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文章目錄

• 前言
• 一、硬件選擇
• 二、硬件接線
• • 1、樹莓派接口
  • 2、D36A雙路驅動模塊接口
  • 3、42步進電機接口
  • 4、接線
  • • 樹莓派—驅動
    • 驅動—電機
• 三、軟件部分
• 四、補充

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前言

在物聯網與智能硬件的浪潮中，樹莓派憑藉其輕量化架構與豐富的GPIO接口，已成為創客與開發者實現機電一體化項目的首選平臺。​42步進電機作為部分精密機械結構的核心執行器。二者的結合，便能實現實現1從代碼到物理世界的精確映射。本文將以樹莓派5為硬件載體，結合Python語言的gpiozero庫，深入剖析42步進電機的控制邏輯

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一、硬件選擇

樹莓派：樹莓派5
驅動：D36A雙路步進電機驅動
電機：42步進電機

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二、硬件接線

接線順序：樹莓派GPIO口——驅動用戶控制信號輸入口——驅動電機接口——步進電機

1、樹莓派接口

首先需要在樹莓派文檔中查詢到樹莓派對應版本的接口信息：樹莓派5對應文檔
該圖即為樹莓派的GPIO口分佈圖，其中黃色為GPIO口，黑色為地，紅色和橙色分別為5V和3.3V，在接線時候要注意左上方這個圓孔對應樹莓派上的圓孔，避免弄錯方向。

2、D36A雙路驅動模塊接口

接下來我們看D36A雙路驅動模塊的的結構

以及用戶控制信號的各個引腳的說明

在控制42步進電機的過程中我們只需要用到其中5個引腳就好，分別是5V、GND、ST1、DIR1以及EN1，後面三個是用來控制電機接口A（該驅動可以同時驅動兩路電機，ST2\DIR2\EN2控制的便是電機接口B）

3、42步進電機接口

步進電機只需要接四個口既可（雖然他的接口是6P）

4、接線

樹莓派—驅動

在連接樹莓派與驅動時候，一般不建議直接用樹莓派對驅動進行供電，需要另外的電源模塊來對驅動供電。因此將5V與地線接在特定的電源模塊上既可。
同時需要將ST1、DIR1以及EN1分別接到樹莓派上的三個不同GPIO口，並記住對應的GPIO編號。
本次作者使用的對應接口如下（後續在程序中有用）

驅動的接口	樹莓派接口
ST1	12
DIR1	16
EN1	20

驅動—電機

需要將AC、BD分別接在驅動上一個象的±端，例如作者將A接在A+、C接在A-、B接B+、D接B-。如下圖所示：（接線可以採用杜邦線進行連接，也可購買6P轉4P的線，不過購買時需注意是否正確對應）

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三、軟件部分

軟件部分採用Python實現，利用gpiozero庫進行控制

代碼實現如下：

定義步進電機控制類StepperMotor_42

from gpiozero import PWMOutputDevice, DigitalOutputDevice, OutputDevice, DistanceSensor
class StepperMotor_42:
    def __init__(self, pulse_pin=12, dir_pin=16, enable_pin=20):
        """
        初始化步進電機控制
        參數:
            pulse_pin: 脈衝信號引腳（PWM）
            dir_pin: 方向控制引腳
            enable_pin: 使能控制引腳
        """
        # 創建PWM輸出設備用於脈衝信號
        self.pulse = PWMOutputDevice(pulse_pin)
        # 創建數字輸出設備用於方向控制
        self.direction = DigitalOutputDevice(dir_pin)
        # 創建數字輸出設備用於使能控制
        self.enable = DigitalOutputDevice(enable_pin)
        
        # 默認禁用電機
        self.enable.off()
        # 默認方向為正向
        self.direction.off()
        # 默認頻率（轉速）
        self.frequency = 100
        self.pulse.frequency = self.frequency
        

定義設置電機旋轉方向的方法

    def set_direction(self, clockwise=True):
        if clockwise:
            self.direction.off()
        else:
            self.direction.on()

定義控制轉速的方法(通過PWM的頻率設置frequency)

    def set_speed(self, frequency):
        self.frequency = frequency
        self.pulse.frequency = frequency

定義啟停的方法

    def start(self):
        # 使能電機
        self.enable.on()
        # 設置PWM佔空比為50%
        self.pulse.value = 0.5
    
    def stop(self):
        # 將PWM佔空比設為0
        self.pulse.value = 0
        # 禁用電機
        self.enable.off()

完整代碼如下：

class StepperMotor_42:
    """步進電機控制類 - 適用於帶驅動器的42步進電機"""
    def __init__(self, pulse_pin=12, dir_pin=16, enable_pin=20):
        """
        初始化步進電機控制
        參數:
            pulse_pin: 脈衝信號引腳（PWM）
            dir_pin: 方向控制引腳
            enable_pin: 使能控制引腳
        """
        # 創建PWM輸出設備用於脈衝信號
        self.pulse = PWMOutputDevice(pulse_pin)
        # 創建數字輸出設備用於方向控制
        self.direction = DigitalOutputDevice(dir_pin)
        # 創建數字輸出設備用於使能控制
        self.enable = DigitalOutputDevice(enable_pin)
        
        # 默認禁用電機
        self.enable.off()
        # 默認方向為正向
        self.direction.off()
        # 默認頻率（轉速）
        self.frequency = 100
        self.pulse.frequency = self.frequency
        
    def set_direction(self, clockwise=True):
        """設置電機旋轉方向"""
        if clockwise:
            self.direction.off()
        else:
            self.direction.on()
    
    def set_speed(self, frequency):
        """
        通過設置PWM頻率來控制電機轉速
        
        參數:
            frequency: PWM頻率（Hz），頻率越高，轉速越快
        """
        self.frequency = frequency
        self.pulse.frequency = frequency
    
    def start(self):
        """啟動電機旋轉"""
        # 使能電機
        self.enable.on()
        # 設置PWM佔空比為50%
        self.pulse.value = 0.5
    
    def stop(self):
        """停止電機旋轉"""
        # 將PWM佔空比設為0
        self.pulse.value = 0
        # 禁用電機
        self.enable.off()

只需要調用好類裡面的方法，傳入正確的參數就可以實現42步進電機操控。
（在更新參數之後需要調用stop 和start刷新一下電機的狀態。）

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四、補充

在設置轉速時候需要注意，頻率不等於轉速，該處設置的頻率只是PWM波的頻率，需要經過以下公式換算才能得到對應轉速：

R P M

f × 60 × m 360 / θ

f × m × θ 6 RPM= \frac{f \times 60 \times m}{360/\theta} = \frac{f \times m \times \theta}{6} RPM=360/θf×60×m​=6f×m×θ​
其中：
f：PWM頻率（Hz）
θ：電機固有步距角（單位：度，如1.8°、0.9°）
m：驅動器的細分數（如1細分、16細分）
θ與m需要根據具體的電機參數來進行代入。

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