Arduino 单片机控制 SB-100 伺服电机示例说明

一、 硬件接线基础与安全注意事项

在进行任何程序编写和通电测试前，必须确保 Arduino 单片机与 SB-100/24Y矿用隔爆型永磁伺服电动机的物理接线完全正确。

1.1 电源接口接线（防烧毁核心）

一体化伺服电机的电源端子正负极一旦接反，会直接导致电源短路，甚至可能损坏驱动器 。

+V 端子：连接直流电源正极，电压范围为 +24V 至 36V 。

GND 端子：连接直流电源地（负极） 。

重载避坑建议：如果电机所带的负载惯性较大，或者在需要急刹车的场合下运行，强烈建议在电源端子（+V 和 GND）之间并联一个大容量电容（如 50V 1000µF），以吸收反向电动势，保护驱动器 。

1.2 信号接口定义

电机采用标准的 DB9 公头接口进行信号传输，控制核心用到的引脚定义如下 ：

PU+ / PU- (1脚/2脚)：脉冲控制信号 。

DIR+ / DIR- (3脚/4脚)：方向控制信号 。

485A / 485B (8脚/9脚)：485 通信端口，内置隔离电源 。

COM (7脚)：输出信号与 485 电源的公共地 。

二、 方式一：指令脉冲 + 方向位置控制模式

2.1 控制原理简介

脉冲控制模式（位置模式）下，Arduino 单片机充当控制核心 ：

脉冲信号 (PU)：脉冲上升沿有效 。Arduino 每输出一个方波脉冲，电机就旋转一个步距。脉冲的频率（速度）决定了电机的运行转速 。

方向信号 (DIR)：通过高/低电平信号控制 。为了保证电机可靠换向，方向信号应先于脉冲信号至少 5µs 建立 。

2.2 硬件接线（共阴极接法）

本驱动器的输入信号高电平时支持 3.3V~5V，刚好可以与 Arduino 的 5V 输出引脚直接连线 ：

Arduino Digital 2 (D2) → 电机的 PU+ 

Arduino Digital 3 (D3) → 电机的 DIR+ 

Arduino GND → 同时连接电机的 PU- 和 DIR- 

注意：为了可靠响应脉冲信号，脉冲宽度应大于 1.2µs 。

2.3 Arduino 脉冲控制示例程序

// =================================================================

// 方式一：Arduino 脉冲+方向位置控制示例

// =================================================================

const int pulsePin = 2; // 脉冲引脚接 Arduino D2

const int dirPin = 3;   // 方向引脚接 Arduino D3

// 驱动器默认参数：一圈脉冲数为 8192 (16位电子齿轮默认参数)

const int stepsPerRevolution = 8192;

void setup() {

  // 设置控制引脚为输出模式

  pinMode(pulsePin, OUTPUT);

  pinMode(dirPin, OUTPUT);

}

void loop() {

  // ----------- 步骤 1：控制电机正向旋转一圈 -----------

  digitalWrite(dirPin, HIGH); // 设定方向为高电平

  delayMicroseconds(5);       // 方向信号需先于脉冲信号至少 5µs 建立

  for (int i = 0; i < stepsPerRevolution; i++) {

    digitalWrite(pulsePin, HIGH);

    delayMicroseconds(6);     // 脉冲高电平保持（需大于 1.2µs）

    digitalWrite(pulsePin, LOW);

    delayMicroseconds(6);     // 脉冲低电平保持。调节此延时可改变电机转速

  }

  delay(1000); // 停顿 1 秒

  // ----------- 步骤 2：控制电机反向旋转一圈 -----------

  digitalWrite(dirPin, LOW);  // 切换方向为低电平

  delayMicroseconds(5);       // 方向建立时间

  for (int i = 0; i < stepsPerRevolution; i++) {

    digitalWrite(pulsePin, HIGH);

    delayMicroseconds(6);

    digitalWrite(pulsePin, LOW);

    delayMicroseconds(6);

  }

  delay(1000); // 停顿 1 秒

}

三、 方式二：RS485 通讯控制（Modbus RTU 协议）

3.1 控制原理简介

在 Modbus 通讯模式下，Arduino 通过串口发送包含特定数据帧的十六进制（HEX）命令，直接读写驱动器的内部寄存器 。

默认通讯参数：波特率 19200, 数据位 8, 无校验 (N), 停止位 1 。

关键前提：控制前必须先向 0x00 寄存器（Modbus 使能）写入 1 ，否则外部脉冲信号有效，驱动器不响应通讯控制 。

3.2 硬件接线（需 TTL 转 RS485 模块）

驱动器内部 485 已通过光耦隔离 。连线方式如下：

Arduino TX (D11) → 485 模块的 DI (数据输入)

