A4988: Все, что вам нужно знать о драйвере шагового двигателя

Драйвер на базе микросхемы A4988 позволяет управлять одним биполярным двигателем. Имеет простой интерфейс управления и подключается напрямую к системам с напряжением 3 – 5 В. С помощью расположенного на плате подстроечного резистора осуществляется регулировка тока. Широко используется про создании ЧПУ и токарных станков, лазерных граверов и 3d принтеров.

Давайте добавим интересные факты о драйвере шагового двигателя A4988.

1. Драйвер шагового двигателя A4988 является микросхемой, специально разработанной для управления биполярными шаговыми двигателями. Это означает, что он может контролировать двигатели, которые имеют две фазы.
   
2. A4988 оснащен встроенной функцией трансляции, которая может переводить простые шаговые сигналы, входящие от контроллера, в соответствующие изменения в управлении двигателем. Это значительно упрощает процесс программирования для пользователей.
   
3. Одна из уникальных особенностей A4988 - возможность микрошагового режима, что позволяет достигнуть более плавного и точного управления двигателем. С помощью этого драйвера можно выбрать до пяти различных режимов микрошагов: полный шаг, полушаг, 1/4 шага, 1/8 шага и 1/16 шага.
   
4. A4988 автоматически регулирует ток, подаваемый на двигатель, защищая его от перегрева. Это снижает риск повреждения оборудования и продлевает его срок службы.
   
5. Драйверы шаговых двигателей A4988 часто используются в таких областях, как 3D-печать и CNC-машинирование, благодаря их высокой точности и надежности.
   
6. Драйвер A4988 меньше, чем многие другие драйверы шаговых двигателей. Это делает его идеальным выбором для проектов с ограниченным пространством.
   
7. Несмотря на свои компактные размеры, A4988 способен управлять шаговыми двигателями с током до 2A на катушку, что делает его мощным выбором для многих приложений.
   

А4988 - популярный драйвер для управления шаговыми двигателями. Степпер – мотор, работающий не плавно, а прерывисто, шагами, вращая вал на определенное количество градусов за один шаг. Шаговые электродвигатели бывают одно и двухполярными. В настоящее время практически все выпускаемые – гибридные. Их преимущество в том, что ход их более плавный и точный из-за маленького угла перемещения (обычно 1,8 градуса). Такой маленький ход возможен из-за подачи тока на две соседние катушки одновременно, что позволяет останавливать вал между ними. Используются такие моторы часто в различных приборах: 3D-принтерах, станках с ЧПУ, плоттерах, лазерных граверах и других электронных приборах. Для работы с шаговыми электродвигателями и необходим А4988.

В самом сердце находится микросхема Allegro MicroSystems, DMOS Microsteping с транслятором и защитой от перегрузки током. Это интегрированный контроллер мотора делает взаимодействие с микроконтроллером легким. Требуется лишь два пина, чтобы контролировать и направление движения и скорость.

• Напряжение питания силовой части - 8 - 35В.
• Напряжения питания логической части - 3-5,5В.
• Ток максимальный, непрерывный, без охлаждения - 1А.
• Ток максимальный, с доп. охлаждением - 2A.
• Микрошаг - 2/4/8/16.

Рассмотрим основные характеристики. Он имеет максимальную мощность 3,5 В и плюс-минус 2А. Он подходит и для маленьких и средних моторов, но он должен быть биполярным. К примеру, для NEMA 17 он подойдет, а для NEMA 23 лучше брать TB6600. Чип имеет несколько хороших функций безопасности: защита от перегрева и от скачков напряжения. Логическое напряжение – от трех вольт до пяти, что делает его совместимым с самыми популярными платами Arduino. Важной характеристикой является возможность настройки электромотора на микрошаги. Режим может быть целый шаг, одна вторая, одна четвертая, одна восьмая и одна шестнадцатая.

