Sterownik silnika krokowego z mikrokrokami. Schemat, opis

ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ
Darmowa biblioteka / Elektryk

Sterownik silnika krokowego z mikrokrokiem. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Bezpłatna biblioteka techniczna

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Silniki elektryczne

W artykule przedstawiono obwód i konstrukcję, opisano zasadę działania sterownika bipolarnego silnika krokowego opartego na mikrokontrolerze ATmega48. Może współpracować z wieloma silnikami i nie zawiera specjalistycznych chipów do sterowania silnikami krokowymi. Wszechstronność zapewnia oryginalny sposób utrzymywania zadanego prądu w uzwojeniach silnika. Konstrukcja ta może służyć jako podstawa do tworzenia podobnych urządzeń zawierających dodatkowe elementy bezpieczeństwa - optoizolację obwodów wejściowych, zabezpieczenie przed zwarciem obciążenia itp. W opisywanym urządzeniu, ze względu na oczekiwane „umiarkowane” warunki jego pracy oraz w celu ograniczenia kosztów , takie komponenty nie są dostarczane.

Celem rozwoju było stworzenie prostego i niedrogiego bipolarnego sterownika silnika krokowego o uniwersalnym zastosowaniu. Całe oprogramowanie jest napisane w języku asemblera AVRASM i zoptymalizowane pod kątem czasu wykonania, co umożliwiło rozwiązanie problemu przy użyciu bazy elementów dostępnej w momencie tworzenia.

Główne cechy techniczne

Napięcie zasilania zasilacza, V ....... 27
Napięcie zasilania części logicznej, V .......12
Maksymalna amplituda prądu fazowego silnika, A, nie mniej... 5
Minimalna amplituda prądu fazowego silnika, A, nie większa niż .......0,25
Zaprogramowany współczynnik podziału skoku ... .1/8, 1/4, 1/2, 1/1
Prąd automatycznego wyłączania w trybie wstrzymania, % .......65
Automatyczne opóźnienie redukcji prądu względem ostatniego stopnia, s.......3,4
Poziomy sygnałów sterujących ...... TTL, 5 V
Maksymalna częstotliwość kroku, kHz ....... 12
Wymiary, mm ....... 102x68x40

Schemat ideowy sterownika pokazano na rys. 1. Opiera się na mostkowych układach kształtujących prąd faz A i B na tranzystorach polowych odpowiednio VT1-VT4, VT5-VT8, sterowanych przez wyspecjalizowane sterowniki mikroukładowe górnego i dolnego przełącznika półmostka DA5-DA8 IR2104S. Aby zwiększyć odporność na zakłócenia, zastosowano oddzielne zasilanie części zasilającej (27 V) i części logicznej ze sterownikami wyłącznika zasilania (12 V).

Ryż. 1. Schemat ideowy sterownika (kliknij aby powiększyć)

Następnie rozważymy część obwodu związaną z jedną z faz (fazą A), ponieważ część związana z fazą B działa podobnie.

Urządzenie określa chwilową wartość prądu fazowego na podstawie spadku napięcia na rezystorze R45, który poprzez układ scalony R5C6 jest doprowadzany na wejście nieodwracające wzmacniacza DA1.1 z regulowanym wzmocnieniem, który również pełni funkcję filtru dolnoprzepustowego pierwszego rzędu. Z wyjścia wzmacniacza sygnał trafia na wejście odwracające komparatora DA3.1. Komparator porównuje sygnał proporcjonalny do prądu płynącego przez fazę silnika z napięciem odniesienia. Tworzony jest w postaci schodkowej fali sinusoidalnej (dla trybu pracy mikrokrokowego) przez Timer 1 mikrokontrolera, pracującego w trybie „Fast PWM” bez wstępnego podziału. Sygnał z wyjścia timera przepuszczany jest przez wielostopniowy filtr R1C1R3C4R7C8. Okres powtarzania impulsów o modulowanej szerokości wynosi 12,7 μs, co odpowiada częstotliwości 78,4 kHz. W trybie pracy rezystor R23 nie uczestniczy w tworzeniu napięcia odniesienia, ponieważ wyjście PB3 mikrokontrolera, do którego jest podłączony, znajduje się w stanie wysokiej impedancji.

