Шаговый двигатель схема звезда
Управление шаговым двигателем. Схема и описание
в Управление 0 3,767 Просмотров
Шаговые двигатели не сильно отличаются от многих классических двигателей. Для управления шаговым двигателем необходимо подавать постоянное напряжение на обмотки в точной последовательности. Благодаря этому принципу, можно обеспечить точный угол поворота оси.
Более того, оставив напряжение питания на одной или нескольких обмотках двигателя, мы переводим двигатель в режим удержания. Шаговые двигатели получили широкое распространение в технике, к примеру, их можно найти в гибких дисководах, сканерах и принтерах. Существует несколько типов шаговых двигателей.
Типы шаговых двигателей
Существуют три основных типа шаговых двигателей: переменной индуктивности, двигатели с постоянными магнитами, и гибридные двигатели.
Двигатели переменной индуктивности используют только генерируемое магнитное поле на центральном валу, заставляющее вращаться и находиться на одной линии с напряжением электромагнитов.
Двигатели с постоянными магнитами похожи на них, за исключением того, что центральный вал поляризован у северного и южного магнитных полюсов, которые будут соответствующим образом поворачивать его в зависимости от того, какие электромагниты включены.
Гибридный мотор — это сочетание двух предыдущих. У его намагниченного центрального вала имеется два набора зубов для двух магнитных полюсов, которые затем выстраиваются в линию с зубами вдоль электромагнитов. В связи с двойным набором зубов на центральном валу, гибридный двигатель имеет наименьший доступный размер шага и поэтому является одним из наиболее популярных типов шаговых двигателей.
Перейдем к практике
Теория всегда запутана и непонятна, чтобы разобраться, что и как, нужно брать и делать. Поэтому перейдем к практической стороне вопроса.
Итак, из рассмотренного ранее набора у меня есть:
- Arduino UNO;
- Модуль ULN2003;
- Шаговый двигатель 28BYJ-48 5V DC;
- Куча перемычек, бредборд и источник питания для него.
Модуль ULN2003 – предназначен для управления униполярным шаговым двигателем. Схематически это транзисторная сборка Дарлингтона с 7-ю каналами и, в принципе, ею можно управлять чем угодно. Технические характеристики приведены ниже:
- Номинальный ток коллектора одного ключа — 0,5А;
- Максимальное напряжение на выходе до 50 В;
- Защитные диоды на выходах;
- Вход адаптирован к разным видам логики;
- Возможность применения для управления реле.
В модуле, кроме самой микросхемы ULN2003, есть светодиоды для индикации напряжения на выходе, колодка для подключения и перемычка для отключения питания.
Схема модуля на ULN2003, в левом верхнем углу принципиальная схема одного канала (таких в ней 7)
Двигатель 28BYJ-48 5V DC подключается штатным разъёмом к белой колодке на плате. У него 5 проводов — красный общий, и 4 от обмоток.
Схема фаз двигателя 28BYJ-48 5V DC
Основные характеристики:
- 32 шага за один оборот ротора;
- Встроенный редуктор с передаточным отношением 63.68395:1, благодаря этому вал делает 1 оборот за 2048 шагов, при полношаговом режиме и 4096 при полушаговом;
- Cкорость вращения: номинальная 15 об/мин, максимальная 25 об/мин;
- Напряжение питания 5 В;
- Ток одной обмотки 160 мА;
- Полный ток: в 4-шаговом режиме 320 мА, при быстром вращении 200 мА.
- Коэффициент редукции: 1/63,68395
- Угол шага ротора (без учета редуктора): при 4-ступенчатой последовательности сигналов управления 11,25 ° (32 шага на оборот); при 8-ступенчатой — 5,625 ° (64 шага на оборот)
- Крутящий момент не менее: 34,3 мНм (120 Гц);
- Тормозящий момент: 600–1200 гсм;
- Тяга: 300 гсм;
- Вес:33 г.
Итак, рассмотрим простейшие примеры управления двигателем без использования библиотек. Как нам известно на обмотки нужно подавать импульсы определенной последовательности.
Значит, попробуем выдать такие сигналы с ардуино. Для этого я подключаю модуль ULN2003 по такой схеме (пин ардуино – контакт модуля)
- 13 – IN1;
- 12 – IN2;
- 11 – IN3;
- 10 – IN4.
Схема в сборе
Дальше напишем в Arudino IDE код, который будет подавать на выходы сигналы в соответствии с таблицей выше.
// назначим переменные с номерами портов
const int dl = 2; // переменная для задержки
Аналоги микросхемы uln 2003
Как и любая друга, микросхема uln 2003 аналоги имеет как среди импортных, так и отечественных производителей. Например, самым популярным из них является ключ К1109КТ22, ITT 656, L 203, M 2003 P , NE 5603 N и другие. Выбирая аналог к этой микросхеме, необходимо обращать внимание на топологию. Если этот ТТЛ-логика, то и входное напряжение должно быть не более 5 В. Все представленные аналоги этого устройства имеют то же техническое исполнение и конструктив, поэтому могут быть заменены без внесения каких-либо изменений в схему.
- ENABLE – включение/выключение драйвера
- MS1, MS2, MS3 – контакты для установки микрошага
- RESET — cброс микросхемы
- STEP — генерация импульсов для движения двигателей (каждый импульс – шаг), можно регулировать скорость двигателя
- DIR – установка направление вращения
- VMOT – питание для двигателя (8 – 35 В)
- GND – общий
- 2B, 2A, 1A, 1B – для подключения обмоток двигателя
- VDD – питание микросхемы (3.5 –5В)
Выводы драйвера A4988
Значение микрошага устанавливается комбинацией сигналов на входах MS1, MS2, и MS3. Есть пять вариантов дробления шага
| MS1 | MS1 | MS1 | Дробление шага |
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1/2 |
| 0 | 1 | 0 | 1/4 |
| 1 | 1 | 0 | 1/8 |
| 1 | 1 | 1 | 1/16 |
Для работы в режиме микрошага необходим слабый ток. На модуле A4988 поддерживает тока можно ограничить находящимся на плате потенциометром. Драйвер очень чувствителен к скачкам напряжения по питанию двигателя, поэтому производитель рекомендует устанавливать электролитический конденсатор большой емкости по питанию VMOT для сглаживания скачков.
Внимание ! — Подключение или отключение шагового двигателя при включённом драйвере может привести выходу двигателя из строя.
#21. Подключаем к Arduino Шаговый двигатель 28BYJ-48 на драйвере ULN2003
Сегодня в уроке подключим шаговый двигатель 28BYJ-48 к Arduino и научимся вращать вал двигателя в разные стороны и изменять скорость вращения с помощью потенциометра и энкодера KY-040.
Кратко, что такое шаговый двигатель (ШД) — это двигатель, который способен осуществлять вращение на 1 шаг. Шаг — это угол, который обусловлен устройством каждого конкретного шагового двигателя.
Характеристики шагового двигателя 28BYJ-48:
Размера шагового двигателя 28BYJ-48. Необходимы при проектировании деталей для 3D печати.
Вот так выглядит схема шагового двигателя 28BYJ-48
Подавая сигналы в определённом порядке на выводы двигателя, двигатель можно вращать по часовой стрелке.
Для шагового режима.
Для полушагового режима.
Прямое подключение шагового двигателя 28BYJ-48 к Arduino.
В связи с тем, что двигатель 28BYJ-48 работает от 5в и при небольших токах, его можно подключить на прямую к Arduino.
Схема подключения к Arduino UNO будет следующая.
Для вращения ШД достаточно подавать сигналы по схеме, которую мы рассмотрели выше.
Для этого можно сделать массив подачи сигнала на пины микроконтроллера.
И в цикле выполнять каждую строчку массива. Но есть решение с более компактным кодом. Нашел я данный пример на канале Дмитрия Осипова. За что ему отельное спасибо!
Код для вращения в одну и в другую сторону будет вот таким.
ВНИМАНИЕ! Материалы для скачивания находятся внизу статьи!
Пример подключения шагового двигателя 28BYJ-48 (5V)с использованием драйвер ULN2003.
Также у Дмитрия Осипова есть код для изменения скорости вращения с помощью потенциометра. Я его немного доработал, сделал обработку нажатия кнопки без задержки в 500 мс. Сейчас двигатель стал вращаться в обратную сторону без видимой задержки.
Для подключения буду использовать модуль SBT0811 на драйвере ULN2003.
Драйвер устроен вот таким образом.
Соответственно, наш код будет работать и с данным драйвером.
Подключим все по схеме и загрузим код в Arduino NANO.
Схема подключения для Arduino UNO будет аналогичной.
Как видим, двигатель без проблем вращается по часовой стрелке и против часовой, при нажатии на кнопку вращается в противоположном направлении. При вращении потенциометра в одну сторону — скорость уменьшается, при вращении в противоположном направлении скорость увеличивается.
ВНИМАНИЕ! Материалы для скачивания находятся внизу статьи!
Пример управления шаговым двигателем 28BYJ-48 с помощью Энкодера.
Для уменьшения количества элементов в схеме решил заменить потенциометр и тактовую кнопку на энкодер вращения KY-040. Как подключить энкодер вращения к Arduino рассказывал в предыдущем уроке.
Подключаем шаговый двигатель 28BYJ-48 и энкодер к Arduino по схеме.
Проводим небольшую доработку кода и получим вот такой результат.
Если нажать на энкодер, меняется направление вращения. А при вращении энкодера по часовой стрелке — скорость увеличивается. Если вращать против часовой стрелки — скорость снижается.
ВНИМАНИЕ! Материалы для скачивания находятся внизу статьи!
Вы также можете без проблем воспользоваться примером из стандартной библиотеки Stepper, которая позволит сделать тоже самое и при меньшем объёме кода. Но библиотека не даст вам понять, как это все устроено.
А вот сам пример вращения в одну сторону, а затем в другую с использованием библиотеки Stepper.
На основе данного примера можно реализовать управление не только одним шаговым двигателем, а несколькими. Причем, каждый двигатель будет выполнять свои действия не зависимо от других. В планах сделать пару проектов с использованием данного шагового двигателя.
Пишите в комментариях, что бы вы хотели сделать на шаговых двигателях, и какие примеры вас интересуют. Чем больше будет откликов, тем чаше будут выходить проекты и уроки на сайте.
Не забывайте подписываться на канал Youtube и вступайте в группы в Вконтакте и Facebook.
Всем Пока-Пока.
И до встречи в следующем уроке
Понравилась статья? Поделитесь ею с друзьями:
Критерии выбора
Тип приводного двигателя для станков выбирают по следующим характеристикам:
По этому параметру сервоприводы значительно превосходят шаговые электромоторы. На станок с ЧПУ для обработки крупных деталей или заготовок из твердых материалов лучше уставить сервомотор, например, ESTUN 1000 Вт. Такой электропривод обеспечит более высокую скорость обработки твердых материалов. Для малогабаритного промышленного оборудования (например, настольного фрезерного станка) среднего класса точности, предназначенного для обработки мягких материалов, лучше выбрать шаговый двигатель.
Программирование и настройка сервопривода на станке с ЧПУ требуют высокой квалификации исполнителя. Такой привод намного дороже в обслуживании, соответственно расходы на его эксплуатацию будут выше.
Сервоприводы для станков с ЧПУ необходимы для высокоточной автоматизированной обработки. Такой привод позволяет позиционировать положение рабочего органа с точностью до 0,02 мкм, в то время как максимальная точность шаговой электрической машины — 0, 01 мм.
Стоимость шагового двигателя значительно ниже цены сервопривода. При невысоком бюджете лучше предпочесть первый вариант.
По этому показателю сервомоторы предпочтительней. Работа шаговых электродвигателей сопровождается звуком, соответствующим частоте шагов на различных оборотах.
Таким образом, выбор сервопривода или шагового двигателя в качестве привода на фрезерно-гравировальный станок и оборудование для плазменной резки следует совершать, руководствуясь исключительно экономической и технической целесообразностью.
