如何通过树莓派的GPIO接口控制步进电机

geren2014

如何通过树莓派的GPIO接口控制步进电机 1、实验目的 在树莓派上编写一个C程序，通过其GPIO口控制步进电机的转动方向以及速度。 2、为什么要用树莓派来控制步进电机 在我的概念中，无论是控制接在树莓派上的摄像头来拍照，还是通过树莓派控制LED发光，我都还是在“虚拟世界”中折腾树莓派，因为它没有向外界输出任何动作。而在构建一个稍微复杂的系统时，这种能力可能是很重要的，于是，用树莓派来控制步进电机是我必须要做的事情。 3、实现方案 怎样通过Raspberry Pi的GPIO口来控制步进电机？已经有很多人这样做了。由于步进电机通常需要一块驱动板，而这样的产品已经很容易买到并且极其廉价（肯定比你自己做要便宜），因此，我们没有必要自己去做。我在淘宝上不断地查啊查，终于找到了白菜价的步进电机和配套驱动板，加起来才一共8块多钱。 下面来看看我买的步进电机和驱动板的样子： 步进电机和驱动板的接线： 该驱动板配有一个原理图，根据它我们可以知道如何把整个系统连接起来： 可见，驱动板上有4个输入口：IN1~IN4，这4个口用来接树莓派的4个GPIO口。同时，我们需要为驱动板提供5V的供电，这从哪里来？当然是从树莓派引出来。从下面的GPIO口分布图可以得知，“2”口就是+5V，正好就利用它。 我将树莓派上的GPIO 17、18、21、22口（用树莓派的命名方式就是0、1、2、3口）分别接到步进电机驱动板上的IN1、IN2、IN3、IN4口，最后接好线的效果如下： 4、编写程序 在参考了这款步进电机配套的51单片机的示例代码后，我知道了依次把驱动板的IN1~IN4置为高电平，就可以驱动步进电机，也就是说，要把树莓派的4个GPIO输出口依次置为高电平。例如，假设用0代表低电平，1代表高电平的话，GPIO 17、18、21、22口的电平第一次被置为1、0、0、0，第二次被置为0、1、0、0，第三次被置为0、0、1、0，第四次被置为0、0、0、1。 于是我写出了下面的代码（仍然使用WiringPi这个库来操作GPIO）： /* moto.c * A program to control a stepper motor through the GPIO on Raspberry Pi. * * Author: Darran Zhang (http://www.codelast.com) */ #include <wiringPi.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #define clockWISE 1 #define COUNTER_CLOCKWISE 2 void delayMS(int x); void rotate(int* pins, int direction); int main(int argc,char* argv[]) {   IF (argc < 4) {     printf("Usage example: ./motor 0 1 2 3 \n");     return 1;   }   /* number of the pins which connected to the stepper motor driver board */   int pinA = atoi(argv[1]);   int pinB = atoi(argv[2]);   int pinC = atoi(argv[3]);   int pinD = atoi(argv[4]);   int pins[4] = {pinA, pinB, pinC, pinD};   if (-1 == wiringPiSetup()) {     printf("Setup wiringPi failed!");     return 1;   }   /* set mode to output */   pinMode(pinA, OUTPUT);   pinMode(pinB, OUTPUT);   pinMode(pinC, OUTPUT);   pinMode(pinD, OUTPUT);   delayMS(50);    // wait for a stable status   for (int i = 0; i < 500; i++) {     rotate(pins, CLOCKWISE);   }   return 0; } /* Suspend execution for x milliseconds intervals. *  @param ms Milliseconds to sleep. */ void delayMS(int x) {   usleep(x * 1000); } /* Rotate the motor. *  @param pins     A pointer which points to the pins number array. *  @param direction  CLOCKWISE for clockwise rotation, COUNTER_CLOCKWISE for counter clockwise rotation. */ void rotate(int* pins, int direction) {   for (int i = 0; i < 4; i++) {     if (CLOCKWISE == direction) {       for (int j = 0; j < 4; j++) {         if (j == i) {           digitalWrite(pins[3 - j], 1); // output a high level         } else {           digitalWrite(pins[3 - j], 0); // output a low level         }       }     } else if (COUNTER_CLOCKWISE == direction) {       for (int j = 0; j < 4; j++) {         if (j == i) {           digitalWrite(pins[j], 1); // output a high level         } else {           digitalWrite(pins[j], 0); // output a low level         }       }     }     delayMS(4);   } } [color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码 编译程序： Compile the code: [color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码 g++ motor.c -o motor -lwiringPi [color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码 运行程序： ./motor 0 1 2 3 [color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码 这里向程序传入了4个参数，它们分别代表要控制的树莓派的GPIO口。切记，由于使用了WiringPi库，所以要参考上面的GPIO分布图的左边那部分来确定这些数字。 可以看到步进电机已经转动了(如下面的Youku视频所示)。如果你发现转动方向（顺/逆时针）反了，你可以把传入的参数顺序调整一下，就可以让它转对方向。 从前面的代码可见，如果要改变步进电机的转速，只需要改变rotate()函数中每次delay的时间即可。因此，如果我们把delay的时间逐渐由大变小，就会导致步进电机呈加速状态。让步进电机周期性加速的完整代码如下： /* motor_speed_up.c * A program to control a stepper motor(speed up) through the GPIO on Raspberry Pi. * * Author: Darran Zhang (http://www.codelast.com) */ #include <wiringPi.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #define CLOCKWISE 1 #define COUNTER_CLOCKWISE 2 void delayMS(int x); void rotate(int* pins, int direction, int delay); void stop(int* pins); int main(int argc,char* argv[]) {   if (argc < 4) {     printf("Usage example: ./motor 0 1 2 3 \n");     return 1;   }   /* number of the pins which connected to the stepper motor driver board */   int pinA = atoi(argv[1]);   int pinB = atoi(argv[2]);   int pinC = atoi(argv[3]);   int pinD = atoi(argv[4]);   int pins[4] = {pinA, pinB, pinC, pinD};   if (-1 == wiringPiSetup()) {     printf("Setup wiringPi failed!");     return 1;   }   /* set mode to output */   pinMode(pinA, OUTPUT);   pinMode(pinB, OUTPUT);   pinMode(pinC, OUTPUT);   pinMode(pinD, OUTPUT);   delayMS(50);    // wait for a stable status   int delay = 25;   while (true) {     for (int i = 0; i < 10; i++) {       rotate(pins, CLOCKWISE, delay);     }     delay--;     if (delay < 4) {       delay = 25;       stop(pins);       delayMS(500);     }   }   return 0; } /* Suspend execution for x milliseconds intervals. *  @param ms Milliseconds to sleep. */ void delayMS(int x) {   usleep(x * 1000); } /* Rotate the motor. *  @param pins     A pointer which points to the pins number array. *  @param direction  CLOCKWISE for clockwise rotation, COUNTER_CLOCKWISE for counter clockwise rotation. *  @param delay    The time intervals(in ms) to delay, and if the value is smaller, the motor rotates faster. */ void rotate(int* pins, int direction, int delay) {   for (int i = 0; i < 4; i++) {     if (CLOCKWISE == direction) {       for (int j = 0; j < 4; j++) {         if (j == i) {           digitalWrite(pins[3 - j], 1); // output a high level         } else {           digitalWrite(pins[3 - j], 0); // output a low level         }       }     } else if (COUNTER_CLOCKWISE == direction) {       for (int j = 0; j < 4; j++) {         if (j == i) {           digitalWrite(pins[j], 1); // output a high level         } else {           digitalWrite(pins[j], 0); // output a low level         }       }     }     delayMS(delay);   } } /* Stop the motor. *  @param pins     A pointer which points to the pins number array. */ void stop(int* pins) {   for (int i = 0; i < 4; i++) {     digitalWrite(pins, 0); // output a low level   } } [color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码