اردوينو ومحرك السائر: أساسيات ، مخططات ، اتصال والتحكم

تستخدم محركات السائر للتحكم في موضع شيء ما ، أو لتدوير وحدة العمل من سرعة وزاوية معينة. مثل هذه الميزات جعلت من الممكن استخدامها في الروبوتات ، والآلات التي يتم التحكم فيها عدديًا (CNC) ، وأنظمة التشغيل الآلي الأخرى. في هذه المقالة ، سننظر في عدد من القضايا المتعلقة ببناء المحركات السائر وكيفية التحكم فيها باستخدام متحكم Arduino.

السائر المحركات يختلف عن المعتاد

تعمل جميع المحركات الكهربائية المستخدمة في الممارسة بسبب الظواهر الكهروديناميكية والعمليات التي تحدث في المجالات المغناطيسية للدوار والستات. كما ذكرنا بالفعل ، يتكون أي محرك من جزأين على الأقل - الجوال (الدوار) وبدون حركة (الجزء الثابت). لدوره ، فمن الضروري أن المجال المغناطيسي تدور أيضا. يدور الحقل الدوار بعد مجال الجزء الثابت.

من حيث المبدأ ، هذه المعلومات الأساسية كافية لفهم الصورة العامة لتشغيل المحركات الكهربائية. ومع ذلك ، في الواقع ، تنتج الصناعة خيارات المحركات المختلفةمن بينها:

1. السنجاب قفص أو الجرح المحرك التعريفي الدوار.

2. محرك متزامن مع لفات المجال أو مع مغناطيس دائم.

3. العاصمة المحرك.

4. محرك جامع عالمي (يعمل على كل من التيار المباشر والتيار المتردد ، لأن اللفات الدوارة نفسها متصلة ومنفصلة عن جهات الاتصال بمصدر الطاقة بسبب تصميم المصابيح والمراسي).

5. فرش العاصمة المحركات (BLDC).

6. الماكينات.

7. المحركات السائر.

إن النوعين الأخيرين لهما قيمة خاصة ، بسبب إمكانية تحديد موقعهما بدقة في الفضاء إلى حد ما. دعونا نلقي نظرة فاحصة على تصميم محرك السائر.

تعريف

يطلق على السائر محرك متزامن بدون فرش. يوجد عدد معين من اللفات على الجزء الثابت ، والتي يؤدي توصيلها إلى تدوير الدوار لزاوية معينة ، اعتمادًا على عدد الخطوات. بمعنى آخر ، فإن التيار الموجود في لف الجزء الثابت يؤدي إلى تدوير العمود بزاوية منفصلة.

مع تغيير موحد ومتسلسل في قطبية الجهد عبر اللفات وتبديل اللفائف النشطة ، يدور محرك السائر ، على غرار المحرك الكهربائي التقليدي ، على الرغم من أن الدوران المنتظم بزاوية ثابتة يحدث ببساطة.

محرك السائر يسمى أحيانا المحرك. مع عدد محدود من المواقف الدوار. لا يبدو الأمر واضحًا للغاية ، دعنا نرى. تخيل محركًا تقليديًا - لا يتم تثبيت موضع دوارها بأي طريقة ، أي أنها تدور ببساطة أثناء توصيل الطاقة ، وعندما تتوقف ، تتوقف بعد بعض الوقت ، اعتمادًا على القصور الذاتي. يمكن أن تكون مواضع الدوار أكبر عدد تريده ، ولكن يمكن أن تختلف باختلاف الكسور الصغيرة.

في محرك السائر ، يؤدي توصيل لف أو عدة لفات إلى أن "الدوار" مغنطيس فيما يتعلق بهذه اللفات. ظاهريا ، يبدو تمامًا مثل تدوير العمود في زاوية معينة (درجة الصوت). نظرًا لأن عدد الخطوات يعد أحد الخصائص المهمة لهذا النوع من المحركات الكهربائية ، فإن عدد مواقع الدوار يساوي عدد الخطوات. من الصعب على المبتدئين أن يفهموا كيف يمكن أن يكون ذلك ، وكيف يدور في هذه الحالة - في الواقع ، كل شيء بسيط للغاية ، وسنعرض ذلك في الرسوم التوضيحية والأوصاف أدناه.

تصميم

يتم تثبيت اللفات المثيرة على الجزء الثابت للمحرك الكهربائي. يتكون الدوار من مواد مغناطيسية ناعمة أو صلبة. تعتمد مادة الدوار على عزم الدوران وتثبيت العمود بلفائف غير نشطة. هذه المعلمات يمكن أن تكون حاسمة.

لذلك ، تتميز الدوارات الصلبة مغناطيسيا (وهي أيضا مع مغناطيس دائم) والدوارات الناعمة مغناطيسيا (رد الفعل) ، بالإضافة إلى ذلك هناك الدوارات الهجينة.

