Управление биполярным шаговым двигателем. часть 1. теория. схема с контроллером pic12f629 и драйвером lb1838

Принцип работы

В зависимости от вида агрегата его конструктивные особенности могут отличаться, но общий принцип действия почти неизменный. Так, на статоре предусмотрены четыре обмотки, расположенные под 90-градусным углом.

Как только на первую обмотку подается напряжение, ротор перемещается на указанный выше угол. При поступлении напряжения на вторую, третью и четвертую обмотку вал продолжает вращаться до прохождения полного круга. Далее процесс повторяется сначала.

При желании изменить очередность вращения требуется подавать импульсы в обратном направлении. Для удобства пользователи могут управлять ШД и менять его характеристики с учетом особенностей использования.

Как сделать походный генератор напряжения, пошаговая инструкция:

Для начала нам понадобится небольшой отрезок фанеры, толщиной около 1 см, она имеет достаточную жесткость и отлично послужит основанием для ручного электрогенератора, на ней будут крепиться все остальные части.

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

Сердцем генератора будет служить биполярный шаговый двигатель от принтера, его преимущество в том, что даже на медленных оборотах он выдаёт неплохую энергию. Дополнительным плюсом есть то, что у него есть два ушка для крепления.

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

Чтобы увеличить мощность электрогенератора при меньших оборотах то нам понадобится большая шестерня от того же принтера.

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

В качестве ручки для генератора подойдёт ручка стеклоподъёмника машины.

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

С помощью коронки по дереву в основании из фанеры нужно вырезать отверстие под двигатель. Кроме того, вставив двигатель в просверленное отверстие и приложив шестерню, где она будет стоять в будущем, отмечаем место, где будет центр оси этой шестерни на основании и сверлим в этом месте в фанере отверстие. Вставляем в отверстие болт, на него накручиваем гайку с обратной стороны, надеваем шайбу и кусочек трубки, которая отодвигает шестерню на нужное для правильного сцепления с шестерёнкой двигателя место (в дальнейшем я болт перевернул и пару гаек закрутил с обратной стороны фанеры, это увидите на дальнейших фото).

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

Надеваем на болт большую шестерню, ручку и скручиваем всё вместе гайкой, прокладывая между всеми частями шайбы. Кроме того, просверлил через ручки и шестерню отверстие и вкрутил небольшой болт, чтобы ручка передавала ход шестерни.

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

Двигатель к основанию я прикрепил двумя саморезами.

У двигателя есть две пары контактов, на которых будет вырабатываться напряжение, вот для примера к одной паре подпаял лампу накаливания на 12 вольт, даже при небольших оборотах она светит очень ярко.

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

Так как сейчас с генератора идёт переменное напряжение то нам нужно его выпрямить, применив к каждой из пар выходов двигателя по диодному мосту (по 4 выпрямительных диода).

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

Спаял схему и подключил к выходу небольшой вольтметр для того, чтобы узнать какое напряжение выдаёт наш самодельный ручной электрогенератор после выпрямления напряжения.

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

При средней скорости вращения ручки генератора, вольтметр показывал значение напряжения около 20В. Отличный показатель, но для современных устройств чаще требуется стабилизированное напряжение 5В, сейчас займёмся и этим.

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

Добавим к предыдущей схеме линейный стабилизатор напряжения, собранный на микросхеме LM7805 или её аналогов, хотя ещё лучше решение будет применение импульсного понижающего DC-DC преобразователя/стабилизатора, что я и сделаю в будущем, а пока буду использовать имеющуюся у меня в наличие вышеуказанную микросхему. Вот полная схема такого электрогенератора:

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

Собрал всю эту схему на небольшой макетной платке, в которую также впаял USB гнездо, на фото ниже видно, как она выглядит.

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

Этот стабилизатор стабильно выдаёт напряжение 5В.

