Arduino és léptetőmotor: alapok, sémák, csatlakozás és vezérlés

A léptetőmotorok valami helyzetének ellenőrzésére vagy a munkaegység adott sebességgel és szögben történő forgatására szolgálnak. Ezek a szolgáltatások lehetővé tették a robotikában, a numerikus vezérlésű gépekben (CNC) és más automatizálási rendszerekben való használatát. Ebben a cikkben számos, a léptetőmotorok felépítésével és az Arduino mikrovezérlővel történő vezérlésükkel kapcsolatos kérdéssel foglalkozunk.

A léptetőmotor eltér a szokásosól

A gyakorlatban használt összes villanymotor az elektródinamikai jelenségek és folyamatok miatt működik, amelyek a forgórészek és az állórészek mágneses mezőiben zajlanak. Mint már említettük, bármely motor legalább két részből áll - mozgó (rotor) és mozdulatlan (állórész). Forgásához szükséges, hogy a mágneses tér is forogjon. A forgórész mező az állórész mező után forog.

Alapvetően ez az alapvető információ elegendő ahhoz, hogy megértsük az elektromos motorok működésének általános képét. Valójában azonban az ipar termel különféle motoros lehetőségekköztük a következők:

1. Mókus ketrec vagy seb-rotor indukciós motor.

2. Szinkron motor tekercseléssel vagy állandó mágnesekkel.

3. DC motor.

4. Univerzális kollektormotor (egyenáramra és váltakozó áramra egyaránt működik, mivel a rotor tekercsei a lamellák és a horgonyok kialakítása miatt csatlakoznak és leválasztják az áramforrás érintkezőit).

5. Kefe nélküli DC motorok (BLDC).

6. Szervosz.

7. Léptetőmotorok.

Az utóbbi két faj különös jelentőséggel bír, mivel lehetőség van arra, hogy bizonyos mértékben pontos helymeghatározást biztosítsanak az űrben. Vessen egy pillantást a léptetőmotor kialakítására.

meghatározás

A léptetőmotorot kefe nélküli szinkronmotornak nevezzük. Az állórészen bizonyos számú tekercs található, amelyek összekapcsolása miatt a forgórész egy bizonyos szöget forgat, a lépések számától függően. Más szavakkal, az állórész tekercsében az áram a tengely diszkrét szögben forog.

A tekercsek közötti feszültség polaritásának egyenletes és egymás utáni megváltoztatásával és az energiával ellátott tekercsek kapcsolásával a léptetőmotor forog, hasonlóan a hagyományos elektromos motorhoz, bár valójában egy rögzített szögben történő rendszeres forgás történik.

A léptetőmotorot néha motornak nevezik. véges számú forgórész-pozícióval. Nem hangzik egyértelműen, derítsük ki. Képzeljünk el egy hagyományos motort - forgórészének helyzetét semmilyen módon nem rögzítjük, vagyis egyszerűen forog, miközben a tápellátást csatlakoztatjuk, és amikor kikapcsol, bizonyos idő után megáll, a tehetetlenségétől függően. A forgórész helyzete annyi lehet, amennyit csak akar, de a fok legkisebb frakciói szerint is különbözhetnek.

Egy léptetőmotorban egy tekercs vagy több tekercs összekapcsolása a forgórész “mágnesesedését” okozza ezeknél a tekercseknél. Külsőleg pontosan úgy néz ki, mintha a tengelyt egy bizonyos szögben (hangmagasságban) elfordítanák. Mivel a lépések száma az ilyen típusú elektromos hajtás egyik fontos jellemzője, a forgórész pozícióinak száma megegyezik a lépések számával. A kezdőknek nehéz megérteni, hogy ez hogyan lehet, és miként forog ebben az esetben - valójában minden nagyon egyszerű, ezt az alábbiakban bemutatjuk.

tervezés

A gerjesztési tekercsek az elektromos motor statorján vannak rögzítve. Rotorja lágy mágneses vagy kemény mágneses anyagokból készül. A forgórész anyaga függ a nyomatéktól és a tengely rögzítésétől feszültségmentesített tekercsekkel. Ezek a paraméterek kritikusak lehetnek.

Ezért megkülönböztetjük a mágnesesen szilárd forgórészeket (ezek állandó mágnesekkel is) és a mágnesesen lágy (reaktív) rotorokat, ezek mellett hibrid rotorok is vannak.

A hibrid rotor fogazott, a fogak száma megfelel a lépések számának. A fogak a forgórész tengelye mentén vannak elhelyezve. Ráadásul egy ilyen rotor két részre oszlik. Között állandó mágnes van felszerelve, így a forgórész mindkét fele mágnesoszlop. Azt is el kell mondani, hogy a forgórész fele elfordul a fogak egymáshoz viszonyított magasságának felével.

Mint már említettük, egy ilyen motor szinkron, és annak forgásának a célja a forgórész forgómezőjének létrehozása, amelyet a mágneses forgórész keres, és ezt úgy valósítják meg, hogy a tekercset a vezérlő egymáshoz kapcsolja.

A tekercseléshez használt léptetőmotorok típusait három fő csoportra osztják a tekercselések csatlakoztatási sémája szerint:

1. Bipoláris.

2. Unipoláris.

3. Négy tekerccsel.

A legtöbb bipoláris villamos motor 4 érintkezővel rendelkezik - ezek a következmények két tekercsből származnak. A motor belsejében általában nem kapcsolódnak egymáshoz. A fő probléma az, hogy biztosítani kell az energia polaritásának kapcsolását, ami azt jelenti, hogy a meghajtó és a vezérlés folyamata bonyolultabbá válik.

Az unipolárisok a csillag alakja szerint hasonlítanak a tekercsek csatlakoztatására. Más szavakkal, 5 következtetéssel rendelkezik - ezek közül 4 a tekercsek vége, és 1 az összes tekercs csatlakozási pontja.

Egy ilyen motor vezérléséhez csupán fel kell váltakoznia a tekercs mindkét végére (vagy egy-egyre, a választott forgási módtól függően), így a tekercs felének minden alkalommal áramot kell adnia. Bipoláris módban is működhet, ha a teljes tekercset teljesen megkerüli, és megkerüli a csapot a közepétől.

A 4 tekercses motoroknak az az előnye, hogy bármilyen módon összekapcsolhatók a tekercsekkel, és bipoláris és egypólusú motorokat is kaphatnak.

Vezérlő módok

4 fő léptetőmotor vezérlési mód van:

1. Hullámvezérlés.

2. Teljes lépés.

3. Fél lépés.

4. Mikroszkóp

hullám A vezérlést egy tekercs vezérlésének nevezzük. Ie ugyanakkor az áram az egyik tekercsen átáramlik, tehát két megkülönböztető tulajdonság - alacsony fogyasztás (ez jó) és alacsony nyomaték (ez rossz).

Ebben az esetben ez a motor négy lépést tesz egy fordulaton. A valódi motorok tucatnyi lépést tesznek egy fordulatban, ezt a mágneses pólusok nagy számú váltakozásával érik el.

Teljes lépés menedzsment a leggyakrabban használt. Itt a feszültséget nem egy tekercsnek, hanem kettőnek kell betáplálni. Ha a tekercseket párhuzamosan csatlakoztatják, akkor az áram megkétszereződik, és ha soros, akkor a tápfeszültség megkétszereződik. Egyrészt ebben a vezérlési módszerben a motor több energiát fogyaszt, másrészt 100% -os nyomatékot, az előzővel ellentétben.

Fél fokozatú vezérlés Érdekes, hogy lehetővé válik a motor tengelyének pontosabb pozicionálása, mivel a feleket egész lépésekhez adják hozzá, ezt az előző két üzemmód kombinálásával érik el, és a tekercsek váltakoznak, majd párosan, majd egyenként bekapcsolnak.

Érdemes figyelembe venni, hogy a tengely nyomatéka 50 és 100% között lebeg, attól függően, hogy van-e benne egy vagy két két tekercs.

Még pontosabb microstepping. Ez hasonló az előzőhöz, de abban különbözik, hogy a tekercseknek nem a teljes energiát szolgáltatják, hanem fokozatosan változnak. Így az egyes tekercsek rotorjára gyakorolt ​​hatás mértéke megváltozik, és a tengely forgásszöge köztes lépésekben simán változik.

Hol lehet léptetőmotorot szerezni?

Mindig lesz ideje lépcsőzetes motor vásárlására, de az igazi rádióamatőrök, a házi készítésű emberek és az elektronikus mérnökök híresek abban, hogy valami hasznosat megtehetnek a hulladékból. Bizonyára van legalább egy léptetőmotorja otthonában. Gondoljuk ki, hol kell keresni egy ilyen motor megtalálásához.

1. A nyomtató.A léptetőmotorok állhatnak a papíradagoló tengely forgásán (de előfordulhat, hogy DC-motor van egy elmozdulásérzékelővel is).

2. Szkennerek és MFP-k. A szkennerek gyakran felszerelnek egy léptetőmotorot és egy mechanikus alkatrészt, amely mentén a kocsi vezet, ezek az alkatrészek hasznosak lehetnek egy házi készítésű CNC-gép kifejlesztésében is.

3. CD- és DVD-meghajtók. Ezenkívül rudakat és csavaros tengelyeket is kaphat házi készítésű termékekhez és különféle CNC-kbe.

4. Floppy meghajtók. A hajlékonylemezek is léptetőmotorokkal rendelkeznek, különösen az 5,25 ”formátumú hajlékony fájlok.

Léptető motoros vezető

A léptetőmotorok vezérléséhez használjon speciális meghajtó mikroáramköreket. Leginkább ez a tranzisztorok H-hídja. Ennek a beépítésnek köszönhetően lehetővé válik a tekercshez a kívánt polaritás feszültségének bekapcsolása. Ezek a chipek alkalmasak az egyenáramú motorok vezérlésére is, amelyek támogatják a forgásirány változtatását.

Elvileg a nagyon kicsi motorok közvetlenül elindíthatók a mikrovezérlő csapjairól, de általában 20–40 mA-t adnak, ami a legtöbb esetben nem elég. Ezért itt van néhány példa a léptetőmotorok meghajtására:

1. Az L293D alapú táblák. Sokan vannak, az egyiket az Amperka hazai márkanév alatt Troyka Stepper néven adják el. A valódi projektben való alkalmazásának példáját az alábbi videó mutatja. Ennek a táblanek az az előnye, hogy logikai chipekkel rendelkezik, amelyek csökkentik az ellenőrzéséhez használt csapok számát.

Maga a chip 4,5-36 V feszültség alatt működik, és az IC esetétől függően akár 600mA-1A áramot is képes előállítani.

2. A4988 alapú illesztőprogram. Legfeljebb 35 V feszültséggel üzemel, radiátor nélkül 1A-ig képes ellenállni, és 2A-ig terjedő radiátorral. Vezérli a motort, egész lépésekben és részekben is - 1/16 lépésről 1 lépésre, csak 5 lehetőség. Két H-hidat tartalmaz. A hangoló ellenállás (a jobb oldali képen látható) segítségével beállíthatja a kimeneti áramot.

A lépés méretét az MS1, MS2, MS3 bemenetek jelei állítják be.

Itt található a kapcsolat diagramja, az egyes impulzusok a STEP bemeneten beállítják a motort, hogy egy lépéssel forogjon, vagy mikroszkópos lépésként.

3. Az ULN2003 alapú meghajtó 5 és 12 V-os motorokkal működik, és legfeljebb 500 mA áramot képes előállítani. A legtöbb táblán 4 LED van, amelyek jelzik az egyes csatornák működését.

A táblán a motorok csatlakoztatására szolgáló sorkapocs is látható, mellesleg sok közülük ezt a csatlakozót kapja. Például egy ilyen motorra egy 5 V-os modell - 28BYJ-48.

És ez nem minden illesztőprogram a léptetőmotorokhoz, valójában még több ilyen van.

Csatlakozás az Arduino meghajtóhoz és a léptetőmotorhoz

A legtöbb esetben a léptetőmotorhoz mikrovezérlőt és illesztőprogramot kell használni. Nézzük meg a csatlakozási diagramot és a példaképeket. Fontolja meg a kapcsolatot a legfrissebb illesztőprogram - ULN2003 - alapján az Arduino táblához. Tehát 4 bemenettel rendelkezik, IN1, IN2 stb. Csatlakoztatni kell őket az Arduino tábla digitális csapjaihoz, és egy motort kell csatlakoztatni a meghajtóhoz, az alábbi ábra szerint.

Ezenkívül a vezérlési módszertől függően ezeknek a csapoknak az 1. vagy 0. bemeneteit kell alkalmazni, beleértve az előírt sorrendben 1 vagy 2 tekercset is. A teljes lépésű vezérlőprogram kódja így néz ki:

int in1 = 2;

int in2 = 3;

int in3 = 4;

int in4 = 5;

const int dl = 5;

érvénytelen beállítás () {

pinMode (in1, OUTPUT);

pinMode (in2, OUTPUT);

pinMode (in3, OUTPUT);

pinMode (in4, OUTPUT);

}

void loop () {

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, LOW);

késleltetés (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, LOW);

késleltetés (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, HIGH);

késleltetés (dl);

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, HIGH);

késleltetés (dl);

}

 

Ez magában foglalja a tekercseléseket a következő sorrendben:

Itt van a féllépéses mód kódja, amint láthatja, sokkal terjedelmesebb, mivel nagyobb számú kapcsolótekercset foglal magában.

int in1 = 2;

int in2 = 3;

int in3 = 4;

int in4 = 5;

const int dl = 5;

érvénytelen beállítás () {

pinMode (in1, OUTPUT);

pinMode (in2, OUTPUT);

pinMode (in3, OUTPUT);

pinMode (in4, OUTPUT);

}

void loop () {

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, LOW);

késleltetés (dl);

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, LOW);

késleltetés (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, LOW);

késleltetés (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, LOW);

késleltetés (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, LOW);

késleltetés (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, HIGH);

késleltetés (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, HIGH);

késleltetés (dl);

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, HIGH);

késleltetés (dl);

}

 

Ez a program az alábbiakat foglalja magában:

A kapott információk összevonása érdekében nézze meg a hasznos videót:

következtetés

A léptetőmotorok népszerűek az arduinok körében a szervókkal együtt, mert lehetővé teszik robotok és CNC gépek létrehozását. Utóbbit segíti a szuperolcsó használt optikai meghajtó-meghajtók másodlagos piacon történő elterjedtsége.