NEMA 17 и Arduino – схема подключения и программа для управления с помощью драйвера A4988

В данном примере подключим шаговый двигатель 17HS4401 к драйверу TB6600. В результате вал двигателя будет совершать цикл в 6400 шагов в одну сторону, затем в обратную.

Выбор драйвера для управления Nema 17
Обзор драйвера A4988
Внешний/внутренний вид:
Подключение Nema 17 через A4988
Первая проблема
Вторая проблема
Система охлаждения — радиатор
Шаговый двигатель сильно вибрирует
Двигатель старый/новый:
Различия между драйверами двигателя DRV8825 и A4988
Ограничение тока
Способ 1:
Способ 2:
Как управлять шаговым двигателем через Arduino: схема подключения
Программа для Arduino
Программа для 3D проектирования
Скетчи для управления шаговым двигателем
Часто задаваемые вопросы FAQ
Настройка микрошага A4988
Видео, демонстрирующее работу схемы

Выбор драйвера для управления Nema 17

Google подсказал, что для оживления Nema 17 можно использовать драйвер A4988 от Poulou (даташит).

Кроме того, есть вариант использования микросхем L293D. Но A4988 считается более подходящим вариантом, так что на нем и остановились во избежание потенциальных проблем.

Как уже упоминалось выше, использовались двигатель и драйвер, заказанные из Китая. Ссылки ниже.

Ссылки для заказа необходимого оборудования из Китая

КУПИТЬ Nema 17 с доставкой из Китая;
КУПИТЬ драйвер шагового двигателя A4988 с доставкой из Китая;

Обзор драйвера A4988

Шаговые двигатели представляют собой электромеханические устройства, задачей которых является преобразование электрических импульсов в перемещение вала двигателя на определенный угол. Достоинствами шаговых двигателей по сравнению с простыми являются:

Высокая точность позиционирования и повторяемости — качественные ШД имеют точность не хуже 2,5 % от величины шага, при этом данная ошибка не накапливается при последующих шагах;
Шаговый двигатель может быстро стартовать, останавливаться и выполнять реверс;
Четкая взаимосвязь угла поворота ротора от количества входных импульсов (в штатных режимах работы) позволяет выполнять позиционирование без применения обратной связи;
Шаговые двигатели обеспечивают получение сверхнизких скоростей вращения вала без использования редуктора;
Шаговые двигатели работают в широком диапазоне скоростей, поскольку. скорость напрямую зависит от количества входных импульсов.

Шаговые двигатели применяются там, где требуется высокая точность перемещений. Примеры использования – принтеры, факсы и копировальные машины, станки с ЧПУ, 3D-принтеры. Для управления шаговыми двигателями используют специальные устройства – драйверы шаговых двигателей. Популярный драйвер шагового двигателя А4988 (рис. 1) работает от напряжения 8 – 35 В и может обеспечить ток до 1 А на фазу без радиатора (и до 2 A с радиатором). Модуль A4988 имеет защиту от перегрузки и перегрева. Одним из параметров шаговых двигателей является количество шагов на один оборот 360°. Например, для шаговых двигателей Nema17 это 200 шагов на оборот, т.е 1 шаг равен 1.8°. Драйвер A4988 позволяет увеличить это значение за счёт возможности управления промежуточными шагами и имеет пять режимов микрошага (1(полный), 1/2, 1/4, 1/8 и 1/16).

Рисунок 1. Драйвер биполярных двигателей A4988

Внешний/внутренний вид:

Этот двигатель координатно от других шаговых двигателей типа nemo 17 ничем не отличается.

На фотографии виден конструктивный просчет в виде отверстия для проводов, через которое может попасть грязь внутрь двигателя. Это не критично, я закрыл отверстие с помощью изоленты.

Читать еще: Что такое объем двигателя расчет

Двигатель подачи был временно закреплен на стяжки)

При скорости 100% двигатель нагревался до:

при скорости 200%:

Во избежании перегрева (пока доставлялся новый двигатель) временно установил два кулера:

Подключение Nema 17 через A4988

Подключение было реализовано на основании этой темы на Arduino форуме. Рисунок приведен ниже.

Собственно, данная схема присутствует практически на каждом блоге-сайте, посвященном Arduino. Плата была запитана от 12 вольтового источника питания. Но двигатель не вращался. Проверили все соединения, еще раз проверили и еще раз…

Первая проблема

Наш 12 вольтовый адаптер не выдавал достаточной силы тока. В результате адаптер был заменен на 8 батареек АА. И двигатель начал вращаться! Что ж, тогда захотелось перескочить с макетной платы на прямое подключение. И тут возникла

Вторая проблема

Когда все было распаяно, двигатель опять перестал двигаться. Почему? Не понятно до сих пор. Пришлось вернуться к макетной плате. И вот тут возникла вторая проблема. Стоит предварительно было посидеть на форумах или внимательно почитать даташит. Нельзя подключать-отключать двигатель когда на контроллер подано питание! В результате контроллер A4988 благополучно сгорел.

Эта проблема была решена покупкой нового драйвера на eBay. Теперь, уже с учетом накопленного грустного опыта, Nema 17 был подключен к A4988и запущен, но…

Система охлаждения — радиатор

Чрезмерное рассеивание мощности микросхемы драйвера A4988 приводит к повышению температуры, которая может выйти за пределы возможностей микросхемы, что, вероятно, приведет к ее повреждению.

Даже если микросхема драйвера A4988 имеет максимальный номинальный ток 2 А на катушку, микросхема может подавать только около 1 А на катушку без перегрева.

Для достижения более 1 А на катушку требуется радиатор или другой метод охлаждения.

Драйвер A4988 обычно поставляется с радиатором. Желательно установить его перед использованием драйвера.

Шаговый двигатель сильно вибрирует

Во время вращения ротора двигатель сильно вибрировал. О плавном движении не было и речи. Гугл вновь в помощь. Первая мысль – неправильное подключение обмоток. Ознакомление с даташитом шагового двигателя и несколько форумов убедили, что проблема не в этом. При неправильном подключении обмоток двигатель просто не будет работать. Решение проблемы крылось в скетче.

Двигатель старый/новый:

Новый двигатель выглядит надежнее:

Замеры показали, что температура уменьшилась практически в два раза:

на скорость 100%:

на скорость 200%:

Все замеры производились спустя 30 минут, после начала

Мои двигатели работают от 12 вольт, на

есть информация о переделки RAMPS на 24 вольтовою систему, благодаря, которой двигатели меньше греются, пока времени на переделку нет, но в планах есть.

Различия между драйверами двигателя DRV8825 и A4988

Оба этих драйвера двигателя предназначены для управления шаговым двигателем Nema 17, имеют похожую распиновку и области применения, но они отличаются в количестве микрошагов, рабочем напряжении и т.д. Ниже приведены следующие ключевые отличия этих модулей драйвера двигателя:

модуль DRV8825 поддерживает 6 режимов шага, а модуль A4988 – только 5. Большее число этих режимов означает более равномерное и тихое функционирование шагового двигателя;
минимальная длительность шага для DRV8825 составляет 1.9 мкс, а для A4988 – 1 мкс;
без дополнительного охлаждения DRV8825 обеспечивает немного больший ток чем A4988;
местоположение потенциометра, регулирующего лимит тока, в обоих модулях различно;
DRV8825 может быть использован при более высоком напряжении питания;
на контакте спящего режима (SLEEP pin) в DRV8825 по умолчанию не установлен режим с подтягивающим резистором как это сделано в A4988;
вместо контакта напряжения питания DRV8825 имеет выходной контакт.

Читать еще: Гольф 4 характеристика дизельных двигателей

Ограничение тока

Перед использованием драйвера нам нужно сделать небольшую настройку. Нам нужно ограничить максимальный ток, протекающий через катушки шагового двигателя, и предотвратить превышение номинального тока двигателя.

На драйвере A4988 есть небольшой потенциометр, который можно использовать для установки ограничения тока. Вы должны установить ограничение по току равным или ниже номинального тока двигателя.

Для этого есть два метода:

Способ 1:

В данном случае мы собираемся установить ограничение тока путем измерения напряжения (Vref) на выводе «ref».

Взгляните на техническое описание вашего шагового двигателя. Запишите его номинальный ток. В нашем случае мы используем NEMA 17 200 шагов/об, 12 В 350 мА.
Переведите драйвер в полношаговый режим, оставив три контакта выбора микрошага отключенными.
Удерживайте двигатель в фиксированном положении, не синхронизируя вход STEP.
Во время регулировки измерьте напряжение Vref (один щуп мультиметра на минус питания, а другой к металлическому корпусу потенциометра).
Отрегулируйте напряжение Vref по формуле:

ограничение тока = Vref x 2,5

Например, если ваш двигатель рассчитан на 350mA, вы должны установить опорное напряжение 0,14В.

Способ 2:

В данном случае мы собираемся установить ограничение тока, измеряя ток, протекающий через катушку двигателя.

Взгляните на техническое описание вашего шагового двигателя. Запишите его номинальный ток. В нашем случае мы используем NEMA 17 200 шагов / оборот, 12 В 350 мА.
Переведите драйвер в полношаговый режим, оставив три контакта выбора микрошага отключенными.
Удерживайте двигатель в фиксированном положении, не синхронизируя вход STEP. Не оставляйте вход STEP висящим в воздухе, подключите его к источнику питания логики (5 В)
Подключите амперметр последовательно с одной из катушек шагового двигателя и измерьте фактический ток.
Возьмите небольшую отвертку и отрегулируйте потенциометр ограничения тока, пока не установите номинальный ток шагового двигателя.

Как управлять шаговым двигателем через Arduino: схема подключения

Шаговый двигатель — один из основных компонентов роботехники, ЧПУ-станко, 3D-принетеров и других автоматических систем. В этой статье рассмотрим что это такое, как его подключить и как управлять шаговым двигателем с помощью Arduino.

На производстве и в быту при автоматической работе каких-либо механизмов часто требуется точное позиционирование рабочего органа или оснастки. Для этого могут использоваться серво приводы и шаговые двигатели. Эти два вида электропривода значительно отличаются, как по конструкции, так и по особенности работы и управления. В этой статье мы затронем тему работы с шаговыми двигателями с помощью Arduino и модуля для управления электродвигателями на базе ИМС ULN2003.

Программа для Arduino

Оказалось, что есть замечательная библиотека для шаговых двигателей, написанная ребятами из Adafruit. Используем библиотеку AcclStepper и шаговый двигатель начинает работать плавно, без чрезмерных вибраций.

Как подключить DRV8825 к arduino?

Описание драйвера, характеристики

DRV8825 — Это драйвер шагового двигателя, с током до 2.2А и возможностью делить шаги микрошагом вплоть до 1/32. Драйвер пользуется популярностью из-за того, что рассчитан на хороший ток, хорошо делит шаги и его можно легко установить в в плату RAMPS 1.4.

Питание: от 8.2в — 45в

Читать еще: Что такое безроторный двигатель

Микрошаг: 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32

Ток: без радиатора до 1.5А на обмотку и 2.2А с радиатором

Защита: От перегрева, от перегрузки по току

Размеры: 20 х 15 х 10 мм

Как настроить микрошаг на DRV8825

Микрошаг, на этом драйвере, выбирается путем подачи нужных напряжений на пины M0, M1, M2. Ниже я приведу таблицу напряжений для разного деления шага. На пинах должен получаться либо высокий либо низкий уровень напряжения, в частности, можно брать напряжение пинов Arduino 5v и все будет работать как надо.

Выбор большего деления шага, дает возможность увеличить разрешение движения, но точность от этого немного страдает, а так же сильно уменьшается момент двигателя.

Подключение драйвера шагового двигателя к arduino

У каждого радиолюбителя возникает тот момент, когда ему необходимо подключить к своему микроконтроллеру шаговый двигатель. Конечно, скажете вы, в «Интернетах» есть куча схем, готовых библиотек и все уже разжевано давным давно. Однако, когда я решил подключить к своей arduino nano драйвер DRV8825 и полез в интернет за схемкой, то обнаружил, что схем несколько. Если быть точным я нашел их 2.

Посмотрев несколько статей, устройств, схем, я пришел к выводу, что вторя схема правильная (нет) и растравил плату. Собрав ее, долго думал почему на двигатель не поступает питание. Я менял драйвера как перчатки, но после 4 штук подумал, что дело не может быть в драйверах. Решил подать питание так как показано на первой схеме. И о чудо! Оно живое!

Возможно, только у меня такие драйвера ( или кривые руки ), однако запустилась только первая схема, которую я теперь постоянно и использую.

Возможные проблемы при подключении DRV8825 к Arduino или другому микроконтроллеру.

Используется не правильная схема подключения.
Не правильно настроен ток для двигателя, иногда он выкручен на минимум по умолчанию и поэтому двигатель может не работать. Далее мы это разберем.
Не правильная программа (скетч).
Пины которые вы используете не подходят для программы и не могут выдавать сигнал. Например на Arduino nano пины A6,A7 вообще не могут выдавать сигнал, поэтому проверяйте пины вашего контроллера на совместимость.

Подключение DRV8825 к плате RAMPS 1.4

На фото показано каким образом необходимо ставить драйвера на плате. Перемычки микрошага находятся под самими драйверами и подписаны M0, M1, M2 (иногда ms0, ms1, ms2).

Как настроить ток на шаговом двигателе.

У каждого двигателя свой ток работы. Для того, что-бы он правильно работал, необходимо правильно ограничить ток на плате драйвера. Для этого на платах есть потенциометр.

Для начала нужно рассчитать VRef, делается это очень просто.

Current Limit = Vref * 2

Vref = Current Limit / 2

Например для шагового двигателя 17HS4401: Vref = 1,7 / 2 = 0,85В

Что-бы двигатель не перегревался часто Vref снижают.

Ставим щупы мультиметра так, как показано на картинке выше, меряем, что у нас там и крутим в ту или иную сторону для достижения нужного результата. Двигатель в этот момент будет менять свой звук работы.

Отлично! Ток настроен, а драйвер правильно подключен!

Скетч для проверки драйвера шагового двигателя

Кстати купить данный драйвер можно на Aliexpress:

Так же вы можете прочитать про подключение и настройку популярного драйвера a4988 по ссылке.