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

И в итоге мы с вами сделали своими руками отличный походный ручной электрогенератор напряжения для зарядки различной портативной техники, с которой она неплохо справляется, возможно выглядит это пока возможно для кого-то громоздко, но этот генератор можно дорабатывать и сделать ещё более компактным и удобным, а мощности его вполне хватит для многих задач и будет лучше многих промышленных механических ручных генераторов.

Ручной электрогенератор из шагового двигателя принтера

Видео с работой и сборкой ручного электрогенератора вы можете посмотреть ниже:

Забрать к себе:

Управление шаговым двигателем

Выполнение операций шаговым агрегатом может осуществляться несколькими методами. Каждый из которых отличается способом подачи сигналов на пары полюсов. Всего выделяют тир метода активации обмоток.

Волновой – в таком режиме происходит возбуждение только одной обмотке, к которой и притягиваются роторные полюса. При этом шаговый двигатель не способен вытягивать большую нагрузки, так как выдает лишь половину момента.

Волновое управление

Полношаговый — в таком режиме происходит одновременная коммутация фаз, то есть, возбуждаются сразу обе. Из-за чего обеспечивается максимальный момент, в случае параллельного соединения или последовательного включения обмоток будет создаваться максимальное напряжение или ток.

Полношаговое управление

Полушаговый – представляет собой комбинацию двух предыдущих методов коммутации обмоток. Во время реализации которого в шаговом двигателе происходит поочередная подача напряжения сначала в одну катушку, а затем сразу в две. Благодаря чему обеспечивается лучшая фиксация на максимальных скоростях и большее количество шагов.

Полушаговое управление

Для более мягкого управления и преодоления инерции ротора используется микрошаговое управление, когда синусоида сигнала осуществляется микроступенчатыми импульсами. За счет чего силы взаимодействия магнитных цепей в шаговом двигателе получают более плавное изменение и, как следствие, перемещение ротора между полюсами. Позволяет в значительной степени снизить рывки шагового двигателя.

Без контроллера

Для управления бесколлекторными двигателями применяется система Н-моста. Который позволяет переключать полярность для реверса шагового двигателя. Может выполняться на транзисторах или микросхемах, которые создают логическую цепочку для перемещения ключей.

Схема Н-моста

Как видите, от источника питания V напряжение подается на мост. При попарном включении контактов S1 – S4 или S3 – S2 будет происходить движение тока через обмотки двигателя. Что и обусловит вращение в ту или иную сторону.

С контроллером

Устройство контроллера позволяет осуществлять управление шаговым двигателем в различных режимах. В основе контроллера лежит электронный блок, формирующий группы сигналов и их последовательность, посылаемых на катушки статора. Для предотвращения возможности его повреждения в случае короткого замыкания или другой аварийной ситуации на самом двигателе каждый вывод защищается диодом, который не пропусти импульс в обратную сторону.

Подключение через контроллер однополярного шагового двигателя

Популярные схемы управления ШД

Схема управления от контроллера с дифференциальным выходом Является одним из наиболее помехозащищенных способов работы. При этом прямой и инверсный сигнал напрямую подключается к соответствующим полюсам. В такой схемы должно применяться экранирование сигнального проводника. Прекрасно подходит для нагрузки с низкой мощностью.

Схема управления от контроллера с выходом типа «открытый коллектор»

В данной схеме происходит объединение положительных вводов контроллера, которые подключаются к положительному полюсу. В случае питания выше 9В требуется включение в схему специального резистора для ограничения тока. Позволяет задавать необходимое количество шагов со строго установленной скоростью, определить ускорение и т.д.

Как управлять шаговым двигателем через Arduino: схема подключения

Шаговый двигатель — один из основных компонентов роботехники, ЧПУ-станко, 3D-принетеров и других автоматических систем. В этой статье рассмотрим что это такое, как его подключить и как управлять шаговым двигателем с помощью Arduino. На производстве и в быту при автоматической работе каких-либо механизмов часто требуется точное позиционирование рабочего органа или оснастки. Для этого могут использоваться серво приводы и шаговые двигатели. Эти два вида электропривода значительно отличаются, как по конструкции, так и по особенности работы и управления. В этой статье мы затронем тему работы с шаговыми двигателями с помощью Arduino и модуля для управления электродвигателями на базе ИМС ULN2003.

Модели для приводов

Как выбрать шаговый двигатель для ЧПУ привода? В данном случае многие потребители отдают предпочтение двухфазным модификациям. Статоры у них чаще всего встречаются зубчатые. По типу ротора модели довольно сильно отличаются. Часто они делаются из шихтовой стали. В среднем диаметр вала равняется 5.5 мм. Угол шага моделей для приводов составляет 1.2 градуса. Ток обмотки в данном случае должен равняться минимум 3 А. Если рассматривать однофазные модификации, то драйвер для двигателей подходит однополярного типа.

Сопротивление обмотки в среднем колеблется в районе 5 Ом

Также важно обращать внимание на пороговое напряжение двигателей. Данный параметр, как правило, не превышает 6 В. Однако есть и более мощные модели на рынке

Максимальная индуктивность обмотки у них равняется 10 мГн. При этом показатель токовой перегрузки находится на уровне 4 А. Обойдется качественный шаговый двигатель для привода в районе 4500 руб

Однако есть и более мощные модели на рынке. Максимальная индуктивность обмотки у них равняется 10 мГн. При этом показатель токовой перегрузки находится на уровне 4 А. Обойдется качественный шаговый двигатель для привода в районе 4500 руб.

Достоинства и недостатки

У шаговых двигателей обширный перечень преимуществ. Самые важные из них:

• Доступная стоимость. Такие приводы применяются не только в промышленных станках, но и в бытовой технике. Например, на маломощные самодельные станки часто устанавливают шаговые двигатели, снятые с принтеров.
• Надежность. Благодаря отсутствию щеток и применению подшипников с избыточным рабочим ресурсом вывести из строя шаговый двигатель достаточно сложно. Перегрузки приводят к пропуску шагов, но не повреждают двигатель.
• Высокая скорость отклика на управляющий сигнал. Старт, торможение и реверсирование происходят практически мгновенно из-за того, что максимальный момент двигатель развивает при скоростях, близких к нулю.

Есть у таких приводов и недостатки:

• На обмотках двигателя всегда есть напряжение, то есть он постоянно потребляет энергию.
• Крутящий момент зависит от частоты вращения, и на высоких скоростях он значительно падает.
• Эффект резонанса — падение момента на некоторых частотах вращения. При чем резонансная частота непостоянна и зависит от величины нагрузки.
• При пропуске шагов система ЧПУ не сможет правильно определить положение исполнительного механизма, если шаговый привод работает без обратной связи.

L298N, Arduino и шаговый двигатель

Для нашего примера мы используем шаговый двигатель Nema 17, у которого четыре кабеля для подключения.

Этот двигатель имеет 200 шагов на оборот и может работать с частотой вращения 60 об/мин. Если вы используете другой шаговый двигатель, уточните шаг его шаг и максимальную частоту вращения. Эти параметры понадобятся вам при программировании Arduino.

Еще один важный момент — определить какие именно кабели соответствуют A+, A-, B+ и B-. В нашем примере соответствующие цвета кабелей: красный, зеленый, желтый и голубой. Переходим к подключению.

Кабели A+, A-, B+ и B- от шагового двигателя подключаем к пинам 1, 2, 13 и 14 соответственно. Контакты на коннекторах 7 и 12 на контроллере L298N оставьте замкнутыми. После этого подключите источник питания к пину 4 (плюс) и 5 (минус) на контроллере.

Опять таки, если источник питания меньше 12 вольт, контакт, отмеченный 3 на рисунке модуля, можно оставить замкнутым. После этого, подключите пины модуля L298N IN1, IN2, IN3 и IN4 к соответствующим цифровым пинам D8, D9, D10 и D11 на Arduino.

Теперь подключаем GND пин с Arduino к пину 5 на контроллере, а 5V к 6 пину на модуле. С управлением шагового двигателя проблем быть не должно благодаря встроенной в Arduino IDE библиотеке Stepper Library.

