng)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：5可以觀察到當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)電位器時(shí)，步進(jìn)電機(jī)會隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電位器停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)也隨之停止轉(zhuǎn)動(dòng)。并且二者轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號， 它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)

7、電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角） 。你可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)你也可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)電位器就相當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)加了一個(gè)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(shí)供電的， 多相時(shí)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(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)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(dòng)。 同時(shí)還可以

8、通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。同時(shí)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)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(dòng)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(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)6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(gè)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(dòng)手能力，同時(shí)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 <Stepper.h>/ 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