使用Arduino Mega控制多个步进电机进行同方向转动

只看该作者 · 2022-1-18 08:51

一、简介

本次项目主要使用Arduino Mega开发板和Arduino Mega传感器扩展板结合PAJ7620手势传感器对六个28BYJ-48步进电机进行控制。手势传感器可识别向左、向右、向上、向下四个方向的手势。并配合手势旋转不同的角度。

二、材料清单

1、1MEGA2560 R3 开发板
2、6步进电机
3、6按压装置
4、1手势识别模块
5、6亚克力板
6、6联轴器
7、1*MEGA2560专用扩展板

三、程序功能

第1步：MEGA2560 R3 开发板通过MEGA2560专用扩展板控制6个步进电机，电机根据检测到的手势进行相应的旋转。检测到
向左手势第一次：6个步进电机顺时针旋转45°，如果检测到第二次向左手势，再次旋转45°，以此类推，每次检测到一次向左手势则顺时针旋转45°一次，直到电机顺时针旋转到90°位置。
向右手势第一次：6个步进电机逆时针旋转45°，如果检测到第二次向右手势，再次旋转45°，以此类推，每次检测到一次向右手势则逆时针旋转45°一次，直到电机逆时针旋转到-90°位置。
向上手势第一次：如果电机在-90°或者-45°位置，则6个步进电机顺时针旋转到0°位置，如果电机在0°或者45°位置，则6个步进电机顺时针旋转到90°位置。如果电机处于90°位置，则向上手势无效。
向下手势第一次：如果电机在90°或者45°位置，则6个步进电机逆时针旋转到0°位置，如果电机在0°或者-45°位置，则6个步进电逆时针旋转到-90°位置。如果电机处于-90°位置，则向下手势无效。
第2步：MEGA2560 R3 开发板通过手势识别模块，进行动作捕获。
当检测到向上手势时，向串口监视器发送”UP”字符；
当检测到向下手势时，向串口监视器发送”DOWM”字符；
当检测到向右手势时，向串口监视器发送”RIGHT”字符；
当检测到向左手势时，向串口监视器发送”LEFT”字符；
第3步：MEGA2560 R3 开发板通过类似于按压装置的机械原理，实现按压效果。最终实物不是采用此款。只是借用此原理。

四、程序代码

以下展现的是代码的主要功能介绍：（包含有接线方法，以及Arduino使用教程）

/@@*
程序目的：
第1步：Arduino Mega2560通过Mega2560 R3专用传感器扩展板控制步进电机。
第2步：Mega2560通过与Mega2560 R3专用传感器扩展板连接的PAJ7620U2手势传感器识别手势(向左、向右、向上、向下)
第3步：Mega2560根据不同的手势，通过与Mega2560 R3专用传感器扩展板连接的ULN2003控制电机向不同的方向旋转一定的角度。
一、硬件材料
1*Arduino Mega2560开发板
1*Mega2560 R3专用传感器扩展板
6*步进电机
6*ULN2003步进电机驱动板
6*按压装置
1*手势识别模块(PAJ7620U2)
若干杜邦线
二、电路接线
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 5V 接 PAJ7620U2 的 VCC
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 GND 接 PAJ7620U2 的 GND
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 21(SCL) 接 PAJ7620U2 的 SCL
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 20(SDA) 接 PAJ7620U2 的 SDA
电机1
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 4 接 ULN2003 的 In1
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 5 接 ULN2003 的 In2
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 6 接 ULN2003 的 In3
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 7 接 ULN2003 的 In4
电机2
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 8 接 ULN2003 的 In1
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 9 接 ULN2003 的 In2
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 10 接 ULN2003 的 In3
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 11 接 ULN2003 的 In4
电机3
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 14 接 ULN2003 的 In1
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 15 接 ULN2003 的 In2
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 16 接 ULN2003 的 In3
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 17 接 ULN2003 的 In4
电机4
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 22 接 ULN2003 的 In1
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 23 接 ULN2003 的 In2
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 24 接 ULN2003 的 In3
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 25 接 ULN2003 的 In4
电机5
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 26 接 ULN2003 的 In1
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 27 接 ULN2003 的 In2
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 28 接 ULN2003 的 In3
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 29 接 ULN2003 的 In4
电机6
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 30 接 ULN2003 的 In1
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 31 接 ULN2003 的 In2
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 32 接 ULN2003 的 In3
Mega2560 R3专用传感器扩展板的 33 接 ULN2003 的 In4
Mega2560 R3专用传感器扩展板的所有引脚接 Mega2560开发板的所有引脚
详见接线图
三、程序上传
第1步：打开Arduino软件，依次点击 -> 工具 -> 开发板选择"Arduino Mega2560 or Mega2560"
第2步：依次点击 -> 工具 -> 端口选择你自己电脑Arduino的COM口，一般是com3开始，如COM3，COM7
第3步：点击上传（Arduino软件左上角对勾旁边的图标）
四、程序原理
第1步：识别手势
第2步：根据手势，控制步进电机运动
五、预期效果
在手势传感器前（10-15cm范围），比出不同的手势，电机会向不同的方向旋转
向左手势，电机向左旋转45°
向右手势，电机向右旋转45°
向上手势，电机向左旋转90°
向下手势，电机向右旋转90°
六、可能的问题
1、接线不对
仔细核对接线图接线
2、添加库文件
打开 arduino IDE 在菜单栏找到【项目】->【加载库】->【添加。ZIP库】
在我们发您的文件夹中找到【3、程序代码】->【1、库文件】->找到压缩包进行添加即可
需要的库:
PAJ7620 https://www.arduinolibraries.info/libraries/rev-eng-paj7620
AccelStepper https://www.arduino.cc/reference/en/libraries/accelstepper/
如何安装库文件 https://www.arduino.cc/en/guide/libraries?setlang=cn
七、参考的资料
Arduino教程
https://space.bilibili.com/103589285/video?tid=0&page=4&keyword=&order=pubdate
https://www.geek-workshop.com/thread-2719-1-1.html
https://www.yiboard.com/forum-70-1.html
八、升级建议
暂无
*/

