Урок 18.1

Маленький кроковий двигун 28BYJ-48

ULN2003 вмикає обмотки по черзі: кроки, оберт і точний кут.

Перед початком: Пройди урок 17.2 про ШІМ і урок 10 про сервопривід.

Підготуй компоненти

Довідник компонентів

Arduino Uno1 шт.
Кроковий двигун 28BYJ-48, 5 В1 шт.
Драйвер ULN20031 шт.
З’єднувальні проводи «тато–мама»6 шт.
USB-кабель для Arduino з передаванням даних1 шт.

У Wokwi замість ULN2003 і двигуна — чотири світлодіоди з резисторами 220 Ом.

4 кроки · у власному темпі

1. Обмотки по черзі

Усередині крокового двигуна — чотири обмотки навколо магніту. Коли струм по черзі йде в наступну обмотку, магніт «перескакує» за нею на один крок. Плата ULN2003 дає обмоткам струм, якого не має пін Arduino. У Wokwi струм в обмотках показують світлодіоди IN1–IN4.

Відкрий новий проєкт Arduino Uno у Wokwi.
Заміни diagram.json файлом кроку.
Заміни sketch.ino скетчем кроку.
Натисни ▶.
Дивись на світлодіоди й монітор порту.

Підключення

Контакт	Куди з’єднати
Uno D11	LED IN1 через резистор 220 Ом
Uno D10	LED IN2 через резистор 220 Ом
Uno D9	LED IN3 через резистор 220 Ом
Uno D8	LED IN4 через резистор 220 Ом
Короткі ніжки LED	Лінія «−» макетки
Лінія «−» макетки	Uno GND

Файли для Wokwi

Відкрий новий Arduino Uno. Заміни sketch.ino і diagram.json файлами кроку. Бібліотеки не потрібні. Натисни ▶.

sketch.ino diagram.json libraries.txt

Повний код цього кроку

#include <Arduino.h>

const byte COIL_PINS[] = {11, 10, 9, 8}; // IN1, IN2, IN3, IN4 на платі ULN2003
const unsigned long PHASE_MS = 500; // Повільно, щоб побачити кожну обмотку

void setup() {
  for (byte i = 0; i < 4; i++) {
    pinMode(COIL_PINS[i], OUTPUT);
  }

  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  for (byte coil = 0; coil < 4; coil++) {
    for (byte i = 0; i < 4; i++) {
      digitalWrite(COIL_PINS[i], i == coil ? HIGH : LOW); // Струм лише в одній обмотці
    }

    Serial.print("Coil IN");
    Serial.println(coil + 1);
    delay(PHASE_MS);
  }
}

Очікуваний результат

Світлодіоди IN1, IN2, IN3, IN4 світять по черзі, кожен 0,5 с. У моніторі Coil IN1 … Coil IN4.

Перевір себе

Одночасно світить лише один світлодіод.

Що можна змінити

PHASE_MS: 100 — світло «бігає» швидше.

Якщо не працює

Світлодіоди йдуть не по порядку — перевір масив COIL_PINS: {11, 10, 9, 8}.

2. Повний оберт

Щоб вал крутився, фази треба перемикати швидко: кожні 3 мс. Дві сусідні обмотки разом дають сильніший крок. Через редуктор на один оберт вала потрібно приблизно 2048 кроків.

Заміни код скетчем кроку 2.
Запусти симуляцію.
Стеж за монітором.

Підключення

Контакт	Куди з’єднати
Uno D11	LED IN1 через резистор 220 Ом
Uno D10	LED IN2 через резистор 220 Ом
Uno D9	LED IN3 через резистор 220 Ом
Uno D8	LED IN4 через резистор 220 Ом
Короткі ніжки LED	Лінія «−» макетки
Лінія «−» макетки	Uno GND

Файли для Wokwi

Відкрий новий Arduino Uno. Заміни sketch.ino і diagram.json файлами кроку. Бібліотеки не потрібні. Натисни ▶.

sketch.ino diagram.json libraries.txt

Повний код цього кроку

#include <Arduino.h>

const byte COIL_PINS[] = {11, 10, 9, 8}; // IN1, IN2, IN3, IN4 на платі ULN2003
const int STEPS_PER_REV = 2048; // Приблизно: 32 кроки двигуна × редуктор ≈64
const byte STEP_MS = 3; // Менше 2 мс — двигун може пропускати кроки
const byte PATTERN[4][4] = {
  {1, 1, 0, 0},
  {0, 1, 1, 0},
  {0, 0, 1, 1},
  {1, 0, 0, 1},
}; // Дві сусідні обмотки разом — сильніший крок

int phase = 0;

void energize(int p) {
  for (byte i = 0; i < 4; i++) {
    digitalWrite(COIL_PINS[i], PATTERN[p][i]);
  }
}

void stepOnce(int direction) {
  phase = (phase + direction + 4) % 4; // Наступна або попередня фаза
  energize(phase);
  delay(STEP_MS);
}

void release() {
  for (byte i = 0; i < 4; i++) {
    digitalWrite(COIL_PINS[i], LOW); // Обмотки без струму не гріються
  }
}

void setup() {
  for (byte i = 0; i < 4; i++) {
    pinMode(COIL_PINS[i], OUTPUT);
  }

  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  Serial.println("One turn");

  for (int i = 0; i < STEPS_PER_REV; i++) {
    stepOnce(1);
  }

  release();
  Serial.println("Pause");
  delay(1000);
}

Очікуваний результат

У моніторі One turn, через кілька секунд Pause. Світлодіоди мерехтять так швидко, що здаються тьмяними.

Перевір себе

Порахуй: 2048 кроків × 3 мс ≈ 6 с на оберт.

Що можна змінити

STEP_MS = 5 — повільніше. Менше 2 не став: справжній двигун почне пропускати кроки.

Якщо не працює

Після оберту світлодіод лишається світити — перевір виклик release().

3. Точний кут і напрямок

Кроковий двигун повертається на стільки кроків, скільки ми подали. Функція rotateDegrees() перераховує градуси в кроки. Мінус — у зворотний бік.

Заміни код скетчем кроку 3.
Запусти симуляцію.
Порівняй числа в моніторі з кодом.

Підключення

Контакт	Куди з’єднати
Uno D11	LED IN1 через резистор 220 Ом
Uno D10	LED IN2 через резистор 220 Ом
Uno D9	LED IN3 через резистор 220 Ом
Uno D8	LED IN4 через резистор 220 Ом
Короткі ніжки LED	Лінія «−» макетки
Лінія «−» макетки	Uno GND

Файли для Wokwi

Відкрий новий Arduino Uno. Заміни sketch.ino і diagram.json файлами кроку. Бібліотеки не потрібні. Натисни ▶.

sketch.ino diagram.json libraries.txt

Повний код цього кроку

#include <Arduino.h>

const byte COIL_PINS[] = {11, 10, 9, 8}; // IN1, IN2, IN3, IN4 на платі ULN2003
const int STEPS_PER_REV = 2048; // Приблизно: 32 кроки двигуна × редуктор ≈64
const byte STEP_MS = 3; // Менше 2 мс — двигун може пропускати кроки
const byte PATTERN[4][4] = {
  {1, 1, 0, 0},
  {0, 1, 1, 0},
  {0, 0, 1, 1},
  {1, 0, 0, 1},
}; // Дві сусідні обмотки разом — сильніший крок

int phase = 0;

void energize(int p) {
  for (byte i = 0; i < 4; i++) {
    digitalWrite(COIL_PINS[i], PATTERN[p][i]);
  }
}

void stepOnce(int direction) {
  phase = (phase + direction + 4) % 4; // Наступна або попередня фаза
  energize(phase);
  delay(STEP_MS);
}

void release() {
  for (byte i = 0; i < 4; i++) {
    digitalWrite(COIL_PINS[i], LOW); // Обмотки без струму не гріються
  }
}

void rotateDegrees(long degrees) {
  long steps = degrees * STEPS_PER_REV / 360;
  int direction = steps > 0 ? 1 : -1;

  for (long i = 0; i < abs(steps); i++) {
    stepOnce(direction);
  }

  release();
}

void setup() {
  for (byte i = 0; i < 4; i++) {
    pinMode(COIL_PINS[i], OUTPUT);
  }

  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  Serial.println("+90");
  rotateDegrees(90);
  delay(1000);
  Serial.println("+90");
  rotateDegrees(90);
  delay(1000);
  Serial.println("-180");
  rotateDegrees(-180); // Мінус — у зворотний бік
  delay(2000);
}

Очікуваний результат

У моніторі +90, +90, −180, і так по колу.

Перевір себе

Після трьох рухів вал повертається туди, звідки почав: 90 + 90 − 180 = 0.

Що можна змінити

rotateDegrees(45) — вісім рухів дають повний оберт.

Якщо не працює

Помилка компіляції в rotateDegrees — перевір, що degrees має тип long.

4. Справжній 28BYJ-48

На платі ULN2003 є ті самі чотири світлодіоди. Тепер вони світять, а вал крутиться.

Від’єднай Uno від комп’ютера.
Встав роз’єм двигуна в біле гніздо ULN2003, ключем у паз.
З’єднай Uno і ULN2003 за таблицею.
Наклей на вал прапорець зі скотчу.
Підключи Uno до комп’ютера й завантаж скетч.
Дивись на прапорець і світлодіоди на ULN2003.

Підключення

Контакт	Куди з’єднати
Uno D11	ULN2003 IN1
Uno D10	ULN2003 IN2
Uno D9	ULN2003 IN3
Uno D8	ULN2003 IN4
Uno 5V	ULN2003 «+» (5–12V)
Uno GND	ULN2003 «−»
Роз’єм двигуна 28BYJ-48 (5 проводів)	Біле гніздо на платі ULN2003, ключем у паз

Скетч для справжньої плати

Це той самий код, що й у попередньому кроці. Відкрий його в Arduino IDE, вибери плату Arduino Uno і завантаж.

sketch.ino

Повний код цього кроку

#include <Arduino.h>

const byte COIL_PINS[] = {11, 10, 9, 8}; // IN1, IN2, IN3, IN4 на платі ULN2003
const int STEPS_PER_REV = 2048; // Приблизно: 32 кроки двигуна × редуктор ≈64
const byte STEP_MS = 3; // Менше 2 мс — двигун може пропускати кроки
const byte PATTERN[4][4] = {
  {1, 1, 0, 0},
  {0, 1, 1, 0},
  {0, 0, 1, 1},
  {1, 0, 0, 1},
}; // Дві сусідні обмотки разом — сильніший крок

int phase = 0;

void energize(int p) {
  for (byte i = 0; i < 4; i++) {
    digitalWrite(COIL_PINS[i], PATTERN[p][i]);
  }
}

void stepOnce(int direction) {
  phase = (phase + direction + 4) % 4; // Наступна або попередня фаза
  energize(phase);
  delay(STEP_MS);
}

void release() {
  for (byte i = 0; i < 4; i++) {
    digitalWrite(COIL_PINS[i], LOW); // Обмотки без струму не гріються
  }
}

void rotateDegrees(long degrees) {
  long steps = degrees * STEPS_PER_REV / 360;
  int direction = steps > 0 ? 1 : -1;

  for (long i = 0; i < abs(steps); i++) {
    stepOnce(direction);
  }

  release();
}

void setup() {
  for (byte i = 0; i < 4; i++) {
    pinMode(COIL_PINS[i], OUTPUT);
  }

  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  Serial.println("+90");
  rotateDegrees(90);
  delay(1000);
  Serial.println("+90");
  rotateDegrees(90);
  delay(1000);
  Serial.println("-180");
  rotateDegrees(-180); // Мінус — у зворотний бік
  delay(2000);
}

Очікуваний результат

Прапорець повертається на 90°, ще на 90° і назад на 180°. Світлодіоди на ULN2003 мерехтять під час руху.

Перевір себе

Після кожного циклу прапорець повертається в те саме положення.

Що можна змінити

Завантаж скетч кроку 1 з PHASE_MS = 500: вал робить крихітний крок за кожним світлодіодом.

Якщо не працює

Світлодіоди мерехтять, а вал лише дрижить — перевір порядок IN1–IN4 і роз’єм двигуна. Нічого не світить — перевір 5V, GND і перемичку живлення на ULN2003.