Сколько шаговых двигателей может контролировать одна плата Arduino. Какие существуют способы подключения множества шаговых двигателей к Arduino. Как увеличить количество управляемых двигателей с помощью дополнительных драйверов и плат.
Возможности Arduino по управлению шаговыми двигателями
Arduino является универсальной платформой для управления различными электронными компонентами, в том числе шаговыми двигателями. Однако возникает закономерный вопрос — сколько же шаговых двигателей можно подключить к одной плате Arduino?
Количество подключаемых шаговых двигателей зависит от нескольких факторов:
- Модели используемой платы Arduino
- Количества свободных цифровых и аналоговых пинов
- Типа применяемых драйверов двигателей
- Способа подключения (напрямую или через дополнительные модули расширения)
Рассмотрим основные варианты подключения множества шаговых двигателей к Arduino.
Подключение шаговых двигателей напрямую к Arduino
При прямом подключении шаговых двигателей к Arduino используются цифровые выходы платы. Для управления одним биполярным шаговым двигателем требуется 4 цифровых пина.
Таким образом, Arduino Uno с 14 цифровыми пинами теоретически может напрямую управлять максимум 3 шаговыми двигателями. Однако такой способ имеет существенные недостатки:
- Высокая нагрузка на выходы Arduino
- Низкая точность управления
- Сложность реализации микрошага
- Занятость большого количества пинов
Поэтому прямое подключение применяется редко и только для простых проектов с 1-2 маломощными двигателями.
Использование драйверов для управления шаговыми двигателями
Гораздо более эффективным является применение специализированных драйверов шаговых двигателей. Наиболее популярные модели:
- A4988
- DRV8825
- TMC2208
Драйверы позволяют управлять двигателем всего двумя сигналами от Arduino:
- STEP — импульсы для выполнения шагов
- DIR — направление вращения
Это существенно экономит пины Arduino. С использованием драйверов A4988 плата Arduino Uno может теоретически управлять до 7 шаговыми двигателями одновременно.
Расширение возможностей с помощью дополнительных плат
Для управления еще большим количеством шаговых двигателей применяются платы расширения и CNC шилды. Они позволяют подключить до 3-5 драйверов на одну плату Arduino.
Популярные варианты CNC шилдов:
- Arduino CNC Shield v3
- RAMPS 1.4/1.6
- GRBL Shield
С их помощью можно реализовать управление 3-5 осями ЧПУ станка или 3D-принтера на базе одной платы Arduino.
Каскадное соединение нескольких Arduino
Для проектов, требующих управления очень большим количеством шаговых двигателей, применяется каскадное соединение нескольких плат Arduino по шине I2C или SPI.
В такой конфигурации одна плата Arduino выступает мастером, а остальные — ведомыми. Мастер отправляет команды управления, а ведомые платы непосредственно управляют подключенными к ним двигателями через драйверы.
Этот метод позволяет теоретически управлять десятками шаговых двигателей в рамках одной системы.
Ограничения по току при подключении множества двигателей
При подключении большого количества шаговых двигателей важно учитывать ограничения по току. Arduino Uno может выдать максимум 500 мА через пин 5V. Этого может быть недостаточно для питания множества драйверов и двигателей.
Решения данной проблемы:
- Использование внешнего источника питания для двигателей
- Применение силовых ключей для коммутации питания драйверов
- Установка стабилизатора напряжения большей мощности
Правильный расчет энергопотребления системы критически важен для стабильной работы множества шаговых двигателей.
Программное управление несколькими шаговыми двигателями
Для программного управления множеством шаговых двигателей удобно использовать специализированные библиотеки:
- AccelStepper — позволяет управлять несколькими двигателями с ускорением
- MultiStepper — для синхронного управления группой двигателей
- StepperDriver — поддерживает различные драйверы двигателей
Эти библиотеки значительно упрощают написание кода для управления сложными системами с множеством осей.
