Arduino at stepper motor: mga pundasyon, scheme, koneksyon at kontrol

Ang mga motor ng stepper ay ginagamit upang makontrol ang posisyon ng isang bagay, o upang paikutin ang nagtatrabaho unit sa isang naibigay na bilis at anggulo. Ang ganitong mga tampok na posible upang magamit ito sa mga robotics, mga numerikong kinokontrol na machine (CNC), at iba pang mga sistema ng automation. Sa artikulong ito, isasaalang-alang namin ang maraming mga isyu na may kaugnayan sa pagtatayo ng mga stepper motor at kung paano makontrol ang mga ito gamit ang Arduino microcontroller.

Ang motor ng stepper ay naiiba sa karaniwan

Ang lahat ng mga de-koryenteng motor na ginamit sa pagsasanay ay nagpapatakbo dahil sa mga electrodynamic phenomena at proseso na nagaganap sa mga magnetic field ng rotors at stators. Tulad ng nabanggit na natin, ang anumang engine ay binubuo ng hindi bababa sa dalawang bahagi - mobile (rotor) at walang galaw (stator). Para sa pag-ikot nito, kinakailangan na ang magnetic field ay umiikot din. Ang patlang ng rotor ay umiikot pagkatapos ng patlang ng stator.

Sa prinsipyo, ang naturang pangunahing impormasyon ay sapat upang maunawaan ang pangkalahatang larawan ng pagpapatakbo ng mga de-koryenteng motor. Gayunpaman, sa katunayan, ang industriya ay gumagawa iba't ibang mga pagpipilian sa motorbukod sa mga ito:

1. Ardilya-hawla o sugat na rotor induction motor.

2. Ang naka-sync na motor na may mga windings ng patlang o may mga permanenteng magnet.

3. DC motor.

4. Universal motor kolektor (gumagana ito sa parehong direktang kasalukuyang at alternating kasalukuyang, dahil ang mga rotor na paikot-ikot sa kanilang sarili ay konektado at na-disconnect mula sa mga contact ng pinagmulan ng kuryente dahil sa disenyo ng mga lamellas at mga angkla).

5. Brushless DC motor (BLDC).

6. Mga Servos.

7. Mga motor na stepper.

Ang huling dalawang species ay may partikular na halaga, dahil sa posibilidad ng kanilang, sa isang tiyak na lawak, tumpak na pagpoposisyon sa espasyo. Tingnan natin ang disenyo ng motor ng stepper.

Kahulugan

Ang isang motor na stepper ay tinatawag na isang walang bisiklurang sabayang motor. Ang isang tiyak na bilang ng mga paikot-ikot ay matatagpuan sa stator, ang koneksyon kung saan nagiging sanhi ng pag-ikot ng rotor sa isang tiyak na anggulo, depende sa bilang ng mga hakbang. Sa madaling salita, ang kasalukuyang sa paikot-ikot na stator ay nagiging sanhi ng pag-ikot ng baras sa isang anggulo ng discrete.

Sa pamamagitan ng isang pare-pareho at sunud-sunod na pagbabago sa polaridad ng boltahe sa buong mga paikot-ikot at paglipat ng energized windings, ang motor ng stepper ay umiikot, katulad ng isang maginoo na de-koryenteng motor, bagaman sa katunayan ang isang regular na pag-ikot sa isang nakapirming anggulo ay nagaganap lamang.

Minsan tinawag na motor ang stepper motor. na may isang tiyak na bilang ng mga posisyon ng rotor. Hindi ito malinaw na malinaw, alamin natin ito. Isipin ang isang maginoo na makina - ang posisyon ng rotor nito ay hindi naayos sa anumang paraan, iyon ay, ito ay umiikot habang ang kapangyarihan ay konektado, at kapag naka-off ito, humihinto pagkatapos ng ilang oras, depende sa pagkawalang-galaw. Ang mga posisyon ng rotor ay maaaring maging kasing dami ng gusto mo, ngunit maaari silang magkakaiba sa pamamagitan ng pinakamaliit na mga praksyon ng isang degree.

Sa isang motor na stepper, ang pagkonekta sa isang paikot-ikot o maraming mga paikot-ikot na nagiging sanhi ng rotor na "mag-magnet" na may paggalang sa mga paikot-ikot na ito. Sa panlabas, mukhang eksaktong tulad ng pag-on ng baras sa isang tiyak na anggulo (pitch). Dahil ang bilang ng mga hakbang ay isa sa mga mahahalagang katangian ng ganitong uri ng electric drive, ang bilang ng mga posisyon ng rotor ay katumbas ng bilang ng mga hakbang. Mahirap para sa mga nagsisimula na maunawaan kung paano ito magagawa, at kung paano ito umiikot sa kasong ito - sa katunayan, ang lahat ay medyo simple, ipapakita namin ito sa mga guhit at paglalarawan sa ibaba.

Konstruksyon

Ang pag-windings ng paggulo ay naayos sa stator ng electric motor. Ang rotor nito ay gawa sa malambot na magnetic o hard magnetic material. Ang materyal ng rotor ay nakasalalay sa metalikang kuwintas at pag-aayos ng baras ng mga de-energized na paikot-ikot. Ang mga parameter na ito ay maaaring maging kritikal.

Samakatuwid, ang mga magnetikong solid rotors (mayroon din silang permanenteng magneto) at ang magnetically soft (reactive) rotors ay nakikilala, bilang karagdagan sa kanila mayroong mga hybrid rotors.

Ang hybrid rotor ay gawa sa ngipin, ang bilang ng mga ngipin ay tumutugma sa bilang ng mga hakbang. Ang mga ngipin ay matatagpuan kasama ang axis ng rotor. Bukod dito, ang gayong rotor ay nahahati sa dalawang bahagi sa kabuuan. Ang isang permanenteng pang-akit ay naka-install sa pagitan ng mga ito, kaya ang bawat isa sa mga halves ng rotor ay isang magnet poste. Dapat ding sabihin na ang kalahati ng rotor ay pinaikot kalahati ng pitch ng ngipin na may kaugnayan sa bawat isa.

Tulad ng nabanggit na, ang gayong makina ay magkakasabay, at ang proseso ng pag-ikot nito ay upang lumikha ng isang umiikot na patlang ng rotor, na hinahangad ng magnetic rotor, at ito ay natanto sa pamamagitan ng pagpapalit ng mga paikot-ikot ng manlalaban.

Ang mga uri ng mga motor na stepper para sa disenyo ng mga paikot-ikot ay nahahati sa tatlong pangunahing grupo ayon sa scheme ng koneksyon ng mga paikot-ikot:

1. Bipolar.

2. Unipolar.

3. Sa apat na paikot-ikot.

Karamihan sa mga motor na de-koryenteng bipolar ay may 4 na mga contact - ito ay mga konklusyon mula sa dalawang mga paikot-ikot. Sa loob ng makina, sila ay sa pamamagitan ng at malaking hindi konektado sa bawat isa. Ang pangunahing problema ay kinakailangan upang matiyak na ang paglipat ng polar ng kuryente, na nangangahulugang ang driver at ang proseso ng control mismo ay magiging mas kumplikado.

Ang Unipolar ay kahawig ng koneksyon ng mga paikot-ikot na ayon sa pattern ng bituin. Sa madaling salita, mayroon kang 5 mga konklusyon - 4 sa mga ito ang mga dulo ng mga paikot-ikot, at ang 1 ay ang punto ng koneksyon ng lahat ng mga paikot-ikot.

Upang makontrol ang tulad ng isang makina, kakailanganin mo lamang na magkahalong magbigay ng kapangyarihan sa bawat dulo ng paikot-ikot (o isang pares ng mga ito, depende sa napiling mode ng pag-ikot), sa ganitong paraan kalahati ang paikot-ikot na pinapagana sa bawat oras. Maaari itong gumana sa mode na bipolar, kung pinapakain mo ang buong paikot-ikot na lubusan na lumipas sa gripo mula sa gitna nito.

Ang mga Motors na may 4 na mga windings ay may kalamangan na maaari mong ikonekta ang mga paikot-ikot sa anumang paraan na maginhawa para sa iyo at makakuha ng parehong isang bipolar at isang unipolar na motor.

Mga mode ng control

Mayroong 4 mga mode ng pangunahing kontrol sa motor ng stepper:

1. Kontrol ng wave.

2. Buong hakbang.

3. Half-hakbang.

4. Microstepping

Volnov ang kontrol ay tinatawag na kontrol ng isang paikot-ikot. I.e. sa parehong oras, ang kasalukuyang dumadaloy sa isa sa mga paikot-ikot, samakatuwid ay dalawang natatanging tampok - mababang pagkonsumo ng kuryente (mabuti ito) at mababang metalikang kuwintas (ito ay masama).

Sa kasong ito, ang makina na ito ay tumatagal ng 4 na mga hakbang sa isang rebolusyon. Ang mga tunay na motor ay gumawa ng dose-dosenang mga hakbang sa isang rebolusyon, ito ay nakamit sa pamamagitan ng isang malaking bilang ng mga kahalili ng mga magnetic pole.

