arduino课程设计

一、 设计目的

1、 提高学生的创新能力、综合设计能力和动手实践能力

2、 感受ardunio平台的便捷性，培养学生的学习兴趣以及动手解决实际生活问题的兴趣，

促进学生的全面发展等。

二、 设计任务

设计一个将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件，通过一个脉冲信号驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，使它按照一个固定的角度一步一步的旋转

三、 主要设备及元器件

Arduino 控制板实验包（Arduino 控制板、数据线、面包板等）

步进电机：1 个

步进电机驱动板：1 个

导线：若干

四、 原理

1、步进电机工作原理：

通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动

转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

注：定子：电机中固定的部分叫做定子，如 ABCD 四个磁极。 转子：转动的部分。

励磁方式分两种：

1、1 相励磁方式：即 A-B-C-D 每相依次通电。当 A 相通电时，由于 NS 相吸引的原因，转子上离 A 相最近的磁极转动到 A 相位置，然后 B 相通电，离 B 相最近的转子磁极转到 B相位置，然后 C 相 D 相依次通电，这样转子就一步一步的转动起来通过 ABCD 依次通电就可以实现转子不停的转动。

2、1-2 相励磁方式：即通电方式变为了 A-AB-B-BC-C-CA，原理和 1 相励磁方式相同，不同点当 AB 相通电时转子转动到 AB 相之间磁拉力最强的地方。（歩距角为步进电机每次能转动的最小角度，1-2 相励磁方式使转子每步转动的角度才是步距角；1 相励磁方式转子每步转动的角度除以 2 才是步距角。）

2本课程设计步进电机工作原理、

该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。

开始时，开关 SB 接通电源，SA、SC、SD 断开，B 相磁极和转子 0、3 号齿对齐，同时，转子的 1、4 号齿就和 C、D 相绕组磁极产生错齿，2、5 号齿就和 D 、A 相绕组磁极产生错齿。当开关 SC 接通电源，SB、SA、SD 断开时，由于 C 相绕组的磁力线和 1、4号齿之间磁力线的作用，

使转子转动，1、4 号齿和 C 相绕组的磁极对齐。而 0 、3 号齿和 A、B 相绕组产生错齿，2、5 号齿就和 A、D 相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D 四相绕组轮流供电，则转子会沿着 A、B、C、D 方向转动。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

五、 内容及步骤

1、 学习材料

仔细学习Arduino入门与提高V1.21、实验例程与资料等材料

2、 选用器件

从Arduino RFID学习套装中选取步进电机所需要的主要设备及器件

3、 组装

按照原理图组装步进电机

4、 调试验证

接入电脑，输入程序，下载至步进电机驱动板驱动步进电机旋转，通过调整程序参数改变步进电机正转、反转与转速

六、 结果

通过这次课程设计，不但对本专业的知识有了一个很好地理解，还在团队协作方面有了很大的提高。在对照元器件清单、挑选元器件以及完成步进电机的组装过程中两个人分工明确，互相配合，十分默契，最终做出了可正转、反转及改变转速的步进电机，成功的完成了本次课程设计，达到了预期的目的。

七、 总结

本次课程设计将理论与实践有机的结合，既考察了我们对理论的掌握程度，也反映了我们的实际动手能力。而且本次课程设计对我们来说也是意义重大，不仅增长了我们的见识， 丰富了我们的经验，扩充了我们的知识，提高了我们的动手能力，锻炼了我们的耐心，培养了我们思考的能力，增强了我们的自信，也更让我们明白了团结合作的力量，团队能力的强大。有了这些宝贵的经验，在以后的工作中相信我们将少走很多弯路，也将更好更快的完成自己的任务。 刚开始做时，我们什么也不知道，一头雾水，根本不知道从什么地方下手手，但通过查阅老师给的资料，和同学的探讨，逐渐的脑子里有了雏形，不再那么迷茫了，知道自己该怎么做了，也就越来越有信心了。先是了解了什么是arduino，知道了arduino平台可以干什么，然后确定了题目，学习了相关的理论知识，按照资料中的图纸组装了步进电机，最后调试。虽然在设计过程中，我们也遇到了非常多的阻碍，但我们都有信心把它做好，所以都坚持到了最后，终于完成了我们的目标。现在想想，真的非常兴奋，看着自己做好的东西，我们心里真有种骄傲和自豪的感觉，因为我们成功了，现在就是想着我们怎样才能做得更好，因为我们现在有足够的信心，可以一起团结合作，共同努力做出更好更复杂的东西。 本次课程设计的时间挺长的，持续了三个周，在这段时间我们都感觉真的很忙碌，因为在设计过程中有非常多的不可预见的因素，这主要是因为我们经验不足所致。在一次一次的调试过程中，我们体会到了作为一个技术人员的艰辛，没有充足且完备的知识，没有丰富的经验，要完成一件产品是一件多么不容易的事啊！ 这次课程设计我们最大的感受就是：最难的不是动手组装，而是研究原理，研究这个东西是怎么来的，这耗费了我们很多的精力，但效果却不是最好的，因为

走了非常多的弯路。在组装的过程中好的方面是我们也发现了可以把步进电机驱动板上本来接到面包板，再接到arduino UNO板上的导线直接从驱动板接到arduinoUNO板上。不过也存在一些问题，对程序掌握的不够透彻，对原理不是很熟悉，所以一开始不知道怎么让电机反转及改变转速，最后又花了相当多的时间和精力才明白了如何完成这些设计任务，在此过程中提高了自己的理论知识和实际动手能力，也锻炼了耐心、细心，加深了我们对此次课程设计的深刻认知，学到了更多的知识。本次课程设计中，有顺利的地方，也有出了问题的地方，但是我学会的最重要的一点是出了问题不要紧，关键的是要把问题解决。很多东西还是得靠自己亲身实践，只有自己实践出来的才明白是最好的、可行的。 虽然本次课程设计真的让我们感觉有点累，但我们的汗水得到了回报。现在我们对科技制作也越来越感兴趣了。以后我们也会抓住一切自己所能抓住的机会，努力提升自己的能力！

十分感谢我的导师，非常平易近人，对我们非常有耐心，给予了我们非常大的帮助，让我们学到了很多东西，真的非常感谢我的导师!