Для проверки работоспособности просто загрузите скетч stepper_oneRevolution, который входит в состав библиотеки. Данный пример находится в меню

File -> Examples -> Stepper

в Arduino IDE.

Драйвер для управления шаговым двигателем

Драйвер – это устройство, которое связывает контроллер и шаговый двигатель. Для управления биполярным шаговым двигателем чаще всего используется драйверы L298N и ULN2003.

Работа двигателя в биполярном режиме имеет несколько преимуществ:

• Увеличение крутящего момента на 40% по сравнению с униполярными двигателями;
• Возможность применения двигателей с любой конфигурацией фазной обмотки.

Но существенным минусов в биполярном режиме является сложность самого драйвера. Драйвер униполярного привода требует всего 4 транзисторных ключа, для обеспечения работы драйвера биполярного привода требуется более сложная схема. С каждой обмоткой отдельно нужно проводить различные действия – подключение к источнику питания, отключение. Для такой коммутации используется схема-мост с четырьмя ключами.

Драйвер шагового двигателя на базе L298N

Этот мостовой драйвер управляет двигателем с током до 2 А и питанием до 46В. Модуль на основе драйвера L298N состоит из микросхемы L298N, системы охлаждения, клеммных колодок, разъемов для подключения сигналов, стабилизатора напряжения и защитных диодов.

Драйвер двигателя L298N

Драйвер шагового двигателя ULN2003

Шаговые двигателями с модулями драйверов на базе ULN2003 – частые гости в мастерских Ардуино благодаря своей дешевизне и доступности. Как правило, за это приходится платить не очень высокой надежностью и точностью.

Другие драйвера

Существует другой вид драйверов – STEP/DIR драйверы. Это аппаратные модули, которые работают по протоколу STEP/DIR для связи с микроконтроллером. STEP/DIR драйверы расширяют возможности:

• Они позволяют стабилизировать фазные токи;
• Возможность установки микрошагового режима;
• Обеспечение защиты ключа от замыкания;
• Защита от перегрева;
• Оптоизоляция сигнала управления, высокая защищенность от помех.

В STEP/DIR драйверах используется 3 сигнала:

• STEP – импульс, который инициирует поворот на шаг/часть шага в зависимости от режима. От частоты следования импульсов будет определяться скорость вращения двигателя.
• DIR – сигнал, который задает направление вращения. Обычно при подаче высокого сигнала производится вращение по часовой стрелке. Этот тип сигнала формируется перед импульсом STEP.
• ENABLE – разрешение/запрет работы драйвера. С помощью этого сигнала можно остановить работу двигателя в режиме без тока удержания.

Одним из самых недорогих STEP/DIR драйверов является модуль TB6560-V2. Этот драйвер обеспечивает все необходимые функции и режимы.

Где купить шаговый двигатель

Самые простые двигатели Варианты на сайте AliExpress:

Шаговый двигатель Nema17 42BYGH 1.7A (17HS4401-S) для 3D принтера	Набор из 5 шаговых двигателей ULN2003 28BYJ-48 с платам драйверов для Ардуино	Шаговый двигатель с модулем драйвера 5V Stepper Motor 28BYJ-48 + ULN2003
Еще один вариант шагового двигателя для Arduino 28BYJ-48 5V 4 Phase DC Motor + ULN2003 Drive Test Board	Набор из трех шаговых двигателей Nema17 Stepper Motor 42BYGH 1.7A (17HS4401) для 3D приентера	AliExpress.com Product – 3D Printer Parts StepStick A4988 DRV8825 Stepper Motor Driver With Heat sink Carrier Reprap RAMPS 1.4 1.5 1.6 MKS GEN V1.4 board

Гибридный шаговый двигатель

Гибридный шаговый двигатель был создан с целью объединить лучшие свойства обоих шаговых двигателей: реактивного и с постоянными магнитами, что позволило добиться меньшего угла шага. Ротор гибридного шагового двигателя представляет из себя цилиндрический постоянный магнит, намагниченный вдоль продольной оси с радиальными зубьями из магнитомягкого материала.

Конструкция гибридного шагового двигателя (осевой разрез)

Статор обычно имеет две или четыре фазы распределенные между парами явно выраженных полюсов. Обмотки статора могут иметь центральное ответвление для униполярного управления. Обмотка с центральным ответвлением выполняется с помощью бифилярной намотки .

Гибридный шаговый двигатель (радиальный разрез)

Заметьте что 48 зубьев на одной секции ротора смещены на половину зубцового деления λ относительно другой секции (рисунок ниже). Из-за этого смещения ротор фактически имеет 96 перемежающихся полюсов противоположной полярности.

Ротор гибридного шагового двигателя

Зубья на полюсах статора соответствуют зубьям ротора, исключая отсутствующие зубья в пространстве между полюсами. Таким образом один полюс ротора, скажем южный полюс, можно выровнять со статором в 48 отдельных положениях. Однако зуб южного полюса ротора смещен относительно северного зуба на половину зубцового деления. Поэтому ротор может быть выставлен со статором в 96 отдельных положениях.

Соседние фазы статора гибридного шагового двигателя смещены друг относительно друга на одну четверть зубцового деления λ. В результате ротор перемещается с шагом в четверть зубцового деления во время переменного возбуждения фаз. Другими словами для такого двигателя на один оборот приходится 2×96=192 шага.

• Шаговый гибридный двигатель имеет:
• шаг меньше, чем у реактивного двигателя и двигателя с постоянными магнитами;
• ротор — постоянный магнит с тонкими зубьями. Северные и южные зубья ротора смещены на половину зубцового деления для уменьшения шага;
• полюсы статора имеют такие же зубья как и ротор;
• статор имеет не менее чем две фазы;
• зубья соседних полюсов статора смещены на четверть зубцового деления для создания меньшего шага.

Драйвер для управления шаговым двигателем

Драйвер – это устройство, которое связывает контроллер и шаговый двигатель. Для управления биполярным шаговым двигателем чаще всего используется драйверы L298N и ULN2003.

Работа двигателя в биполярном режиме имеет несколько преимуществ:

• Увеличение крутящего момента на 40% по сравнению с униполярными двигателями;
• Возможность применения двигателей с любой конфигурацией фазной обмотки.

Но существенным минусов в биполярном режиме является сложность самого драйвера. Драйвер униполярного привода требует всего 4 транзисторных ключа, для обеспечения работы драйвера биполярного привода требуется более сложная схема. С каждой обмоткой отдельно нужно проводить различные действия – подключение к источнику питания, отключение. Для такой коммутации используется схема-мост с четырьмя ключами.

Драйвер шагового двигателя на базе L298N

Этот мостовой драйвер управляет двигателем с током до 2 А и питанием до 46В. Модуль на основе драйвера L298N состоит из микросхемы L298N, системы охлаждения, клеммных колодок, разъемов для подключения сигналов, стабилизатора напряжения и защитных диодов.

Драйвер двигателя L298N

Драйвер шагового двигателя ULN2003

Описание драйвера шаговых двигателей UNL2003 Шаговые двигателями с модулями драйверов на базе ULN2003 – частые гости в мастерских Ардуино благодаря своей дешевизне и доступности. Как правило, за это приходится платить не очень высокой надежностью и точностью.

Другие драйвера

Существует другой вид драйверов – STEP/DIR драйверы. Это аппаратные модули, которые работают по протоколу STEP/DIR для связи с микроконтроллером. STEP/DIR драйверы расширяют возможности:

• Они позволяют стабилизировать фазные токи;
• Возможность установки микрошагового режима;
• Обеспечение защиты ключа от замыкания;
• Защита от перегрева;
• Оптоизоляция сигнала управления, высокая защищенность от помех.

В STEP/DIR драйверах используется 3 сигнала:

• STEP – импульс, который инициирует поворот на шаг/часть шага в зависимости от режима. От частоты следования импульсов будет определяться скорость вращения двигателя.
• DIR – сигнал, который задает направление вращения. Обычно при подаче высокого сигнала производится вращение по часовой стрелке. Этот тип сигнала формируется перед импульсом STEP.
• ENABLE – разрешение/запрет работы драйвера. С помощью этого сигнала можно остановить работу двигателя в режиме без тока удержания.

Одним из самых недорогих STEP/DIR драйверов является модуль TB6560-V2. Этот драйвер обеспечивает все необходимые функции и режимы.

Униполярные и биполярные шаговые двигатели

Также существует ещё два типа шаговых двигателей: униполярные и биполярные. На фундаментальном уровне, эти два типа работать точно так же; электромагниты включены в последовательном виде, заставляя центральный вал двигателя вращаться.

Но униполярный шаговый двигатель работает только с положительным напряжением, а биполярный шаговый двигатель имеет два полюса — положительный и отрицательный.

То есть фактическая разница между этими двумя типами заключается в том, что для однополярных требуется дополнительный провод в середине каждой катушки, что позволит току проходить либо к одному концу катушки, либо другому. Эти два противоположных направления производят две полярности магнитного поля, фактически имитируя как положительные, так и отрицательные напряжения.

Хотя оба они имеют общий уровень питающих напряжений 5V, биполярный шаговый двигатель будет иметь больший крутящий момент, потому что ток течет через всю катушку, производя более сильное магнитное поле. С другой стороны, униполярные шаговые двигатели используют только половину длины катушки из-за дополнительного провода в середине катушки, а значит меньший крутящий момент доступен для удержания вала на месте.

Подключение

Выбранное устройство и схема работы шагового двигателя зависят от таких факторов:

• общее число проводов;
• характер запуска.

Есть модели с 4, 5, 6, 8 соединителями; «четверка» подходит только для биполярных, так как у них пара фазных обмоток с двумя коннекторами и нужно устанавливать непрерывные связи. «Шестерка» обладает еще и центр-кранами на каждом витке и поэтому универсально применима ко всем силовым агрегатам.

Типичные варианты коммутации выглядят следующим образом:

Для беспроблемной эксплуатации важно помнить правила подачи номинального напряжения, а также изменения скорости крутящего момента и понижения линейного

Общие сведения о шаговых двигателях

Речь идет о бесколлекторных агрегатах, роторы которого вращаются не плавно, а дискретно. В одном обороте ротора определенное количество шагов. Количество шагов всегда указано в тех.документах двигателя. К примеру, роторы шаговых движков за 1 полный шаг могут повернуться почти на 2 градуса Получается, что для поворота ротора на 360 градусов движок обязан совершить около 180 полных шагов.

Ограничение тока фаз

У большинства драйверов получается понизить напряжение фазы, которые протекает по обмотке оборудования. Чтобы выбрать напряжение фазы, нужно обязательно воспользоваться инструкцией к драйверу. В таблице всегда указывают действующие токи. Чем они выше, тем выше сила двигателя. Чрезмерное напряжение будет приводить к тому, что движок перегреется и сломается, слишком небольшой приведет к пропуску шагов или отсутствию стабильного вращения ротора. Если имеется потенциометр, то именно он выполняет ограничение тока по драйверам поворотным способом.

схема контроллера шагового двигателя

Постоянный ток, который проходит сквозь обмотку оборудования, является напряжением удержания — они удерживают движок в состоянии недвижимости. Понижение энергии удержания добиваются при помощи драйверов. Если снизить это напряжение, то это приведет к понижению нагревания движка во время удержания.

За что отвечают управляющие сигналы STEP, ENABLE и DIR:

• вход драйверов DIR — предназначаются для того, чтобы выбрать направление вращения движка;
• вход драйверов STEP — нужны для того, чтобы получить тактовые импульсы, а один импульс ротора движка будет поворачиваться на один микрошаг (работают либо по спаду импульса, либо по фронту), чем выше скорость вращения ротора, тем выше частота импульсов;
• вход драйверов ENABLE — именно они разрешат работу двигателя (у большинства драйверов данные являются инверсными, а действие агрегата разрешается в том случае, если нет напряжения на входе. У некоторых двигателей не могут действовать драйвера, тогда его обмотка электрическим образом будет отключена и вал движка не удержится.