يتكون الدوار الهجين مسنن ، وعدد الأسنان يتوافق مع عدد الخطوات. توجد الأسنان على طول محور الدوار. علاوة على ذلك ، يتم تقسيم هذا الدوار إلى قسمين. يتم تثبيت مغناطيس دائم بينهما ، لذلك كل من نصفي الدوار هو قطب المغناطيس. يجب أن يقال أيضًا أن نصف الدوار يتم تدويره نصف درجة الأسنان بالنسبة لبعضها البعض.

كما ذكرنا سابقًا ، يكون هذا المحرك متزامنًا ، وتتمثل عملية الدوران فيه في إنشاء مجال دوار للدوار ، يسعى إليه الدوار المغناطيسي ، ويتحقق ذلك من خلال تبديل اللفات بواسطة جهاز التحكم بدوره.

تنقسم أنواع محركات السائر لتصميم اللفات إلى ثلاث مجموعات رئيسية وفقًا لمخطط توصيل اللفات:

1. القطبين.

2. القطب الواحد.

3. مع أربع لفات.

معظم المحركات الكهربائية ثنائية القطب لها 4 جهات اتصال - هذه استنتاجات من لفين. داخل المحرك ، فهي بشكل عام غير متصلة ببعضها البعض. المشكلة الرئيسية هي أنه من الضروري ضمان تبديل قطبية الطاقة ، مما يعني أن السائق وعملية التحكم نفسها سوف تصبح أكثر تعقيدًا.

يشبه أحادي القطب اتصال اللفات وفقًا لنمط النجم. بمعنى آخر ، لديك 5 استنتاجات - 4 منها هي نهايات اللفات ، و 1 هو نقطة الاتصال لجميع اللفات.

للتحكم في مثل هذا المحرك ، تحتاج فقط إلى توفير الطاقة بالتناوب لكل نهاية من لفيفة (أو اثنين منهم ، وهذا يتوقف على وضع التناوب المحدد) ، وبهذه الطريقة سيتم تشغيل نصف اللف في كل مرة. يمكن أن تعمل في وضع ثنائي القطب ، إذا قمت بإطعام الملف بالكامل بتجاوز الصنبور بالكامل من منتصفه.

تتمتع المحركات ذات 4 لفات بميزة أنه يمكنك توصيل اللفات بأي طريقة مناسبة لك والحصول على محرك ثنائي القطب ومحرك أحادي القطب.

وسائط التحكم

هناك 4 طرق التحكم في المحركات السائر:

1. موجة التحكم.

2. خطوة كاملة.

3. نصف خطوة.

4. microstepping

موجة يسمى السيطرة السيطرة على واحد متعرجا. أي في الوقت نفسه ، يتدفق التيار عبر إحدى اللفات ، ومن ثمّ ميزتان مميزتان - انخفاض استهلاك الطاقة (هذا جيد) وعزم الدوران المنخفض (هذا سيء).

في هذه الحالة ، يأخذ هذا المحرك 4 خطوات في ثورة واحدة. تتخذ المحركات الحقيقية عشرات الخطوات في ثورة واحدة ، ويتحقق ذلك من خلال عدد كبير من بدائل الأقطاب المغناطيسية.

إدارة كاملة الخطوة هو الأكثر استخداما. هنا ، يتم تزويد الجهد ليس لف واحد ، ولكن لاثنين في وقت واحد. إذا كانت اللفات متصلة بشكل متوازٍ ، فإن التيار يتضاعف ، وإذا كان في سلسلة ، فإن الجهد الكهربائي يتضاعف ، على التوالي. من ناحية ، في طريقة التحكم هذه ، يستهلك المحرك طاقة أكثر ، من ناحية أخرى ، عزم الدوران 100 ٪ ، على عكس سابقه.

نصف خطوة السيطرة من المثير للاهتمام أنه يصبح من الممكن وضع عمود المحرك بشكل أكثر دقة ، نظرًا لأن نصفين يضافان إلى الخطوات بأكملها ، ويتحقق ذلك من خلال الجمع بين وضعي التشغيل السابقين ، وتناوب اللفات ، ثم التشغيل في أزواج ، ثم تشغيلها في وقت واحد.

تجدر الإشارة إلى أن اللحظة الموجودة على العمود تطفو من 50 إلى 100٪ ، اعتمادًا على ما إذا كانت واحدة أو 2 من اللفائف متورطة في الوقت الحالي.

حتى أكثر دقة هو microstepping. إنه مشابه لتلك السابقة ، لكنه يختلف في أن القدرة على اللفات لا يتم توفيرها إلى أقصى حد ، ولكنها تتغير تدريجياً. وبالتالي ، تتغير درجة التأثير على الدوار لكل من اللفات وتختلف زاوية دوران العمود في الخطوات المتوسطة بسلاسة.

