Emm42_V4.x步进闭环驱动器说明书

一、产品介绍

1.1 产品简介

Emm42_V4.x步进式闭环驱动器是张大头智能控制为满足用户需求而独立开发的稳定可靠的产品。它是基于上一代的Emm42_V3.6版升级，不仅延续了其优秀FOC矢量闭环控制算法，更传统Dir/Step在控制模式的基础上UART、RS232、RS485、CAN准确控制电机等总线通信方式，满足用户需求，适合3D印刷、写字机、雕刻机PLC用户使用控制、机械臂、汽车比赛等。

1.2硬件介绍

1.3产品特点

• 优秀的FOC矢量闭环控制算法、扭矩、速度、位置三环控制；
• 工业级高精度16384线磁编码器；
• 支持开环模式，vFOC矢量闭环、UART/RS232/RS485/CAN通信等控制模式；
• 支持多机通信；
• 支持控制速度/位置，读取电机位置和状态，修改系统参数；
• 采用曲线加减速算法，使电机启停更加顺畅；
• 支持1~256任意细分步数；
• 内部有细分插补算法，效率提高5.2倍，改善3D打印直角圆角的问题；
• 可支持输入共阳和共阴信号
• 可支持PLC的NPN或PNP的24V直接输入信号；
• 支持0.9°和1.8°42步进电机；
• 实时显示系统信息，一键修改系统参数，自动保存，立即生效；
• 最大转速约2200转 ;
• 实时更新电机位置；
• 具有线序识别功能；
• 具有编码器自校准功能；
• 具有堵转保护功能；
• 带有自动熄屏功能;
• 具有恢复出厂设置；
• 提供上位机、外壳文件，STM32/Arduino控制例程、使用说明书等详细信息；

1.4产品参数

主板型号	Emm42_V4.0
主控芯片	高性能32位ARM处理器
驱动电路	8个高品质MOS管道由双H桥驱动
传感器	工业级高精度16384线磁编码器
供电电压	7-28V
工作电流	0-3000mA
信号输入	3.3-24V支持共阳/共阴输入、支持PLC的NPN/PNP的24V输入
闭环反馈频率	力矩环20KHz+ 速度环10KHz+ 位置环10KHz+
最大脉冲频率	约120KHz
最高转速	2200转+
最大打印速度	180-220mm/s
控制精度	小于0.08°
细分支持	1-256任意细分
串口功能	速度/位置模式控制、读取/修改参数
电机线序识别	有，线序识别更加准确
堵转检测	有，检测方式更加合理
恢复出厂设置	有
静音/震动	中低速超静音、超低震动

 1.5 版本对比

品名	Emm42_V4.0	Emm42_V3.6
外观
发布时间	2022年5月	2021年3月
处理器	高性能32位ARM处理器	HC32L130F8UA（48MHz）
闭环反馈频率	力矩环20KHz+ 速度环10KHz+ 位置环10KHz+	力矩环20KHz 速度环10KHz 位置环10KHz
控制模式	CAN/485/232/串口/脉冲	串口/脉冲
细分插补算法	算法效率提升5.2倍，改善转角	有
最高转速	2200转+	1000转+
最大打印速度	180-220mm/s	150-180mm/s
串口功能	速度/位置模式控制、读取/修改参数	读取参数、修改细分
通讯针座	通用2.54mm插针	2.0mm插针
通讯地址	1-247（0作为广播地址 ）	0xE0-0xE9（无广播地址）
通讯校验	可选0x6B、XOR、CRC-8三种	无
曲线加减速	有	无
速度档位	1279个	127个
电机位置	不使能用手转动，电机位置仍更新	不使能电机位置不更新

 1.6 套餐说明

自带配件（每个套餐都包含）
	Emm42_V4.0 PCBA（默认不包含电机）	×1
	默认配M3*40mm螺丝，需要其他长度可备注	×4
	默认配7*3mm垫片，凹槽型电机请备注7*5mm	×4
	5*3mm径向磁铁	×1
	50mm电机线接电机和闭环PCBA	×1
	1米通讯线接闭环PCBA和主板	×1
套餐配件说明
PCL套餐	全套自带配件×1
3D打印套餐	全套自带配件×1、3D打印转接板×1
工业套餐	全套自带配件×1 注：PCBA的En/Step/Dir端口带光耦，只支持3.3V/5V共阳输入
485套餐	全套自带配件×1、485转TTL模块×1
CAN套餐	全套自带配件×1、CAN收发器模块×1
232套餐	全套自带配件×1、232转TTL模块×1

 1.7 产品尺寸及电机参数

 

 42步进电机参数：

特性	规格	特性	规格
相数	2	步距角	1.8°±0.09°
额定电压	DC 36V	额定电流	DC 1.5A/相
相电阻(20℃)	2.4×(1±15%)Ω/相	相电感(1KH)	3.7×(1±20%)mH/相
保持转矩	≥ 420mN.m	定位转矩	15mN.m REF.
转向（轴伸向看）	A-AB-B顺时针	最大空载启动频率	≥ 1500 PPS
最大空载运行频率	≥ 1900 PPS	绝缘电阻	≥ 100 MΩ(DC 500V)
电气强度	AC600V/1mA/1S	绝缘等级	B级
转动惯量	57.3 g.cm²	质量	255 g REF.

