Step/dir, электропривод 2D, это просто.

Автор: Oto. Опубликовано в Радиолюбительские

ЭлектроприводУправление движением шагового двигателя на основе микроконтроллера ATmega.

В статье описание и материалы для самостоятельной сборки.

 

 В исследовательских целях, сделал свой вариант любительской программы управления для двух шаговых двигателей, которые управляемо  перемещаются по оси координат X и Y.

Применение этой схемы, возможно для  управления электроприводом веб-камеры, камеры наблюдения, прожектором освещения  и т.д. и т.п.
Схема 1. 2. 3.

Схема ШД

 

В этой схеме возможно применение таких МК ; ATmega48, ATmega88, ATmega168 (соответствующие прошивки находятся в архиве файлов).

 На схеме как пример, показано применение униполярных шаговых двигателей.

Испытания производились с   униполярным ШД  типа 28BYJ-48,

 ШД  типа 28BYJ-48    28BYJ_hk

небольшой, недорогой, в продаже доступен. По выгодной цене сделать покупку можно здесь aliexpress.com/motor-28BYJ-48-5V

Соотношение 64:1 создает на валу ШД достаточное усилие, чтобы производить управление – движение какими либо приборами.

СПЕЦИФИКАЦИЯ 28BYJ-48.
  

 

     номинальное напряжение DC питания: 5 (12) Вольт    
     количество фаз: 4
     количество шагов: 64
     количество микрошагов: 4096
     шаг: 5.625 Градусов
     номинальная частота: 100 Гц
     номинальное сопротивление обмоток (при 25 Градусах): 50 Ом
     частота холостого хода (по часовой стрелке) : 600 Гц
     частота холостого хода (против часовой стрелки): 1000 Гц
     крутящий момент (по часовой стрелке, при частоте 120 Гц): 34,3 Н/м
     вращающий момент: 34,3 Н/м
     момент трения (сопротивление вращению): 600-1200 г/см
     номинальная тяга: 300 (380) г/см
     класс электробезопасности:

А

 

Драйвер для управления униполярным шаговым двигателем схематически прост, поэтому не должен ни у кого вызывать вопросы при сборке подобной схемы.

Однако в этой схеме можно применить и биполярные ШД, программное управление этих ШД не отличается, отличие только в драйверах управления.

28BYJ-48 из униполярного в биполярный (по интернет материалам).

Интересное заключается в том, вместо 380 гр./см при униполярном подключении, можно получить крутящий момент 800 гр./см при биполярном включении.

У униполярного двигателя в один момент времени никогда не будут задействованы все четыре провода, только два из них. Но если был бы способ заставить ток течь по всем обмоткам, то это бы увеличило мощность мотора. В биполярных моделях имеются всего лишь две обмотки вместо четырех. И обе обмотки могут быть активны все время, но их полярность переключается за четыре шага. Это значит, что такие моторы содержат всего четыре провода вместо пяти, шести или восьми. Но что, если мы заменим проводку однополярного двигателя?

Унипол. в биЧтобы переделать 28BYJ-48 из униполярного типа в биполярный, это нужно отрезать красный провод на схеме выше (справа) и не использовать центральное соединение, промаркированное 2+3+6+7, и аккуратно  перезать на плате двигателя одну соединительную дорожку. В результате получим схему, показанную слева.


Переделка делается это без разборки двигателя , пример показан на картинке  и в видео

С шаговыми моторчиками типа 28BYJ-48 такую операцию можно проделать довольно просто. Вам потребуется острый нож и маленькая отвертка. Сначала нужно снять синюю пластиковую крышку, чтобы получить доступ к печатной плате. На ней можно увидеть одиннадцать точек припоя. Они фиксируют проводку однополярного шагового двигателя.

     Унипол. в би    Унипол. в би

Соединение, помеченное на схеме красным, в данном случае является дорожкой, которая на рисунке платы перерезана острым ножом. Это, по сути, все что нужно сделать. Также нужно не забывать, что красный провод, идущий из двигателя, мы теперь не используем.

 

Драйвер биполярного двигателя  отличается от униполярного , теперь например, подойдет  драйвер с микросхемой L293D или SN754410.




В программе к данной схеме возможно, как ручное управление движения шаговыми двигателями по оси координат X и Y (с помощью кнопок Кн1….Кн4), так и с возможностью  установки 4-х фиксированных положений,  для кнопок Кн_п1….Кн_п4.

 

Программное  ограничение крайних положений движения ШД,  калибровка начала и окончания движения, производится  с помощью кнопок  Кн5 и Кн1….Кн4..


Индикация режимов работы программы производится светодиодом L-1.


При нормальной работе устройства (дежурный режим) светодиод L-1 , кратковременно мигает 1 раз в три секунды.


При длительном нажатии на кнопку Кн5, светодиод L-1 загорается постоянно, что свидетельствует о готовности программы к калибровке крайних положений ШД.

К примеру, нам нужно задать диапазон движения ШД по оси Y. Нажатием кнопки Кн2 задаем нужное положение ШД, или это будет считаться как «0», условный отсчет начала движения.


После корректировки кнопкой Кн2, начала координаты Y, действие сопровождается миганием светодиода L-1 с частотой 3Гц, чтобы закончить процесс и внести в память МК эту координату, кратковременно нажимаем Кн5 , в подтверждение действия светодиод L-1 горит постоянно. Программа далее готова к установке следующего параметра  по оси Y, т.е.  максимальной точки движения.

Нажатием кнопки Кн1, достигаем нужной крайней точки,  и далее аналогично описанному выше, вносим нужную нам крайнюю  координату в память МК, кратковременным нажатием на Кн5.
Настройка диапазона движения по оси Х производится кнопками Кн3 и Кн4 , аналогично описанному выше для оси Y.


Возможность 4х  программных предустановок положения ШД, по осям X и Y.
Фиксированное положение  ШД по X и Y , для кнопок Кн_п1….Кн_п4, задать просто.
Пример для кнопки Кн_п1, сначала запись координаты – с помощью кнопок Кн1…..Кн4 задаем нужное нам положение ШД, затем кратковременно нажать Кн5 , светодиод L-1 начинает мигать с частотой 0.5Гц, после этого можно нажать Кн_п1 , данная координата будет записана в память МК.


Теперь в каком бы положении не находились ШД, при нажатии на Кн_п1 ШД вернется на то место,  где была произведена запись этой координаты.
Запись координат для кнопок Кн_п2, Кн_п3, Кн_п4, аналогично описанию выше для Кн_п1.


При обесточке схемы, с помощью  использования встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора, установленное положение ШД по осям X и Y , в момент исчезновения питания схемы, сохраняются в память МК.

Подключение аналогового компаратора в схеме,  можно использовать двумя вариантами.

Вариант по схеме №1,  при соответствующей настройке резисторных делителей  будет наиболее стабилен в определении исчезновения питающего напряжения 12 вольт.

Подключение по схеме №2, теоретически по качеству определения, уступает схеме №1. Мной были проведены испытания именно по варианту №2 , разницу качества не заметил,  преимущество включения аналогового компаратора схеме 2  не требуется никаких настроек (разве что по питанию 5 вольт конденсатор 470мкф*,  желательно увеличить емкость).

Пример работы  аналогового  компаратора подключение по схеме №2.  Осциллограмма снята с соответствующих выводов МК – AIN0 и AIN1.

 

 


Работа двигателей реализована типичным режимом полушага Half step

Half Step

Режим в котором, в каждый момент чередуется включение одной обмотки, с последующим включением 2х соседних обмоток одновременно. Использование микрошага позволяет сделать более плавным движение вала двигателя и в том числе получить высокий момент на больших скоростях.

Перемычка Jp1 предназначена для способа удержания тока в обмотках ШД.

  • Если перемычка установлена, после окончания  движения ШД питание на обмотках остается подключено постоянно.
  • Если перемычка отсутствует, после окончания  движения ШД питание на обмотках отключается.

 

Для каждой оси движения X и Y возможно установить по одной из 5-ти скоростей частоты управления для ШД.

Два способа изменить частоту управления ШД (скорость ШД).

1-й кнопками. Во время включения устройства или считается как первая подача питания на схему управления.

Удерживать нажатой кнопку  Кн5 и любую из Кн1 ... Кн4.

 Например, при включении пару секунд удерживаем Кн5 и Кн2 , результат  действия будет уменьшение скорости ШД по оси Х, если это будет Кн5 и Кн1 результат будет увеличение скорости ШД по оси Х на один шаг.

Действие можно производить несколько раз пока не будет достигнута нужная вам скорость. Процедура выбора скорости для оси Y аналогична, с применением кнопок Кн5, Кн3 и Кн4.

2-й способ, выбор скорости производится правкой значений в  файле .еер

.еер 

Нужно считать с вашего МК данные энергонезависимой памяти (.еер), и в ячейки  указанные на рисунке выше, вносится правка чисел от 0 до 4.

Что соответствует частоте сигнала управления для ШД,  0=120 кГц, 1=60 кГц, 2=30 кГц, 3=15 кГц, 4=7.5 кГц

  FUSE

Программа тактуется от внутреннего генератора МК, с частотой 8 МНz.

 ФЬюзы

 


Фото

электропривод шагового двигателя  электропривод шагового двигателя  электропривод шагового двигателя 

электропривод шагового двигателя  электропривод шагового двигателя  электропривод шагового двигателя

 

Видео.

Печатная плата

 печатная плата




В архиве прошивки, файл печатной платы, протеус.  

 

Обсуждение на форуме сайта.

 

 

 

 

На главную

You have no rights to post comments