Прежде чем начнет движение вал, нужно разрешить работу движка и выбрать направление движения. затем выполняют движение подачи импульса. Все импульсы поворачивают ротор ровно на один микрошаг.

Микро шаги

У большинства драйверов получается делить полные шаги движка на микро шаги. Выбирают микро шаги согласно таблицы, указанной в инструкции к драйверам. В ней всегда указано, сколько микрошагов на полный шаг и каково количество тактов на полные обороты валов.

Когда для того, чтобы целый поворот ротора движка в ракурсе он повернулся на полный шаг, нужно 180 тактов, то при варианте четыре микрошага на 1 шаг понадобится уже 720 тактов. Следовательно, чем больше микрошагов в шагах, тем более точным и плавным будет поворот ротора шагового движка. А чтобы поддерживать ту же скорость, нужно не забывать учитывать частоты тактового импульса. 

Управление шаговым двигателем

В качестве примера управления шаговым двигателем возьмем униполярный шаговый двигатель ШД-1ЕМ, имеющий характеристики: количество шагов — 200/об., ток обмотки – 0,5А, мощность — 12 Ватт.

Драйвером, управляющим обмотками шагового двигателя выберем микросхему ULN2003A. Эта уникальная микросхема, не что иное, как транзисторная сборка по схеме Дарлингтона с открытым коллектором, снабженная диодом, защищающим цепь питания нагрузки. ULN2003A имеет семь каналов управления с током нагрузки 500мА каждый.

Входы микросхемы ULN2003A можно напрямую подключать к выходам цифровых микросхем, поскольку она имеет резисторы, подключенные к базам транзисторов. Еще одним немаловажным моментом является то, что выходы ULN2003A снабжены диодами, которые защищают микросхему от индукционных выбросов в момент коммутации обмоток шагового двигателя.

Вывод 9 микросхемы ULN2003A подведен к источнику питания через стабилитрон, который защищает схему от ЭДС самоиндукции, появляющейся в момент выключения блока питания схемы. Управление шаговым двигателем производится с помощью компьютера через LPT порт при помощи программы:

Скачать программу управления шаговым двигателем (204,1 KiB, скачано: 2 213)

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор
Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

Конструкция шагового электродвигателя

Шаговый двигатель, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

Шаговые двигатели надежны и недороги, так как ротор не имеет контактных колец и коллектора. Ротор имеет либо явно выраженные полюса, либо тонкие зубья. Реактивный шаговый двигатель — имеет ротор из магнитомягкого материала с явно выраженными полюсами. Шаговый двигатель с постоянными магнитами имеет ротор на постоянных магнитах. Гибридный шаговый двигатель имеет составной ротор включающий полюсные наконечники (зубья) из магнитомягкого материала и постоянные магниты. Определить имеет ротор постоянные магниты или нет можно посредством вращения обесточенного двигателя, если при вращении имеется фиксирующий момент и/или пульсации значит ротор выполнен на постоянных магнитах.

Статор шагового двигателя имеет сердечник с явно выраженными полюсами, который обычно делается из ламинированных штампованных листов электротехнической стали для уменьшения вихревых токов и уменьшения нагрева. Статор шагового двигателя обычно имеет от двух до пяти фаз.

Восстановление osscal для 12f629 & 12f675

pic12F629 и pic12F675, для работы этих микроконтроллеров от внутреннего генератора завод изготовитель задает внутреннюю калибровочную константу (OSSCAL) это необходимо для большей точности внутреннего генератора. Если ее удалить то микроконтроллер либо не будет работать либо будет но некорректно. Можно использовать pic с упятеренными константами в схемах где используется внешний кварц или другой генератор. Но теперь можно и восстановить эту константу!