 二、闭环PCBA安装

2.1 硬件清单 ：

序号	品名	数量
1	Emm42_V4.0闭环PCBA	1
2	42步进电机	1
3	7*3mm垫片	4
4	5*3mm径向磁铁	1
5	M3*40mm螺丝	4
6	3M胶水	1
7	50mm电机线	1
8	1米通讯线	1
9	螺丝刀（自备）	1

 硬件清单如下图所示：

 2.2 安装步骤：

 三、第一次上电校准

 3.1 模块供电接线： 

或者

 3D打印主板：直插3D打印转接板到主板，这样供电和信号线就都接好了

 3.2 上电自检提示：

         接好供电线后上电，闭环驱动板第一次上电会进行自检，可能会出现以下几种情况的提示，请按照相应的步骤进行操作：

（1）提示“Phase A+ A- Error！”或“Phase B+ B- Error！”或“Phase AA BB Error！”

• 错误类型：电机线序错误；
• 错误原因：不同品牌的42步进电机所定义的电机线序不一样，市面上通常有以下两种电机线序：

 

• 操作步骤：请先断电重新调整电机的线序（A+ A- B+ B-），默认配送的电机线是线序1，如果你的42步进电机的线序和我们配送的不一样，请自行调整一下。
• 电机线序调整方法：用牙签/镊子等尖物把短线6P一头端子戳出来，再按图中的另一种电机线序插回去，重新上电观察屏幕不再提示电机线序错误即可。

（2）提示1秒“Not Cal”，然后进入校准菜单（此时只有4行菜单项，含Exit项）

• 错误类型：提示编码器未进行校准，属于正常现象；
• 错误原因：未进行编码器校准；
• 操作步骤：点击Cal进行编码器校准，此时正常情况下电机会一步一步的正转一圈，然后再反转一圈，如果出现来回转一下，说明线序不对，断电重新调整线序；

（3）提示“Motor Type Error！”

• 错误类型：电机类型错误；
• 错误原因：闭环驱动板检测到你的42步进电机不是0.9°/1.8°的步距角，原因可能是：
  1. 第一次上电，电机就带了负载/减速器
  2. 编码器太靠近磁铁，没有1-3mm的间隙；
  3. 粘磁铁的时候，胶水滴到步进电机轴里面；
  4. 步进电机是坏的；

• 操作步骤：卸掉电机带的负载/减速器、垫高驱动板，让编码器和磁铁有1-3mm的间隙、更换一个新的42步进电机，然后重新上电进行测试；

 （4）提示“Magnet Loss! Enter..”

• 错误类型：编码器没检测到磁铁；
• 错误原因：没粘磁铁到电机轴上，没把驱动板固定到电机背后；
• 操作步骤：按照2.2章节安装步骤进行磁铁的安装和驱动板的固定

  3.3 按键操作说明：

 3.4 校准编码器：

 四、主板控制接线

4.1 3D打印主板接线：

4.2 STM32控制接线：

4.3 Arduino控制接线：

 4.4 51单片机控制接线：

 4.5 PLC控制接线：

 4.6 EN+/EN-/PUL+/PUL-/DIR+/DIR-差分接线：

 4.7 通讯控制接线：

  4.7.1串口TTL通讯控制接线：

         串口TTL多机通讯控制接线：

    4.7.2 RS232通讯控制接线：

         RS232多机通讯控制接线：

    4.7.3 RS485通讯控制接线：

         RS485多机通讯控制接线：

 4.7.4 CAN通讯控制接线：

         CAN多机通讯控制接线：

 五、OLED显示与菜单功能介绍

5.1 参数显示说明：

         如上图所示，Emm42_V4.0步进闭环驱动有两种界面，一种是参数显示界面，另一种是菜单设置界面，它们之间相互切换的关系如下：

1. 按Enter按键，可以从参数显示界面切换到菜单设置界面；
2. 在菜单设置界面，按Next按键，可以向下选择下面一项菜单；按Enter按键，可以确认选择当前菜单，进入到选项里面，再按Enter按键，就是确认选择当前选项；
3. 长按Next按键1秒/确认选择Exit，可以从菜单设置界面返回参数显示界面。

参数显示界面一共有3行显示数据，分别是：

1. 360°：         电机转过的实时位置，在不使能下用手转动电机轴，位置仍更新；
2. 0.01err：     转动的位置误差角度，这是一个实时值，跟速度快慢有关系。
3. 0clk：          驱动板接收到的脉冲数，意味着你主板发送了多少个脉冲。

