Arduino ve step motor: temel bilgiler, şemalar, bağlantı ve kontrol

Adım motorları, bir şeyin konumunu kontrol etmek veya çalışma ünitesini belirli bir hız ve açıda döndürmek için kullanılır. Bu özellikler robotik, sayısal kontrollü makineler (CNC) ve diğer otomasyon sistemlerinde kullanılmasını mümkün kıldı. Bu yazıda, step motorların yapımı ve Arduino mikrodenetleyici kullanılarak nasıl kontrol edileceği ile ilgili bir dizi konuyu ele alacağız.

Step motor normalden farklı

Uygulamada kullanılan tüm elektrik motorları, elektrodinamik fenomenler ve rotor ve statorların manyetik alanlarında meydana gelen işlemler nedeniyle çalışır. Daha önce de belirttiğimiz gibi, herhangi bir motor en az iki parçadan oluşur - mobil (rotor) ve hareketsiz (stator). Dönüşü için manyetik alanın da dönmesi gerekir. Rotor alanı, stator alanından sonra döner.

Prensip olarak, bu tür temel bilgiler elektrik motorlarının çalışmasının genel resmini anlamak için yeterlidir. Ancak, aslında, sanayi çeşitli motor seçenekleriBunlar arasında:

1. Sincap kafesi veya sarılı rotor endüksiyon motoru.

2. Alan sargılı veya sabit mıknatıslı senkron motor.

3. DC motor.

4. Üniversal kollektör motoru (hem doğru akım hem de alternatif akım üzerinde çalışır, çünkü rotor sargılarının kendileri, lamel ve ankrajların tasarımı nedeniyle güç kaynağının kontaklarına bağlı ve bağlantısızdır).

5. Fırçasız DC motorlar (BLDC).

6. Servolar.

7. Adım motorları.

Son iki tür, bir dereceye kadar uzayda doğru konumlandırma olasılıkları nedeniyle özel bir değere sahiptir. Adım motorunun tasarımına daha yakından bakalım.

tanım

Bir step motor fırçasız senkron motor olarak adlandırılır. Stator üzerinde belirli sayıda sargı bulunur, bu bağlantı, adım sayısına bağlı olarak rotorun belirli bir açıyı döndürmesine neden olur. Başka bir deyişle, stator sargısındaki akım şaftın ayrı bir açıda dönmesine neden olur.

Sargılar arasındaki voltajın polaritesinde ve enerjili sargıların anahtarlanmasında tekdüze ve sıralı bir değişiklikle, step motor geleneksel bir elektrik motoruna benzer şekilde döner, ancak aslında sabit bir açıda düzenli bir dönüş gerçekleşir.

Step motor bazen motor olarak adlandırılır. sınırlı sayıda rotor pozisyonu ile. Kulağa pek net gelmiyor, anlayalım. Geleneksel bir motor hayal edin - rotorunun konumu herhangi bir şekilde sabitlenmez, yani güç bağlıyken sadece döner ve kapatıldığında, ataletine bağlı olarak bir süre sonra durur. Rotorun konumları istediğiniz kadar olabilir, ancak bir derecenin en küçük fraksiyonlarına göre değişebilir.

Bir step motorda, bir sarım veya birkaç sarım bağlamak, bu sarımlara göre rotorun “mıknatıslanmasına” neden olur. Dışa doğru, şaftı belirli bir açıda (eğim) döndürmek gibi görünüyor. Adım sayısı, bu tip elektrikli tahrikin önemli özelliklerinden biri olduğundan, rotor pozisyonlarının sayısı adım sayısına eşittir. Yeni başlayanlar için bunun nasıl olabileceğini ve bu durumda nasıl döndüğünü anlamak zor - aslında, her şey oldukça basit, bunu aşağıdaki resimlerde ve açıklamalarda göstereceğiz.

dizayn

Uyarma sargıları elektrik motorunun statoruna sabitlenir. Rotoru yumuşak manyetik veya sert manyetik malzemelerden yapılmıştır. Rotorun malzemesi, milin enerjisiz sarımlarla torkuna ve sabitlenmesine bağlıdır. Bu parametreler kritik olabilir.

Bu nedenle, manyetik olarak katı rotorlar (ayrıca kalıcı mıknatıslar ile birlikte) ve manyetik olarak yumuşak (reaktif) rotorlar ayırt edilir, bunlara ek olarak hibrit rotorlar vardır.

Hibrit rotor dişlidir, diş sayısı adım sayısına karşılık gelir. Dişler rotorun ekseni boyunca bulunur. Dahası, böyle bir rotor iki parçaya ayrılır. Aralarına kalıcı bir mıknatıs takılmıştır, bu nedenle rotorun her bir yarısı bir mıknatıs kutbudur. Rotorun yarısının, dişlerin birbirine göre diş aralığının yarısında döndürüldüğü de söylenmelidir.

Daha önce de belirtildiği gibi, böyle bir motor senkronizedir ve dönme süreci, manyetik rotorun aradığı rotorun dönen bir alanını oluşturmaktır ve bu, sargıları kontrolör tarafından sırayla değiştirerek gerçekleştirilir.

Sargıların tasarımı için step motor tipleri, sargıların bağlantı şemasına göre üç ana gruba ayrılır:

1. Bipolar.

2. Tek kutuplu.

3. dört sargı ile.

Çoğu bipolar elektrik motorunun 4 kontağı vardır - bunlar iki sargıdan çıkan sonuçlardır. Motorun içinde, birbirlerine bağlı değiller. Ana sorun, güç polaritesinin değiştirilmesini sağlamak gerektiğidir, bu da sürücünün ve kontrol sürecinin kendisinin daha karmaşık hale geleceği anlamına gelir.

Tek kutuplu, yıldızın desenine göre sargıların bağlantısına benzemektedir. Başka bir deyişle, 5 sonucunuz var - 4'ü sargıların sonu ve 1'i tüm sargıların bağlantı noktası.

Böyle bir motoru kontrol etmek için, sarımın her iki ucuna (veya seçilen rotasyon moduna bağlı olarak birkaçına) alternatif olarak güç sağlamanız yeterlidir, bu şekilde sarımın yarısı her seferinde çalıştırılacaktır. Musluğu ortasından atlayarak tüm sargıyı tamamen beslerseniz, bipolar modda çalışabilir.

4 sargılı motorlar, sargıları sizin için uygun olan herhangi bir şekilde bağlayabilmeniz ve hem bipolar hem de tek kutuplu bir motor alabilmeniz avantajına sahiptir.

Kontrol modları

4 ana step motor kontrol modu vardır:

1. Dalga kontrolü.

2. Tam adım.

3. Yarım adım.

4. Mikro adım

dalga kontrole bir sargının kontrolü denir. yani Aynı zamanda, akım sargılardan birinden akar, bu nedenle iki ayırt edici özellik - düşük güç tüketimi (bu iyidir) ve düşük tork (bu kötüdür).

Bu durumda, bu motor bir devrede 4 adım atar. Gerçek motorlar bir devirde düzinelerce adım alır, bu çok sayıda manyetik kutup değişimi ile elde edilir.

Tam Adım Yönetimi en yaygın kullanılanıdır. Burada voltaj bir sargıya değil, aynı anda iki sargıya beslenir. Sargılar paralel bağlanırsa, akım iki katına çıkar ve seri halinde, besleme gerilimi sırasıyla iki katına çıkar. Bir yandan, bu kontrol yönteminde, motor, bir öncekinden farklı olarak, daha fazla enerji tüketir, diğer yandan,% 100 tork.

Yarım adım kontrolü Motor şaftının daha doğru bir şekilde konumlandırılmasının mümkün olması ilginçtir, çünkü yarımlara tüm adımlara eklenir, bu önceki iki çalışma modunu birleştirir ve sargılar dönüşümlü olarak sonra çiftler halinde, sonra birer birer açılır.

Mil üzerindeki anın, şu anda 1 veya 2 iki sargının dahil olup olmadığına bağlı olarak% 50'den% 100'e kadar yüzdüğünü düşünmeye değer.

Daha da doğrusu mikrostep. Bir öncekine benzer, ancak sargılara verilen gücün tam olarak sağlanmaması, ancak kademeli olarak değişmesi bakımından farklılık gösterir. Böylece, sargıların her birinin rotoru üzerindeki etki derecesi değişir ve şaftın ara adımlarda dönme açısı sorunsuz bir şekilde değişir.

