小小云提示：教程作者caterpillar是來自臺灣的programmer（kinda），所以在一些專有名詞的使用上會和我們這邊使用的不太一樣啦，不過作者也有標(biāo)注出英文名稱，大家自行轉(zhuǎn)換喲(?????????)
步進(jìn)電機(jī)這東西的學(xué)問真不少，就結(jié)論而言，控制步進(jìn)電機(jī)最好的方式，就是找到與手邊步進(jìn)電機(jī)可以配合的程式庫來使用。Arduino IDE 不是有 Stepper 程式庫可以使用嗎？嗯！它是可以用一些步進(jìn)電機(jī)上，不過，不見得能完全發(fā)揮步進(jìn)電機(jī)應(yīng)有的控制能力，控制某些電機(jī)則會有些問題，正巧，我手上這顆 28BYJ-48 5V DC 就是！… XD
認(rèn)識步進(jìn)電機(jī)
在 Arduino 官方網(wǎng)站的Arduino – Stepper文件中，談到了步進(jìn)電機(jī)的兩個(gè)基本分類：單極步進(jìn)電機(jī)（Unipolar Stepper）與雙極步進(jìn)電機(jī)（Bipolar Stepper）。那么就從這兩個(gè)分類開始認(rèn)識！
單極步進(jìn)電機(jī)是提供單一方向的電流來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，例如：
在上圖中，可以看到線圈各有一個(gè)共同接點(diǎn)，通常接電源，只要改變其他接點(diǎn)的電壓訊號，就可以產(chǎn)生電流，而電流都是固定的方向，而由于有四個(gè)線圈，這樣的電機(jī)被稱為四相（Phase）電機(jī)。
雙極步進(jìn)電機(jī)的電流則是雙向的，例如：
這類電機(jī)在驅(qū)動(dòng)時(shí)，需要改變電流的方向來達(dá)到不同激磁的效果，而由于有兩個(gè)線圈，這樣的電機(jī)被稱為二相電機(jī)。
電機(jī)的相數(shù)除了二向、四相之外，還有單相、三相、五相等，這是為了達(dá)到不同程度的控制，電機(jī)的控制是運(yùn)用電流通過線圈會產(chǎn)生磁場，并與另一永久磁鐵產(chǎn)生作用，來達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)的效果，以四相步進(jìn)電機(jī)為例：
如果做為定子的線圈激磁后，面對轉(zhuǎn)子一面是 S 極，就會吸引轉(zhuǎn)子的 N 極，只要依順序?qū)Ω飨嗑€圈激磁，就會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效果，像上面這種一次激磁一個(gè)線圈的方式，稱為一相激磁，因?yàn)槊看沃患ご乓粋€(gè)線圈，電力消耗小，不過缺點(diǎn)是振動(dòng)大、轉(zhuǎn)距小。
常見的激磁方式是二相激磁，顧名思義，一次激磁兩相，由于有兩相用以吸引住轉(zhuǎn)子，因此振動(dòng)小、轉(zhuǎn)距大：
也有一相、二相輪流激磁，稱為一／二相激磁，順序其實(shí)就是上面兩張圖的結(jié)合：
可以看出這種激磁方式，每次轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為一相或二相激磁的一半，可以得到更精確的控制。
步進(jìn)電機(jī)控制電路
步進(jìn)電機(jī)需要比較高的電壓或電流驅(qū)動(dòng)，在 Arduino 官方網(wǎng)站的Arduino – Stepper文件中，有Unipolar Steppers及Bipolar Steppers兩個(gè)頁面，介紹了如何連接出能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的電路，分別有可以接成兩個(gè)控制腳位與四個(gè)控制腳位的方式。
其中會用到的 IC 是達(dá)靈頓陣列（Darlington Array），如先前〈mBlock & Arduino（15）認(rèn)識晶體管與繼電器〉談到的，若想運(yùn)用晶體管提供更大的電流來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，可以使用兩個(gè)或多個(gè)晶體管的組合，達(dá)靈頓陣列中有多組達(dá)靈頓電路，以ULN2003APG來說，里頭有七組達(dá)靈頓電路。
如果不想那么麻煩地自己接電路，那么可以依使用的步進(jìn)電機(jī)來搭配現(xiàn)成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模組：
這個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模組，左上四個(gè)腳位可以接到 Arduino 的數(shù)位輸出腳位，下方有 +、- 兩個(gè)腳位，分別接 Vcc 與 GND，右上白色插槽用來連接我手邊這顆五線四相的 28BYJ-48 5V DC，上圖步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模組中的 ULN2003APG，可搭配 28BYJ-48 5V DC 這個(gè)步進(jìn)電機(jī)：
