Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Контроллер шагового двигателя схема | kavmaster

За какое-то время у меня скопилось много шаговых двигателей, но все не было времени ими заняться, а ведь шаговый двигатель вещь довольно интересная и полезная. Но у многих радиолюбителей возникают проблемы с запуском таких двигателей, вот я и решил собрать контроллер для проверки наиболее часто распространённых шаговых двигателей.

Блок управления шаговым двигателем

Шаговые двигатели достаточно распространены в устройствах, в которых необходимо добиться точного перемещения механизмов. Существует очень много типов шаговых двигателей, но самыми простыми в плане управления являются 2-х фазные униполярные двигатели. Этот тип двигателей имеет две независимые обмотки с выводами от середины (см. Рис.1). Их устанавливают в такие аппараты, как принтер, копир, дисковод и т.д.

 

Схема управления шаговым двигателем.

На рисунке 2 представлена схема управления шаговым двигателем.


Сперва хотел разработать схему на жесткой логике, но когда определился с функциями, которые она должна выполнять, пришло твердое решение использовать для этих целей микроконтроллер. И так, что можно определить с помощью данного блока управления.

  1. Можно определить количество шагов.
  2. Определить один из двух алгоритмов работы двигателя.
  3. Опробовать работу двигателя в полушаговом режиме.
  4. Можно опробовать работу в полношаговом режиме.
    Еще раз повторюсь, что разновидностей шаговых двигателей много и данный контроллер подойдет не для всех.

Программы управления шаговыми двигателями

Программа управления состоит из пяти подпрограмм, которые переключаются кнопкой BS3 – «Выбор программ». Номер выбранной подпрограммы отображается тремя светодиодами в двоичной системе счисления. При первом включении должен загореться светодиод HL1, индицирующий о том, что включена первая подпрограмма работы шагового двигателя в полушаговом режиме. Запуск двигателя осуществляется кнопками «Право» и «Лево». Право – двигатель должен крутиться по часовой стрелке, лево – против часовой, но направление вращения зависит еще и от того, как вы скоммутируете обмотки двигателя.

Возможно, придется экспериментировать. На скриншоте 1 (передняя панель виртуального осциллографа программы Proteus) можно наблюдать импульсную последовательность и коды полушагов работы двигателя. Некоторые из шаговиков по этому алгоритму у меня не работали.

Полношаговый алгоритм работы шагового двигателя

Подпрограмма №2 – светится второй светодиод. В этой подпрограмме двигатель будет работать по полно шаговому алгоритму, показанному на скрине 2.

Подпрограмма №3 – светятся первый и второй светодиоды. В этой подпрограмме двигатель будет работать по полношаговому алгоритму, показанному на скрине 3.

Количество шагов шагового двигателя

Подпрограмма №4 – светится третий светодиод. Данная подпрограмма обеспечивает один шаг двигателя при каждом нажатии на кнопку «Право». Кнопка «Лево» в данном случае не задействована. Короче говоря, нажимая каждый раз на кнопку, можно сосчитать количество шагов за один оборот проверяемого двигателя. Алгоритм работы двигателя в данной подпрограмме соответствует алгоритму на скрине 2.

Подпрограмма №5 – светятся первый и третий светодиоды. В этой подпрограмме творится тоже самое, только алгоритм работы двигателя в данной подпрограмме соответствует алгоритму на скрине 3.

Общий вид платы — на фото.

Файл прошивки, схему и рисунок печатной платы можно скачать по ссылке ниже. 

Купить USB программатор PIC K150 ICSP

Источник: http://www.kondratev-v.ru

Похожее

kavmaster.ru

Драйвер шагового двигателя. Тестируем микросхему L9110 / Habr

Откуда «ножки» растут


В настоящее время стали доступны и приобрели популярность различные станки с программным управлением. Это лазерные и фрезерные резчики и гравёры. А так же 3D принтеры. Все эти станки имеют один общий узел — шаговый двигатель.

И этому двигателю нужен драйвер.

