Добрый день, уважаемые коллеги,

Хотелось бы предложить вашему вниманию наш опыт написания кода для драйвера шагового двигателя типа SMD и SMD-mini отечественного производства.

Это руководство ни в коем случае не является единственно верным мнением, но вполне работоспособно и эффективно. Руководство и сам код написаны "на коленке" в 2016 году и с тех пор не подвергалось редактированию.

Будем рады вашей обратной связи.

Общая информация:

Данное руководство предназначено для пользователей имеющих общее представление о программных циклах и алгоритмах в языках высокого уровня.

Данное пособие включает в себя основные принципы и примеры взаимодействия контроллерной платы Arduino и драйверов шагового двигателя SMD, производства НПФ «Электропривод».

Используемые устройства:

1. Arduino UNO R3 – контроллер;

2. Arduino IDE - среда разработки;

3. SMD2.8mini - драйвер шагового двигателя;

4. FL57STH76-2804А – шаговый двигатель;

5. Источник питания 250Вт, 24В;

6. Текстовый экран 16×2;

7. Плата интегрирования текстового экрана в интерфейс I2C;

8. Тактовая кнопка на блок;

9. Светодиодный индикатор на блок.

Установка Arduino IDE:

1. Для того, что бы скачать Arduino IDE - необходимо зайти на официальный сайт arduino.cc, в разделе Download скачать актуальную версию программы под свою ОС.

2. Установить программу на компьютер.

Краткий принцип работы в Arduino IDE:

После запуска Arduino IDE в открытом окне (рис.1) появится шаблонный код в котором прописано 2 раздела: setup и loop.

В разделе void setup ( ) внутри фигурных скобок прописываются параметры выводов (настройка на считывание или выведение информации), различные формулы и по необходимости установочное состояние выводов контроллера.

В разделе void loop ( ) в фигурных скобках находится весь бесконечный цикл программы управления двигателем.

Над разделом void setup ( ) прописывают глобальные переменные, подключают библиотеки, объявляют директивы, а так же присваивают переменные (имена) выводам контроллера.

С более подробной информацией о программировании в данной среде можно найти на официальном русскоязычном сайте arduino.ru

Принцип подключения устройств к Arduino UNO приведен на рис.2. Более подробные схемы и описания находятся в соответствующих разделах данного руководства.

1. Подключение SMD к Arduino UNO:

Для подключения драйвера SMD любых конфигураций к контроллеру Arduino UNO используется всего 2 сигнальных вывода STEP + и DIR +. Выводы STEP - и DIR – объединяются между собой и подключаются к «общему проводу» рис.3.

При этом направление вращения определяется уровнем сигнала DIR+.

По переднему фронту сигнала «STEP+» вал делает один шаг соответствующий дроблению установленному на драйвере.

В представленной НПФ «Электропривод» программе реализована возможность подключения одновременно трех ШД. Фактически двигателей может быть подключено до шести. В программе Arduino-SMD номера выводов трех ШД определены как:

int stepPin_1 = 2;//шаг по оси Х

int dirPin_1 = 3;//направление по оси Х

int stepPin_2 = 4;//шаг по оси Y

int dirPin_2 = 5;//направление по оси Y

int stepPin_3 = 6;//шаг по оси Z

int dirPin_3 = 7;//направление по оси Z

При этом цифра после знака «=» означает номер цифрового вывода контроллера.

Простейшая программа управления ШД будет выглядеть примерно так:

int stepPin_1 = 2;//шаг по оси Х

int dirPin_1 = 3;//направление по оси Х

int Del; // переменная длительности импульса STEP

int zaderzhka;//переменная определяющая скорость вращения ШД

void setup()

{

pinMode(stepPin_1, OUTPUT);//настройка вывода на выход

pinMode(dirPin_1, OUTPUT);//настройка вывода на выход

Del = 5;// значение переменной равно 5мкс

zaderzhka = 50;// значение переменной равно 50мкс

digitalWrite(dirPin_1, HIGH);// направление вращения

}

void loop()

{

digitalWrite(stepPin_1, HIGH);

delayMicroseconds(Del);

digitalWrite(stepPin_1, LOW);

delayMicroseconds(zaderzhka);

}

По данной программе ШД будет непрерывно вращаться со скоростью порядка 350-400об/мин при дроблении 1/16. Для изменения направления вращения понадобится в разделе SETUP изменить digitalWrite(dirPin_1, HIGH); на digitalWrite(dirPin_1, LOW);

Таким образом, добавив в глобальном разделе переменные с привязкой к цифровым выводам мы имеем возможность управления сразу несколькими двигателям, а манипулируя значением переменной zaderzhka – можно изменять скорость вращения.

Добавив всевозможные циклы и поместив в них строки формирования управляющих импульсов – можно добиться перемещения вала на заданное число градусов.

2. Подключение и принцип работы с кнопкой

Тактовая кнопка — простой, всем известный механизм, замыкающий цепь пока есть давление на толкатель. Специфика работы с кнопкой обусловлена неизбежным дребезгом контактов, возникающим между подвижными частями в момент замыкания или размыкания кнопки. Как правило, дребезг контактов длится порядка 50мкс, за это время контроллер может принять дребезг за сотни отдельных сигналов с разной длительностью(рис.4)

Для подавления дребезга существует много различных способов, как аппаратных, так и программных. Один из способов аппаратного подавления дребезга изображен на рис.5. Данным включением резистора мы не избавляемся полностью от дребезга, но снижаем его действие, а так же избавляемся от паразитных сигналов, которые могут появляться, если дотронуться до соединительных проводников.

Для запуска исполнения определенного числа шагов по нажатию кнопки можно использовать следующую программу:

int buttonPin = 8;// кнопка на 8 выводе

int stepPin_1 = 2;//шаг по оси Х

int dirPin_1 = 3;//направление по оси Х

int Del; // переменная длительности импульса STEP

int zaderzhka;//переменная определяющая скорость вращения ШД

void setup()

{

pinMode(stepPin_1, OUTPUT);//настройка вывода на выход

pinMode(dirPin_1, OUTPUT);//настройка вывода на выход

Del = 5;// значение переменной равно 5

zaderzhka = 50;// значение переменной равно 50

}

void loop()

{

digitalWrite(dirPin_1, HIGH);// направление вращения

if (digitalRead(buttonPin) == HIGH)

{

for(int i=0; i < 32000; i++)

{

digitalWrite(stepPin_1, HIGH);

delayMicroseconds(Del);

digitalWrite(stepPin_1, LOW);

delayMicroseconds(zaderzhka);

}

}

delay(200);

}

В данной программе – каждые 200мс опрашивается состояние кнопки (buttonPin). Если оно равно «HIGH», то выполняется программа, по которой двигатель отрабатывает 32000 шагов со скоростью примерно 400об/мин, или 10 полных оборотов при дроблении 1/16.

Стандартный шаг двигателя равен 1,8°. Рассчитать число шагов для отработки необходимого кол-ва оборотов достаточно просто. Для этого дробление шага умножаем на число шагов при полно-шаговом режиме и умножаем на число оборотов.

Число шагов = 16*200*10

В приведенном выше примере указан расчет числа шагов для 10 полных оборотов при дроблении 1/16.

В бесконечном цикле в строке:

digitalWrite(dirPin_1, HIGH);

изменяя HIGH на LOW – меняем направление вращения двигателя.

3. Подключение и принцип работы с ЖК экраном 1202 I2C и прочей визуальной индикацией.

3.1 Индикация с применением светодиода

В случае, если есть необходимость каким-либо образом визуализировать текущее положение вала ШД – можно применить, к примеру, светодиод, который будет светиться по достижению валом необходимого положения.

Для этого нужно в «глобальном разделе» создать еще одну переменную с привязкой к цифровому выводу. Затем в «разделе установок» настроить его на вывод информации. Ну и собственно в «бесконечном цикле» в нужных местах вписать строки включения диода, либо выключения.

Код такой программы будет выглядеть примерно так:

int ledPinG = 0;//светодиод на 0 выводе

int buttonPin = 8;//кнопка на 8 выводе

int stepPin_1 = 2;//шаг по оси Х

int dirPin_1 = 3;//направление по оси Х

int Del; // переменная длительности импульса STEP

int zaderzhka;//переменная определяющая скорость вращения ШД

void setup()

{

pinMode(ledPinG, OUTPUT);

pinMode(stepPin_1, OUTPUT);//настройка вывода на выход

pinMode(dirPin_1, OUTPUT);//настройка вывода на выход

Del = 5;// значение переменной равно 5

zaderzhka = 50;// значение переменной равно 50

}

void loop()

{

if (digitalRead(buttonPin) == HIGH)

{

digitalWrite(ledPinG, HIGH);//вкл

for(int i=0; i < 32000; i++)

{

digitalWrite(stepPin_1, HIGH);

delayMicroseconds(Del);

digitalWrite(stepPin_1, LOW);

delayMicroseconds(zaderzhka);

}

digitalWrite(ledPinG, LOW);//выкл

}

delay(200);

}

В данном коде светодиод подключен к 0 выводу контроллерной платы, кнопка запуска вращения ШД подключена к 8 выводу. По нажатию кнопки загорается светодиод, двигатель делает 10 полных оборотов со скоростью порядка 400об/мин (при дроблении шага 1/16), после этого светодиод гаснет, а двигатель останавливается.

Схема подключения светодиода в приведенном выше примере изображении на рис.6.

3.2 Индикация с применением символьного ЖК экрана1602 I2C

Более функциональным, а иной раз и более удобным средством индикации может служить символьный ЖК экран. Специфика его использования такова, что используя строчный встроенный интерфейс сопряжения с контроллером мы займем большую часть цифровых выводов контроллера, что не удобно в случае управления несколькими ШД или используя несколько кнопок управления. Поэтому данный способ работы с экраном в данном руководстве не рассматривается.

Для экономии числа цифровых пинов в устройстве целесообразней применить дополнительный адаптер-интерфейс I2C. В таком случае будет задействовано всего два аналоговых входа A5-SCL, A4-SDA и выводы питания, а цифровые пины для работы с экраном не используются вообще.

После включения питания экрана – производится настройка яркости изображения путем поворота движка потенциометра на I2C интерфейсе. Затем из общего архива необходимо переместить в папку с библиотеками arduino папки «Wire.h» и «LiquidCrystal_I2C.h».После открытия основного окна arduino IDE, в «глобальном разделе» прописываем привязку этих библиотек:

#include <Wire.h>

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);

В разделе «установок», как правило, пишут код приветствия или основные инструкции перед основной работой в бесконечном цикле. Затем в основном цикле по мере необходимости пишут код, по которому на экране будет отображаться информация. В случае примера это количество отработанных шагов, отображаемая после каждого цикла в 10 оборотов.

#include <Wire.h>//библиотека экрана

#include <LiquidCrystal_I2C.h>//библиотека управления экраном по I2C

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);//назначение адреса экрана

int ledPinG = 0;

int buttonPin = 8;//кнопка

int stepPin_1 = 2;//шаг по оси Х

int dirPin_1 = 3;//направление по оси Х

int Del; // переменная длительности импульса STEP

int zaderzhka;//переменная определяющая скорость вращения ШД

long x = 0;//переменная отображения кол-ва оборотов оси х

void setup()

{

pinMode(ledPinG, OUTPUT);

pinMode(stepPin_1, OUTPUT);//настройка вывода на выход

pinMode(dirPin_1, OUTPUT);//настройка вывода на выход

Del = 5;// значение переменной равно 5

zaderzhka = 50;// значение переменной равно 50

lcd.begin();//инициализация вывода информации на дисплее

lcd.backlight();//инициализация вывода информации на дисплее

lcd.print(" Electroprivod ");//вывод этого текста на дисплей

lcd.setCursor(0, 1);//перенос курсора на нижнюю строку

lcd.print(" Arduino + SMD ");//вывод этого текста на дисплей

delay(4000);//задержка 4 секунды

lcd.clear();//очистка экрана

LCD_X();

}

void loop()

{

if (digitalRead(buttonPin) == HIGH)

{

digitalWrite(ledPinG, HIGH);//вкл

int l = 32000;

for(int i=0; i < 32000; i++)

{

digitalWrite(stepPin_1, HIGH);

delayMicroseconds(Del);

digitalWrite(stepPin_1, LOW);

delayMicroseconds(zaderzhka);

}

digitalWrite(ledPinG, LOW);//выкл

x = x + l;

l = LOW;

LCD_X();

}

delay(200);

}

void LCD_X()

{

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print("X: ");

lcd.setCursor(2, 0);

lcd.print(x);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(" ");

}

Итак, рассмотрим подробнее приведенный выше код.

#include <Wire.h>

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);

Подключаем библиотеки управления экраном и назначаем адрес на шине I2C.

lcd.begin();//инициализация вывода информации на дисплее

lcd.backlight();//инициализация вывода информации на дисплее

lcd.print(" Electroprivod ");//вывод этого текста на дисплей

lcd.setCursor(0, 1);//перенос курсора на нижнюю строку

lcd.print(" Arduino + SMD ");//вывод этого текста на экран

delay(4000);//задержка 3 секунды

lcd.clear();//очистка дисплея

LCD_X();

Далее инициализируем вывод информации на экран, печатаем на первой строке слово «Electroprivod» с заданными интервалами отмеряемыми пробелами, переносим курсор в нулевой символ второй строки и печатаем «Arduino + SMD» по аналогии с первой строкой. Далее информация отображается в течение 4 секунд, и дисплей очищается, после чего на экране отображается информация из класса под названием LCD_X. Далее в бесконечном цикле, по нажатию кнопки двигатель делает 10 оборотов, останавливается и на экране отображается кол-во отработанных шагов. По следующему нажатию кнопки происходит всё то же самое, но к предыдущему числу шагов прибавляется еще 3200 шагов. Таким образом можно отследить, на сколько, был перемещен объект, который вращает двигатель.

КОНЕЦ 1 ЧАСТИ.

Мое ноу-хау по ремонту неремонтируемого (иногда даже, неразборного) сервомеханизма (актуатора) центрального замка автомобиля. Сразу скажу - это не художественная лепка зубцов сломанной шестерни, чем иногда любят поразвлекаться особо упорные камрады. Мой способ куда проще и подходит практически под любой электрический актуатор двери.

Практически любой автовладелец знает, что такое актуатор (или активатор) замка двери: эта как раз та штука, которая дергает за металлическую тягу внутри двери и открывает/закрывает замок. Бывают эти штуки пневматические (такие извращения любит, например, Mercedes-Benz), но чаще всего это обычные сервомеханизмы с приводом от 12 вольт. Стоят они недорого, но если чешутся руки, а в магаз - лень, то в подавляющем большинстве случаев актуатор можно починить.

Все дело в том, что львиная доля отказов этих сервомеханизмов происходит из-за стачивания зубчатой гребенки штока - ответной части, которую и водит шестеренка, насаженная на вал моторчика. Самый верный симптом - резкий треск при работе механизма.

Мсье, знающие толк в извращениях, иногда лепят эти стесанные зубья из различных эпокси-составов, но это вообще жёсткая эротика - даже мне, как практикующему колхознику со стажем, такая работа кажется откровенным перебором. Оправдано это лишь в случае, если помимо родного корпуса актуатора, в дверь категорически ничего не влезает, а новая запчасть стоит дорого или хрен ее найдешь.

Короче говоря, в нижеследующем видео я подробно показал, как можно быстро и эффективно привести в чувство отслуживший свое актуатор. Буквально - разобрали, ковырнули, собрали обратно - вуаля. :) Если в двух словах - на штоке есть 2 демпфера, стоящих по разные стороны корпуса. Суть в том, чтобы переставить внешний рядышком со внутренним - тогда шток будет немного недоходить до изначального крайнего положения на сжатии. Этого в 95% случаев достаточно, чтобы открывать (или закрывать) замок двери, но при этом, гребенка штока сдвигается, и шестерня моторчика "катается" уже по живым зубьям. Тем самым - нет проскальзывания по гребенке - актуатор работает как положено.

Все подробности тут:

https://www.youtube.com/watch?v=bliGaAySDIM

Ниже хорошо видны стесанные зубья гребенки штока:

Делаем рокировку резинок - и все работает: