モーターを毎回同じくらい回転させることはできんのかな。
回転量を正確に制御することは難しいぞ。
モーターの回転をステップとして制御できる。
今回はこのあたりを動かしてみるか。
この記事では、「M5Stamp Pico」を使って、「ステッピングモーターを動かす」方法をご紹介します。
「M5Stamp Pico」は、切手サイズのマイコンです。
さまざまなものに組み込むことができるので、モーターと組み合わせて、一定間隔で指示した回転をさせたいということも出てくるのでないでしょうか。
DCモーター（ブラシ／ブラシレス）では、どれだけ回転したかを制御することは、他のセンサーなどの数値をフィードバックさせるなど複雑な仕組みが必要になります。
また、サーボモーターは、回転角度は指定できますが、３６０度を超えて連続した回転を細かく制御するとなると難しいです。
そこで、登場するのが、「ステッピングモーター」です。
「ステッピングモーター」を使えば、360度回転をステップという単位に分けて制御することができます。
そこで、今回は、「M5Stamp Pico」で、「ステッピングモーター」を、一定角度ずつ動作させるということを行ってみます。
「M5Stamp Pico」に接続する際の環境構成や、プログラムを紹介します。
ぜひ、皆さんも挑戦してみてくださいね！
この記事の前提となるM5Stamp Picoのはじめかたについては、次の記事で紹介しています。
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ステッピングモーター
ステッピングモーターを準備する
今回、使用するステッピングモーターは、「28BYJ-48」です。
まずは、ステッピングモーターについて、紹介します。
ステッピングモーターとは？
ステッピングモーターは、電気信号（パルス）を入力することで一定の角度だけ回転するモーターです。
回転数だけではなく角度を制御できるため、高精度な位置決めや制御に利用されます。
ステッピングモーターの種類
ステッピングモータは構造によって，2相，3相，5相に分類されます。
時計のように回転するステッピングモータは，1パルスで動かせる角度を「基準ステップ角」と呼びます。
基準ステップ角が細かければ細かいほど，滑らかでより精度の高い動きができます。
ステッピングモーターの駆動方式
ステッピングモータを駆動するにはドライバが必要です。
２相の場合，バイポーラ駆動かユニポーラ駆動かによって，ドライバの駆動回路が異なります。
３相と5相は，電流を双方向に流すことが可能なドライバが必要になります。
また，２相や３相ステッピングモータは，巻線構造が簡単なため，メーカーが違っても，同じ駆動回路でモータを回すことができます。
しかし，５相ステッピングモータの場合，巻線構造が複雑で，モータを回すために流す相の組み合わせや順番も1通りではありません。
したがって，5相ステッピングモータの場合，組み合わせるドライバには注意が必要です。
バイポーラ結線
1つの巻線に対して双方向に電流を流す駆動方式（バイポーラ駆動）を取る形式です。以下の特徴があります。
・構造は簡単だが駆動回路は複雑になる。
・巻線の利用効率がよく細やかな制御ができるので高い出力トルクが得られる。
・コイルに発生する逆起電力を低減できるので、耐圧が低めのモータードライバを利用できる。ユニポーラ結線
センタータップを持ち、1つの巻線に対し常に一定方向に電流を流す駆動方式（ユニポーラ駆動）を取る形式です。
次の特徴があります。
・構造は複雑になるが駆動回路は簡単になる。
・巻線の利用効率が悪く、バイポーラ結線に比べ約半分程度の出力トルクしか得られない。
・コイルに高い逆起電力が発生するので、高耐圧のモータードライバが必要になる。
ステッピングモータードライバ
- ステッピングモーター接続部
ステッピングモーターのケーブルについているコネクタを接続します。 - 信号入力
IN1～IN4まで、M5Stamp PicoのGPIOと接続して信号を入力します。マイコン（M5Stamp Pico）側 ステッピングモータードライバ基板側 GPIO26 IN1 GPIO18 IN2 GPIO19 IN3 GPIO21 IN4 - 電力供給（５V～12V）
電池や、電源から電力を供給します。電源側 ステッピングモータードライバ基板側 ５V ５V（＋） GND GND（－）
当方で使用した際には、ショートピンも付属していましたが、もしない場合は、別途準備してください。
ステッピングモーター駆動時の動き
ステッピングモーターとM5Stamp Picoを接続する
マイコンと接続する際に、ブレッドボードを使って、回路を作ります。
