Parliamo del motore passo passo 28BYJ-48

Ciao e ben ritrovato sul blog aspettando il bus.

Rivedendo agli articoli già pubblicati sul blog, ho notato che l'articolo dedicato al motore passo 28BYJ-48 ha avuto un buon successo ed anche le sue FAQ sono state apprezzate, ma ogni cosa può essere migliorata e quindi provo, con un nuovo sketch, ad essere più chiaro.

Fig. 1 - Motore 28BYJ-48 a 5 Volt con modulo con ULN2003A - foto di Paolo Luongo

Iniziamo con una piccola modifica agli schemi che ho già pubblicato nelle FAQ, che ritengo sia più chiara nei collegamenti: le modifiche riguardano solo i PIN di Arduino UNO R3 ed il loro collegamento al modulo.
Vediamoli:

Fig. 2 - Nuovo schema di Arduino e ULN2003A di Paolo Luongo

Le modifiche riguardano esclusivamente i fili Blu, Rosa, Arancio e Giallo che, ora, non sono più incrociati.
Per la Fig. 2 in Alta Risoluzione clicca qui (circa 1MB).

Adesso facciamo alcune considerazioni sul motore passo passo 28BYJ-48.

Dal  datasheet, disponibile online, si vede che lo stride angle è 5,625°/64 ossia di circa 88 millesimi di grado. In questo momento preferisco continuare ad utilizzare i millesimi di grado invece di convertirli in primi e secondi perché appesantirebbero solo il discorso.
Per rendere più chiaro quanto detto ho preparato un foglio di calcolo che ho poi trasformato in PDF e che potete scaricare qui, dove ho inserito i primi 2048 valori e la relativa rotazione ottenuta in gradi.

Fig. 3 - PDF con i primi 128 valori e relativa rotazione del motore 28BYJ-48 di Paolo Luongo

La fig. 3 non è molto chiara, ma se scaricate il PDF noterete alcune cose interessanti, e le 16 pagine di valori del PDF, vediamo alcune cose:

1) un passo del motore 28BYJ48 è di 5,625 gradi, ma la riduzione interna, fatta con alcuni ingranaggi, porta la rotazione esterna a 0,088 gradi circa (il valore preciso è in quello visibile in Fig. 3).

Fig. 4 - Interno del motore 28BYJ48 - Fonte video di Bret Stateham

2) Ad ogni movimento del motore passo passo 28BYJ48 il perno esterno ruota di pochi millesimi di grado. Ma allora quanti "impulsi" bisogna dare al motore per fargli fare una angolo giro (360 gradi) ? 

Sono 4096 e lasciatemi passare il termine impulsi .
Avremo 2048 impulsi per 180 gradi, 1024 impulsi per 90 gradi e 512 impulsi per 45 gradi.

3) Come fare a dare questi impulsi al motore passo passo? Utilizzando una tabella, basata su 7 stati che se letta dal basso verso l'alto fa girare il motore in senso orario, se letta dal basso verso l'alto fa ruotare il motore in senso antiorario. Ovviamente la rotazione oraria o antioraria è anche legata ai collegamenti, ma questo mi sembra ovvio, cambiano i collegamenti delle fasi il verso della rotazione cambia.
Vediamo lo sketch.

Fig. 5 - La tabella degli stati implementata nello sketch di Paolo Luongo

La funzione EseguiPasso utilizza una variabile stato per ricordare lo stato in cui si trova il motore. Se passiamo dallo stato 1 allo stato 2 il motore avrà fatto una rotazione in senso orario.
Cosa succede dopo lo stato S7 ?  Si ricomincia con lo stato S0.
Basta immaginarla come un foglio ripiegato in cui l'inizio segue la fine.

Entriamo nel dettaglio dello sketch:

Fig. 6 - Parte iniziale del nuovo sketch di Paolo Luongo

Vorrei porre la vostra attenzione sulla variabile RitardoDegliImpulsi che è il ritardo fra un impulso e l'altro. Se assegnerete a questa variabile il valore zero (0) il motore resterà fermo. Per la massima velocità utilizzeremo il valore 1 ed aumentandolo il motore girerà più piano. Se torniamo ad datasheet leggeremo che la frequenza è di 100Hz a cui corrisponde un periodo di 10mS, che il suo valore nominale.

A questo punto metto insieme i dati della tabella in PDF, la tabella per mandare gli impulsi al motore e vengono fuori le prime funzioni dello sketch.

Fig. 7 - La funzione Ruota di 11,25 gradi - di Paolo Luongo

Con 128 impulsi abbiamo una rotazione di 11,25 gradi. A questo punto è semplice sviluppare le altre funzioni.

Fig. 8 - La funzione ruota di 22,5 gradi e di 45 Gradi - di Paolo Luongo

Fig. 9 - Le altre funzioni per 90, 180 e 360 gradi - di Paolo Luongo

Ed infine, ecco una funzione di esempio per utilizzare le precedenti:

Fig. 10 - Funzione di esempio di Paolo Luongo

Vediamo alcuni punti chiave dello sketch:

Fig. 11 - Funzione Uscita di Paolo Luongo

Gli argomenti della funzione Uscita sono dei byte (8 bit) che indicano se deve essere attivata o non una certa fase. Con il valore 1 metteremo il PIN di Arduino UNO R3 al valore logico 1 (+5 Volt) altrimenti sarà al valore logico 0 (0 Volt). Guardando la Fig. 5 notiamo che solo 1 o 2 uscite sono al livello alto in ogni stato della tabella. Ogni  Fase attiva sul motore consuma 100 mA circa. Quindi il motore assorbirà una corrente, a vuoto, di circa 200 mA con alcuni picchi in avvio della rotazione. Questa considerazione ci permette di alimentare il motore direttamente dalla scheda Arduino UNO R3.

Fig. 12 - La variabile che è utile per regolare la velocità nella rotazione

Se seguite dove e come viene utilizzata questa variabile noterete che lo sketch inizia facendo ruotare velocemente il motore ripetendo i vari pezzi di codice sempre più lentamente, rallentando il motore nella rotazione.

Vediamo un pezzo della funzione Loop, che è il programma principale di ogni sketch :

Fig. 13 - Parte della funzione Loop dello skecth - di Paolo Luongo

A questo punto credo sia tutto, se avete dei dubbi potete scrivermi o commentare l'articolo.
Se non conosci i motori passo passo leggi questo articolo.
Qui trovate gli altri articoli pubblicati.

Buon anno nuovo e buon lavoro !

Ciao
Paolo :-)