Jednoduchý ovládač krokového motora vyrobený z počítačového odpadu, ktorý stojí ~ 150 rubľov.
Môj priemysel obrábacích strojov sa začal náhodným odkazom na nemecký stroj z roku 2000DM, ktorý sa mi zdal detinský, ale mohol vykonávať niekoľko zaujímavých funkcií. V tej chvíli ma zaujala možnosť kresliť dosky (to bolo ešte pred objavením sa LUT v mojom živote).
V dôsledku rozsiahleho vyhľadávania na internete sa našlo niekoľko stránok venovaných tomuto problému, ale medzi nimi neboli žiadne rusky hovoriace (to bolo asi pred 3 rokmi). Vo všeobecnosti som nakoniec našiel dve tlačiarne CM6337 (mimochodom, boli vyrobené v závode Oryol UVM), z ktorých som vytrhol unipolárne krokové motory (Dynasyn 4SHG-023F 39S, analóg DShI200-1- 1). Súbežne so získavaním tlačiarní som si objednal aj mikroobvody ULN2803A (s písmenom A - balík DIP). Všetko zhromaždené, spustené. Čo som dostal, dostal som divoko vyhrievané čipy kľúčov a ťažko sa otáčajúci motor. Keďže podľa schémy z Holandska sú kľúče zapojené do párov, aby sa zvýšil prúd, maximálny výstupný prúd neprekročil 1A, zatiaľ čo motor potreboval 2A (kto vedel, že nájdem taký nenásytný, ako sa mi zdalo, motory J). Okrem toho sú tieto spínače postavené pomocou bipolárnej technológie, pre tých, ktorí sa nevyznajú, môže byť pokles napätia až 2V (ak je výkon od 5, potom v skutočnosti polovica klesne na odpor prechodu).
V zásade pre experimenty s motormi z 5” pohonov je to veľmi dobrá možnosť, môžete si vyrobiť napríklad ploter, ale niečo ťažšie ako ceruzka (napríklad dremel) sa s nimi dá len ťažko vytiahnuť.
Rozhodol som sa zostaviť vlastný obvod z diskrétnych prvkov, pretože sa ukázalo, že jedna z tlačiarní má nedotknutú elektroniku, a odtiaľ som vzal tranzistory KT829 (prúd do 8A, napätie do 100V) ... Takýto obvod bol zostavený. ..
Obr.1 - Obvod budiča pre 4-fázový unipolárny motor.
Teraz vysvetlím princíp. Keď sa na jeden z výstupov (na zvyšok „0“) privedie logická „1“, napríklad na D0, tranzistor sa otvorí a prúd preteká jednou z cievok motora, zatiaľ čo motor pracuje o jeden krok. Potom sa jednotka privedie na ďalší výstup D1 a jednotka sa vynuluje na D0. Motor pracuje na ďalšom kroku. Ak aplikujete prúd na dve susedné cievky naraz, potom sa implementuje polovičný krokový režim (pre moje motory s uhlom otáčania 1,8 ' sa získa 400 krokov na otáčku).
Vodiče zo stredu motorových cievok sú pripojené k spoločnej svorke (ak je šesť vodičov, sú dve). Veľmi dobre je tu popísaná teória krokových motorov - Krokové motory. Riadenie krokového motora., tu je schéma ovládača krokového motora na mikrokontroléri Atmel AVR. Úprimne povedané, zdalo sa mi to ako zatĺkanie klincov celé hodiny, ale má veľmi dobrú funkciu ako PWM riadenie prúdu vinutia.
Po pochopení princípu je ľahké napísať program, ktorý riadi motor cez port LPT. Prečo sú v tomto obvode diódy a pretože záťaž, ktorú máme, je indukčná, keď dôjde k EMF samoindukcie, vybije sa cez diódu, pričom je vylúčený rozpad tranzistora, a teda jeho porucha. Ďalší detail obvodu - register RG (použil som 555IR33), sa používa ako ovládač zbernice, pretože prúd vydávaný napríklad portom LPT je malý - môžete ho jednoducho vypáliť, a preto je možné spáliť celý počítač.
Schéma je primitívna a môžete ju zostaviť za 15-20 minút, ak máte všetky podrobnosti. Tento princíp ovládania má však nevýhodu - keďže vytváranie oneskorení pri nastavovaní rýchlosti otáčania je nastavené programom vzhľadom na vnútorné hodiny počítača, potom to všetko nebude fungovať v multitaskingovom systéme (Win)! Kroky sa jednoducho stratia (možno v systéme Windows existuje časovač, ale neviem). Druhým nedostatkom je nestabilizovaný prúd vinutia, z motora sa nedá vyžmýkať maximálny výkon. Z hľadiska jednoduchosti a spoľahlivosti mi však tento spôsob vyhovuje, najmä preto, že aby som neriskoval svoj Athlone 2GHz, poskladal som 486 tarantov z haraburdia a okrem DOSu je toho v zásade málo, čo by sa dalo dať normálne.
Vyššie opísaný okruh fungoval a v zásade nie je zlý, ale rozhodol som sa, že je možné okruh trochu prerobiť. Použiť MOSFETJ). tranzistorov (efekt poľa), výhodou je, že môžete spínať obrovské prúdy (až 75 - 100A), pri napätiach solídnych pre krokové motory (do 30V), a zároveň detaily obvodu prakticky nezahrievajte sa, dobre, s výnimkou limitných hodnôt (chcel by som vidieť ten, ktorý bude jesť prúd 100 A
Ako vždy v Rusku vyvstala otázka, kde získať podrobnosti. Mal som nápad - odstrániť tranzistory napríklad zo spálených základných dosiek, Athlony jedia slušne a tranzistory tam stoja veľa. Inzeroval som vo FIDO a dostal som ponuku na odber 3 mat. poplatky za 100 rubľov. Odhadol, že v obchode sa za tieto peniaze dajú kúpiť 3 tranzistory na sile, zobral to, vybral a hľa, hoci boli všetky mŕtve, v napájacom obvode procesora nebol poškodený ani jeden tranzistor. Tak som dostal pár desiatok tranzistorov s efektom poľa za sto rubľov. Výsledný diagram je uvedený nižšie.
Ryža. 2 - Aj na tranzistoroch s efektom poľa
V tomto obvode je málo rozdielov, najmä bol použitý normálny vyrovnávací čip 75LS245 (spájkovaný cez plynový sporák zo základnej dosky 286 J). Môžu byť inštalované akékoľvek diódy, hlavná vec je, že ich maximálne napätie nie je menšie ako maximálne napájacie napätie a prúdový limit nie je menší ako napájací prúd jednej fázy. Dal som diódy KD213A, sú to 10A a 200V. Možno je to pre moje 2-ampérové motory prehnané, ale nemalo zmysel kupovať diely a súčasná marža by nebola zbytočná. Rezistory slúžia na obmedzenie nabíjacieho prúdu kapacity brány.
Nižšie je doska s plošnými spojmi regulátora postavená podľa takejto schémy.
Ryža. 3 - Doska plošných spojov.
Plošný spoj je rozvedený pre povrchovú montáž na jednostranný textolit (som lenivý na niečo vŕtať diery). Mikroobvody v obaloch DIP sú spájkované ohnutými nohami, SMD odpormi z rovnakých základných dosiek. Súbor rozloženia v Sprint-Layout 4.0 je pripojený. Spájkovať dosku a konektory by sa dalo, ale lenivosť, ako sa hovorí, je motorom pokroku a pri odlaďovaní železa bolo pohodlnejšie drôty nadpájať autentickejšie.
Treba tiež poznamenať, že obvod je vybavený tromi koncovými spínačmi, na doske vpravo dole je vertikálne šesť kontaktov, vedľa nich sú sedlá pre tri odpory, každý pripája jeden výstup spínača na + 5V. Schéma koncového spínača:
Ryža. 4 - Schéma koncových spínačov.
Takto to vyzeralo, keď som nastavoval systém:
V dôsledku toho som na prezentovaný ovládač minul viac ako 150 rubľov: 100 rubľov za základné dosky (ak si to želáte, môžete to získať zadarmo) + kus textolitu, spájky a plechovka chloridu železitého v celkovom ťahu. asi 50 rubľov a potom bude veľa chloridu železitého. Myslím, že nemá zmysel počítať vodiče a konektory. (Mimochodom, napájací konektor bol odrezaný od starého pevného disku.)
Keďže takmer všetky detaily sa vyrábajú doma, pomocou vŕtačky, pilníka, pílky, rúk a takej matky, medzery sú samozrejme gigantické, je však jednoduchšie upravovať jednotlivé uzly počas prevádzky a experimentov ako na začiatku robiť všetko presne.
Ak by nebolo také drahé brúsiť jednotlivé diely v továrňach Oryol, určite by bolo pre mňa jednoduchšie nakresliť všetky detaily v CAD so všetkými kvalitami a drsnosťou a dať to robotníkom zjesť. Neexistujú však žiadne známe obracačky ... Áno, a s vašimi rukami, viete, je to zaujímavejšie ...
P.S. Chcem vyjadriť svoj názor na negatívny postoj autora stránky k sovietskym a ruským motorom. Sovietske motory DShI, dokonca nič, dokonca aj DShI200-1-1 s nízkym výkonom. Takže ak sa vám podarilo vykopať také dobré „pivo“, neponáhľajte sa ich vyhodiť, stále budú fungovať ... skontrolované ... Ale ak si kúpite a rozdiel v nákladoch nie je veľký, je lepšie vezmite si zahraničné, pretože ich presnosť bude určite vyššia.
P.P.S. E: Ak som niečo napísal zle, napíšte, opravíme to, ale ... TO FUNGUJE ...
Schéma pohon unipolárneho krokového motora popísané v tomto článku implementuje nasledujúce úlohy:
ovládanie 4-fázového unipolárneho krokového motora.
poskytuje plynulé nastavenie rýchlosti otáčania a zmenu smeru otáčania.
vykonáva funkciu zastavenia motora.
Nižšie je schematický diagram ovládača krokového motora. Ovládač je zostavený pomocou troch čipov série 4000 a štyroch výkonových MOSFETov.
Obvod je taktovaný obdĺžnikovým generátorom impulzov postaveným na logických prvkoch 2I-NOT so Schmittovou spúšťou na výstupe. Pracovná frekvencia generátora je určená celkovým odporom PR1 + R2 a kapacitou kondenzátora C1 a môže sa meniť v širokom rozsahu pomocou PR1.
Fragment obvodu na prvkoch EXOR a klopnom obvode J-K vytvára počítadlo modulo 4 s hodinami na vysokej úrovni. Spínač SB1 (JP1) je určený na zmenu smeru počítadla a tým aj na zmenu smeru otáčania krokového motora. Spínač SB2 (JP2) možno použiť na spustenie a zastavenie motora.
Cievky 4-fázového krokového motora sú riadené štyrmi MOSFET tranzistormi (VT1…VT4). Použitie vysokovýkonných tranzistorov typu BUZ11 v tomto obvode je riešením, ktoré zaručuje správnu činnosť vysokovýkonného motora.
Nižšie sú uvedené priebehy na konektore X2, ku ktorému sú pripojené vinutia krokového motora.
Ovládač je namontovaný na doske s plošnými spojmi, ktorej obrázok je uvedený nižšie. Inštalácia by mala začať inštaláciou rezistorov, zásuviek pre mikroobvody a skončiť s konektormi a výkonovými tranzistormi.
Konektory JP1 a JP2 majú rovnakú funkciu ako tlačidlá SB1 a SB2, takže k nim môžete pripojiť tlačidlá a odobrať ich z dosky.