Практические примеры использования нескольких шаговых двигателей
Рассмотрим несколько реальных проектов, в которых применяется управление множеством шаговых двигателей с помощью Arduino:
- 3D-принтер — 3-4 двигателя для перемещения по осям X, Y, Z и подачи пластика
- ЧПУ станок — от 3 до 5 двигателей для перемещения по осям и управления инструментом
- Роборука — 5-6 двигателей для управления звеньями манипулятора
- Мультиосевой телескоп — 2-3 двигателя для наведения и фокусировки
Во всех этих проектах Arduino успешно справляется с задачей координации работы нескольких шаговых двигателей.
Управление шаговым двигателем в категории «Техника и электроника»
ARDUINO CNC SHIELD A4988 управление мини ЧПУ, 3Д принтером шаговыми двигателями
На складе в г. Павлоград
Доставка по Украине
145 грн
Купить
Модуль для ручного управления шаговым двигателем, генератор импульсов
Доставка из г. Острог
226 грн
Купить
Модуль с экраном, для ручного управления шаговым двигателем, генератор импульсов
Доставка из г. Ровно
339 грн
Купить
Блок Управления Шаговыми Двигателями
Под заказ
Доставка по Украине
от 4 500 грн
Купить
Блок управления шаговым двигателем дозатора
Доставка по Украине
от 8 000 грн
Купить
Шаговый двигатель 28BYJ-48 управление 5V
На складе в г. Вознесенск
Доставка по Украине
43 грн
Купить
Модуль управления шаговым двигателем
Доставка из г.
Чернигов
269 грн
Купить
Модуль управления шаговым двигателем 3,0 A
Доставка из г. Чернигов
280 грн
Купить
Модуль Arduino ULN2003(драйвер) управления шаговым двигателем 28BYJ-48
На складе в г. Чернигов
Доставка по Украине
47 грн
52.22 грн
Купить
Драйвер управления шаговым двигателем
Доставка из г. Чернигов
107.50 грн
Купить
Плата управления шаговым двигателем для кофемашин WMF 8000S (33.2493.1000)
Доставка по Украине
6 100.88 грн
Купить
Микросхема L297/1 ИМС МК управление шаговым двигателем DIP20, Производитель: STM
Доставка из г. Киев
387 грн
Купить
L293D Arduino motor control shield — драйвер управления шаговым двигателем
Доставка из г. Запорожье
94 грн
Купить
Драйвер шагового двигателя YAKO YKC2608M-H
На складе
Доставка по Украине
2 300 грн
Купить
Драйвер шагового двигателя YAKO 2D68MH-DK
На складе
Доставка по Украине
2 400 грн
Купить
Смотрите также
Интерфейсная плата на 4 оси с портом USB BSMCE04U-PP для станка с ЧПУ, коммутационная плата управления Mach4
На складе в г.
Ровно
Доставка по Украине
978 грн
Купить
Шаговый сервопривод с энкодером (обратной связью) 86EBP145ALC-TKA + HBS86H, 8.5 Nm
На складе в г. Ровно
Доставка по Украине
5 083 грн
Купить
Контролер руху (генератор імпульсів) PG01-1A
На складе в г. Ровно
Доставка по Украине
802 грн
Купить
Контроллер (преобразователь сигналов) пульта управления ЧПУ PC20-AB
На складе в г. Ровно
Доставка по Украине
1 564 грн
Купить
Контролер (перетворювач сигналів) пульта керування ЧПУ PC20-AB-4X
На складе в г. Ровно
Доставка по Украине
1 760 грн
Купить
Модуль NE555 регулируемый генератор импульсов
На складе в г. Умань
Доставка по Украине
25 грн
Купить
Драйвер шагового двигателя 9-42В 4А TB67, TB6600 на TB67S109AFTG
На складе в г.
Ровно
Доставка по Украине
570 грн
Купить
Драйвер шагового двигателя M542, Leadshine
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
3 200 грн
Купить
Драйвер шагового двигателя M860, Leadshine
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
4 625.60 грн
Купить
Драйвер шагового двигателя EM705, Leadshine
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
4 625.60 грн
Купить
Драйвер шагового двигателя EM806, Leadshine
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
5 241.60 грн
Купить
Драйвер CS-D808 для шаговых моторов с обратной связью (с энкодером) , Leadshine
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
5 936 грн
Купить
Модуль NE555 регулируемый генератор импульсов
На складе в г.
