Come controllare un motore passo-passo con un Raspberry Pi

1. Introduzione

Il Raspberry Pi è un single-board computer molto diffuso, ampiamente utilizzato in progetti hobbistici e industriali. Si tratta essenzialmente di un piccolo computer delle dimensioni di una carta di credito. È ampiamente utilizzato in vari progetti, tra cui il controllo di motori passo-passo — un'attività comune nelle applicazioni di controllo del movimento. In questo articolo imparerai come utilizzare il linguaggio di programmazione Python e la libreria RPi.GPIO per controllare un motore passo-passo, insieme alle relative istruzioni di cablaggio.

2. Materiali necessari

1. Raspberry Pi (consigliato Raspberry Pi 3B+ o superiore)
2. Motore passo-passo (ad es. NEMA 17)
3. Modulo driver per motore passo-passo (ad es. DRV8825 o A4988)
4. Cavi jumper (connettori DuPont)
5. Alimentatore DC 12V
6. Breadboard (opzionale)
7. Condensatore di disaccoppiamento (ad es. elettrolitico da 100 µF)

3. Istruzioni di cablaggio

Nota di sicurezza: Collegare sempre i cavi del motore e del driver prima di alimentare il circuito. Verificare attentamente tutti i collegamenti per evitare danni al Raspberry Pi o al modulo driver.

1. Collegare i quattro fili del motore passo-passo ai pin A1, A2, B1 e B2 del modulo driver.
2. Collegare il terminale positivo dell'alimentatore a 12V al pin VMOT del modulo driver e il terminale negativo al pin GND. Posizionare un condensatore di disaccoppiamento (ad es. elettrolitico da 100 µF) tra VMOT e GND, il più vicino possibile al modulo driver, per sopprimere i picchi di tensione.
3. Collegare il pin di alimentazione a 5V del Raspberry Pi (pin fisico 2 o pin 4) al pin VCC del modulo driver e collegare un pin GND (ad es. pin fisico 6) al pin GND del modulo driver.
4. Collegare i seguenti pin GPIO BCM del Raspberry Pi ai pin corrispondenti del modulo driver:

Suggerimento: Il pin ENABLE sulla maggior parte dei moduli A4988/DRV8825 è attivo basso. Portandolo a LOW si abilita l'uscita del driver.

4. Implementazione del codice Python

Per prima cosa, installare la libreria RPi.GPIO. Inserire i seguenti comandi nel terminale:

sudo apt-get update
sudo apt-get install python3-rpi.gpio

Successivamente, creare un file Python denominato stepper_motor.py e inserire il seguente codice:

import time
import RPi.GPIO as GPIO

# Definizione dei pin (numerazione BCM)
DIR = 17
STEP = 18
MS1 = 27
MS2 = 22
ENABLE = 23

# Impostazione della modalità GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(DIR, GPIO.OUT)
GPIO.setup(STEP, GPIO.OUT)
GPIO.setup(MS1, GPIO.OUT)
GPIO.setup(MS2, GPIO.OUT)
GPIO.setup(ENABLE, GPIO.OUT)

# Abilitazione del driver e impostazione della direzione
GPIO.output(ENABLE, GPIO.LOW)   # Abilita il driver (attivo basso)
GPIO.output(DIR, GPIO.HIGH)     # Direzione oraria

# Impostazione della modalità di passo in base al modello del driver (ad es. A4988)
GPIO.output(MS1, GPIO.HIGH)     # 1/4 di passo
GPIO.output(MS2, GPIO.LOW)

# Controllo della rotazione del motore
steps = 200
delay = 0.001  # Delay più breve per una velocità maggiore

for _ in range(steps):
    GPIO.output(STEP, GPIO.HIGH)
    time.sleep(delay)
    GPIO.output(STEP, GPIO.LOW)
    time.sleep(delay)

# Pulizia dei GPIO
GPIO.cleanup()

Infine, salvare il file ed eseguirlo nel terminale:

python3 stepper_motor.py

5. Riepilogo

Questo articolo ha illustrato come utilizzare un Raspberry Pi per controllare un motore passo-passo, incluse le istruzioni di cablaggio e il codice Python con la libreria RPi.GPIO. Seguendo questi passaggi è possibile ottenere facilmente il controllo del motore. Regolare i parametri nel codice (come il numero di passi, il ritardo e le impostazioni di microstepping) in base alle esigenze del proprio progetto.