Doska plošných spojov je navrhnutá tak, že po zaizolovaní sľudovým alebo silikónovým tesnením môžete tranzistory osadiť na bežný chladič.
Po montáži je potrebné starostlivo skontrolovať dosku na skrat dráh. Ovládač zostavený z opraviteľných dielov nevyžaduje konfiguráciu a okamžite začne pracovať.
Malo by sa spomenúť, ako sú napájacie a motorové vinutia pripojené k doske ovládača. Ak sú riadiaci obvod a motor napájané rovnakým napätím, ktoré je v rozsahu od 5 ... 15 V a prúdový odber nepresahuje 1 A, potom je potrebné inštalovať prepojku JP3 a napájať konektor VDD.
Ak parametre napájania krokového motora nie sú v rámci napájacieho napätia obvodu ovládača, potom je potrebné odstrániť prepojku JP3 a pripojiť napájacie napätie z 5 ... 15 V na konektor VDD a napájať ku konektoru X2 v súlade s parametrami krokového motora.
(8,5 Kb, stiahnuté: 1 486)
Pri konštrukcii ďalšieho CNC stroja, no jednoducho 3-osovej frézky a vŕtačky na plošné spoje a drobné frézovacie práce som mal nepokojnú chuť všetko vytriediť.
Mnohí si povedia, že téma nie je nová, projektov je veľa, technických a softvérových riešení. Ale pri plávaní v tomto mori informácií som sa pokúsil odstrániť všetku „vodu“ a získať „suchý zvyšok“.
To je to, čo z toho vyšlo…
Úloha postaviť stroj sa zvyčajne skladá z troch čiastkových úloh – mechanika, elektronika, softvér. Zrejme budú musieť napísať aj tri články.
Keďže tu máme ešte časopis praktickej elektroniky, začnem elektronikou a trochu aj z mechaniky!
Pohonná jednotka
Samotnú frézu je potrebné pohybovať v 3 smeroch - XYZ, čiže potrebujete 3 pohony - 3 motory s prevodom otáčania hriadeľa motora na lineárny pohyb.O prenose...
Pri fréze, kde sú na materiál bočné rezné sily, je vhodné nepoužívať remeňové pohony, ktoré sú v 3D tlačiarňach veľmi obľúbené. Použijem prevodovku "skrutka-matica". Najlacnejším zariadením je obyčajná oceľová skrutka a matica bez vôle, najlepšie bronzová. Správnejšie - skrutka s lichobežníkovým závitom a maticou kaprolónu. Najlepšia (a, bohužiaľ, najdrahšia) guľôčková skrutka alebo guľôčková skrutka. Viac o tom poviem neskôr...
Každý prevod má svoj koeficient, svoj krok - teda ako lineárne sa fréza posunie po osi pri jednej otáčke motora napríklad o 4 mm.
Motor (motor)
Ako motor pre pohon som určil krokový motor (SM)Prečo stepper? O čo vlastne ide?
Motory sú striedavé a jednosmerné, kolektorové a bezkartáčové a takzvané „krokové“. V každom prípade musíme zabezpečiť určitú presnosť polohovania, napríklad 0,01 mm. Ako to spraviť? Ak má motor priamy pohon - hriadeľ motora je pripojený priamo k skrutke, potom na zabezpečenie takejto presnosti ho musíte otočiť o určitý uhol. V tomto prípade s krokom prevodu 4 mm a požadovanou presnosťou pohybu 0,01 mm je to ... iba 1/400 otáčky alebo 360/400 = 0,9 stupňa! Nezmysel, zoberme si obyčajný motor ...
S "normálnym" motorom bez spätnej väzby to nepôjde. Bez toho, aby sme zachádzali do detailov, riadiaci obvod motora musí „vedieť“, o aký uhol sa náprava otočila. Samozrejme, môžete dať prevodovku - stratíme rýchlosť a stále bez záruky, bez spätnej väzby! Na náprave je umiestnený snímač uhla natočenia volantu. Toto riešenie je spoľahlivé, ale drahé.
Alternatívou je krokový motor (prečítajte si sami, ako funguje). Môžeme predpokladať, že na jeden „príkaz“ otočí svoju os o určitý stupeň, zvyčajne o 1,8 alebo 0,9 stupňa (presnosť zvyčajne nie je horšia ako 5%) - presne to, čo potrebujete. Nevýhodou tohto riešenia je, že pri veľkom zaťažení motor preskočí príkazy – „kroky“ a môže sa úplne zastaviť. Problém je vyriešený inštaláciou vedome výkonného motora. Väčšina amatérskych strojov sa vyrába na krokových motoroch.
Výber krokového motora
2 vinutia, s minimálnym prúdom, minimálnou indukčnosťou a maximálnym krútiacim momentom - teda najvýkonnejší a najhospodárnejší motor.protichodné tvrdenia. Malý prúd znamená veľký odpor, čo znamená veľa závitov drôtu vinutia motora, čo znamená veľkú indukčnosť. A veľký moment je veľký prúd a veľa zákrut. Volíme v prospech väčšieho prúdu a menšej indukčnosti. A moment sa musí vybrať na základe zaťaženia, ale o tom neskôr.
Charakteristiky niektorých motorov sú uvedené v tabuľke:
Pre malý stroj s pracovným priestorom 300 × 300 x 100 mm a ľahkou frézkou sa výborne hodia motory s krútiacim momentom 0,3 Nm a vyšším. Optimálny prúd je od 1,5 do 2,5 ampérov, FL42STH38-1684 je celkom vhodný
Ovládač krokového motora
Je tam motor. Teraz potrebujeme ovládač - na prepnutie napätia na vinutia motora určitým spôsobom, pričom neprekročí nastavený prúd.Najjednoduchším riešením je zdroj daného prúdu a dva páry tranzistorových spínačov pre každé vinutie. A štyri ochranné diódy. A logický obvod na zmenu smeru. A... Takéto riešenie sa bežne robí na čipe ULN2003A pre slaboprúdové motory, má veľa nevýhod, nebudem sa nimi zaoberať.
Alternatívou sú špecializované mikroobvody typu všetko v jednom – s logikou, tranzistormi a ochrannými diódami vo vnútri (alebo vonku). Okrem toho takéto mikroobvody riadia prúd vinutia a regulujú ho pomocou PWM a môžu tiež implementovať režim „pol kroku“ a niektoré režimy sú 1/4 kroku a 1/8 kroku atď. Tieto režimy vám umožňujú zvýšiť presnosť polohovania, zlepšiť plynulosť pohybu a znížiť rezonanciu. Väčšinou postačuje režim „half-step“, ktorý zvýši teoretickú presnosť lineárneho polohovania (v mojom príklade až na 0,005 mm).
Čo je vnútri integrovaného obvodu ovládača krokového motora? Logická a riadiaca jednotka, napájacie zdroje, PWM s obvodmi pre tvorbu momentu a času spínania vinutí, výstupné spínače na tranzistoroch s efektom poľa, komparátory spätnej väzby - prúd je riadený úbytkom napätia na rezistoroch (Rs) vo vinutí napájací obvod. Prúd motora je daný referenčným napätím.
Na implementáciu týchto funkcií existujú iné obvodové riešenia, napríklad pomocou mikrokontrolérov PIC alebo ATMEGA (opäť s externými tranzistormi a ochrannými diódami). Podľa môjho názoru nemajú výraznú výhodu oproti "hotovým" mikroobvodom a v tomto projekte ich nepoužijem.
Bohatstvo výberu
K dnešnému dňu existuje pomerne veľa rôznych mikroobvodov a veľa hotových dosiek a modulov ovládačov krokových motorov. Môžete si kúpiť hotové alebo môžete „vynájsť koleso“, tu sa každý rozhodne vlastným spôsobom.
Z hotových sú najbežnejšie a najlacnejšie ovládače založené na čipoch Allegro A4988 (do 2A), Texas Instruments DRV8825 (do 2,5A).
Keďže moduly boli pôvodne navrhnuté pre použitie v 3D tlačiarňach ako je projekt Arduino Rep-rap, nejde o kompletné moduly (napr. potrebujú viac logického napájania (+5V), ktoré je napájané z tzv. rampy (Ramp ).
Existujú aj riešenia na báze DRV8811 (do 1,9 A), A3982 (do 2 A), A3977 (do 2,5 A), DRV8818 (do 2,5 A), DRV8825 (do 2,5 A), Toshiba TB6560 (do až 3 A) a iné.
Keďže mám záujem niečo robiť sám a navyše som mal možnosť „ochutnať“ mikroobvody Allegro A3982 a A3977, rozhodol som sa vyrobiť pár ovládačov sám.
Hotové riešenia na báze A4988 sa nám nepáčili predovšetkým z dôvodu miniaturizácie veľkosti PCB na úkor dobrého chladenia. Typický odpor otvorených tranzistorov v A4388 pri prúde 1,5A je 0,32 + 0,43 Ohmov plus „merací“ odpor 0,1-0,22 Ohmov - ukazuje sa asi 0,85 Ohmov. A existujú dva takéto kanály, a hoci pracujú v impulzoch, musí sa rozptýliť 2-3 watty tepla. No, neverím vo viacvrstvovú dosku a malý chladiaci radiátor - v údajovom liste je nakreslená oveľa väčšia doska.
Vodiče motora musia byť krátke, ovládač by mal byť inštalovaný vedľa motora. Vo zvukovej technike existujú 2 technické riešenia: dlhý signálový kábel k zosilňovaču + krátke vodiče k reproduktorovej sústave, alebo krátky signálový kábel k zosilňovaču + dlhé vodiče k reproduktorovej sústave. Obe riešenia majú svoje pre a proti. To isté s motormi. Zvolil som dlhé ovládacie vodiče a krátke vodiče k motoru.
Riadiace signály - "krok" (krok), "smer" (dir), "povoliť" (umožniť), indikácia stavu riadiacich signálov. Niektoré obvody nevyužívajú signál "Enable", ale to vedie k zbytočnému zahrievaniu čipu aj motora v režime nečinnosti.
Jeden zdroj 12-24 voltov, logické napájanie (+5V) - na doske. Rozmery dosky postačujú na dobré chladenie, obojstranná tlač s veľkou "medenou" plochou, možnosť nalepiť na čip chladič (slúži na chladenie pamäte grafickej karty).
SD ovládač na čipe Allegro A3982
Napájacie napätie: 8 ... 35 V Logické napájacie napätie: 3,3 ... 5 V Výstupný prúd (maximálny, závisí od režimu a chladenia): ± 2 A Typický odpor otvorených tranzistorov (pri prúde 1,5 A): 0,33 + 0,37 ohmu
SD ovládač na čipe Allegro A3977
Kľúčové vlastnosti a bloková schéma:
Napájacie napätie: 8 ... 35 V Logické napájacie napätie: 3,3 ... 5 V Výstupný prúd (maximálny, závisí od režimu a chladenia): ± 2,5 A Typický odpor otvorených tranzistorov (pri prúde 2,5A): 0,33 + 0,45 ohmov
Schéma a prototyp
Navrhnuté v prostredí DipTrace. Ovládač A3982 je zahrnutý podľa schémy z dokumentácie výrobcu. Polkrok povolený. Dodatočne som pre spoľahlivú prevádzku riadiacich a indikačných signálov použil logický čip 74HC14 (s Schmittovými spúšťami). Na optočlenoch bolo možné urobiť galvanickú izoláciu, ale pre malý stroj som sa rozhodol, že to neurobím. Obvod na A3977 sa líši len dodatočnými prepojkami pre krokový režim a výkonnejším napájacím konektorom, pričom nie je hardvérovo implementovaný.
Vytlačená obvodová doska
Výrobný proces - LUT, obojstranný. Rozmery 37 × 37 mm, spojovacie prvky ako motory, 31 × 31 mm.
Pre porovnanie – vľavo je moja práca, vpravo vodič na A4988.
Nedávno som si kúpil ARDUINO z Číny. Myšlienky na výrobu rôznych zariadení - more. Veľmi rýchlo ma omrzelo blikanie LED na doske, chcel som niečo podstatnejšie. Samozrejme, bolo by potrebné objednať sadu, ale jej cena je trochu predražená a musel som niečo hľadať na internete, aby som na niečo prišiel sám. V dôsledku toho som stále objednával rôzne senzory, relé, indikátory v tej istej Číne ... O niečo neskôr prišiel slávny indikátor 1602. Naučil som sa s ním pracovať a tiež som si naň rýchlo zvykol. Chcel som ovládať krokový motor z CD-DVD mechaniky. Nemal som chuť čakať na balík z východu 1-2 mesiace a rozhodol som sa, že sa pokúsim urobiť vodiča sám. Našiel som tento obvod na zapnutie bipolárneho krokového motora:
V našej divočine som nenašiel mikroobvody ani som si neobjednal mikroobvody v ruských internetových obchodoch za cenu 2-3 hotových ovládačov na 1 mikroobvod. Mikroobvod je H-mostík tranzistorov. Mimochodom, v mostíku musia byť zahrnuté buď kompozitné bipolárne tranzistory (tzv. Darlingtonove zostavy), alebo tranzistory s efektom poľa. Jednotlivé bipolárne tranzistory potrebujú dobré nahromadenie, ktoré regulátor nemôže poskytnúť, inak dôjde k veľmi vysokému poklesu napätia na tranzistore v dôsledku skutočnosti, že sa nemôže otvoriť. Pretože dobrý priateľ sa venuje opravám počítačov, potom s pracovníkmi v teréne neboli žiadne problémy. Najprv som to chcel urobiť na bipolároch, ale vychádza mi 2x viac tranzistorov, čo nie je úplne dobré pre rozmery ovládača a znesú oveľa menej prúdu. Po prispájkovaní asi tucta tranzistorov s efektom poľa a prečítaní údajových listov na nich som opäť upadol do zúfalstva - na internete sú obvody iba na pároch tranzistorov s efektom poľa typu n a p. A jednoducho som nenašiel jediný obvod na tranzistoroch rovnakého typu. Počítače používajú tranzistory typu n. Musel som urobiť malé zariadenie na terénnych pracovníkoch na doske, skúsil som ovládať LED diódy, vyšlo to a rozhodol som sa zostaviť hotové zariadenie. Vodiča netreba nastavovať, pretože tu prakticky nie je čo nastavovať. Jediný problém bol so softvérom. Našiel som datasheet pre podobný motor a nastavil som výstupné stavy podľa pracovných harmonogramov. Potom zostáva len vybrať oneskorenie a všetko - zariadenie je pripravené! Vlastne schéma na výmenu čipu L293D.
Tranzistorové údaje sú dané akurát tak - v multisim som ich nevedel nijako zmeniť. Použil som tranzistory P60N03LDG v puzdre TO-252. Všetko je v ňom celkom jednoduché: pri privedení napätia na jeden zo vstupov U1 alebo U2 sa v hornom a dolnom ramene otvoria 2 tranzistory a krížovo. Tým sa prepne polarita napätia na motore. A aby sa napätie nepriviedlo hneď na 2 vstupy (spôsobí to skrat v napájacom obvode) a použil sa spínací obvod L293D. S týmto zahrnutím vám tranzistor NPN neumožňuje otvoriť všetky 4 tranzistory H-most naraz. Mimochodom, 1 motor bude riadený 2 výstupmi Arduino, čo je mimoriadne dôležité pre šetrenie výstupov a vstupov mikrokontroléra. Ďalšou podmienkou je, že záporný vodič tranzistorových spínačov musí byť pripojený k zápornej svorke riadiacej dosky. Napájanie je dodávané do riadiacej dosky z Arduina, do klávesov - z externého zdroja. To umožňuje pripojiť dostatočne výkonné motory. Všetko závisí od vlastností tranzistorov. Takže na jeden ovládač potrebujete 8 tranzistorov s efektom poľa (P60N03LDG alebo akýkoľvek iný n-kanál), ľubovoľné 2 bipolárne tranzistory NPN SMD (mám ich označené t04), odpory smd veľkosti 0805 a 4 rovnaké prepojky rovnakej veľkosti (píšu sa 000 alebo len 0). Všetky tieto diely nájdete na starých a nepoužiteľných základných doskách. Pred inštaláciou nezabudnite skontrolovať diely.
Doska ovládača Arduino Dosku som rozložil vo formáte Layout6. . Podotýkam, že by ste mali získať práve takýto pohľad - nápisy by mali byť čitateľné a nie hore nohami, myslite na to pri tlači dosky, pretože detaily budú inštalované zo strany koľajníc. Konektory zo základnej dosky tiež prispájkujeme fénom, odrežeme toľko kolíkov, koľko je potrebné, a prispájkujeme ich do našej dosky - je to oveľa pohodlnejšie a spoľahlivejšie ako spájkovanie drôtov do dosky. Poďme zistiť účel pinov: Piny Out1 a Out2 - pripojenie vinutia krokového motora, In1,2 - vstup z Arduina, ± 5V - ovládanie napájania z Arduina (vyrobil som dvojitý konektor, pretože môžete pripojiť napájanie do niekoľkých blokov naraz so slučkou), 2 prepojky umiestnené na druhej strane dosky, dodávajú napätie klávesom. Rozmer dosky - 43x33mm. Kto chce, môže minimalizovať aj viac.
Poďme sa zaoberať softvérom pre krokový motor. Pre každý krokový motor musíte nájsť technický list alebo v najhoršom prípade schému jeho činnosti. Našiel som len schému, vyzerá takto:
Schéma krokového motora Čísla označujú čísla krokov. Na základe toho, že keď vysokoúrovňový ovládač prepne na nízky, vodič sám prepne potrebné spínače, potom píšeme napríklad stavy len pre horné grafy každého vinutia. Prvý krok: prvé vinutie je prvý vodič + (HIGH), druhé vodič automaticky prepne na mínus (LOW), pripomínam, že popisujeme prvý vodič každého vinutia. Druhé vinutie: prvý vodič - (LOW), druhý + (HIGH), druhý vodič automaticky prepne vodič. Prejdime k prvej zmene v rozvrhu. Toto je krok 2. Opisujeme stav len prvých vodičov. 1 vodič prvého vinutia zostal VYSOKÝ, 1 vodič druhého sa zmenil z LOW na HIGH. Tretí krok - 1 vodič prvého vinutia sa zmenil z HIGH na LOW, 1 vodič druhého zostal HIGH. Štvrtý krok: 1 vodič prvého vinutia zostal NÍZKY, 1 vodič druhého vinutia sa zmenil z VYSOKÉHO na NÍZKE. Môžete opísať z akéhokoľvek kroku, hlavnou vecou je dodržať postupnosť. Aby sa motor otáčal v opačnom smere, stačí posunúť hodnoty akéhokoľvek vinutia v diagrame o polovicu cyklu v ľubovoľnom smere. Týmto spôsobom je možné písať softvér pre ovládače. Stačí poznať schému a správne opísať jej stav na výstupných pinoch.
Teraz pripojíme dosku k Arduinu, motoru. Vynechajme tento náčrt:
// pripojenie na arduino piny 8,9
int vstup1 = 8;
int vstup2 = 9;
int počet krokov = 5; //oneskorenie medzi krokmi upravuje rýchlosť motora
void setup()
{
pinMode(vstup1,VYSTUP);
pinMode(vstup2,VYSTUP);
}
void loop()
{
//1. krok
digitalWrite(vstup1,NÍZKY);
digitalWrite(vstup2,VYSOKY);
oneskorenie(pocet krokov);
//2. krok
digitalWrite(vstup1,VYSOKY);
digitalWrite(vstup2,VYSOKY);
oneskorenie(pocet krokov);
//3. krok
digitalWrite(vstup1,VYSOKY);
digitalWrite(vstup2,LOW);
oneskorenie(pocet krokov);
digitalWrite(vstup1,NÍZKY);
digitalWrite(vstup2,LOW);
oneskorenie(pocet krokov);
Dodávame energiu vodičovi, v prípade potreby meníme závery jedného vinutia a premýšľame, kde toto zariadenie prispôsobiť (v skleníku môžete otvárať okná v čase a teplote, ovládať žalúzie a oveľa viac). Upozorňujem na skutočnosť, že motor sa bude točiť bez zastavenia podľa tohto náčrtu, v prípade potreby ho rozbehnite do slučky a otočte na požadovanú hodnotu, alebo ešte lepšie napíšte knižnicu a pripojte ju priamo. Samozrejme, nie je to taký skvelý ovládač ako na mikroobvode, ale na experimenty, aj keď existujú normálne ovládače z Číny, je to viac než dosť. Veľa šťastia a úspechov pri ovládaní mikrokontrolérov. Prečítajte si viac o mikrokontroléroch ARDUINO.
Časť 2. Obvod riadiacich systémov
Najdôležitejšie všeobecné otázky používania krokových motorov boli diskutované vyššie, čo pomôže pri ich vývoji. Ale ako hovorí naše obľúbené ukrajinské príslovie: „Neuverím, kým si to neskontrolujem“ („Neuverím, kým si to neskontrolujem“). Prejdime preto k praktickej stránke problému. Ako už bolo uvedené, krokové motory nie sú lacným potešením. Sú však dostupné v starých tlačiarňach, disketových a laserových čítačkách diskov, napríklad SPM-20 (krokový motor na polohovanie hlavy v diskových jednotkách Mitsumi 5" 25) alebo EM-483 (z tlačiarne Epson Stylus C86), ktoré nájdete vo svojom starom haraburde alebo kúpiť za cent v rádiovom bazáre.Príklady takýchto motorov sú znázornené na obrázku 8.
Najjednoduchšie pre počiatočný vývoj sú unipolárne motory. Dôvod spočíva v jednoduchosti a lacnosti ich ovládača ovládania vinutia. Na obrázku 9 je praktická schéma ovládača, ktorý použil autor článku pre unipolárny krokový motor série P542-M48.
Prirodzene, výber typu tranzistora pre ovládacie kľúče vinutia by mal brať do úvahy maximálny spínací prúd a jeho pripojenie by malo zohľadňovať potrebu nabíjania / vybíjania kapacity brány. V niektorých prípadoch môže byť priame pripojenie MOSFET k prepínaču IC neplatné. V bránach sú spravidla inštalované sériovo zapojené odpory s malými menovitými hodnotami. No v niektorých prípadoch je potrebné zabezpečiť aj príslušný driver na ovládanie kláves, ktorý zabezpečí nabitie/vybitie ich vstupnej kapacity. V niektorých riešeniach sa navrhuje použiť bipolárne tranzistory ako kľúče. Toto je vhodné len pre veľmi malé motory s nízkym prúdom vinutia. Pre uvažovaný motor s pracovným prúdom vinutia I = 230 mA musí byť riadiaci prúd na základni kľúča minimálne 15 mA (hoci pre normálnu činnosť kľúča je potrebné, aby bol prúd základne rovný 1/10 pracovného prúdu, tj 23 mA). Nie je však možné odobrať takýto prúd z mikroobvodov série 74HCxx, takže budú potrebné ďalšie ovládače. Ako dobrý kompromis môžete použiť IGBT, ktoré kombinujú výhody poľných a bipolárnych tranzistorov.