أين يمكن الحصول على محرك السائر

سيكون لديك دائمًا الوقت الكافي لشراء محرك السائر ، ولكن هواة الراديو الحقيقيين والأشخاص الذين يعملون في المنزل والمهندسين الإلكترونيين يشتهرون بحقيقة أنهم يستطيعون فعل شيء مفيد من القمامة. بالتأكيد لديك محرك واحد على الأقل في منزلك. دعونا معرفة أين ننظر من أجل العثور على مثل هذا المحرك.

1. الطابعة.يمكن لمحركات السائر الوقوف على دوران عمود تغذية الورق (ولكن قد يكون هناك أيضًا محرك تيار مستمر مزود بمستشعر الإزاحة).

2. الماسحات الضوئية ومتعددة الوظائف. غالبًا ما تثبت الماسحات الضوئية محركًا سائرًا وجزءًا ميكانيكيًا ترتكز عليه أدلة النقل ، وقد تكون هذه الأجزاء مفيدة أيضًا في تطوير ماكينة CNC محلية الصنع.

3. محركات أقراص CD و DVD. يمكنك أيضًا الحصول على قضبان وأعمدة لولبية للمنتجات محلية الصنع ومختلف CNCs فيها.

4. محركات الأقراص المرنة. تحتوي الأقراص المرنة أيضًا على محركات السائر ، خاصة الملفات المرنة بتنسيق 5.25 بوصة.

سائق السائر

للسيطرة على المحركات السائر استخدام الدوائر المتخصصة سائق الدقيقة. في الغالب هذا هو جسر H من الترانزستورات. بفضل هذا التضمين ، يصبح من الممكن تشغيل جهد الاستقطاب المطلوب لللف. هذه الرقاقات مناسبة أيضًا للتحكم في محركات التيار المستمر بدعم لتغيير اتجاه الدوران.

من حيث المبدأ ، يمكن تشغيل المحركات الصغيرة جدًا مباشرةً من دبابيس متحكم، ولكنها عادة ما تعطي ما يصل إلى 20-40 مللي أمبير ، وهو في معظم الحالات لا يكفي. لذلك ، فيما يلي بعض أمثلة برامج تشغيل محركات السائر:

1. لوحات على أساس L293D. يوجد الكثير منهم ، واحد منهم يباع تحت العلامة التجارية المحلية Amperka تحت اسم Troyka Stepper ، ومثال على استخدامه في مشروع حقيقي يظهر في الفيديو أدناه. ميزة هذه اللوحة هي أنها تحتوي على رقائق منطقية يمكنها تقليل عدد المسامير المستخدمة للتحكم فيه.

تعمل الرقاقة نفسها تحت جهد من 4.5 إلى 36 فولت وتنتج تيارًا يصل إلى 600 مللي أمبير -1 أمبير ، اعتمادًا على علبة IC.

2. A4988 سائق مقرها. إنه مزود بجهد يصل إلى 35 فولت ، ويمكنه تحمل التيار حتى 1A بدون المبرد ، وبرادياتير يصل إلى 2A. يمكنه التحكم في المحرك ، في خطوات كاملة وفي أجزاء - من 1/16 من خطوة إلى خطوة واحدة ، فقط 5 خيارات. يحتوي على جسرين. باستخدام المقاوم توليف (ينظر في الصورة الصحيحة) ، يمكنك ضبط الانتاج الحالي.

يتم تعيين حجم الخطوة بواسطة الإشارات في المدخلات MS1 ، MS2 ، MS3.

فيما يلي رسم تخطيطي لاتصاله ، فكل نبضة عند إدخال STEP تعيّن المحرك لتدوير خطوة واحدة أو خطوة صغيرة.

3. يعمل السائق على أساس ULN2003 مع محركات 5 و 12 V وينتج تيار يصل إلى 500 مللي أمبير. في معظم اللوحات ، هناك 4 مصابيح LED تشير إلى تشغيل كل قناة.

على اللوحة أيضًا ، يمكنك رؤية الكتلة الطرفية لتوصيل المحركات ، بالمناسبة ، يتم بيع الكثير منها باستخدام هذا الموصل. مثال على هذا المحرك هو نموذج 5V - 28BYJ-48.

وهذه ليست جميع خيارات السائق لمحركات السائر ، في الواقع هناك المزيد منها.

اتصال لسائق اردوينو ومحرك السائر

في معظم الحالات ، تحتاج إلى استخدام متحكم مقترن بسائق لمحرك السائر. لنلقِ نظرة على مخطط الاتصال وأمثلة الكود. النظر في اتصال على أساس أحدث برنامج تشغيل المدرجة - ULN2003 إلى لوحة اردوينو. ولهذا يحتوي على 4 مدخلات ، يتم توقيعها كـ IN1 ، IN2 ، إلخ. يجب أن تكون متصلاً بالدبابيس الرقمية للوحة Arduino ، ويجب توصيل المحرك بالسائق كما هو موضح في الشكل أدناه.

علاوة على ذلك ، وفقًا لطريقة التحكم ، يجب أن تنطبق على المدخلات 1 أو 0 من هذه المسامير بما في ذلك 1 أو 2 لفات في التسلسل المطلوب. يشبه رمز برنامج التحكم الكامل الخطوة:

int in1 = 2 ؛

int in2 = 3 ؛

int in3 = 4 ؛

int in4 = 5 ؛

const int dl = 5 ؛

إعداد باطل () {

pinMode (in1، OUTPUT)؛

pinMode (in2، OUTPUT)؛

pinMode (in3، OUTPUT)؛

pinMode (in4، OUTPUT)؛

}

حلقة باطلة () {

digitalWrite (in1 ، عالية) ؛

digitalWrite (in2 ، عالية) ؛

digitalWrite (in3، LOW)؛

digitalWrite (in4، LOW)؛

تأخير (دل) ؛

digitalWrite (in1، LOW)؛

digitalWrite (in2 ، عالية) ؛

digitalWrite (in3 ، عالية) ؛

digitalWrite (in4، LOW)؛

تأخير (دل) ؛

digitalWrite (in1، LOW)؛

digitalWrite (in2، LOW)؛

digitalWrite (in3 ، عالية) ؛

digitalWrite (in4 ، عالية) ؛

تأخير (دل) ؛

digitalWrite (in1 ، عالية) ؛

digitalWrite (in2، LOW)؛

digitalWrite (in3، LOW)؛

digitalWrite (in4 ، عالية) ؛

تأخير (دل) ؛

}

 

ويشمل اللفات في التسلسل التالي:

في ما يلي رمز وضع نصف الخطوات ، كما ترون ، إنه كثير الحجم ، لأنه يتضمن عددًا أكبر من لفات التبديل.

int in1 = 2 ؛

int in2 = 3 ؛

int in3 = 4 ؛

int in4 = 5 ؛

const int dl = 5 ؛

إعداد باطل () {

pinMode (in1، OUTPUT)؛

pinMode (in2، OUTPUT)؛

pinMode (in3، OUTPUT)؛

pinMode (in4، OUTPUT)؛

}

حلقة باطلة () {

digitalWrite (in1 ، عالية) ؛

digitalWrite (in2، LOW)؛

digitalWrite (in3، LOW)؛

digitalWrite (in4، LOW)؛

تأخير (دل) ؛

digitalWrite (in1 ، عالية) ؛

digitalWrite (in2 ، عالية) ؛

digitalWrite (in3، LOW)؛

digitalWrite (in4، LOW)؛

تأخير (دل) ؛

digitalWrite (in1، LOW)؛

digitalWrite (in2 ، عالية) ؛

digitalWrite (in3، LOW)؛

digitalWrite (in4، LOW)؛

تأخير (دل) ؛

digitalWrite (in1، LOW)؛

digitalWrite (in2 ، عالية) ؛

digitalWrite (in3 ، عالية) ؛

digitalWrite (in4، LOW)؛

تأخير (دل) ؛

digitalWrite (in1، LOW)؛

digitalWrite (in2، LOW)؛

digitalWrite (in3 ، عالية) ؛

digitalWrite (in4، LOW)؛

تأخير (دل) ؛

digitalWrite (in1، LOW)؛

digitalWrite (in2، LOW)؛

digitalWrite (in3 ، عالية) ؛

digitalWrite (in4 ، عالية) ؛

تأخير (دل) ؛

digitalWrite (in1، LOW)؛

digitalWrite (in2، LOW)؛

digitalWrite (in3، LOW)؛

digitalWrite (in4 ، عالية) ؛

تأخير (دل) ؛

digitalWrite (in1 ، عالية) ؛

digitalWrite (in2، LOW)؛

digitalWrite (in3، LOW)؛

digitalWrite (in4 ، عالية) ؛

تأخير (دل) ؛

}

 

يشمل هذا البرنامج اللفات على النحو التالي:

لدمج المعلومات الواردة ، شاهد الفيديو المفيد:

استنتاج

السائر المحركات تحظى بشعبية بين اردوينس جنبا إلى جنب مع الماكيناتلأنها تسمح لك بإنشاء روبوتات وآلات CNC. وقد ساعد الأخير في وفرة محركات الأقراص الضوئية المستخدمة الرخيصة للغاية في السوق الثانوية.