Step motor nereden alınır

Her zaman bir step motor satın almak için zamanınız olacak, ancak gerçek radyo amatörleri, ev yapımı insanlar ve elektronik mühendisleri çöpden yararlı bir şey yapabildikleri için ünlüdür. Elbette evinizde en az bir step motor var. Böyle bir motoru bulmak için nereye bakacağınızı bulalım.

1. Yazıcı.Adım motorları kağıt besleme milinin dönüşü üzerinde durabilir (ancak yer değiştirme sensörlü bir DC motor da olabilir).

2. Tarayıcılar ve MFP'ler. Tarayıcılar genellikle bir step motor ve taşıyıcının yönlendirdiği mekanik bir parça monte ederler, bu parçalar da ev yapımı bir CNC makinesi geliştirmede yararlı olabilir.

3. CD ve DVD sürücüleri. Ayrıca ev yapımı ürünler ve çeşitli CNC'ler için çubuklar ve vidalı miller alabilirsiniz.

4. Disket sürücüler. Disketler ayrıca step motorlara, özellikle 5,25 ”formatındaki disket dosyalarına sahiptir.

Step motor sürücüsü

Step motorları kontrol etmek için özel sürücü mikro devreleri kullanın. Çoğunlukla bu, transistörlerin H köprüsüdür. Bu dahil etme sayesinde, sargıya istenen polaritenin voltajını açmak mümkün hale gelir. Bu yongalar, dönüş yönünü değiştirme desteğine sahip DC motorları kontrol etmek için de uygundur.

Prensip olarak, çok küçük motorlar doğrudan çalıştırılabilir mikrodenetleyicinin pimlerinden, ancak genellikle çoğu durumda yeterli olmayan 20-40 mA verir. Bu nedenle, step motorlar için bazı sürücü örnekleri:

1. L293D tabanlı kartlar. Birçoğu var, bunlardan biri yerli marka Amperka altında Troyka Stepper adı altında satılıyor, gerçek bir projede kullanımının bir örneği aşağıdaki videoda gösteriliyor. Bu özel kartın avantajı, kontrol etmek için kullanılan pin sayısını azaltabilen mantık yongalarına sahip olmasıdır.

Çipin kendisi 4.5-36V'luk bir voltaj altında çalışır ve IC durumuna bağlı olarak 600mA-1A'ya kadar bir akım üretir.

2. A4988 tabanlı sürücü. 35V'a kadar voltajla çalışır, radyatör olmadan 1A'ya kadar ve 2A'ya kadar radyatör ile dayanabilir. Motoru hem tam adımlarla hem de parçalar halinde kontrol edebilir - bir adımın 1 / 16'sından 1 adımına, sadece 5 seçenek. İki H köprüsü içerir. Akort direncini (sağdaki fotoğrafta görülen) kullanarak çıkış akımını ayarlayabilirsiniz.

Adım boyutu MS1, MS2, MS3 girişlerindeki sinyaller tarafından ayarlanır.

İşte bağlantısının bir şeması, STEP girişindeki her darbe, motoru 1 adım veya bir mikro adım döndürecek şekilde ayarlar.

3. ULN2003 tabanlı sürücü 5 ve 12 V motorlarla çalışır ve 500 mA'ya kadar bir akım üretir. Çoğu kartta, her kanalın çalışmasını gösteren 4 LED vardır.

Ayrıca tahtada, motorları bağlamak için terminal bloğunu görebilirsiniz, bu arada, birçoğu bu konektörle satılmaktadır. Böyle bir motorun bir örneği 5V modelidir - 28BYJ-48.

Ve bunların hepsi step motorlar için sürücü seçenekleri değil, aslında daha da fazlası var.

Arduino sürücüsüne ve step motora bağlantı

Çoğu durumda, bir step motor için bir sürücü ile eşleştirilmiş bir mikro denetleyici kullanmanız gerekir. Bağlantı şemasına ve kod örneklerine bakalım. Listelenen en son sürücüye dayalı bir bağlantı düşünün - ULN2003 Arduino kuruluna. Ve böylece 4 girişi vardır, IN1, IN2 vb. Arduino kartının dijital pinlerine bağlanması gerekir ve sürücüye aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir motor bağlanmalıdır.

Ayrıca, kontrol yöntemine bağlı olarak, gerekli sıradaki 1 veya 2 sargı da dahil olmak üzere bu pimlerden 1 veya 0 girişlerine başvurmanız gerekir. Tam adım kontrol programının kodu şuna benzer:

int in1 = 2;

int in2 = 3;

int in3 = 4;

int in4 = 5;

const int dl = 5;

void setup () {

pinMode (in1, ÇIKIŞ);

pinMode (in2, ÇIKIŞ);

pinMode (in3, ÇIKIŞ);

pinMode (in4, ÇIKIŞ);

}

void loop () {

digitalWrite (in1, YÜKSEK);

digitalWrite (in2, YÜKSEK);

digitalWrite (in3, DÜŞÜK);

digitalWrite (in4, DÜŞÜK);

gecikme (dl);

digitalWrite (in1, DÜŞÜK);

digitalWrite (in2, YÜKSEK);

digitalWrite (in3, YÜKSEK);

digitalWrite (in4, DÜŞÜK);

gecikme (dl);

digitalWrite (in1, DÜŞÜK);

digitalWrite (in2, DÜŞÜK);

digitalWrite (in3, YÜKSEK);

digitalWrite (in4, YÜKSEK);

gecikme (dl);

digitalWrite (in1, YÜKSEK);

digitalWrite (in2, DÜŞÜK);

digitalWrite (in3, DÜŞÜK);

digitalWrite (in4, YÜKSEK);

gecikme (dl);

}

 

Aşağıdaki sıradaki sargıları içerir:

İşte yarım adım modunun kodu, gördüğünüz gibi, çok daha hacimli, çünkü daha fazla sayıda anahtarlama sargısı içeriyor.

int in1 = 2;

int in2 = 3;

int in3 = 4;

int in4 = 5;

const int dl = 5;

void setup () {

pinMode (in1, ÇIKIŞ);

pinMode (in2, ÇIKIŞ);

pinMode (in3, ÇIKIŞ);

pinMode (in4, ÇIKIŞ);

}

void loop () {

digitalWrite (in1, YÜKSEK);

digitalWrite (in2, DÜŞÜK);

digitalWrite (in3, DÜŞÜK);

digitalWrite (in4, DÜŞÜK);

gecikme (dl);

digitalWrite (in1, YÜKSEK);

digitalWrite (in2, YÜKSEK);

digitalWrite (in3, DÜŞÜK);

digitalWrite (in4, DÜŞÜK);

gecikme (dl);

digitalWrite (in1, DÜŞÜK);

digitalWrite (in2, YÜKSEK);

digitalWrite (in3, DÜŞÜK);

digitalWrite (in4, DÜŞÜK);

gecikme (dl);

digitalWrite (in1, DÜŞÜK);

digitalWrite (in2, YÜKSEK);

digitalWrite (in3, YÜKSEK);

digitalWrite (in4, DÜŞÜK);

gecikme (dl);

digitalWrite (in1, DÜŞÜK);

digitalWrite (in2, DÜŞÜK);

digitalWrite (in3, YÜKSEK);

digitalWrite (in4, DÜŞÜK);

gecikme (dl);

digitalWrite (in1, DÜŞÜK);

digitalWrite (in2, DÜŞÜK);

digitalWrite (in3, YÜKSEK);

digitalWrite (in4, YÜKSEK);

gecikme (dl);

digitalWrite (in1, DÜŞÜK);

digitalWrite (in2, DÜŞÜK);

digitalWrite (in3, DÜŞÜK);

digitalWrite (in4, YÜKSEK);

gecikme (dl);

digitalWrite (in1, YÜKSEK);

digitalWrite (in2, DÜŞÜK);

digitalWrite (in3, DÜŞÜK);

digitalWrite (in4, YÜKSEK);

gecikme (dl);

}

 

Bu program aşağıdaki gibi sargıları içerir:

Alınan bilgileri birleştirmek için yararlı videoyu izleyin:

Sonuç

Step Motorlar Arduins Arasında Popüler servolar ile birlikteçünkü robotlar ve CNC makineleri oluşturmanıza izin veriyorlar. İkincisine, süper ucuz kullanılan optik sürücü sürücülerinin ikincil pazarındaki bolluk yardımcı olur.