28BYJ-48 5V DC 這個(gè)步進(jìn)電機(jī)，其中紅線是接 5V 電源，各線的連接是：
如果搭配 ULN2003，要對 28BYJ-48 5V DC 步進(jìn)電機(jī)做激磁，那么 ULN2003 的輸入腳位 4、3、2、1，提供電位以進(jìn)行激磁的順序?yàn)椤 ?/p>
一相激磁：1000-0100-0010-0001
二相激磁：1100-0110-0011-1001
一／二相激磁：1000-1100-0100-0110-0010-0011-0001-1001
以 mBlock 控制步進(jìn)電機(jī)
如果想要體驗(yàn)一下步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，那么可以簡單地如下實(shí)作，腳位 D8 到 D11 分別對應(yīng)至澄、黃、粉、藍(lán)，例如一相激磁：
執(zhí)行程式之后，你可以見到步進(jìn)電機(jī)緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)，將順序改為 S4 到 S1，就會看到電機(jī)緩慢的逆轉(zhuǎn)，這邊沒有設(shè)任何的工作時(shí)間延遲，這是因?yàn)?mBlock 執(zhí)行速度的關(guān)系，直接使用 Arduino 積木方塊，只能是這個(gè)速度了。
類似地，以下是二相激磁：
以下是一／二相激磁：
關(guān)于 Stepper 程式庫
如果想更進(jìn)一步試試步進(jìn)電機(jī)控制，可以使用 Arduino IDE 中的 Stepper 范例，它們使用到 Arduino 的 Stepper 程式庫，不過，如果你手邊是 28BYJ-48 5V DC 步進(jìn)電機(jī)，就要注意一下了，以 stepper_oneRevolution 范例為例：
直接執(zhí)行的話，你的電機(jī)只會有一個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，無法逆轉(zhuǎn)，這是因?yàn)?28BYJ-48 5V DC 的接線順序，與 Stepper 程式庫預(yù)期的不同，如果你的 28BYJ-48 5V DC 的接線順序由澄、黃、粉、藍(lán)分別是接至 D8 到 D11，那么有兩個(gè)方式可以解決，一個(gè)方式是在 Arduino 上將 D9 與 D10 接線對調(diào)，另一個(gè)方式是在建立Stepper時(shí)，9與10對調(diào)：
再來是stepsPerRevolution必須設(shè)定為你的電機(jī)實(shí)際上一圈會有多少步，如果是 28BYJ-48 5V DC 的話，查詢到的規(guī)格上寫著，步進(jìn)角為5.625 / 64，因此這電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要的步數(shù)是360 / (5.625 / 64)，也就是4096步，不過，這是一／二相激磁才會有的步數(shù)，如果你查看 Stepper 程式庫原始碼，會發(fā)現(xiàn)，它是采二相激磁的實(shí)作方式，因此，使用這個(gè) Stepper 程式庫，你實(shí)際上要設(shè)的stepsPerRevolution必須是2048步。
不過，如果你改了腳位也將stepsPerRevolution設(shè)為2048，步進(jìn)電機(jī)還是不會動(dòng)，這是因?yàn)?Stepper 程式庫中setSpeed函式的關(guān)系：
這是以毫秒為單位來設(shè)置step_delay，如果你設(shè)為2048步，那number_of_steps就是2048，那么step_delay就會是29.296875 / whatSpeed，如果whatSpeed設(shè)為60，那結(jié)果就會是0.48828125，然而step_delay是unsigned long，也就是實(shí)際上結(jié)果只會儲存0，那么step函式中millis() - this->last_step_time >= this->step_delay該行，就會一直是成立的，也就是完全沒給工作時(shí)間，這么一來電機(jī)就不會動(dòng)了。
因此，如果你直接使用 Stepper 程式庫，設(shè)為 2048 步之后，那么速度就不能設(shè)太高，例如以下就可以正常正反轉(zhuǎn)了：
如果你會使用 Arduino 官方語言的話，改寫 Stepper 應(yīng)該不是難事，可以試著實(shí)作一／二相激磁，并令其能支援 28BYJ-48 5V DC 的4096步與高轉(zhuǎn)速，懶的話，網(wǎng)路上是也有人已經(jīng)實(shí)作或改寫好的版本，不過，想要精確控制的話，重點(diǎn)還是在于，認(rèn)識你的步進(jìn)電機(jī)與程式庫！
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整理：寧波家電物聯(lián)網(wǎng)云平臺，中科極動(dòng)云
