Ардуино и степпер мотор: основе, шеме, повезивање и контрола

Степер мотори се користе за контролу положаја нечега или за окретање радне јединице под заданом брзином и углом. Такве карактеристике омогућиле су његову употребу у роботикама, нумерички управљаним машинама (ЦНЦ) и другим системима за аутоматизацију. У овом ћемо чланку размотрити бројна питања која се односе на конструкцију степпер мотора и како их управљати помоћу Ардуино микроконтролера.

Степер мотор разликује се од уобичајеног

Сви електромотора који се користе у пракси раде због електродинамичких појава и процеса који се дешавају у магнетним пољима ротора и статора. Као што смо већ споменули, било који мотор састоји се од најмање два дела - покретних (ротор) и непомичних (статор). За његову ротацију неопходно је да се магнетно поље такође ротира. Поље ротора окреће се иза поља статора.

У принципу, такве основне информације су довољне за разумевање опште слике рада електромотора. Међутим, у ствари, индустрија производи разне опције моторамеђу којима су:

1. индукцијски мотор са кавезом веверица или ротором.

2. Синхрони мотор са пољским намотима или са сталним магнетима.

3. ДЦ мотор.

4. Универзални колекторски мотор (ради и на истосмерну и наизменичну струју, јер су сами намоти ротора спојени и искључени из контаката извора напајања због дизајна ламела и сидра).

5. Једносмерни мотори без четкица (БЛДЦ).

6. Сервос.

7. Степер мотори.

Последње две врсте имају посебну вредност због могућности њиховог, у одређеној мери, тачног позиционирања у простору. Погледајмо ближе дизајн корачног мотора.

Дефиниција

Степер мотор назива се синхроним мотором без четкица. На статору се налази одређени број намотаја, чијим спајањем ротор закреће одређени угао, у зависности од броја степеница. Другим речима, струја у намоту статора узрокује да се осовина ротира под дискретним углом.

Равномерном и секвенцијалном променом поларитета напона преко намотаја и пребацивања намотаја намотаја, корак се мотор ротира, слично уобичајеном електромотору, мада се у ствари редовно окреће под фиксним углом.

Степер мотор се понекад назива и мотор. са ограниченим бројем положаја ротора. Не звучи баш јасно, хајде да схватимо. Замислите конвенционални мотор - положај његовог ротора није ни на који начин фиксиран, односно једноставно се ротира док је снага прикључена, а када се искључи, након неког времена престаје, у зависности од њене инерције. Положаји ротора могу бити онолико колико желите, али могу се разликовати по најмањим деловима степена.

У корачном мотору, повезивање намотаја или неколико намотаја узрокује „магнетизацију“ ротора у односу на ове намоте. Извана изгледа управо као окретање осовине под одређеним углом (нагибом). Пошто је број степеница једна од важних карактеристика ове врсте електричног погона, број положаја ротора је једнак броју степеница. Почетницима је тешко схватити како то може бити и како се ротира у овом случају - у ствари, све је прилично једноставно, то ћемо показати у илустрацијама и описима у наставку.

Изградња

Навитци побуде учвршћени су на статору електромотора. Ротор је направљен од меких магнетних или тврдих магнетних материјала. Материјал ротора зависи од обртног момента и фиксације осовине без намотаја. Ови параметри могу бити критични.

Због тога се разликују магнетно чврсти ротори (они су такође са сталним магнетима) и магнетно мекани (реактивни) ротори, поред њих постоје хибридни ротори.

Хибридни ротор је израђен назубљеним, број зубаца одговара броју корака. Зуби су смештени дуж осе ротора. Штавише, такав ротор је подељен на два дела. Стални магнет је уграђен између њих, тако да је свака половина ротора магнетна полена. Такође треба рећи да је половина ротора закренута за пола нагиба зуба један према другом.

Као што је већ споменуто, такав мотор је синхрони, а процес његове ротације састоји се у стварању ротирајућег поља ротора, које магнетни ротор тражи, а то се остварује пребацивањем намотаја од стране регулатора заузврат.

Врсте корачних мотора за пројектовање намота подељене су у три главне групе у складу са шемом повезивања намотаја:

1. Биполарни.

2. Униполарно.

3. Са четири намотаја.

Већина биполарних електромотора имају 4 контакта - то су закључци из два намотаја. Унутар мотора, они углавном нису повезани једни са другима. Главни проблем је што је потребно осигурати пребацивање поларитета снаге, што значи да ће се возач и сам процес управљања компликовати.

Униполарни подсећају намотаје према узорку звезде. Другим речима, имате 5 закључака - од њих су 4 намотаја, а 1 је тачка спајања свих намотаја.

Да бисте управљали таквим мотором, једноставно је потребно да наизменично напајате сваки крај намотаја (или неколико њих, у зависности од изабраног режима ротације), на овај начин половица намотаја ће се сваки пут напајати. Може радити у биполарном режиму, ако цео намотај потпуно заобиђете славину од њене средине.

Мотори са 4 намотаја имају предност што намотаје можете повезати на било који начин који је за вас погодан и добити и биполарни и униполарни мотор.

Начини контроле

Постоје 4 главна начина управљања корачним мотором:

1. Таласна контрола.

2. Потпун корак.

3. Пола корака.

4. Микростезање

Волнов контрола се назива контрола једног намотаја. И.е. у исто време струја тече кроз један од намотаја, отуда две карактеристике - ниска потрошња електричне енергије (ово је добро) и низак обртни момент (ово је лоше).

У овом случају овај мотор чини 4 корака у једном обртају. Прави мотори раде десетине корака у једној револуцији, а то се постиже великим бројем алтернација магнетних полова.

Потпуно управљање кораком се најчешће користи. Овде се напон напаја не на једно навијање, већ на два одједном. Ако су намотаји паралелно повезани, тада се струја удвостручује, а ако су у низу, напон напајања дуплира, респективно. С једне стране, код ове методе управљања, мотор троши више енергије, са друге стране 100% обртног момента, за разлику од претходне.

Контрола у пола корака Занимљиво је што постаје могуће тачније позиционирати осовину мотора, због чињенице да се половине додају у читаве кораке, то се постиже комбиновањем претходна два начина рада, а намотаји се наизменично окрећу, затим се укључују у пару, а затим један по један.

Вреди узети у обзир да тренутак на осовини лебди од 50 до 100%, зависно од тога да ли су тренутно укључена 1 или 2 два намотаја.

Још тачнији је микростепање. Слично је претходном, али се разликује по томе што се снага намотима не испоручује у потпуности, већ се постепено мења. Стога се степен утицаја на ротор сваког од намотаја мења, а угао ротације вратила у међуфазним корацима неометано варира.

Где набавити степпер мотор

Увек ћете имати времена за куповину степпер мотора, али прави радиоаматери, домаћи људи и инжењери електронике познати су по томе што могу учинити нешто корисно из смећа. Сигурно имате бар један степпер мотор у свом дому. Хајде да смислимо где да потражимо такав мотор.

1. Штампач.Ступни мотори могу стајати на ротацији вратила за довод папира (али може постојати и једносмерни мотор са сензором помака).

2. Скенери и МФП-ови. Скенери често уграђују степпер мотор и механички део дуж кога се носач води, ти делови могу бити корисни и у развоју домаће ЦНЦ машине.

3. ЦД и ДВД уређаји. Такође можете да набавите шипке и вијке за домаће производе и разне ЦНЦ-ове у њима.

4. дискете. Дискети такође имају степпер моторе, посебно дискете 5.25 ”формата.

Возач степеног мотора

За контролу корачних мотора користите специјализоване микро-склопове за возаче. Углавном је ово Х-мост транзистора. Захваљујући овом укључивању, могуће је укључити напон жељене поларности у наматање. Ови чипови су такође погодни за управљање истосмјерним моторима са подршком за промјену смјера вртње.

У принципу, врло мали мотори се могу директно покренути са игле микроконтролера, али обично дају до 20-40 мА, што у већини случајева није довољно. Због тога, ево неколико примера покретача степенских мотора:

1. Плоче на основу Л293Д. Има их много, а један од њих се продаје под домаћим брендом Амперка под именом Троика Степпер, пример његове употребе у стварном пројекту приказан је у видеу испод. Предност ове плоче је да има логичке чипове који могу умањити број пинова који се користе за њену контролу.

Сам чип ради под напоном од 4,5-36В и производи струју до 600мА-1А, зависно од случаја ИЦ.

2. Возач базиран на А4988. Напаја се напоном до 35В, може издржати струју до 1А без радијатора, а са радијатором до 2А. Може да управља мотором, како у целини, тако и у деловима - од 1/16 корака до једног корака, само 5 опција. Садржи два Х-моста. Помоћу подешавања отпорника (види се на десној фотографији) можете подесити излазну струју.

Величину корака постављају сигнали на улазима МС1, МС2, МС3.

Ево дијаграма његове везе, сваки импулс на СТЕП улазу поставља мотор да се окреће за 1 корак или микро корак.

3. Возач базиран на УЛН2003 ради са моторима од 5 и 12 В и производи струју до 500 мА. На већини плоча постоје 4 ЛЕД диоде које показују рад сваког канала.

Такође на плочи можете видети прикључни блок за повезивање мотора, успут, многи од њих се продају уз овај прикључак. Пример таквог мотора је 5В модел - 28БИЈ-48.

И то нису све могућности возача за степпер моторе, у ствари, има их још више.

Веза са Ардуино покретачем и степпер мотором

У већини случајева, за степенски мотор морате користити микроконтролер упарен са управљачким програмом. Погледајмо дијаграм везе и примјере кода. Размотрите везу на основу најновијег наведеног управљачког програма - УЛН2003 на Ардуино плочу. И тако има 4 улаза, потписани су као ИН1, ИН2 итд. Потребно их је повезати са дигиталним пиновима Ардуино плоче, а мотор треба повезати са управљачким програмом, као што је приказано на доњој слици.

Надаље, овисно о управљачкој методи, морате примијенити на улазе 1 или 0 ових пинова, укључујући 1 или 2 намотаја у жељеном слиједу. Код за контролни програм у целини изгледа овако:

инт ин1 = 2;

инт ин2 = 3;

инт ин3 = 4;

инт ин4 = 5;

цонст инт дл = 5;

воид сетуп () {

пинМоде (ин1, ОУТПУТ);

пинМоде (ин2, ОУТПУТ);

пинМоде (ин3, ОУТПУТ);

пинМоде (ин4, ОУТПУТ);

}

воид лооп () {

дигиталВрите (ин1, ХИГХ);

дигиталВрите (ин2, ХИГХ);

дигиталВрите (ин3, ЛОВ);

дигиталВрите (ин4, ЛОВ);

кашњење (дл);

дигиталВрите (ин1, ЛОВ);

дигиталВрите (ин2, ХИГХ);

дигиталВрите (ин3, ХИГХ);

дигиталВрите (ин4, ЛОВ);

кашњење (дл);

дигиталВрите (ин1, ЛОВ);

дигиталВрите (ин2, ЛОВ);

дигиталВрите (ин3, ХИГХ);

дигиталВрите (ин4, ХИГХ);

кашњење (дл);

дигиталВрите (ин1, ХИГХ);

дигиталВрите (ин2, ЛОВ);

дигиталВрите (ин3, ЛОВ);

дигиталВрите (ин4, ХИГХ);

кашњење (дл);

}

 

То укључује намотаје у следећем редоследу:

Овде је код за начин рада у пола корака, као што видите, много је опсежнији, јер укључује већи број преклопних намотаја.

инт ин1 = 2;

инт ин2 = 3;

инт ин3 = 4;

инт ин4 = 5;

цонст инт дл = 5;

воид сетуп () {

пинМоде (ин1, ОУТПУТ);

пинМоде (ин2, ОУТПУТ);

пинМоде (ин3, ОУТПУТ);

пинМоде (ин4, ОУТПУТ);

}

воид лооп () {

дигиталВрите (ин1, ХИГХ);

дигиталВрите (ин2, ЛОВ);

дигиталВрите (ин3, ЛОВ);

дигиталВрите (ин4, ЛОВ);

кашњење (дл);

дигиталВрите (ин1, ХИГХ);

дигиталВрите (ин2, ХИГХ);

дигиталВрите (ин3, ЛОВ);

дигиталВрите (ин4, ЛОВ);

кашњење (дл);

дигиталВрите (ин1, ЛОВ);

дигиталВрите (ин2, ХИГХ);

дигиталВрите (ин3, ЛОВ);

дигиталВрите (ин4, ЛОВ);

кашњење (дл);

дигиталВрите (ин1, ЛОВ);

дигиталВрите (ин2, ХИГХ);

дигиталВрите (ин3, ХИГХ);

дигиталВрите (ин4, ЛОВ);

кашњење (дл);

дигиталВрите (ин1, ЛОВ);

дигиталВрите (ин2, ЛОВ);

дигиталВрите (ин3, ХИГХ);

дигиталВрите (ин4, ЛОВ);

кашњење (дл);

дигиталВрите (ин1, ЛОВ);

дигиталВрите (ин2, ЛОВ);

дигиталВрите (ин3, ХИГХ);

дигиталВрите (ин4, ХИГХ);

кашњење (дл);

дигиталВрите (ин1, ЛОВ);

дигиталВрите (ин2, ЛОВ);

дигиталВрите (ин3, ЛОВ);

дигиталВрите (ин4, ХИГХ);

кашњење (дл);

дигиталВрите (ин1, ХИГХ);

дигиталВрите (ин2, ЛОВ);

дигиталВрите (ин3, ЛОВ);

дигиталВрите (ин4, ХИГХ);

кашњење (дл);

}

 

Овај програм укључује намотаје на следећи начин:

Да бисте консолидовали добијене информације, погледајте корисни видео:

Закључак

Степпер мотори су популарни међу ардуинима заједно са сервовима, јер вам омогућавају да направите роботе и ЦНЦ машине. Ово потоње помаже обиљем на секундарном тржишту супер јефтиних коришћених оптичких погонских склопова.