Arduino RX (D10) → 485 模块的 RO (数据输出)

Arduino Digital 4 (D4) → 同时连 485 模块的 DE 和 RE（控制收发状态）

485 模块 A 端 → 电机的 485A 

485 模块 B 端 → 电机的 485B 

Arduino GND → 电机的 COM 

3.3 Arduino 485 通讯控制示例程序

// =================================================================

// 方式二：Arduino RS485 Modbus RTU 控制示例

// =================================================================

#include <SoftwareSerial.h>

const int RE_DE_PIN = 4;         // 485 收发控制引脚接 D4

SoftwareSerial mySerial(10, 11); // 软串口定义：RX 接 D10, TX 接 D11

// 发送 Modbus 原始数据帧的函数

void sendModbusCommand(byte cmd[], int len) {

  digitalWrite(RE_DE_PIN, HIGH); // 切换为发送状态

  delay(1);

  mySerial.write(cmd, len);      // 串口输出 HEX 字节流

  mySerial.flush();              // 等待硬件发送缓存排空

  delay(1);

  digitalWrite(RE_DE_PIN, LOW);  // 切回接收状态释放总线

}

void setup() {

  pinMode(RE_DE_PIN, OUTPUT);

  digitalWrite(RE_DE_PIN, LOW);

  mySerial.begin(19200);         // 匹配电机默认通讯波特率 19200

  delay(500);

  // 【步骤 1】Modbus 使能 (往寄存器地址 0x00 写入 1)

  // HEX 源码命令：01 06 00 00 00 01 48 0A

  byte modbusEnableCmd[] = {0x01, 0x06, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x48, 0x0A};

  sendModbusCommand(modbusEnableCmd, 8);

  delay(100);

  // 【步骤 2】驱动器输出使能 (往寄存器地址 0x01 写入 1)

  // 指令带标准 CRC 校验：

  byte motorEnableCmd[] = {0x01, 0x06, 0x00, 0x01, 0x00, 0x01, 0x19, 0xCA};

  sendModbusCommand(motorEnableCmd, 8);

  delay(100);

}

void loop() {

  // 【步骤 3】通过功能码 0x10 发送增量位置指令走位置

  // A. 控制 1 号电机向前移动一圈（这里假设一圈对应 4000 脉冲）

  // HEX 源码命令：01 10 00 00 00 02 04 0F A0 00 00 F0 CC

  byte moveForwardCmd[] = {0x01, 0x10, 0x00, 0x00, 0x00, 0x02, 0x04, 0x0F, 0xA0, 0x00, 0x00, 0xF0, 0xCC};

  sendModbusCommand(moveForwardCmd, 13);

  delay(5000); // 延时 5 秒，等待电机运转定位完毕

  // B. 控制 1 号电机向后移动一圈（对应脉冲数为 -4000）

  // HEX 源码命令（已修正原手册末尾的 CRC 校验码错误）：

  byte moveBackwardCmd[] = {0x01, 0x10, 0x00, 0x00, 0x00, 0x02, 0x04, 0xF0, 0x60, 0xFF, 0xFF, 0xE1, 0x54};

  sendModbusCommand(moveBackwardCmd, 13);

  delay(5000); // 延时 5 秒

}

四、 工业现场避坑核心提示

关于启动速度（堵转问题）：在脉冲控制时，若设置的脉冲频率过高，电机可能会因为瞬间扭矩不足产生“嗡嗡”声而不旋转 。测试时应先从低速开始（增大程序中的 delayMicroseconds 延时），等转动顺畅后再逐步提速。

控制模式的覆盖关系：请务必注意，当往驱动器发送指令开启 Modbus使能=1 后，外部物理接口输入的脉冲信号将自动失效 。若想换回外部脉冲控制，必须通过通讯将 Modbus 使能写为 0，或将驱动器重新断电上电 。

动态更改数据的 CRC 计算：通讯示例中的十六进制数组最后两位为 CRC-16 校验码 。如果您在实际开发中需要修改运行位置（脉冲数）或目标速度，必须使用标准 Modbus CRC 算法重新计算末尾两位校验码 ，否则驱动器将视其为无效指令而不予响应。