Плеко / Робототехніка

Урок 18.4

Швидкість і плавний розгін

Пауза між кроками задає швидкість; розгін не дає двигуну пропускати кроки.

Перед початком: Пройди 18.3 «Перший оберт: STEP і DIR».

Підготуй компоненти

Довідник компонентів

Arduino Uno1 шт.
Кроковий двигун NEMA17 17HS44011 шт.
Драйвер крокового двигуна TB66001 шт.
Блок живлення 12 В / 3 А1 шт.
З’єднувальні проводи6 шт.
USB-кабель для Arduino з передаванням даних1 шт.

У Wokwi замість TB6600 — A4988 з тими самими сигналами STEP і DIR. Блок 12 В потрібен лише на столі.

4 кроки · у власному темпі

1. Три швидкості

Швидкість крокового двигуна — це частота кроків. Коротша пауза між імпульсами — швидше обертання.

Відкрий новий проєкт Arduino Uno у Wokwi.
Заміни diagram.json файлом кроку.
Заміни sketch.ino скетчем кроку.
Натисни ▶.
Порівняй час кожного оберту.

Підключення

Контакт	Куди з’єднати
Uno D4	A4988 STEP
Uno D3	A4988 DIR
A4988 RESET	A4988 SLEEP
A4988 VDD	Uno 5V
A4988 GND	Uno GND
A4988 2B і 2A	Двигун A− і A+
A4988 1A і 1B	Двигун B+ і B−

Файли для Wokwi

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

Схема Wokwi кроку 1

sketch.ino diagram.json libraries.txt

Повний код цього кроку

#include <Arduino.h>

const byte STEP_PIN = 4; // PUL+ на TB6600, STEP на A4988 у Wokwi
const byte DIR_PIN = 3; // DIR+ на TB6600
const int STEPS_PER_REV = 200; // Повний крок: 1,8° на крок
const unsigned int PAUSES_US[] = {6000, 3000, 1500}; // Менша пауза — швидше

void stepOnce(unsigned int pauseUs) {
  digitalWrite(STEP_PIN, HIGH); // Короткий імпульс — один крок
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(STEP_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(pauseUs);
}

void setup() {
  pinMode(STEP_PIN, OUTPUT);
  pinMode(DIR_PIN, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  for (byte s = 0; s < 3; s++) {
    Serial.print("Pause between steps, us: ");
    Serial.println(PAUSES_US[s]);

    for (int i = 0; i < STEPS_PER_REV; i++) {
      stepOnce(PAUSES_US[s]);
    }

    delay(1000);
  }
}

Очікуваний результат

Пауза 6000 мкс — оберт за 1,2 с, 3000 — за 0,6 с, 1500 — за 0,3 с.

Перевір себе

Оберти за хвилину = 60 000 000 / (200 × пауза в мкс). Для 1500 мкс — 200 об/хв.

Що можна змінити

Додай значення 1000 у масив і зміни 3 на 4 у циклі.

Якщо не працює

Усі оберти однакові — перевір, що stepOnce() отримує PAUSES_US[s].

2. Плавний розгін

Ротор має вагу. Якщо одразу дати високу частоту, він не встигає за полем і пропускає кроки. Тому починаємо повільно й з кожним кроком скорочуємо паузу, а перед фінішем так само гальмуємо.

Заміни код скетчем кроку 2.
Запусти симуляцію.
Стеж за стрілкою на старті й фініші.

