39、步进电机、继电器与模拟传感器的应用与控制

步进电机、继电器与模拟传感器的应用与控制

1. 步进电机

步进电机与直流电机不同，直流电机在施加直流电压时会连续旋转，而步进电机通常以离散的固定角度步长旋转。例如，本文使用的步进电机每转有 200 个步长，因此步距角为 1.8º。电机每次在其输入施加脉冲时步进，所以旋转速度与脉冲施加的速率成正比。

1.1 步进电机特点

• 定位精确 ：通常定位误差小于一个步长的 5%（即通常为 ±0.1º），且误差不会在多个步长上累积，因此可以开环控制，无需反馈。
• 绝对位置未知 ：与伺服电机不同，但与直流电机类似，在不添加旋转编码器等设备的情况下，无法知道轴的绝对位置。

1.2 步进电机结构与驱动模式

步进电机有固定在旋转轴（称为转子）上的带齿永久磁铁，转子周围是固定在电机静止体（定子）上的线圈（分组为相）。根据线圈激活的顺序，可使电机顺时针或逆时针旋转，常见的驱动模式有：
- 整步 ：两相始终通电（最大扭矩）。
- 半步 ：步长分辨率加倍。两相通电和单相通电交替进行（扭矩约为最大扭矩的 3/4）。
- 微步 ：使用正弦和余弦波形作为相电流来驱动电机，而不是图中所示的开/关电流，因此可以实现更高的步长分辨率（尽管扭矩会显著降低）。

1.3 EasyDriver 步进电机驱动器

使用步进电机驱动器板是生成步进电机脉冲信号的简便方法。EasyDr