目前为止，我还没有真正深入了解过电机，特别是步进电机。 最近我在计划一个项目，需要相对精确的电机控制，所以可能会使用到步进电机，但很快就意识到我首先应该更多地了解这些。 本篇文章主要介绍我到目前为止学到的东西。

什么是步进电机？

步进电机是一种离散步进运动的电磁装置。 它有几个线圈，组成“相位”，当每相依次通电时驱动电机。 这种方式其中一个巨大的好处是，步进电机可以实现非常精确的定位和/或速度控制，因此它们广泛用于高精度的应用，如打印机。

单极和双极

步进电机有两种不同类型：单极和双极。 它们之间的主要区别是它们的绕组排列，其影响每个是如何控制的。

单极

这种类型的步进电机由一个带有中心抽头的单绕组组成。 根据期望磁场的方向，绕组的每个部分接通，因为这样，磁极可以反转而不用切换电流的方向。 中心抽头比较常见，虽然在两相单极步进电机上通常有6个引线（每相3个），两个公共端可以在内部连接在一起，也就是说只有五根引线。

双极

与单极步进电机不同，双极步进电机每相只有一个单绕组，没有抽头。 为了反转磁极，绕组中的电流需要反转，这意味着双极步进电机驱动通常更加复杂并且通常需要H桥排列。 由于没有公共端，每相有两个引线，典型的两相电机会有四根引线。 尽管双极电机通常驱动更加复杂，但它们确实具有它们的优点，因为更好使用的绕组，双极电机比同重量的单极电机更强大。 这是因为单极步进电机在相同空间中有两倍的导线量，并且在任何一个时间只能使用其一半，这意味着单极电机仅有约50％的效率。

单极和双极步进电机有几种不同的绕组排列，如下所示。

Arduino电机扩展板

Arduino电机扩展板采用L298双全桥驱动器，允许驱动一个步进电机或两个直流电机。 使用该扩展板，可以单独控制速度和方向。 使用该扩展板可以将电机直接连接到Arduino开发板，而不需要使用Arduino时通常需要的面包板或任何其他的电路板。

使用的电机

这个项目我决定使用的电机是Cliff Electronics的单极双极、单极步进电机，这是一个五引线单极步进电机，但如果你忽略了公共引线，可以视为一个双极步进电机。

由于这个电机需要一个12V电源，我不得不分开的扩展板和Arduino Uno开发板的电源线，以避免任何可能的损坏，如Arduino马达扩展板的网页上的建议。 因为电源线必须分开，我不能再使用12V电源直接插入Arduino，所以这也必须修改。 它必须分开，以便它可以为Arduino和Arduino电机扩展板上的6路螺丝端子供电。 为了做到这一点，我从插座切掉约四英寸，然后再使用相同长度的镀锡线，将这些焊接在一起连接到插头的电缆的其余部分。

确定电机的线圈

我选择的电机的制造商数据手册实际上已经告诉我哪根电线是哪根，从数据手册中我知道蓝线和黄线形成一个线圈，粉红色线和橙色线形成另一个线圈，而红线是两个线圈的公共端。 我将一个线圈连接到电机扩展板上的通道A，另一个线圈连接到电机扩展板上的通道B，同时不连接公共端。 我可以忽略红线，因为这是两个线圈的抽头点。如果我将电机作为一个单极步进电机，我只会这样进行连接。

如果数据手册没有说明哪根线是属于哪个线圈，则很容易确定，使用万用表设置为欧姆。 线圈的一部分将显示电阻，线圈的抽头线将是整个电阻的一半，因此确保检查其他线，使得中心抽头不被混淆为终端。 如果存在零电阻，则表示这是两个单独的线圈。

驱动电机

因为我已经将电机按照需要的方式进行了连接，下一步是找到可以使用电机扩展板工作的代码，所以我有一个粗略的想法从哪里开始。我在Instructables Arduino Motor Shield教程中找到了一些代码，允许我旋转我的电机。 该段代码工作的很好，但我真正想做的是在所使用的框架中包括Stepper.h库，这个例子没有使用这个。 使用官方库是驱动电机最好的方式，所以我寻找另一个例子，然后我在一个Arduino论坛找到一个。 在该框架中，电机会在一个方向旋转360度，然后在相反方向旋转360度。

在这个框架中，我需要指定使用的电机每转的步数 - 但首先我必须确定这一点。 制造商的数据表规定了电机的5.625和11.25度增量，所以我用它来确定每转的步数 - 为此，我们需要将360除以角度。 由于这个电机也是齿轮传动，齿轮比为1:64，我们需要将转速乘以齿轮比。 像这样：

360 / 11.25×64 = 2048

360 / 5.625×64 = 4096

开始时，我在代码中使用了每转4098步，假设电机的角度为5.625度，但是当我这样做时，逆时针完成了两次完整的旋转，然后顺时针旋转了两周。 很明显这里我假设了错误的角度; 因为它做了两个旋转，因为5.625是11的一半，当在分子中使用它时将提供两倍大的结果，因此做两个完整的旋转。 我将每转的步数改为2048，这时电机顺时针旋转一圈，然后逆时针旋转一圈。 我也把电机的速度从两个改为五个，当设置为两个时电机似乎移动的太慢。

然后我看了一下Stepper库的源代码，看到这里没有任何代码来控制制动引脚。 该示例包括控制制动引脚的代码，将其定义为输出并将其设置为逻辑低电平的原因，是防止其浮动的预防措施。

我觉得我已经学到了很多关于步进电机的知识，这是非常有趣的，可以了解它们如何工作，以及各种绕组安排如何影响他们的操作。 我真的很高兴能够在未来的项目中使用到它们。