Многие часы поддерживают точное время благодаря частоте сети 50 или 60Гц. Для восстановления pic мы будем использовать этот простой генератор частоты – сеть, что упрощает конструкцию и не требует создания отдельного генератора.

Схема:

Очень важно не выпрямлять напряжение после трансформатора! Напряжение вторичное 6-12В. Плата должна быть собрана в точности как на схеме

Конденсатор 100n должен быть размещен как можно ближе к микроконтроллеру!

S1 разомкнут – калибровка происходит на 3,4 вольта S1 замкнут – калибровка происходит на 5 Вольт

Частота внутреннего генератора в ПИК зависит от изменения температуры и напряжения питания. Когда переключатель S1 разомкнут 5 вольт питания подается на ПИК, напряжение падает через два диода примерно 3,4 Вольта получается. S1 замкнут – ПИК работает на 5 вольт.

Перед началом работы необходимо зашить в 12F629 или 12F675 (будет работать и стем и тем).

Эта прошивка  требуется только для вычисления нового значения калибровки.

Скачать прошивку

Скачать печатку в LEY от shpuntic

Выполнение калибровки:

1) Замкнуть J1, если частота вашей сети 60 Гц и оставьте ее разомкнутой, если она 50Hz.  2) Опорный сигнал переменного тока должен присутствовать перед включением pic при калибровке для обеспечения стабильного сигнала и работы. 

3) Вставьте pic в панельку (предварительно он должен быть зашит прошивкой см.выше), разомкнуть ключ S1 . 

4) Когда pic начинает работать светодиоды будут мигать одновременно. 

5) Если ни один опорный сигнал (50 или 60Гц) не обнаружен на ноге GP2 (пин 5), светодиод будет мигать . (Если это произойдет, выключите питание pic и перепроверьте правильность монтажа и т.д.) 

6) В процессе калибровки светодиоды не горят. Калибровки происходит менее чем за 5 секунд.

 7) Если калибровка не удалось, красный светодиод загорится. 

Если калибровка успешна зеленый загорится, и 5 кГц тестового сигнала будут созданы на GPIO1. Если у вас есть частотомер вы можете использовать это для проверки калибровки. 

9) После калибровки, вы можете размыкать и замыкать переключатель S1 в ходе мониторинга сигнала 5 кГц тест, чтобы увидеть изменения частоты против напряжения питания. 

10) Выключите, удалить ПИК из панельки, и считать с него данные с помощью вашего программатора. 

11) Когда вы считаете EEPROM оно будет содержать один из трех пар значений адреса 0x00 и 0x01 следующим образом:

EEPROM адреса 0x00 и 0x01 содержать 0xFF код не смог нормально работать. 

EEPROM адреса 0x00 и 0x01 0x00 содержат код не был запущен, не удалось установить калибровку . Убедитесь, что J1 установлена правильно и повторите попытку. 

Адрес 0x00 0x34 EEPROM содержит 0x01 и адрес, где содержатся 0xNN НН “новое значение калибровки. код с успехом завершен и калибровка OSCCAL прошла правильно. Используйте 0xNN значение в адрес 0x01 для калибровки памяти.

1 – оба светодиода будут мигать, питание есть

2 – зеленый мигает, красный горит, не найдено опорное напряжение (50-60Гц)

3 – светодиоды не горят, идет процесс калибровки, менее 5 сек

4- калибровка прошла правильно

5 – калибровка не прошла

В случае возникновения следующей проблемы необходимо пользоваться модифицированной прошивкой: при прохождении успешной калибровки, загорается зеленый светодиод но при считывании информации с микроконтроллера, с адреса 0x00 и 0x01 содержать 0xFF.

Модифицированный вариант прошивки, скачать

Если калибровка выполнена успешно, вытянуть из панельки pic и поместить его обратно в программатор. Считываются данные из EEPROM памяти (а не программной памяти), где только что вычисленное значение было сохранено. (См. пример ниже)

Прошиваем pic со значение константы, записываем ее как положено в последнюю ячейку:

Фото от пользователя rastamanoff :

Обсуждения на форуме