Умань
Доставка по Украине
45 грн
Купить
Чпу контроллер 5 осей Mach 3
Доставка из г. Винница
1 200 грн
Купить
Управление биполярным шаговым двигателем без использования драйвера
Как-то раз мне захотелось поэксперементировать с шаговыми двигателями. С униполярным двигателем всё очень просто, достаточно полумоста на очень бюджетной микросхеме ULN2003 или ULN2803. А вот с биполярным двигателем всё гораздо сложнее. Он имеет минимум две обмотки, на каждом конце которых полярность питания должна меняться на противоположную. Кто-то скажет «зачем изобретать велосипед? Купи драйвер на L239 и радуйся жизни», может быть это и правильно, но мы же не ищем лёгких путей, да и что-нибудь спаять руки чешутся (а драйверы были куплены, просто они ещё ехали из Китая). Немного покопавшись в интернете, я заинтересовался такой штукой, как H-мост.
Данная схема может подавать на каждый конец обмотки и плюс и минус, в зависимости от того на затвор верхнего или нижнего транзистора плеча моста подать управляющее напряжение.
Так как у биполярного двигателя две обмотки, то нам понадобится два H-моста. Тогда для управления двумя мостами у нас получается восемь управляющих проводов (на затворы каждого транзистора). Это очень неудобно, потому что, во первых, нужно много проводов цеплять к управляющему микроконтроллеру, а во вторых, если подать управляющий сигнал одновременно на верхний и на нижний транзисторы одного плеча моста, то мы получим короткое замыкание и просто сожжём два транзистора. Поэтому я решил сделать одну хитрость: затворы нижних транзисторов каждого плеча (они у нас коммутируют минус к обмотке мотора) необходимо подключить через инвертор (в данном случае логический элемент «не»), а затворы верхних транзисторов — на вход того же инвертора. Таким образом мы получаем уже четыре управляющих сигнала (A, B, C ,D).
В итоге, если мы подаём на любую линию управления логическую единицу (ТТЛ), то у нас откроется верхний транзистор плеча, а на затвор нижнего пойдёт логический нуль и он будет закрыт.
А если подать на ту же линию логический нуль , то верхний транзистор будет закрыт, а на затвор нижнего будет подана логическая единица (с выхода инвертора), и конец обмотки будет подключён к минусу. С теорией покончено.
Теперь подключаем нашу схему к arduino (или просто микроконтроллеру): линии A,B,C,D — к любому свободному пину, так же же подключаем минус и плюс 5 вольт от платы контроллера. Сами мосты запитываем от отдельного блока питания (у меня был не стабилизированный на 15 вольт).
Осталось написать программу управления
Будем управлять двигателем в полушаговом режиме (8 шажков). В моей программе написаны три функции: forward — будет крутить двигатель в одну сторону, backward — в обратную, stope — остановка. Функции запускаются с помощью терминала путём отправки символов (f,b и s соответственно). Переменная dl служит для управления скоростью вращения двигателя. Так как программа выполняется по кругу, то двигатель вращается постоянно. По аналогии можно добавить подпрограммы для одного шага или нужного количества шагов.
Внешний вид готового устройства:
Как видно из фотографии, мосты собраны из разных транзисторов (в верхних плечах пары ceb703al и 76129s выпаянные из старых материнок, в нижних плечах irf640 и irf610), так как восемь одинаковых у меня просто не было. Тем не менее схема вполне работоспособна. Так же на фото заметна пара «соплей» — перемычек — как всегда ошибки при рисовании платы.