Принцип работы двигателя не является предметом этой статьи. Мы рассмотрим только драйвер. Всё, что нам нужно знать в данном контексте — это какие управляющие сигналы нам нужно формировать для управления шаговым двигателем. Оказывается, это самые обычные прямоугольные импульсы.

Существует некоторое количество решений драйверов от различных компаний. В нашей статье мы рассмотрим самое доступное решение драйвера L9110 и его аналог HG7881 Это решение часто используется в Arduino

Теория и практика


Я решил применить микросхему L9110 в своём проекте.

Довольно легко нагуглил datasheet. Прочитал. Всё предельно понятно. Характеристики, распиновка, таблица истинности… По всем параметрам драйвер, вроде бы подходит. Напряжение коммутации — 12 вольт, выходной ток 800 ма. — всего хватает.

А что на деле?



Не откладывая в «долгий ящик» я сделал плату, написал и запустил тестовую программу…
Первое, на что я обратил внимание в своём устройстве — то, что микросхема драйвера сильно греется. Внимание! НА ХОЛОСТОМ ХОДУ. Без нагрузки. Это что за чудеса схемотехники?
Может у меня микросхема бракованная?

Пришла в голову идея рассмотреть сей девайс поподробнее. И не один, а кучу.
Сказано — сделано.
Хорошо, что у меня была припасена панелька SO-8 и плата для моделирования.
Ну, и контроллер на базе STM32.

Собран стенд и произведены измерения.

Да, кстати, кроме непосредственно, силового узла в микросхеме заложена логика исключающее ИЛИ. В даташите это описано.

Поскольку я изучаю эффект нагрева микросхемы, лучше не ограничиваться логическими единицами и нулями, а снять реальные напряжения.

В результате измерений получилась табличка:

Рассмотрим строчки 2 и 3. Что мы здесь видим?

  1. Падение напряжения на выходных транзисторах, при наличии нагрузки, около полутора вольт, что при токе 0,33 ампера даёт 0,5 ватт на канал.
  2. На холостом ходу микросхема потребляет 0,05 А, что при напряжении 12 В даёт 0,6 ватт на канал.

Другими словами, независимо от нагрузки она потребляет около 0,5 Вт на канал. Теперь понятно, почему я об неё обжигал пальцы.

Сильный нагрев — это, конечно недостаток. Но может свою функцию микросхема выполняет хорошо? Тут пригодился недавно подаренный себе 4-х лучевой осциллограф приставка. Не ожидал, что мне так скоро потребуются все 4 луча. Для тестирования написал простенькую программку на stm32, который давно использую в различных проектах. Программа, просто, генерирует 2 прямоугольных сигналы с трёхкратной разницей частот.

Поскольку один раз увидеть лучше чем много раз прочитать — прикладываю развёртку сигналов управления.

Ничего особо сложного. Просто прямоугольные импульсы сдвинутые с разницей частоты в 3 раза.

Верхняя часть экрана — входные сигналы — нижняя — выходные.

Сразу бросается в глаза, что при различающихся значениях сигналов на входах, значения на выходах вполне чёткие Устанавливаются без задержек и с резкими фронтами.

Если же сигналы на входах совпадают — то фронт пологий. похож на разряд конденсатора.
Просмотрев документацию я не увидел ничего такого, что предвещало бы такое поведение.
Может я задал слишком высокую частоту входных сигналов? В даташите лимит не указан.
Уже зная, что у этого драйвера есть почти стопроцентный аналог HG7881 я обратился к его документации.

Она пролила больше света на эту загадочную ситуацию. Оказывается, логика работы драйвера немного шире. Две единицы на входе — это торможение ( то есть на выходе оба сигнала должно быть низкого уровня.) А два нуля на входе — это «висящие» контакты. Разрыв.

Значит два нуля на входе должны «подвешивать» выходы. Тогда, поведение разряжающегося конденсатора вполне предсказуемо. Однако две единицы на входах — должны быть надёжным нулём на выходе. А фактически это не так.

Я мог бы списать этот дефект на «китайского производителя». Однако, я тестировал микросхему по честному выпаянную из ардуиновской платы. При чём — не одну микросхему. Из нескольких плат. То есть, вероятность брака сильно снижена.