今回は、次のように回路を作りました。
実際にブレッドボード上で回路を組んだ際のイメージは次のようになりました。
ステッピングモーターを動かすプログラム
ステッピングモーターを動かすプログラムを作っていきます。
プログラム内容
今回のプログラムは、次のような動きをするように記述してみます。
- 電源投入後、以下を繰り返す
①ステッピングモーターを４５度回転させる
②３秒間待機する
ライブラリのインストール
次のライブラリをインストールします。
| ライブラリ名 | 説明 |
|
Stepper
|
ステッピングモーター制御用ライブラリ |
ライブラリのインストールは、次の記事で紹介しています。
本記事は、Arduino IDE 1.8.xバージョンのライブラリ管理方法を紹介した記事です。 Arduino IDEは、より新しいバージョン「2.0.x」が発表されています。 機能がよりリッチになった「Ardu[…]
Arduino IDE スケッチ例
Arduino IDEを起動して、「ファイル」メニューから「新規ファイル」を選択し、表示されるスケッチに以下のように記述します。
＜プログラム本体＞
ステッピングモーターを制御するプログラムの説明
ステッピングモーターを制御するために、プログラム内で次のように記載しています。
１
ステッピングモーター制御用ライブラリをインクルードします。
#include <Stepper.h> // ステッピングモーター制御用ライブラリ
２
ステッピングモーターを制御するためのM5Stamp PicoのGPIOと、使用するステッピングモーターのステップ数を定義します。
//M5Stamp Pico GPIO →Stepping Motor Driver
#define SMTR_IN1 26 // ステッピングモータドライバへの入力用
#define SMTR_IN2 18 // ステッピングモータドライバへの入力用
#define SMTR_IN3 19 // ステッピングモータドライバへの入力用
#define SMTR_IN4 21 // ステッピングモータドライバへの入力用
// Stepper Value
#define STEPS 2048 // ステッピングモータのステップ数
次にステッピングモーター制御のインスタンスを生成します。
ここで、「SMTR_IN3」と「SMTR_IN2」の順番を変えていることに注意してください。
// ステッピングモータ制御用インスタンスの生成（SMTR_IN2 とSMTR_IN3を入れ替え）
Stepper stepper(STEPS, SMTR_IN1, SMTR_IN3, SMTR_IN2, SMTR_IN4);
3
ステッピングモーターのスピードを指定します。
stepper.setSpeed(10); // ステッピングモーターの速度を指定
stepper.step(256); // ステッピングモーターで動作させるステップ数を指定して実行(256 →45度)
void stopMotor() { digitalWrite(SMTR_IN1, LOW); digitalWrite(SMTR_IN3, LOW); digitalWrite(SMTR_IN2, LOW); digitalWrite(SMTR_IN4, LOW); }
M5Stamp Picoへの書き込み
- 「ファイル」メニューから「名前を付けて保存」で任意の名前を付けて保存します。
- 「ツール」メニューから「ボード」情報を確認し、M5Stamp Picoであるか確認します。
「Partition Scheme」を「No OTA（Large APP)」に設定します。
この際、「シリアルポート」にマイコンを接続したCOMポートが指定されているかも確認します。 - 「ツール」メニューから「シリアルモニタ」を選択してシリアルモニタを起動します。
- 「スケッチ」メニューから「マイコンボードに書き込む」を選択します。
プログラム実行結果
電池ボックスのスイッチをONにすると、M5Stamp Picoが起動し、次のようにステッピングモーターが回転します。
編集後記
いかがだったでしょうか。
ステッピングモーターを使うと、決まった角度だけ動作させることができるので、活用の幅は広そうです。
前回の記事「DeepSleep」と合わせたプログラムにすると、電池やバッテリー使用時にも定期的に動くものが作れますね！
今回の記事は以上になります。
最後まで、ご覧いただきありがとうございました。
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