W trybie podtrzymania (po braku impulsów na wejściu „Krok” przez ostatnie 3,4 s) program ustawia wyjście PB3 mikrokontrolera na niski poziom logiczny, a amplituda sygnału odniesienia maleje. Z wyjścia komparatora typu otwarty kolektor DA3.1, obciążonego rezystorem R25, wynik porównania podawany jest na wejście komparatora DA3.2. Wyjście komparatora DA3.1 jest również podłączone do wspólnego przewodu poprzez kondensator C22. Razem R25 i C22 stanowią obwód czasowy aktualnej jednostki stabilizującej. Gdy spadnie poniżej pewnego poziomu odniesienia, kondensator C22 jest ładowany przez rezystor R25. W czasie od rozpoczęcia ładowania do chwili, gdy napięcie na kondensatorze osiągnie wartość określoną przez dzielnik napięcia R27R28, następuje wyłączenie zasilania uzwojenia silnika, co zapobiega gwałtownym wahaniom prądu wokół wartości odniesienia.

Algorytm ten w klasycznym sensie nie należy do algorytmów stabilizacji prądu „Fixed-Frequency PWM” ani „Fixed-Off-Time PWM”, ale w praktyce wykazał się dobrą wydajnością. Gdy prąd przekracza wartość odniesienia, wyjście komparatora DA3.2 zostaje ustawione na niski poziom logiczny. Mikrokontroler reaguje na to wyłączając uzwojenie, jednocześnie zamykając tranzystory VT1-VT4 za pomocą sygnału SD dostarczonego do sterowników DA5 i DA6. Pozwala to na szybki spadek prądu w uzwojeniach silnika. Jeżeli prąd spadnie poniżej wzorcowej wartości, dzieje się odwrotnie, sterowniki DA5 i DA6 odbierają sygnał SD o wysokim poziomie, otwierając wspomniane tranzystory, co nie przeszkadza narastaniu prądu w uzwojeniu.

Zmiana stopni napięcia odniesienia, a także zmiana kombinacji tranzystorów rozwartych i zamkniętych mostka następuje wraz z nadejściem kolejnego impulsu na wejście „Krok” według algorytmów zależnych od zadanego współczynnika podziału stopnia (obecność zworki pomiędzy pinami 1-2 i 3-4 złącza XP1) a aktualnym kierunkiem obrotów (poziom sygnału logicznego na wejściu „Direct”). Wpisz „Rozwiąż” został pomyślany, aby włączać i wyłączać działanie silnika, ale w wersji programu dołączonej do artykułu nie działa.

Sterownik wykonany jest na dwustronnej płytce drukowanej, której rysunek przewodów drukowanych pokazano na ryc. 2, a rozmieszczenie elementów na ryc. 3. Tranzystory VT1-VT8 znajdują się po jednej stronie płytki, z dala od niej powierzchniami rozpraszającymi ciepło. Do tych powierzchni dociskany jest radiator poprzez uszczelki izolacyjne – w najprostszym przypadku aluminiową płytkę o wymiarach 60x60 mm. Należy zwrócić uwagę, że przy prądzie fazowym większym niż 4...5 A i długotrwałej pracy radiator w postaci płytki może okazać się niewystarczający i należy zwiększyć jego powierzchnię poprzez wykonanie radiatora żebrowanego lub w kształcie igły.

Sterownik silnika krokowego z mikrokrokami
Ryż. 2. Rysowanie drukowanych przewodów

Sterownik silnika krokowego z mikrokrokami
Ryż. 3. Lokalizacja elementów na planszy

Materiał płyty należy dobrać o grubości co najmniej 1...1,5 mm, grubość folii powinna wynosić co najmniej 35 mikronów. Drukowane przewodniki, przez które przepływa duży prąd, należy mocno ocynować lub opasać drutem miedzianym, lutując go na całej długości przewodu.

Większość elementów konstrukcyjnych wykorzystuje się w konstrukcjach do montażu powierzchniowego. Rezystory i kondensatory mają rozmiar 1206. Rezystory R45, R50 mają przewody wyprowadzające i moc co najmniej 2 W. kondensatory tlenkowe w obwodach mocy - o niskim ESR. Rezystory trymera R18 i R19 są wieloobrotowe o mocy 3296 W.

Wartości amplitudy prądu fazowego silnika są regulowane przez rezystory dostrajające R18, R19. Najłatwiej to zrobić, przełączając sterownik na tryb 1/8 mikrokroku i używając woltomierza cyfrowego do monitorowania spadku napięcia na rezystorach czujnika prądu R45 i R50. Poprzez podanie pojedynczych impulsów na wejście „Step” osiągane są maksymalne wartości prądu naprzemiennie w fazach A i B. Za pomocą rezystorów dostrajających ustawia się te wartości na równe i odpowiadające wymaganej amplitudzie prądu. Zmniejszenie rezystancji rezystorów przycinających prowadzi do zmniejszenia prądu i odwrotnie. Dla orientacji możesz skorzystać z tabeli. 1, który pokazuje zależność amplitudy prądu fazy I_mф od wprowadzonej rezystancji rezystora strojenia.