第一步：首先需要安装以下两个库文件，具体的安装方法参考以上第六步中的如何安装库文件。

#include"paj7620.h"
#include<accelstepper.h>

以下是代码的宏定义部分，确定电机的控制引脚以及手势传感器（PAJ7620）的指令

#define turnLeft 0x0A //手势向左
#define turnRight 0x0B //手势向右
#define turnUp 0x0C //手势向上
#define turnDown 0x0D //手势向下
//电机步进方式定义
#define fullStep 4 //全步进参数
#define halfStep 8 //半步进参数
//定义1号步进电机引脚
#define motor1Pin1 4 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in1
#define motor1Pin2 5 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in2
#define motor1Pin3 6 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in3
#define motor1Pin4 7 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in4
//定义2号步进电机引脚
#define motor2Pin1 8 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in1
#define motor2Pin2 9 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in2
#define motor2Pin3 10 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in3
#define motor2Pin4 11 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in4
//定义3号步进电机引脚
#define motor3Pin1 14 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in1
#define motor3Pin2 15 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in2
#define motor3Pin3 16 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in3
#define motor3Pin4 17 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in4
//定义4号步进电机引脚
#define motor4Pin1 22 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in1
#define motor4Pin2 23 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in2
#define motor4Pin3 24 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in3
#define motor4Pin4 25 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in4
//定义5号步进电机引脚
#define motor5Pin1 26 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in1
#define motor5Pin2 27 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in2
#define motor5Pin3 28 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in3
#define motor5Pin4 29 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in4
//定义6号步进电机引脚
#define motor6Pin1 30 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in1
#define motor6Pin2 31 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in2
#define motor6Pin3 32 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in3
#define motor6Pin4 33 //28BYJ48连接的ULN2003电机驱动板引脚 in4
uint8_t gestureState = 0; //手势状态（0x0A向左、0x0B向右）

以下是利用Arduino的步进电机驱动库AccelStepper初始化6个步进电机对应的引脚，这里fullStep我设置的是全步进的工作方式，根据实际情况也可以设置为半步进的工作方式。

/@@*
定义中ULN2003驱动板引脚顺序为 in1-in3-in2-in4
所有电机设置为全步进运行
*/
AccelStepper stepper1(fullStep, motor1Pin1, motor1Pin3, motor1Pin2, motor1Pin4);
AccelStepper stepper2(fullStep, motor2Pin1, motor2Pin3, motor2Pin2, motor2Pin4);
AccelStepper stepper3(fullStep, motor3Pin1, motor3Pin3, motor3Pin2, motor3Pin4);
AccelStepper stepper4(fullStep, motor4Pin1, motor4Pin3, motor4Pin2, motor4Pin4);
AccelStepper stepper5(fullStep, motor5Pin1, motor5Pin3, motor5Pin2, motor5Pin4);
AccelStepper stepper6(fullStep, motor6Pin1, motor6Pin3, motor6Pin2, motor6Pin4);

初始化部分，主要设置电机的最大速度为800，加速度为80.设置硬串口波特率为9600，硬串口打印字符串”\nPAJ7620U2 TEST DEMO: Recognize 9 gestures.”，如果初始化手势传感器OK则打印“INIT OK”，否则则，打印“INIT ERROR,CODE:”。之后打印字符串“Please input your gestures:”，就可以开始输入手势，在输入手势时，不能远离手势传感器超过10cm，否则会无法识别。（由于系统限制我将它放在底部链接）

主函数的逻辑主要就是读取手势传感器的手势方向，然后根据相应的手势，返回对应的代码：
turnLeft 0x0A
turnRight 0x0B
turnUp 0x0C
turnDown 0x0D
获得相应的代码之后，再利用电机库当中的currentPosition()函数，获取当前电机的具体位置，再根据这个实际位置旋转相应的角度。具体逻辑关系见代码：（由于系统限制我将它放在底部链接）

以下这个函数是loop函数当中被调用的手势识别函数GestureRecognition()；主要也是用于判断各种手势（向左、向右、向上、向下）。当然，这个手势模块还有其他手势可以判断，只不过，目前我只用到这几种，小伙伴可以自行探索一下。（由于系统限制我将它放在底部链接）

五、功能演示

以下为成品的演示图，仅供参考

附件部分包括了整体代码和测试代码，还有相关的演示视频。（由于平台不支持上传视频我只贴个图片在这了。）
https://www.icxbk.com/download/detail/49408.html</accelstepper.h>