O que é motor de passo? Rotação precisa com o 28BYJ-48 e o ULN2003 no Arduino

Um motor de passo é um motor que divide a rotação em passos pequenos e iguais. Ele gira um ângulo fixo a cada comando, então você sabe exatamente onde o motor parou sem nenhum sensor extra. Impressoras 3D, máquinas CNC, sliders de câmera e cortinas automáticas usam motores de passo por causa dessa precisão. O jeito mais barato de começar a aprender com o Arduino é o motor 28BYJ-48 e a placa driver ULN2003 vendida com ele.

Como funciona um motor de passo?

Dentro de um motor de passo há várias bobinas dispostas em volta de um rotor magnético dentado. Quando as bobinas são energizadas em uma determinada ordem, o rotor é puxado a cada vez para a bobina mais próxima e avança um passo. Execute a sequência rápido e o motor gira rápido; execute devagar e ele gira devagar; inverta a sequência e ele gira para o outro lado. Como o motor conta cada passo, a posição é conhecida, mas, se ele for sobrecarregado, pode pular passos sem perceber.

Motor de passo, servo ou motor CC?

Se basta ir até um ângulo e ficar parado nele, um servo é mais simples; os detalhes estão em O que é servo motor? Se você precisa de rotação rápida e contínua, um motor CC com um driver de motor L298N é mais adequado. Para tarefas que pedem várias voltas e uma posição conhecida ao mesmo tempo, o motor de passo é imbatível.

Especificações do 28BYJ-48

Ligação do driver ULN2003

O conector de 5 fios do motor só encaixa no soquete da placa ULN2003 em um sentido, então não tem como errar. Ligue os pinos IN1–IN4 da placa nos pinos 8–11 do Arduino, e os terminais + e – em uma fonte de 5 V. O ULN2003 é um conjunto de transistores Darlington que eleva o pequeno sinal do pino do Arduino até a corrente de que a bobina precisa, e os quatro LEDs da placa mostram as bobinas ligando em sequência.

Primeira rotação com a biblioteca Stepper

A biblioteca Stepper, que vem com a Arduino IDE, não precisa de instalação. O único cuidado é a ordem dos pinos: para o 28BYJ-48, o objeto precisa ser declarado na ordem 8, 10, 9, 11 (IN1, IN3, IN2, IN4). Se você escrever 8, 9, 10, 11, o motor vibra no lugar em vez de girar; esse é o erro mais comum.

1#include <Stepper.h>
2
3const int STEPS_PER_REV = 2048;                  // 28BYJ-48 tam tur / full revolution
4Stepper motor(STEPS_PER_REV, 8, 10, 9, 11);      // sıra: IN1, IN3, IN2, IN4 / order: IN1, IN3, IN2, IN4
5
6void setup() {
7  motor.setSpeed(10);                            // devir/dakika, en fazla ~15 / RPM, max ~15
8}
9
10void loop() {
11  motor.step(STEPS_PER_REV);        // bir yönde tam tur / one full turn
12  delay(1000);
13  motor.step(-STEPS_PER_REV / 2);   // ters yönde yarım tur / half a turn back
14  delay(1000);
15}

Controle de posição com um potenciômetro

Se você guardar a posição atual do motor em uma variável, pode mandá-lo para qualquer ponto que quiser. O código abaixo transforma a posição do potenciômetro em 0–2048 passos, e o motor vai até o mesmo ponto, como se seguisse o botão. Uma tolerância de 10 passos ignora pequenas oscilações. A ligação do potenciômetro está em O que é potenciômetro?

1#include <Stepper.h>
2
3Stepper motor(2048, 8, 10, 9, 11);
4int position = 0;                                    // şu anki adım / current step
5
6void setup() {
7  motor.setSpeed(12);
8}
9
10void loop() {
11  int target = map(analogRead(A0), 0, 1023, 0, 2048);  // potansiyometre → hedef / pot → target
12  if (abs(target - position) > 10) {                 // küçük titreşimleri yok say / ignore jitter
13    motor.step(target - position);
14    position = target;
15  }
16}

AccelStepper: aceleração suave sem travar o programa

O comando step() da biblioteca Stepper para o seu programa até o movimento terminar; durante esse tempo, você não consegue ler botões nem atualizar um display. A AccelStepper, que você instala pelo Gerenciador de Bibliotecas, move o motor passo a passo em segundo plano e acrescenta aceleração e desaceleração para evitar partidas bruscas. Para o 28BYJ-48, usa-se o modo de meio passo (HALF4WIRE), em que uma volta tem 4096 passos:

1#include <AccelStepper.h>
2
3// 28BYJ-48 + ULN2003, yarım adım: tur başına 4096 / half-step: 4096 per turn
4AccelStepper motor(AccelStepper::HALF4WIRE, 8, 10, 9, 11);
5
6void setup() {
7  motor.setMaxSpeed(1000);      // adım/saniye / steps per second
8  motor.setAcceleration(400);   // adım/saniye² / steps per second²
9  motor.moveTo(4096);           // bir tur ileri / one turn forward
10}
11
12void loop() {
13  if (motor.distanceToGo() == 0) {
14    motor.moveTo(-motor.currentPosition());   // geri dön / go back
15  }
16  motor.run();                  // her döngüde çağır, bekletmez / call every loop, non-blocking
17}