Z pohľadu autora článku je najoptimálnejším spôsobom riadenia spínania vinutí malých výkonových motorov použitie otvoreného kanála R DC (ON) MOSFET, ktorý je vhodný pre prúd a odpor, ale berúc do úvahy odporúčania popísané vyššie. Výkon rozptýlený na tlačidlách pre motor série P542-M48 vybraný ako príklad, s úplne zastaveným rotorom, neprekročí
P VT \u003d R DC (ON) × I 2 \u003d 0,25 × (0,230) 2 \u003d 13,2 mW.
Ďalším dôležitým bodom je správna voľba takzvaných tlmiacich diód posúvajúcich vinutie motora (VD1…VD4 na obrázku 9). Účelom týchto diód je uhasiť samoindukčné EMF, ku ktorému dochádza pri vypnutí ovládacích tlačidiel. Ak sú diódy zvolené nesprávne, potom je nevyhnutné zlyhanie tranzistorových spínačov a zariadenia ako celku. Všimnite si, že vysokovýkonné MOSFETy majú tieto diódy už zabudované.
Režim ovládania motora sa nastavuje prepínačom. Ako je uvedené vyššie, najvhodnejšie a najefektívnejšie je riadenie prekrývania fáz (obrázok 4b). Tento režim sa jednoducho implementuje pomocou spúšťačov. Praktická schéma univerzálneho prepínača, ktorý autor článku použil ako v množstve ladiacich modulov (vrátane tých s vyššie uvedeným ovládačom), tak aj pre praktické aplikácie je na obrázku 10.
Obvod na obrázku 10 je vhodný pre všetky typy motorov (unipolárne a bipolárne). Otáčky motora sa nastavujú externým generátorom hodín (ľubovoľný pracovný cyklus), signál z ktorého sa privádza na vstup „STEPS“ a smer otáčania sa nastavuje cez vstup „DIRECTION“. Oba signály sú logické úrovne a ak sa na ich generovanie použijú výstupy s otvoreným kolektorom, sú potrebné vhodné pull-up odpory (nie sú zobrazené na obrázku 10). Časový diagram spínača je znázornený na obrázku 11.
Chcem upriamiť pozornosť čitateľov: na internete ste mohli naraziť na podobný obvod vyrobený nie na žabkách D, ale na žabkách JK. Buď opatrný! V mnohých z týchto schém sa vyskytla chyba pri pripájaní integrovaného obvodu. Ak nie je potrebný spätný chod, potom je možné obvod komutátora značne zjednodušiť (pozri obrázok 12), pričom rýchlosť zostane nezmenená a riadiaci diagram bude podobný ako na obrázku 11 (oscilogramy pred prepnutím poradia fáz).
Pretože na signál „STEPS“ neexistujú žiadne špeciálne požiadavky, na jeho vytvorenie možno použiť akýkoľvek vhodný generátor z hľadiska úrovní výstupného signálu. Pre svoje ladiace moduly autor použil generátor založený na IC (obrázok 13).
Na napájanie samotného motora môžete použiť obvod znázornený na obrázku 14 a napájať obvod komutátora a generátora buď zo samostatného zdroja +5 V alebo cez prídavný nízkoenergetický stabilizátor. Zeme silovej a signálnej časti musia byť v každom prípade oddelené.
Obvod na obrázku 14 poskytuje dve stabilné napätia na napájanie vinutia motora: 12 V v režime chodu a 6 V v režime pozastavenia. (Vzorce potrebné na výpočet výstupného napätia sú uvedené v). Prevádzkový režim sa aktivuje privedením vysokej logickej úrovne na kontakt BRAKE konektora X1. Prípustnosť zníženia napájacieho napätia je určená skutočnosťou, že, ako už bolo uvedené v prvej časti článku, moment držania krokových motorov presahuje moment otáčania. Takže pre daný motor P542-M48 je prídržný krútiaci moment s prevodovkou 25:6 19,8 Ncm a krútiaci moment iba 6 Ncm. Tento prístup umožňuje znížiť spotrebu energie z 5,52 W na 1,38 W pri zastavenom motore! Úplné vypnutie motora sa vykonáva privedením vysokej logickej úrovne na kontakt "ON / OFF" konektora X1.
Ak má riadiaci obvod výstup na tranzistoroch s otvoreným kolektorom, nie sú potrebné spínače VT1, VT2 a výstupy je možné pripojiť priamo namiesto uvedených spínačov.
Poznámka: V tomto uskutočnení je použitie pull-up odporov neprijateľné!
Ako tlmivku autor použil cievku SDR1006-331K (Bourns). Celkové napájanie napäťového ovládača pre vinutia motora môže byť znížené na 16 - 18 V, čo neovplyvní jeho činnosť. Ešte raz upozorňujem: pri vykonávaní nezávislých výpočtov nezabudnite vziať do úvahy, že tvarovač poskytuje režim s fázovým prekrytím, to znamená, že je potrebné vziať do úvahy menovitý prúd napájacieho obvodu, ktorý je rovný dvojnásobku maximálneho prúdu vinutia pri zvolenom napájacom napätí.
Úloha riadenia bipolárnych motorov je zložitejšia. Hlavný problém je v ovládači. Tieto motory vyžadujú vodiča mostového typu a vyrobiť ho, najmä v moderných podmienkach, na diskrétnych prvkoch, je nevďačná úloha. Áno, toto sa nevyžaduje, pretože existuje veľmi veľký výber špecializovaných integrovaných obvodov. Všetky tieto integrované obvody môžu byť podmienene znížené na dva typy. Prvým je L293D IC, ktorý je medzi milovníkmi robotiky veľmi obľúbený, prípadne jeho varianty od. Sú relatívne lacné a sú vhodné na riadenie malých motorov s prúdmi vinutia do 600 mA. Integrované obvody majú ochranu proti prehriatiu; musí byť inštalovaný so zabezpečením chladiča, ktorým je fólia dosky plošných spojov. Druhý typ už čitatelia poznajú z publikácie v IC LMD18245.
Autor použil budič L293DD v obvode na pohon malovýkonového bipolárneho motora typu 20M020D2B 12V/0,1A pri štúdiu problematiky použitia krokových motorov. Tento ovládač je vhodný v tom, že obsahuje štyri prepínače polovičného mostíka, takže na pohon bipolárneho krokového motora je potrebný iba jeden integrovaný obvod. Kompletný obvod zobrazený a mnohokrát opakovaný na internetových stránkach je vhodný na použitie ako testovacia doska. Obrázok 15 zobrazuje zahrnutie IC ovládača (s odkazom na prepínač z obrázku 10), pretože toto je časť, ktorá nás teraz zaujíma, a obrázok 6 (Bipolárne riadenie krokového motora) zo špecifikácie nie je úplne jasný. začínajúcemu používateľovi. Je to zavádzajúce napríklad tým, že zobrazuje externé diódy, ktoré sú skutočne zabudované v IC a robia skvelú prácu s vinutiami motorov s nízkym výkonom. Prirodzene, ovládač L293D môže pracovať s akýmkoľvek prepínačom. Ovládač sa vypína logickou nulou na vstupe R.
Poznámka: IO L293, v závislosti od výrobcu a koncoviek označujúcich typ puzdra, majú rozdiely v číslovaní a počte pinov!
Na rozdiel od L293DD, LMD18245 nie je štvorkanálový ovládač, ale dvojkanálový ovládač, takže na implementáciu riadiaceho obvodu sú potrebné dva integrované obvody. Menič LMD18245 je vyrobený technológiou DMOS, obsahuje ochranné obvody proti prehriatiu, skratu a je vyrobený v pohodlnom 15-pinovom obale TO-220, čo uľahčuje odvod prebytočného tepla z jeho obalu. Obvod znázornený skôr na obrázku 13 bol použitý ako hlavný oscilátor, ale s odporom odporu R2 zvýšeným na 4,7 kOhm. Na napájanie jednotlivých impulzov slúži tlačidlo BH1, ktoré umožňuje posunúť rotor motora o jeden krok. Smer otáčania rotora je určený polohou spínača S1. Motor sa zapína a vypína spínačom S2. V polohe "OFF" je rotor motora uvoľnený a jeho otáčanie riadiacimi impulzmi je nemožné. Režim hold znižuje maximálny prúd odoberaný vinutím motora z dvoch na jeden ampér. Ak nie sú aplikované riadiace impulzy, rotor motora zostáva v pevnej polohe s polovičným príkonom. Ak sú aplikované impulzy, otáčanie motora v tomto režime sa vykonáva s krútiacim momentom zníženým pri nízkych otáčkach. Treba poznamenať, že keďže s úplným ovládaním " dvojfázový» obe vinutia sú zapnuté, prúd motora sa zdvojnásobí a obvod budiča sa musí vypočítať na základe požiadaviek na zabezpečenie daného prúdu dvoch vinutí (odpory R3, R8).
Obvod obsahuje skôr popísaný obojsmerný dvojfázový budič na D-klopných obvodoch (obrázok 10). Maximálny prúd budiča sa nastavuje odporom zahrnutým v obvode kolíka 13 IC LMD18245 (odpory R3, R8) a binárnym kódom na kolíkoch riadiaceho obvodu prúdu (kolíky 8, 7, 6, 4). Vzorec na výpočet maximálneho prúdu je uvedený v špecifikácii pre vodiča. Prúd je obmedzený pulznou metódou. Po dosiahnutí maximálnej špecifikovanej hodnoty prúdu sa „sekne“ („seká“). Parametre tohto „krájania“ sa nastavujú paralelným RC obvodom pripojeným na pin 3 drivera. Výhodou IC LMD18245 je, že rezistor s nastavením prúdu, ktorý nie je zahrnutý priamo v obvode motora, má pomerne veľký výkon a nízky stratový výkon. Pre uvažovaný obvod je maximálny prúd v ampéroch podľa uvedeného vzorca:
V DAC REF - referenčné napätie DAC (v uvažovanom obvode 5 V);
D - zahrnuté bity DAC (v tomto režime sa používa všetkých 16 bitov);
R S je odpor odporu obmedzujúceho prúd (R3 = R8 = 10 kOhm).
Preto v režime pozastavenia (keďže sa používa 8 bitov DAC) bude maximálny prúd 1 A.
Ako vidíte z navrhovaného článku, krokové motory sú síce ťažšie ovládateľné ako kolektorové motory, ale nie natoľko, aby ich odmietali. Ako hovorili starí Rimania: „Kto kráča, ovláda cestu. Prirodzene, v praxi je pre mnohé aplikácie vhodné riadiť krokové motory na báze mikrokontrolérov, ktoré dokážu ľahko generovať potrebné príkazy pre vodičov a fungujú ako spínače. Dodatočné informácie a podrobnejšie zváženie problémov spojených s používaním krokových motorov, okrem vyššie uvedených odkazov [ , , ], je možné získať z už klasikou už klasickej monografie Kenyo Takashi a na špecializovanom internete stránky, napríklad.
Je tu ešte jeden bod, na ktorý by chcel autor článku upriamiť pozornosť čitateľov. Krokové motory, rovnako ako všetky jednosmerné motory, sú reverzibilné. čo to znamená? Ak na rotor pôsobíte vonkajšou rotačnou silou, potom je možné EMF odstrániť z vinutia statora, to znamená, že motor sa stane generátorom a je veľmi, veľmi efektívny. Autor článku experimentoval s týmto využitím krokových motorov, keď pracoval ako konzultant pre výkonovú elektroniku pre spoločnosť zaoberajúcu sa veternou energiou. Na jednoduchých dispozičných riešeniach bolo potrebné vypracovať množstvo praktických riešení. Podľa pozorovania autora článku bola účinnosť krokového motora v takejto aplikácii vyššia ako účinnosť jednosmerného kolektorového motora podobného parametrami a rozmermi. Ale to je už iný príbeh.