Для подключения и настройки Драйвера А4988 нам потребуются следующие предметы. В первую очередь, сам аппарат и шаговый биполярный двигатель. Платформа Arduino (например, UNO) и комплект проводов для соединения деталей. На самом устройстве 16 входов/выходов, по восемь с каждой стороны.

На одной стороне:

• направление вращения, 1 в одну сторону, 0 в другую.
• шаг, когда на него поступает логическая единица, то устройство вращает вал на один этап. Когда единица сменяется нулем и приходит еще одна единица – совершается еще один этап.
• спящий режим, единственный вывод с логической единицей по умолчанию, если подать ноль, то он заснет.
• сброс, перезагружает его, если на нем логический ноль, поэтому для нормальной работы надо подать сюда 1.
• три пина, задающие скорость. Подключение можно давать на несколько сразу. В зависимости от этих комбинаций будет меняться скорость. Комбинация есть в схеме, поставляемой с прибором.
• выключение.

Вторая сторона:

• масса
• питание цифровой части
• «ноги» для управления электромотором, две фазы.
• масса движка
• его питание

Главное помнить, что все работы производятся только при выключенном приборе!

Если Вы не можете найти схему Вашего степпера, то трудно будет понять, как правильно его подключить. Здесь требуется только определить пары проводов, соединенные с катушками. Есть небольшой трюк, как это сделать. Повращайте вал рукой, почувствуйте силу сопротивления. Возьмите пару проводов и соедините их оголенными концами, опять повращайте вал. Если сопротивление увеличилось, то Вы обнаружили правильную пару из одной катушки, если нет, попробуйте другое сочетание. Так пару от одной катушки подключаем к 1А и 1В, а другую к 2А и 2В, полярность в этом случае значения не имеет.

Потом подключаем питание движка, обычно оно от 8 до 35 Вольт. Питание драйвера подается отдельно, нужен источник от 3 до 5 Вольт. Подключим его к платформе Arduino, все равно для программирования будем брать именно ее.

Прежде чем начать программировать на Ардуино, не поленитесь сделать одну серьезную вещь. Установите текущий предел тока. Это необходимо для защиты, если этого не сделать, то на двигатель может поступить больше напряжения, что повредит все устройство. На плате для этого есть потенциометр. Для расчета возьмем формулу:

Vref = Imax × (8 × Rcs)

Imax – ток двигателя, указанный в спецификации. Рассчитанное значение – напряжение, которое должно быть между минусом питания драйвера и самим потенциометром. Крутим его и напряжение меняется. При правильно подобранном напряжении все работает плавно, не пропускаются шаги и достаточно тихо без лишних вибраций.

Не забудьте установить радиатор для охлаждения иначе он может перегреться.

Теперь, когда физически все подключено и предел тока установлен, пришло время подключить Ардуино к компьютеру и задать первый пробный код. Все программное управление происходит с помощью Arduino IDE. Этот софт абсолютно бесплатный и находится в открытом доступе. Скачиваем на свой компьютер программу, запускаем ее, предварительно установив драйвер для платформы, которую Вы использовали при подключении мотора. В случае с самым простым запуском, нет необходимости загружать и использовать библиотеки, достаточно скачать нужный скетч, каких в Интернете предостаточно, вставить свои данные и работа обеспечена.

Существуют и очень удобные библиотеки, особенно в англоязычных источниках. Можно посоветовать попробовать свои силы на начальном этапе с библиотекой AccelStepper, написанная Майком Макколи. Одним из преимуществ этой библиотеки является поддержка режимов ускорения и замедления и многие приятные функции.

Шаговые двигатели произвели настоящую революцию в производстве цифровых устройств. Их использование повсеместно, даже начинающему конструктору без них не обойтись. Но любым аппаратом надо управлять. Для данного типа моторов незаменим Драйвер А4988, простой в использовании, совместимый с популярной платформой Arduino и доступный по цене. Простое программное обеспечение, не требующее серьезных знаний языка С++, делает создание цифровых электронных устройств доступным любому.