Підключення

Контакт	Куди з’єднати
Uno D4	A4988 STEP
Uno D3	A4988 DIR
A4988 RESET	A4988 SLEEP
A4988 VDD	Uno 5V
A4988 GND	Uno GND
A4988 2B і 2A	Двигун A− і A+
A4988 1A і 1B	Двигун B+ і B−

Файли для Wokwi

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

Схема Wokwi кроку 2

sketch.ino diagram.json libraries.txt

Повний код цього кроку

#include <Arduino.h>

const byte STEP_PIN = 4; // PUL+ на TB6600, STEP на A4988 у Wokwi
const byte DIR_PIN = 3; // DIR+ на TB6600
const int STEPS_PER_REV = 200; // Повний крок: 1,8° на крок
const unsigned int START_US = 6000; // Повільний старт
const unsigned int RAMP_US = 25; // На скільки коротшає пауза з кожним кроком
unsigned int fastUs = 1500; // Найкоротша пауза на повній швидкості

void stepOnce(unsigned int pauseUs) {
  digitalWrite(STEP_PIN, HIGH); // Короткий імпульс — один крок
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(STEP_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(pauseUs);
}

void moveSmooth(long steps) {
  digitalWrite(DIR_PIN, steps > 0 ? HIGH : LOW);
  long total = abs(steps);

  for (long i = 0; i < total; i++) {
    long nearest = min(i, total - 1 - i); // Відстань до старту або фінішу
    long pauseUs = START_US - nearest * RAMP_US;

    if (pauseUs < (long)fastUs) {
      pauseUs = fastUs;
    }

    stepOnce(pauseUs);
  }
}

void setup() {
  pinMode(STEP_PIN, OUTPUT);
  pinMode(DIR_PIN, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  Serial.println("Smooth: 4 turns forward");
  moveSmooth(4L * STEPS_PER_REV);
  delay(1000);
  Serial.println("Smooth: 4 turns back");
  moveSmooth(-4L * STEPS_PER_REV);
  delay(1000);
}

Очікуваний результат

Стрілка рушає повільно, розганяється, 4 оберти, плавно зупиняється. Потім 4 оберти назад.

Перевір себе

Розгін триває (6000 − 1500) / 25 = 180 кроків.

Що можна змінити

RAMP_US: 50 — коротший розгін, 10 — довший.

Якщо не працює

Двигун одразу мчить без розгону — перевір START_US більший за fastUs.

3. Шукаємо межу швидкості

Скетч з розгоном пробує дедалі коротші паузи: від 3000 до 650 мкс. У Wokwi двигун ідеальний, а справжній на якійсь швидкості почне гудіти й пропускати кроки.

Заміни код скетчем кроку 3.
Запусти симуляцію.
Стеж за числами в моніторі.

Підключення

Контакт	Куди з’єднати
Uno D4	A4988 STEP
Uno D3	A4988 DIR
A4988 RESET	A4988 SLEEP
A4988 VDD	Uno 5V
A4988 GND	Uno GND
A4988 2B і 2A	Двигун A− і A+
A4988 1A і 1B	Двигун B+ і B−

Файли для Wokwi

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

Схема Wokwi кроку 3

sketch.ino diagram.json libraries.txt

Повний код цього кроку

#include <Arduino.h>

const byte STEP_PIN = 4; // PUL+ на TB6600, STEP на A4988 у Wokwi
const byte DIR_PIN = 3; // DIR+ на TB6600
const int STEPS_PER_REV = 200; // Повний крок: 1,8° на крок
const unsigned int START_US = 6000;
const unsigned int RAMP_US = 25;
const unsigned int TEST_US[] = {3000, 2000, 1500, 1200, 1000, 800, 650};
unsigned int fastUs = 3000;

void stepOnce(unsigned int pauseUs) {
  digitalWrite(STEP_PIN, HIGH); // Короткий імпульс — один крок
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(STEP_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(pauseUs);
}

void moveSmooth(long steps) {
  digitalWrite(DIR_PIN, steps > 0 ? HIGH : LOW);
  long total = abs(steps);

  for (long i = 0; i < total; i++) {
    long nearest = min(i, total - 1 - i); // Відстань до старту або фінішу
    long pauseUs = START_US - nearest * RAMP_US;

    if (pauseUs < (long)fastUs) {
      pauseUs = fastUs;
    }

    stepOnce(pauseUs);
  }
}

void setup() {
  pinMode(STEP_PIN, OUTPUT);
  pinMode(DIR_PIN, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  for (byte t = 0; t < 7; t++) {
    fastUs = TEST_US[t];
    Serial.print("Fastest pause, us: ");
    Serial.println(fastUs);
    moveSmooth(2L * STEPS_PER_REV);
    delay(1500);
  }

  Serial.println("Test done");
  delay(5000);
}

Очікуваний результат

У моніторі Fastest pause 3000 … 650, кожен тест — два оберти з розгоном. Потім Test done.

Перевір себе

У симуляції всі тести проходять: межу знайдемо лише на столі.

Що можна змінити

TEST_US: додай свої значення між 650 і 3000.

Якщо не працює

Монітор зупинився — дочекайся кінця тесту: на малих швидкостях він довший.

4. Межа справжнього двигуна

Найбільша швидкість залежить від напруги, струму на DIP і навантаження. Запиши свою межу — це найкоротша пауза, на якій двигун ще не губить кроки.

Блок 12 В вимкнений із мережі.
Перевір підключення за таблицею.
Завантаж скетч кроку 3.
Увімкни блок 12 В.
Слухай двигун і дивись на прапорець.
Запиши значення, на якому двигун загудів або прапорець змістився.
Вимкни блок 12 В.

Підключення

Контакт	Куди з’єднати
Блок 12 В «+»	TB6600 +V (VCC)
Блок 12 В «−»	TB6600 GND
Перша обмотка двигуна	TB6600 A+ і A−
Друга обмотка двигуна	TB6600 B+ і B−
Uno D4	TB6600 PUL+
Uno D3	TB6600 DIR+
TB6600 PUL− і DIR−	Uno GND
TB6600 ENA+ і ENA−	Не підключаємо — драйвер увімкнений

Скетч для справжньої плати

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

Повний код цього кроку

#include <Arduino.h>

const byte STEP_PIN = 4; // PUL+ на TB6600, STEP на A4988 у Wokwi
const byte DIR_PIN = 3; // DIR+ на TB6600
const int STEPS_PER_REV = 200; // Повний крок: 1,8° на крок
const unsigned int START_US = 6000;
const unsigned int RAMP_US = 25;
const unsigned int TEST_US[] = {3000, 2000, 1500, 1200, 1000, 800, 650};
unsigned int fastUs = 3000;

void stepOnce(unsigned int pauseUs) {
  digitalWrite(STEP_PIN, HIGH); // Короткий імпульс — один крок
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(STEP_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(pauseUs);
}

void moveSmooth(long steps) {
  digitalWrite(DIR_PIN, steps > 0 ? HIGH : LOW);
  long total = abs(steps);

  for (long i = 0; i < total; i++) {
    long nearest = min(i, total - 1 - i); // Відстань до старту або фінішу
    long pauseUs = START_US - nearest * RAMP_US;

    if (pauseUs < (long)fastUs) {
      pauseUs = fastUs;
    }

    stepOnce(pauseUs);
  }
}

void setup() {
  pinMode(STEP_PIN, OUTPUT);
  pinMode(DIR_PIN, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  for (byte t = 0; t < 7; t++) {
    fastUs = TEST_US[t];
    Serial.print("Fastest pause, us: ");
    Serial.println(fastUs);
    moveSmooth(2L * STEPS_PER_REV);
    delay(1500);
  }

  Serial.println("Test done");
  delay(5000);
}

Очікуваний результат

Твоя межа записана. Безпечна робоча пауза — приблизно на третину більша.

Перевір себе

На безпечній паузі прапорець після двох обертів повертається точно на місце.

Що можна змінити

Повтори тест без розгону (RAMP_US = 0): межа стане гіршою.

Якщо не працює

Двигун гуде вже на 3000 — перевір струм на DIP і обмотки.