Arduinoでステッピングモーター制御｜28BYJ-48配線

01なぜステッピングモーターにはドライバが必要か

DCモーターとの違い

DCモーターは、電圧をかけ続けるだけで回転し続けます。一方、ステッピングモーターは仕組みが異なります。内部の複数のコイルへ、決まった順番で電流を流します。そうすることで、少しずつ角度を進めていく方式です。この方式のおかげで、ステッピングモーターには強みがあります。「今何ステップ回したか」を数えるだけで、正確な位置決めができるのです。エンコーダーのようなセンサーがなくても、狙った角度で正確に止められます。

Arduinoのピンだけでは電流が足りない

とはいえ、複数のコイルを切り替えるには電流が必要です。本記事で扱う28BYJ-48は、1相あたり約240mAを消費します。一方、Arduino Unoのピンから安全に取り出せる電流は、公式仕様で1本あたり20mAです。つまり、ピンに直結するのはまったく現実的ではありません。だからこそ、コイルの切り替えを肩代わりする「ドライバ」が必要になります。今回使うULN2003は、その役割を担う定番の部品です。

0228BYJ-48とULN2003とは｜基礎知識

28BYJ-48の仕様

28BYJ-48は、5V駆動のユニポーラ型ステッピングモーターです。コイルの共通端子を含めて5本の線が出ています。内部には減速用のギアが組み込まれています。おおよそ64:1の比率で減速されます。モーター自体は32ステップで1周しますが、出力軸はその64倍動かないと1周しません。Arduino公式のStepperライブラリでは、実務上2048ステップで1回転として扱うのが一般的です。個体差でこの数値が多少前後することもあります。

ULN2003ドライバボードの役割

ULN2003は、7組のダーリントントランジスタを内蔵した集積回路（IC）です。Texas Instruments社の製品情報によると、1チャンネルあたり最大500mAの電流を扱えます。

駆動ボードに実装されている部品

28BYJ-48用の駆動ボードには、このICに加えていくつかの部品があります。モーター用の5線コネクタと、電源端子があらかじめ実装されています。そのため、部品同士を個別に配線する手間がありません。役割はシンプルです。Arduinoからの信号（IN1〜IN4）を受け取ります。そして、モーターの4本のコイル線へ電流を流し分けます。

主要ピンの一覧

03配線方法：Arduino・ULN2003・28BYJ-48・電源

配線自体はシンプルです。ULN2003のIN1〜IN4をArduinoのデジタルピンにつなぎます。電源端子は5Vへ、GNDはArduinoのGNDへつなぎます。最後に、28BYJ-48のコネクタをULN2003ボードに差し込めば完了です。

配線手順

電源はArduinoの5Vで足りるのか

28BYJ-48は5V駆動です。そのため、Arduino本体の5Vピンからそのまま給電できます。1個のモーターを低速で動かすだけなら、USB給電でも動くことが多いです。ただし、モーターは1相あたり約240mAを消費します。パソコンのUSBポートによっては、電流の供給能力が心もとない場合もあります。複数のモーターを同時に使う場合は、外部の5V電源を用意してください。この場合も、ULN2003のGNDとArduinoのGNDは必ず1本の線でつないでおきます。

04基本のコード｜Stepper.hライブラリで回してみる

最重要ポイント：配線順序とコードの指定順序は別

28BYJ-48でもっとも多いつまずきが、このポイントです。配線こそIN1・IN2・IN3・IN4の順で単純です。しかし、Arduino公式のStepperライブラリに渡す際は順序が変わります。具体的には、IN1・IN3・IN2・IN4の順で指定する必要があります。真ん中の2つ、IN2とIN3だけを入れ替えるとイメージすると覚えやすいです。この順序を間違えると、モーターは振動するだけで回転しません。配線順序とコード側の順序の対応関係を、次の図解でも確認しておきましょう。

1回転させる最小コード

このルールをコードに反映すると、次のようになります。Arduino IDEに標準搭載されているStepper.hライブラリを使います。時計回りに1回転、反時計回りに1回転する動作を繰り返す、シンプルな例です。

// 28BYJ-48ステッピングモーターを1回転させる最小構成コード
#include <Stepper.h>

const int stepsPerRevolution = 2048;  // 1回転あたりのステップ数（実務上の目安）

// 配線はD8,D9,D10,D11の順だが、指定はIN1,IN3,IN2,IN4の順にする
Stepper myStepper(stepsPerRevolution, 8, 10, 9, 11);

void setup() {
  myStepper.setSpeed(10); // 回転速度（RPM）
}

void loop() {
  // 時計回りに1回転
  myStepper.step(stepsPerRevolution);
  delay(500);

  // 反時計回りに1回転
  myStepper.step(-stepsPerRevolution);
  delay(500);
}

振動して回らないときの一番の確認ポイント

モーターが振動するだけで回らない場合は、まずこのピン順序を疑ってください。ほとんどのケースは、これで解決します。なお、コードの基本文法については、下記の記事でも詳しく解説しています。

05回転方向と速度を制御するコード

回転方向はstep()の正負で決まる

step()関数に渡す数値の符号が、回転方向を決めます。正の数を渡すと時計回りに、負の数を渡すと反時計回りに回転します。ただし、この対応は配線の向きによって入れ替わることがあります。実機を動かしながら、自分の環境での対応を確認してください。

速度はsetSpeed()で指定する

setSpeed()には、RPM（1分あたりの回転数）を指定します。28BYJ-48は内部にギアを持っています。そのため、速度を上げすぎると脱調（追従できず止まってしまう現象）が起きやすくなります。多くのチュートリアルでは、10〜15RPM程度を目安に使っています。まずは低めの速度から試してみましょう。実機の様子を見ながら調整するのがおすすめです。

// 回転方向と速度を切り替えて動かすコード
#include <Stepper.h>

const int stepsPerRevolution = 2048;
Stepper myStepper(stepsPerRevolution, 8, 10, 9, 11);

void setup() {
  myStepper.setSpeed(10); // まずは低速から試す
}

void loop() {
  // ゆっくり半回転（時計回り）
  myStepper.setSpeed(8);
  myStepper.step(stepsPerRevolution / 2);
  delay(1000);

  // ややスピードを上げて半回転（反時計回り）
  myStepper.setSpeed(14);
  myStepper.step(-stepsPerRevolution / 2);
  delay(1000);
}

速度と滑らかさのバランス

06電源・発熱・脱調の注意点

保持電流に注意する

不要なときは電源を切ることも検討する

速度を上げすぎない

07よくあるトラブルと対処法

症状別の対処早見表

原因を素早く切り分けるコツ

08よくある質問

基本のQ&A

応用のQ&A