Buong Pamamahala ng Hakbang ang pinaka-karaniwang ginagamit. Dito, ang boltahe ay ibinibigay hindi sa isang paikot-ikot, ngunit sa dalawa nang sabay-sabay. Kung ang mga paikot-ikot na konektado ay magkatulad, kung gayon ang kasalukuyang mga doble, at kung sa serye, ang boltahe ng supply ay nagdudulot, ayon sa pagkakabanggit. Sa isang banda, sa pamamaraang ito ng control, ang makina ay kumonsumo ng mas maraming enerhiya, sa kabilang banda, 100% metalikang kuwintas, hindi katulad ng nauna.

Half-step control Ito ay kagiliw-giliw na dahil ito ay posible upang mas tumpak na iposisyon ang baras ng motor, dahil sa ang katunayan na ang mga halves ay idinagdag sa buong mga hakbang, ito ay nakamit sa pamamagitan ng pagsasama ng nakaraang dalawang mga mode ng operasyon, at ang mga paikot-salit na kahalili, pagkatapos ay pag-on nang pares, pagkatapos ay isa-isa.

Ito ay nagkakahalaga ng isasaalang-alang na ang sandali sa shaft ay lumulutang mula 50 hanggang 100%, depende sa kung 1 o 2 na dalawang paikot-ikot ay kasangkot sa sandaling ito.

Kahit na mas tumpak ay microstepping. Ito ay katulad ng nauna, ngunit naiiba sa na ang kapangyarihan sa mga paikot-ikot ay hindi ibinibigay sa buong saklaw, ngunit unti-unting nagbabago. Sa gayon, ang antas ng epekto sa rotor ng bawat isa sa mga pagbabago ng paikot-ikot at ang anggulo ng pag-ikot ng baras sa mga intermediate na hakbang ay magkakaiba-iba nang maayos.

Kung saan kumuha ng motor na stepper

Magkakaroon ka ng oras upang bumili ng isang motor na stepper, ngunit ang mga tunay na radio amateurs, mga taong gawa sa bahay at mga elektronikong inhinyero ay sikat sa katotohanan na maaari silang gumawa ng isang bagay na kapaki-pakinabang sa labas ng basura. Tiyak na mayroon kang kahit isang motor na stepper sa iyong bahay. Alamin natin kung saan titingnan upang makahanap ng tulad ng isang makina.

1. Ang printer.Ang mga motor ng stepper ay maaaring tumayo sa pag-ikot ng shaft feed ng papel (ngunit maaari ding magkaroon ng DC motor na may sensor sa pag-aalis).

2. Mga scanner at MFP. Ang mga scanner ay madalas na naka-install ng isang stepper motor at isang mekanikal na bahagi kasama ang mga gabay sa karwahe, ang mga bahaging ito ay maaari ding maging kapaki-pakinabang sa pagbuo ng isang gawa sa bahay na CNC.

3. Mga drive ng CD at DVD. Maaari ka ring makakuha ng mga pamalo at mga shaft ng tornilyo para sa mga produktong homemade at iba't ibang mga CNC sa kanila.

4. Malambing na drive. Ang floppy disks ay mayroon ding mga stepper motor, lalo na ang mga floppy file na 5.25 "na format.

Driver ng motor na stepper

Upang makontrol ang mga motor na stepper gumamit ng dalubhasang mga microcircuits ng driver. Kadalasan ito ay isang H-tulay ng mga transistor. Salamat sa pagsasama na ito, posible na i-on ang boltahe ng nais na polarity sa paikot-ikot. Ang mga chips na ito ay angkop din para sa pagkontrol ng DC motor na may suporta para sa pagbabago ng direksyon ng pag-ikot.

Sa prinsipyo, ang napakaliit na mga makina ay maaaring magsimula nang direkta mula sa mga pin ng microcontroller, ngunit karaniwang nagbibigay sila ng hanggang sa 20-40 mA, na sa karamihan ng mga kaso ay hindi sapat. Samakatuwid, narito ang ilang mga halimbawa ng mga driver para sa mga stepper motor:

1. Mga board batay sa L293D. Marami sa kanila, ang isa sa mga ito ay ibinebenta sa ilalim ng tatak ng domestic Amperka sa ilalim ng pangalang Troyka Stepper, isang halimbawa ng paggamit nito sa isang tunay na proyekto ay ipinapakita sa video sa ibaba. Ang bentahe ng partikular na board na ito ay mayroong mga logic chips na maaaring mabawasan ang bilang ng mga pin na ginagamit upang makontrol ito.

Ang chip mismo ay nagpapatakbo sa ilalim ng isang boltahe ng 4.5-36V at gumagawa ng isang kasalukuyang hanggang sa 600mA-1A, depende sa kaso ng IC.

2. Ang driver ng A4988 batay. Ito ay pinalakas ng boltahe hanggang sa 35V, maaaring mapaglabanan ang kasalukuyang hanggang sa 1A nang walang radiator, at may radiator hanggang sa 2A. Maaari nitong kontrolin ang makina, kapwa sa buong mga hakbang at sa mga bahagi - mula 1/16 ng isang hakbang hanggang 1 hakbang, 5 mga pagpipilian lamang. Naglalaman ng dalawang H-tulay. Gamit ang tuning risistor (nakita sa tamang larawan), maaari mong itakda ang output kasalukuyang.

Ang laki ng hakbang ay itinakda ng mga signal sa mga input ng MS1, MS2, MS3.

Narito ang isang diagram ng koneksyon nito, ang bawat pulso sa input ng STEP ay nagtatakda ng makina upang paikutin ang 1 hakbang o isang microstep.

3. Ang driver batay sa ULN2003 ay gumagana sa 5 at 12 V motor at gumagawa ng isang kasalukuyang hanggang sa 500 mA. Sa karamihan ng mga board, mayroong 4 na LED na nagpapahiwatig ng pagpapatakbo ng bawat channel.

Gayundin sa board makikita mo ang terminal block para sa pagkonekta sa mga motor, sa pamamagitan ng paraan, marami sa kanila ang ibinebenta gamit ang konektor na ito. Ang isang halimbawa ng tulad ng isang makina ay isang modelo ng 5V - 28BYJ-48.

At ito ay hindi lahat ng mga pagpipilian sa pagmamaneho para sa mga motor na stepper, sa katunayan mayroong higit pa sa kanila.

Koneksyon sa driver ng Arduino at motor ng stepper

Sa karamihan ng mga kaso, kailangan mong gumamit ng isang microcontroller na ipinares sa isang driver para sa isang motor na stepper. Tingnan natin ang diagram ng koneksyon at mga halimbawa ng code. Isaalang-alang ang isang koneksyon batay sa pinakabagong nakalista sa driver - ULN2003 sa Arduino board. At sa gayon ito ay may 4 na input, naka-sign sila bilang IN1, IN2, atbp. Kailangan nilang konektado sa mga digital na pin ng Arduino board, at ang isang motor ay dapat na konektado sa driver tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba.

Dagdag pa, depende sa pamamaraan ng control, dapat kang mag-apply sa mga input 1 o 0 mula sa mga pin na ito kasama ang 1 o 2 na paikot-ikot sa kinakailangang pagkakasunud-sunod. Ang code para sa full-step control program ay mukhang katulad nito:

int in1 = 2;

int in2 = 3;

int in3 = 4;

int in4 = 5;

const int dl = 5;

walang pag-setup () {

pinMode (in1, OUTPUT);

pinMode (in2, OUTPUT);

pinMode (in3, OUTPUT);

pinMode (in4, OUTPUT);

}

walang bisa na loop () {

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, LOW);

pagkaantala (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, LOW);

pagkaantala (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, HIGH);

pagkaantala (dl);

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, HIGH);

pagkaantala (dl);

}

 

Kasama dito ang mga paikot-ikot sa sumusunod na pagkakasunud-sunod:

Narito ang code para sa kalahating hakbang na mode, tulad ng nakikita mo, ito ay higit na masilaw, dahil nagsasangkot ito ng isang mas malaking bilang ng mga paglilipat ng paikot-ikot.

int in1 = 2;

int in2 = 3;

int in3 = 4;

int in4 = 5;

const int dl = 5;

walang pag-setup () {

pinMode (in1, OUTPUT);

pinMode (in2, OUTPUT);

pinMode (in3, OUTPUT);

pinMode (in4, OUTPUT);

}

walang bisa na loop () {

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, LOW);

pagkaantala (dl);

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, LOW);

pagkaantala (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, LOW);

pagkaantala (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, LOW);

pagkaantala (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, LOW);

pagkaantala (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, HIGH);

pagkaantala (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, HIGH);

pagkaantala (dl);

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, HIGH);

pagkaantala (dl);

}

 

Kasama sa programang ito ang mga paikot-ikot na sumusunod:

Upang pagsamahin ang natanggap na impormasyon, panoorin ang kapaki-pakinabang na video:

Konklusyon

Ang Mga Stepper Motors ay Sikat sa mga Arduins kasama ang mga servos, dahil pinapayagan ka nilang lumikha ng mga robot at CNC machine. Ang huli ay tinulungan ng kasaganaan sa pangalawang merkado ng sobrang murang ginamit na optical drive drive.