Motores mais potentes: NEMA 17 e o A4988

Para tarefas que pedem força, como impressoras 3D e máquinas CNC, usam-se motores de passo bipolares como o NEMA 17. Esses motores dão 200 passos por volta (1,8°) e são muito mais fortes que o 28BYJ-48. Você os aciona com drivers como o A4988 ou o DRV8825: o motor dá um passo a cada pulso no STEP, e o pino DIR define o sentido. O driver funciona com 8–35 V e, com microstepping, divide cada passo em até 16 partes para um movimento mais suave.

1const int STEP_PIN = 3;
2const int DIR_PIN = 4;
3
4void setup() {
5  pinMode(STEP_PIN, OUTPUT);
6  pinMode(DIR_PIN, OUTPUT);
7}
8
9void loop() {
10  digitalWrite(DIR_PIN, HIGH);          // yön / direction
11  for (int i = 0; i < 200; i++) {       // NEMA 17'de 200 adım = 1 tur / 200 steps = 1 turn
12    digitalWrite(STEP_PIN, HIGH);
13    delayMicroseconds(800);             // küçüldükçe hız artar / smaller = faster
14    digitalWrite(STEP_PIN, LOW);
15    delayMicroseconds(800);
16  }
17  delay(1000);
18}

Motores de passo com o ESP32 e o Raspberry Pi Pico

As entradas do ULN2003 funcionam bem com sinais de 3,3 V; mesmo assim, alimente o motor separadamente com 5 V. No ESP32, a biblioteca AccelStepper funciona do jeito que está; você pode usar pinos que não sejam os 6–11 e 34–39, por exemplo os GPIO 19, 18, 5 e 17. No Pico com MicroPython, você gira o motor escrevendo uma sequência de meio passo nos quatro pinos, um de cada vez:

1from machine import Pin
2import time
3
4pins = [Pin(n, Pin.OUT) for n in (2, 3, 4, 5)]      # IN1–IN4 → GP2–GP5
5SEQ = [[1,0,0,0],[1,1,0,0],[0,1,0,0],[0,1,1,0],
6       [0,0,1,0],[0,0,1,1],[0,0,0,1],[1,0,0,1]]    # yarım adım dizisi / half-step sequence
7
8def rotate(steps, delay_ms=2):
9    direction = 1 if steps > 0 else -1
10    for i in range(abs(steps)):
11        for pin, value in zip(pins, SEQ[(i * direction) % 8]):
12            pin.value(value)
13        time.sleep_ms(delay_ms)
14    for pin in pins:
15        pin.value(0)                                   # bobinleri bırak / release coils
16
17rotate(4096)        # bir tur / one turn (half-step)
18rotate(-1024)       # çeyrek tur geri / quarter turn back

Ideias de projetos com motor de passo

• Relógio analógico: um relógio de mesa com os ponteiros de horas e minutos girados por motores de passo.
• Slider de câmera: um trilho que move uma câmera bem devagar para fazer timelapses.
• Alimentador automático de peixes: um mecanismo que gira o reservatório duas vezes por dia para soltar ração.
• Painel que segue o sol: gire um painel para a direção mais clara com dois sensores de luz; para a parte da luz, veja Sensor de luz LDR.
• Mesa giratória: uma mesa que gira um objeto em passos iguais para fotos de produtos ou escaneamento 3D.
• Cortina automática: um motor que abre e fecha uma cortina enrolando a cordinha e que lembra a posição dela.

Erros comuns e como resolvê-los

• O motor vibra, mas não gira: a ordem dos pinos na biblioteca Stepper está errada; escreva 8, 10, 9, 11 em vez de 8, 9, 10, 11.
• O motor pula passos: a velocidade está alta demais ou a carga pesada demais; mantenha o 28BYJ-48 abaixo de 15 RPM e acrescente aceleração com a AccelStepper.
• O Arduino reinicia: a alimentação não é suficiente; alimente o motor com uma fonte externa de 5 V e ligue os terras.
• O motor esquenta parado: as bobinas continuam energizadas; coloque os quatro pinos em LOW quando o movimento terminar.
• O número de voltas não bate: são 2048 passos no modo de passo completo e 4096 no de meio passo, enquanto um NEMA 17 tem 200. Não confunda o modo com o motor.
• O motor não gira com um A4988: o limite de corrente está baixo demais, não há alimentação para o motor, ou os pinos RESET e SLEEP não estão ligados entre si.

O motor de passo é o jeito mais fácil de dizer "gire exatamente isto", e é a base de máquinas como fresadoras CNC e impressoras 3D. No app BlueGrays você encontra projetos de uso do motor de passo 28BYJ-48 e de montagem de um servo de 360 graus a partir de um motor de passo, passo a passo, com esquemas do circuito e código.