И в конце статьи — демонстрационное видео работы устройства.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | Микросхема | к1533лн1 | 1 | 74als04 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| R1-R8 | Резистор | 100Ом-1кОм | 1 | любой мощности | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| T1-T8 | Транзистор | IRF740 | 1 | IRF610, IRF630, IRF640, IRF730, | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Добавить все | ||||||
Скачать список элементов (PDF)
Теги:
- Шаговый двигатель
- Arduino
- Sprint-Layout
управление шаговым двигателем · Темы на GitHub · GitHub
Вот 77 публичных репозиториев соответствует этой теме.
..простой фокус / Ардуино-ВОК
Звезда 1,4клаурб9 / ШаговыйДрайвер
Звезда 475герцог / stepper_motor_controller
Звезда 32 кой-прог
/
RP2040_ШИМ
Звезда
31Филиппму / Марлин-Скумбрия
Звезда 29хорошая робототехника / Wi-Fiстеппер
Звезда 22sq7bti / iAccelStepper
Звезда 14mertwhocodes / mwc_stepper
Звезда 14эльдендис / ДендоСтеппер
Звезда 11AutoRoboКультура / arduino-jetson-нано-шаговый двигатель-интерфейс
Звезда 10JulNadeauCA / FabBSD
Спонсор Звезда 8Ракшитбк / GRBL-H-мост
Звезда 7кой-прог / ESP32_FastPWM
Звезда 6ftjuh / I2Cwrapper
Звезда 6кой-прог / AVR_PWM
Звезда 5Стивенкингстон / многоосевой шаговый двигатель
Звезда 6кой-прог / СТМ32_ШИМ
Звезда 4Яна-Мари / ВыдраСтепМини
OpenMYR / ESP32-Шаговый
Звезда 3кой-прог / MBED_RP2040_PWM
Звезда 3Улучшить эту страницу
Добавьте описание, изображение и ссылки на
шаговый двигатель-управление
страницу темы, чтобы разработчикам было легче узнать о ней.
Курировать эту тему
Добавьте эту тему в свой репозиторий
Чтобы связать ваш репозиторий с шаговый двигатель-управление тему, перейдите на целевую страницу репозитория и выберите «управление темами».
Узнать больше
Сколькими шаговыми двигателями может управлять Arduino
Arduino5 месяцев назад
от Kashif
Шаговые двигатели — это тип синхронных двигателей постоянного тока, в которых цикл вращения делится на несколько небольших шагов. Для них существует множество применений, начиная от 3D-принтеров и заканчивая станками с ЧПУ. Шаговые двигатели важны там, где требуется точность и аккуратность движущихся объектов. Используя Arduino, мы можем очень легко управлять движением шагового двигателя, что помогает в создании нескольких проектов робототехники, таких как роботы-люди.
Теперь давайте обсудим, сколько шаговых двигателей мы можем интегрировать с одной платой Arduino.
Шаговые двигатели с Arduino
Шаговые двигатели могут управляться с высокой степенью точности без какой-либо системы обратной связи. Эти двигатели могут разделить свой полный цикл вращения на несколько небольших дискретных шагов в соответствии с цифровым вводом, полученным от платы Arduino. Каждый цифровой импульс от Arduino может изменить движение шагового двигателя на количество шагов или долю полного цикла, обычно называемого
Как правило, шаговые двигатели делятся на две категории:
- Биполярный
- Однополярный
Разницу между этими двумя двигателями можно определить по количеству выходных проводов, которые они имеют. Униполярный шаговый двигатель поставляется с 4 проводами, и он наиболее часто используется, в то время как биполярные шаговые двигатели имеют выход 6 проводов.
Для управления этими шаговыми двигателями нам нужен внешний драйвер двигателя. Эти драйверы двигателя необходимы, потому что Arduino не может удерживать ток более 20 мА , и обычно шаговые двигатели потребляют гораздо больше тока. Еще проблема откат , шаговые двигатели имеют магнитные компоненты; они будут продолжать вырабатывать электричество даже при отключении питания, что может привести к отрицательному напряжению, достаточному для повреждения платы Arduino. Итак, вкратце драйверы двигателей необходимы для управления шаговыми двигателями. Одним из часто используемых драйверов двигателей является модуль A4988 .
На рисунке показано, как униполярный шаговый двигатель подключен к Arduino с помощью A49.Модуль драйвера двигателя 88:
Чтобы узнать больше о том, как мы можем подключить шаговый двигатель к Arduino, нажмите здесь.
Теперь мы перейдем к основной части, чтобы узнать, сколько шаговых двигателей может поддерживать Arduino.
Сколько шаговых двигателей может контролировать Arduino
Arduino может управлять любым количеством шаговых двигателей, все зависит от используемой платы и количества входных и выходных контактов, доступных на плате Arduino. Arduino Uno имеет в общей сложности 20 доступных контактов ввода-вывода, из которых 14 цифровых и 6 аналоговых контактов. Однако мы также можем использовать аналоговые контакты для управления шаговым двигателем с помощью драйвера двигателя.
При использовании модуля драйвера двигателя A4988 для управления одним шаговым двигателем требуется до двух контактов, что означает, что Arduino Uno может одновременно поддерживать до 10 шаговых двигателей. 10 двигателей также включают контакты Tx и Rx на плате Arduino, помните, что при использовании этих контактов мы больше не можем загружать или отлаживать скетчи Arduino. Чтобы избежать этого, коммуникационные контакты должны оставаться свободными, чтобы последовательная передача данных могла быть возможна в любое время.
Несколько шаговых двигателей с использованием внешнего драйвера двигателя
Один Arduino может управлять несколькими шаговыми двигателями. Все зависит от того, какой модуль драйвера двигателя мы используем с Arduino. Выводы Arduino играют важную роль в управлении несколькими шаговыми двигателями.
Как упоминалось ранее, если мы используем модуль драйвера двигателя A4988 с Arduino Uno, он может управлять до 10 двигателями. Эти 10 шаговых двигателей также имеют подключение к последовательным контактам Tx и Rx. Пока эти два вывода используются, Arduino больше не может осуществлять последовательную связь.
Драйвер двигателя A4988 занимает только два контакта STEP и DIR. Этих выводов достаточно, чтобы легко управлять одним шаговым двигателем. Если мы подключаем к Arduino несколько степперов, то для каждого из них требуется отдельный модуль драйвера двигателя.
На схеме ниже мы подключили 9 шаговых двигателей с помощью модуля A4988. Все они берут два контакта управления от Arduino.
Использование отдельного модуля драйвера двигателя имеет несколько преимуществ:
- Драйвер двигателя может самостоятельно управлять логикой шага, что освобождает Arduino для выполнения другой задачи.
- Уменьшение общего количества соединений, что приводит к управлению большим количеством двигателей по одному Драйвер двигателя
- позволяет пользователям управлять двигателями без какого-либо микроконтроллера, используя одну прямоугольную волну.
Несколько шаговых двигателей с использованием протоколов I2C между двумя Arduino
Другой способ управления несколькими шаговыми двигателями — подключение нескольких плат Arduino с использованием протоколов связи I2C. I2C имеет преимущество конфигурации Master-Slave , которая позволяет одному устройству управлять многими без необходимости использования внешних периферийных устройств и проводов. Используя I2C, мы можем увеличить количество плат Arduino, что приведет к увеличению количества контактов.
Все эти контакты могут очень легко управлять шаговыми двигателями.
На приведенной ниже диаграмме показано, как подключены устройства Master-Slave, и с помощью ограничения количества проводов мы можем управлять несколькими шаговыми двигателями.
Две платы Arduino можно соединить с помощью контактов SDA и SCL , которые находятся на аналоговых контактах A4 и A5 соответственно. Таким образом, две платы Arduino соединяются в конфигурации Master-Slave. Теперь каждая из этих плат Arduino может поддерживать 8 шаговых двигателей, исключая две пары проводов, одну для последовательной связи и одну, которую мы только что использовали для связи I2C.
| Аналоговый контакт Arduino | Контакт I2C |
| А4 | ПДД |
| А5 | СКЛ |
Заключение
Шаговые двигатели играют жизненно важную роль в разработке проектов робототехники.