Вывод


Область применения микросхем L9110 уже, чем задекларирована, да и КПД низковат.
Рассеяние 0,5-0,6 ватта на одном ключе — это многовато. Не случайно это решение самое дешёвое.(10 центов за микросхему. на алиэкспрессе).

В следующих статьях будут рассмотрены альтернативные драйвера шаговых двигателей.

habr.com

Контроллер маломощного униполярного шагового двигателя

Предыстория
Понадобилось мне прошлой осенью восстановить измерительный стенд. Одна из главных частей стенда — система протяжки лески с закрепленной на ней трубочке сквозь СВЧ-резонатор (это такая медная банка весом 20-30 кг). Причем протяжка должна осуществляться периодически с фиксацией положения (на 1мм подвинул, остановился, подождал секунду, ещё на 1мм подвинул, и так далее). Естественно сразу возникла мысль о шаговом двигателе (ШД). Но как им управлять? Разобрался. Начал искать схемные решения — биполярными двигателями сложно управлять, поэтому выбор пал на униполярный. Был приобретён кЫтайский моторчик под названием

MOTS1 (ST28), который в России продаётся Velleman`ом

Купленный моторчик оказался без какой-либо документации. В интернете — тоже почти ничего. Позже экспериментально нашёл необходимую последовательность управляющих сигналов.

Пришёл черёд разработки контроллера управления. Разработкой движили несколько целей:

  • Покупать «чужой» контроллер за 5 т.р. совесть не позволяла
  • Стоимость разработанного контроллера не должна превышать 500-700 р.
  • Простота конструкции для а) повторяемости устройства, б) проще отладка, в) неблагоприятная электромагнитная обстановка, г) чтобы те, кто найдут контроллер через 20 лет смогли разобраться как его «завести», т.к. я подобным образом разбирался с СВЧ-резонатором, пролежавшим в шкафу с конца 90х…
  • Управление с компьютера. Всяких FT232RL в Москве я не нашёл на тот момент, поэтому без всяких раздумий решил использовать интерфейс RS-232.
  • Питание от компьютерного разъёма (который питает харды, приводы и т.д.). Комп всё равно рядом, 2 напряжения: +5 для питания микросхем, +12 для ШД.

Хронология событий
Набросал схему.

Набросал плату в Sprint Layout.

Скачать файл с разводкой

Прошивка для ATmega8L.
Опыта было мало, время поджимало — решил не возиться с ассемблером и написал на каком-то из Basic`ов. Весила она около 25% флеша ATmega8L.

Перешёл на «железо»: нашёл лист шестилетней фотобумаги от уже убитого струйника Epson. Распечатал, заЛУТил (не с первого раза — бумага фигово липнет, старая наверно), спаял.

Для связи с COM-портом изпользуется разъём IDC-10 (изготовлен кабель IDC-10 — DB-9F), для соединения с пятью проводами ШД — штыри PLS-8 (3 штыря из 8 отломаны).

При макетировании из-за того, что ни осциллограф, ни комп не были заземлены, и особенностей БП компьютера, я спалил оба COM-порта. С тех пор использую переходник USB-COM на основе PL2303.

Во время тестирования и отладки понял, что зря я не предусмотрел кнопку сброса МК и разъём внутрисхемного программирования…Пришлось «подвесить» его на проводах =)

Управлялся контроллер с помощью терминальных программ. В качестве передаваемых параметров, была период управляющих сигналов, период следования пакетов сигналов (для реализации паузы), число сигналов в пакете и число пакетов.

Зимой я решил переписать прошивку для МК.
Естественно уже на ассемблере. За неделю осилил, и вот что получилось

StepControl.asm

Краткое описание алгоритма программы:

  • 1. Инициализации и конфигурирование регистров, макросы, таблица векторов прерываний
  • 2. Оправляем пользователю приглашение «hello», что контроллер готов.
  • 3. Ждём, когда же пользователь проснётся и пришлёт МК команду.
  • Команда представляет собой 3 байта. Первый и второй байт — число периодов управляющих сигналов, третий байт — направление вращения.
  • Формирование пакетов управляющих сигналов возложено на программу на компьютере.
  • Передача осуществляется на скорости 38400бит/с.
  • 4. Принимаем команду, сохраняем в RAM. Читаем из RAM в РОН.
  • 5. Запускаем таймер.
  • 6. Переходим к пункту 3.

А тем временем таймер по прерыванию совпадения:

  • 1. Уменьшаем счётчик сигналов на единицу. Если не дошли до нуля, то
  • 1.1. Определяет направление вращения
  • 1.2. Выбирает следующую управляющую комбинацию сигналов из памяти программ
  • 1.3. Выводим соответствующую управляющую комбинацию в PORTB.
  • 2. Если счётчик сигналов равен нулю — тормозим таймер.

Такой алгоритм позволяет «пополнять» содержимое счётчика сигналов во время работы таймера (естественно не в момент прерывания) и добиться «непрерывной» работы ШД. Но этим уже занимается программа написанная на VisualBasic 6.0 (нравится он мне, как бы его не обижали любители С# и Delphi).

Скачать программку

Во время тестирования программы поднимал и опускал двигателем болт, привязанный на нитке…Вспомнилась детская игрушка башенный кран 🙂

Оценка стоимости всего этого безобразия:


№ п/п	Наименование			Цена, руб	Кол-во	Стоимость, руб
1	Вилка штыревая PLS-8			1.6	1	1.6
2	Конденсатор керамич. 0.1мкФ, 50В	3	1	3
3	Конденсатор электролит. 1мкФ, 50В	14	5	70
4	Корпус DP-9C для D-SUB 9pin		13	1	13
5	Микроконтроллер ATmega8L		78	1	78
6	Панель под микросхему 16 контактов	2.6	2	5.2
7	Панель под микросхему 28 контактов	4.6	1	4.6
8	Преобразователь уровней MAX232CPE	16	1	16
9	Разъём DB-9F				23	1	23
10	Разъём IDC-10F на шлейф			16	1	16
11	Разъём IDC-10MR вилка угловая		23	1	23
12	Разъём питания THP-4M			8.8	1	8.8
13	Сборка транзисторов ULN2003AN		15	1	15
14	Шаговый двигатель ST28			320	1	320
							Итого:	597.2

Как видно, уложился в 600р. Может конечно что-то и подзабыл, но одна из поставленных задач выполнена.

Выводы
Получился довольно «узконаправленный» контроллер. Но задачи создать универсальное устройство не было. Изготавливается довольно быстро, всё в DIPах и выводным монтажом. Размеры — наверно чуть больше 2х спичечных коробков. Возможность модернизации: Легко задать необходимую управляющую последовательность в коде прошивки, ассемблировать, зашить в МК и пользоваться, код занимает около 3% памяти — места хватит ещё светомузыку приделать 🙂

Возможные применения

  • детская игрушка башенный кран =)))
  • системы протяга всевозможных нитей, лески, например, занавески открывать по команде с компа
  • маломощные приводы (до 6Вт, т.к. ULN2003AN больше 500мА не терпит, если конечно ШД столько сам потянет)
  • системы, требующие точного позиционирования (число управляющих импульсов на 1 оборот ШД равно 2048!!!, жаль мощность очень невелика)

P.S. Автор выражает благодарность своему научному руководителю Сергею Марковичу за спонсорство, коллегам по лаборатории Тарасу и Лёшке, подруге Юле за помощь в тестировании и отладке, и конечно же DI HALT`у за предоставленную возможность быть опубликованным на easyelectronics.ru!

DI HALT
Меня не теряте 😉 Я сейчас очень много пишу, но пока не буду уточнять что. Хотя, некоторые уже спалили. Как доделаю хотя бы половину задуманного, естественно, сообщу 🙂 А пока буду выкладывать присланные статьи. Их тут довольно много накопилось.

Да, завелась у меня тут вот такая шняжка. Я правда еще не понял зачем она мне (пять блогов на одного человека это слишком =) ), но что-то уж больно много народу по ней прецо. Буду туда всякую херь сбрасывать.

easyelectronics.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о