5.2 菜单功能介绍 ：

        5.2.1主菜单功能：

• 菜单项目：Cal

菜单功能：编码器校准

菜单选项：无

菜单作用：闭环模式下对编码器进行线性化插值和电角度对齐，可以提高编码器的线性精度，校准前请确保电机类型（MotType菜单）选择正确，并且确保电机空载校准；

• 菜单项目：MotType

菜单功能：步进电机类型选择

菜单选项：0.9°、1.8°

菜单作用：选择你的42步进电机类型，是0.9°步进电机，还是1.8°步进电机；

• 菜单项目：Mode

菜单功能：控制模式选择

菜单选项：CR_OPEN、CR_vFOC、CR_UART、CR_CAN（只有CAN套餐有这个选项）

菜单作用：选择一种控制模式运行：

1. CR_OPEN：开环模式，不需要编码器和校准就能工作，但速度很低，约100转；
2. CR_vFOC：脉冲FOC矢量闭环模式，默认工作模式，最大转速约2200+转；
3. CR_UART：串口TTL通讯控制模式，在CR_vFOC模式基础上封装成总线通讯控制；
4. CR_ CAN：CAN通讯控制模式，在CR_vFOC模式基础上封装成CAN总线通讯控制；

• 菜单项目：Ma

菜单功能：设置开环模式的工作电流档位

菜单选项：0、200、400、...、3000

菜单作用：设置开环模式的工作电流档位，闭环模式会根据负载大小自动调整电流的大小，变电流技术。

• 菜单项目：MStep

菜单功能：设置细分步数

菜单选项：1、2、4、8、16、32、64、128、256

菜单作用：设置闭环驱动的细分，要与你的主板设置的细分相同，默认16细分。此外，常规细分1、2、4、8、16、32、64、128、256可以在菜单上修改，其他细分如67细分，需要通过串口/上位机发送命令进行修改； 

• 菜单项目：En

菜单功能：设置En端口的有效电平

菜单选项：H、L、Hold

菜单作用：选择En端口的有效电平：

1.  H： En端口高电平有效，即En端口控制到高电平电机使能，低电平不使能；
2.  L： En端口低电平有效，即En端口控制到低电平电机使能，高电平不使能；
3. Hold：En端口一直有效，即不管En端口是高电平还是低电平，电机一直使能；

注意：En端口不接线情况下，En端口默认是高电平状态；

• 菜单项目：Dir

菜单功能：设置电机旋转的正方向

菜单选项：CW、CCW

菜单作用：选择一种电机旋转的正方向，对于3D打印用户来说，电机移动方向不对，可以在修改主板固件的情况下，修改这个选项来调整电机旋转的方向；

• 菜单项目：AutoSDD

菜单功能：设置自动熄屏功能

菜单选项：Disable、Enable

菜单作用：设置OLED屏自动熄屏，使能(Enable)后，在7秒内无任何按键操作OLED屏就会自动熄灭，熄灭后按任意按键可以重新点亮OLED屏；

• 菜单项目：Protect

菜单功能：设置堵转保护功能

菜单选项：OnlySta、Enable

 菜单作用：设置电机堵转后自动关闭，保护电机和闭环驱动器不受破坏；

1. OnlySta：不开启电机堵转保护，电机发生堵转时，LED常亮提示；
2. Enable： 开启电机堵转保护，电机发生堵转时，电机自动关闭且LED常亮提示；

• 菜单项目：MPlyer

菜单功能：设置内部256细分插补功能

菜单选项：Disable、Enable

菜单作用：使能(Enable)选项后，闭环驱动器会将你设置的当前细分值，如16细分，内部自动插补到最高256细分去运行，这将有效的减少电机低速运动时的震动和噪音；

• 菜单项目：UartBaud

菜单功能：设置串口TTL通讯波特率

菜单选项：Disable、9600、19200、25000、38400、57600、115200

菜单作用：设置串口TTL通讯波特率，默认是38400；

• 菜单项目：UartAddr

菜单功能：设置串口TTL多机通讯地址

菜单选项：1、2、3、4、5、6、7、8、9、10

菜单作用：设置串口TTL多机通讯地址，常规地址1-10可以在菜单上修改，其他地址如67地址，需要通过串口/上位机发送命令进行修改，支持1-247的地址，0为广播地址，发送命令时，如果地址为0，则所有连接到通讯上的闭环驱动都会执行该命令；

• 单项目：DatCheck

菜单功能：设置串口TTL通讯校验字

菜单选项：0x6B、XOR、CRC-8

菜单作用：设置串口TTL通讯校验字，用于在每条命令的最后加上一个字节的该校验字，保证通讯的准确。0x6B为固定校验字，XOR和CRC-8校验见“通讯