Tabela 1

I_mф,	0,25	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	6.5
R18, R19, kΩ	0,31	0,62	1,27	2,62	4,07	5,62	7,29	9,09	10,04

Przed włączeniem sterownika należy założyć zworki pomiędzy pinami 1-2 i pinami 3-4 złącza XP1, zapewniając wymagany współczynnik podziału stopnia silnika zgodnie z tabelą. 2. Program na początku działania analizuje stan zworek, dalsze zmiany ich stanu nie mają wpływu na pracę sterownika. W proponowanej wersji programu nie przewidziano możliwości przełączania współczynnika podziału „w locie”.

Tabela 2

Zworki na XP1		Współczynnik podziału skoku
1-2	3-4	Współczynnik podziału skoku
Jest	Jest	1/1
Nie	Jest	1/2
Jest	Nie	1/4
Nie	Nie	1/8

Program mikrokontrolera oraz plik płytki drukowanej w formacie Sprint Layout 6.0 można pobrać z ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/09/est-drv.zip.

Autor: M. Reznikov

Zobacz inne artykuły Sekcja Silniki elektryczne.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach 02.05.2024

We współczesnym rolnictwie postęp technologiczny ma na celu zwiększenie efektywności procesów pielęgnacji roślin. We Włoszech zaprezentowano innowacyjną maszynę do przerzedzania kwiatów Florix, zaprojektowaną z myślą o optymalizacji etapu zbioru. Narzędzie to zostało wyposażone w ruchome ramiona, co pozwala na łatwe dostosowanie go do potrzeb ogrodu. Operator może regulować prędkość cienkich drutów, sterując nimi z kabiny ciągnika za pomocą joysticka. Takie podejście znacznie zwiększa efektywność procesu przerzedzania kwiatów, dając możliwość indywidualnego dostosowania do specyficznych warunków ogrodu, a także odmiany i rodzaju uprawianych w nim owoców. Po dwóch latach testowania maszyny Florix na różnych rodzajach owoców wyniki były bardzo zachęcające. Rolnicy, tacy jak Filiberto Montanari, który używa maszyny Florix od kilku lat, zgłosili znaczną redukcję czasu i pracy potrzebnej do przerzedzania kwiatów. ... >>

Zaawansowany mikroskop na podczerwień 02.05.2024

Mikroskopy odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych, umożliwiając naukowcom zagłębianie się w struktury i procesy niewidoczne dla oka. Jednak różne metody mikroskopii mają swoje ograniczenia, a wśród nich było ograniczenie rozdzielczości przy korzystaniu z zakresu podczerwieni. Jednak najnowsze osiągnięcia japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego otwierają nowe perspektywy badania mikroświata. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentowali nowy mikroskop, który zrewolucjonizuje możliwości mikroskopii w podczerwieni. Ten zaawansowany instrument pozwala zobaczyć wewnętrzne struktury żywych bakterii z niesamowitą wyrazistością w skali nanometrowej. Zazwyczaj ograniczenia mikroskopów średniej podczerwieni wynikają z niskiej rozdzielczości, ale najnowsze odkrycia japońskich badaczy przezwyciężają te ograniczenia. Zdaniem naukowców opracowany mikroskop umożliwia tworzenie obrazów o rozdzielczości do 120 nanometrów, czyli 30 razy większej niż rozdzielczość tradycyjnych mikroskopów. ... >>

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Czujniki pomogą zatrzymać samochód 22.03.2002

Na Japońskiej Wystawie Technologicznej w Londynie prezentowany jest nowy pojazd Toyoty, wyposażony w systemy zapewniające jego wysoki poziom bezpieczeństwa. Hamulce niezawodnie zatrzymają samochód, jeśli specjalne czujniki wykryją przeszkodę niebezpiecznie blisko niego, a kamery wbudowane w przedni zderzak pozwalają kierowcy zobaczyć, co dzieje się za rogiem.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Ultratrwały czujnik do inteligentnych tekstyliów

▪ Księżyc rdzewieje

▪ Tablet NVIDIA Tegra Note 7 z LTE

▪ Ekrany dotykowe staną się tańsze

▪ Słuchawki Huawei FreeBuds Pro 2+ z termometrem i pulsometrem

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja witryny Medycyna. Wybór artykułu

▪ artykuł Felicite-Robert de Lamennay. Słynne aforyzmy

▪ artykuł Dlaczego nietoperze wiszą do góry nogami? Szczegółowa odpowiedź

▪ Artocarpus artykuł. Legendy, uprawa, metody aplikacji

▪ artykuł Diody ograniczające i prostownikowe. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Wskaźnik procesu ładowania w pamięci na podstawie zasilacza komputerowego. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn