alexxy 
Загрузка
04.05.2019
15633
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Подписаться
42
Давно я тут не писал постов про принтеры и электронику, но тут назрела тема использования абсолютного энкодера и попытке сделать вменяемое упралвение шаговым двигателем с рассчётом на точность позиционирования (не путать с повторяемостью).
В качестве подопытного было приобретено несколько разных магнитных энкодеров наподобие тех, что используются в таких проектах как mechaduino (или его китайская инкарнация как MSK Servo42) или же в системах стабилизации камер (внезапно там используются те же магнитные энкодеры). В итоге у меня оказалось два их от разных производителей:
- AS5048A с разрешением 12bit (если пересчитать в угол по нехитрой формуле 360/2**12 ~ 0.08789 градуса)
- TLE5012b с разрешением 15bit (опять же если пересчитать в угол то 360/2**15 ~ 0.01099 градуса)
В итоге я остановился на втором варианте, так как его разрешения хватает что бы легко ловить повороты даже для двигателя в 400 шагов на оборот при 32 микрошаге (а это получится примерно так 360/(400*32) ~ 0.028125 градуса), хотя это уже и экстремальный вариант.
На макетке была собрана конструкция из stm32f103c8t6 aka bluepill энкодера и драйвера шагового двигателя tmc2130 (взял то что было под руками). Всё это счастье было запрограммировано на довольно простые действия:
- stm32 имеет прерывания на трех пинах которые подключены к Step/Dir/Enable на плате управления принтером
- при получении сигналов на Step/Dir/Enable производится stm32 делает шаг через tmc2130
- после завершения шага (если успевает) считывает положение двигателя через энкодер tle5012b (на валу двигателя помещён магнит)
- stm32 печатает в UART инфу о количестве шагов, микрошаге, количесве оборотов и текущем угле поворота двигателя (энкодер таки абсолютный и умеет считать обороты)
Дальше у меня возникла идея проверить насколько точно шаговик встаёт по шагам. Для этого в управляющей плате принтера (которая тоже stm32 но пожирнее) были выставлены виртуальные 80 steps/mm для оси X (в принципе это значение стандартное для 20 зубой шпули для GT2) а драйвер двигателя был выставлен в 16 микрошаг (двигатель у меня 1.8 градуса, 200 шагов на оборот, и как следствия с 16 микрошагом каждый шаг соответсвует 360/(200*16) = 0.1125 градуса, запомним эту цифру). Я решил посмотреть как у нас зависит точность выставления угла поворота от скорости принтера (а как следствие и точность).
Как происходило тестирование:
- Был выбран набор скоростей: 10, 25, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 250 мм/с
- Для каждой скорости передвижение с X0 до X160 и обратно и ожидание в крайних положения по 2 секунды (это 4 оборота движка в одну строну и в другую) повторялось по 25 раз
- Данные с энкодера писались в лог (скриптик с сериал консоли всё писал в файлики)
В итоге получилось довольно занятная картинка:
На картинке выше нарисована статистика собранная по каждой скорости в виде так называемого boxplot (прямоугольник это все значения которые были в измерениях и лежат в пределах одного стандартного отклонения, зеленая линия это среднее значение, оражевая линия это медиана). На картинке нарисовано отклонение от значения медианы для каждой измеренной точки для каждой скорости. Как её интерпретировать:
- На низких скоростях (до 50 мм/с), у нас повторяемость очень неплохая, на уровне погрешности измерения энкодера
- На скорости 75мм/с (а это у нас ~1.875 оборота в секунду) ошибка повторяемости позиционирования шаговика становится сравнимой с одним микрошагом
- На скоростях 100, 125, 150 и 200 мм/с у нас ошибка повторяемости позиционирования шаговика снова становится сравнимой с погрешностью датчика угла поворота (особенность драйвера tmc2130, для него это другой режим работы и он пытается делать точное позиционирование)
- А вот на скорости в 250мм/с система идёт в разнос и повторяемость падает до ~0.7 градусов (что примерно 7 шагов при дроблении 1/16, или если пересчитать в мм то это будет ~0.1 мм в среднем)
Но это если речь идёт о повторяемости а не о точности. А это разные понятия. Так что теперь поговрим про точность. Будем считать, как это далают прошивки большниства принтеров, что перемещение на один микрошаг у нас всегда одианково (в данном случае это 0.1125 градуса или 0.0125 мм если у нас 80 шагов на мм). Посмотрим насколько это так.
То что мы видим при скорости 10мм/с (да довольно медленно)
На картинках нарисовано чтение с датчика и счётчик шагов (данные датчика это синяя линия) а так же идеальные значения углов для данного номера шага (хе хе, довольно просто посчитать) а так же вертикальными черточками различия реально измеренного от идеального. Какие выводы можно сделать по этой картинке:
- Шаги у нас не равномерны (что в целом понятно, исходя из физики двигателя)
- Какие то шаги у нас почти точно попадают в идеальные значения углов поворота (но не все…, совсем не все…)
- Хотя точность позиционирования у нас не очень высокая, но повторяемость хорошая (синяя линия на картинке это статистика по 25 повторам
Теперь посмотрим что будет если шаговик пойдёт немного быстрее 25 мм/с
Картинка в целом не поменялась, но ошибка позиционирования возросла (разница между реальным и идеальным положением)
Теперь 50 мм/с
Видно что позиционирование стало ещё хуже…
Теперь 75 мм/с
Всё поплыло ещё дальше…
100 мм/с
Ошибка осталась на прежнем уровне (tmc2130 перешел в другой режим работы)
125мм/с
150 мм/с
200 мм/с
и 250мм/с Как видим, с увеличением скорости ошибка позиционирования растёт… Что можно нарисовать примерно так… Картинка похожа на первую. Опять же зеленая линия это среднее. Оражневая медиана. Какие выводы можно сделать?
- Что приятно средняя ошибка позиционирования примерно 0. Что означает что шаговик с одинаковой вероятность как проскакивает положение, так и недоходит до него (по этому среднее и есть 0).
- А вот медиана уже становится большой. На уровне 0.5-0.8 градуса.
- Разброс ошибок довольно большой, он растёт с примерно 0.2 градусов при 10мм/с до 4 градусов при 250мм/с, что соответсвует разбросу хода от 0.02 до 0.5 мм (хе хе.. кто там хвастался что печатает на скорости 200+мм/с….?)
- Ещё замечу, что всё это измерялось на свободном шаговике без нагрузки. С нагрузкой будет все печальнее (и я это проверю в следующей части)
Что из всего этого следует?
Если хочется повышать качество печати, то надо слегка поменять подход к позиционирования шаговика в прошивках (позицоинирование у него не линейное, и это надо учитывать). По идее надо сделать умный closed-loop шаговик, которые будет в состоянии корректировать нелинейности при перемещении.
Продолжение следует…
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Подписаться
42
Валкодер шаговый двигатель схема
В электромеханике одним из интересных моментов является то, что обычный двигатель постоянного тока может играть роль также генератора.
Вы можете использовать электричество для вращения вала или использовать вращающийся вал для выработки электроэнергии. На основе этого принципа можно сделать немало полезных вещей.
И в данном материале мы покажем, как использовать шаговый двигатель в качестве датчика.
Применение шагового мотора в качестве датчика имеет смысл. Если катушки в двигателе могут перемещать вал, то перемещение вала должно вызвать ток в катушках. Однако следует заметить, что при низких скоростях вы можете пропустить импульсы. Опять же, устройство не оптимизировано для этого типа операций.
В схеме используется дифференциальный усилитель на основе двух ОУ для считывания импульсов от катушки. Два операционных усилителя с двух катушек создают квадратурный сигнал, как обычный энкодер.
Когда вал поворачивается в одном направлении, один импульс будет следовать за другим. При вращении в другом направлении последовательность импульсов будет реверсирована.
Для проверки работоспособности концепции можно собрать схему из Arduino, двух двигателей и драйвера A4988.
- А можно с одним двигателем и светодиодным кольцом AdaFruit NeoPixel в качестве индикатора, как на видео ниже.
- В любом случае считывать импульсы с датчика/двигателя поможет следующий код:
- Предлагается использовать в качестве валкодера шаговый двигатель от старых 5-ти дюймовых дисководов.
Двигатель имеет две обмотки. При вращении вала на выводах этих обмоток будут появляться импульсы ,сдвинутые по фазе, которые можно усилить до уровня логической «1». Для этого предлагается схема , разработанная VK6BRO .
С подобным двигателем получается около 200 импульсов на оборот . Ненужную алюминиевую втулку с оси двигателя проще всего снять, предварительно слегка разогрев ее.
 |
 |
| Вид печатной платы валкодера | Общий вид валкодера |
 |
|
| Печатная плата размером 35х35 мм приклеивается к задней части двигателя. |
- Рисунок печатной платы в формате Sprint-Layout
- Добавления от EW2CE
- Валкодер из шаговика сначала не пошел, но после доработки схемы и подключении двух лишних проводов в противофазе все пошло отлично.
| У двигателя 6 проводов: | |
| Белый | 1 |
| Голубой | 2 |
| Красный | 3 |
| Желтый | 4 |
И остаются 2 провода, черный и коричневый или в некоторых движках 2-черных.Их нужно подключить к 1 и 4 выводам в противофазе, тоесть так что бы движок начал вращаться с большем усилием.
 |
На выходе схемы я поставил последовательно по резистору 4,7ком. Обязательно нужно поставить резисторы по 1 МОм в цепях обратной связи микросхемы LM358. После этих переделок все пошло отлично, даже на малых скоростях. Вобщем при любых манипуляциях валкодер сбоев не дает и не пропускает импульсы. Я думаю что все описал. У нас уже многие повторили с этими переделками, и во всех все получилось.
Рисунок печатной платы в формате Sprint-Layout
Вечный энкодер (валкодер) с устойчивыми положениями из шагового двигателя
Механический энкодер — вещь удобная в использовании, но он имеет некоторые досадные недостатки. В частности, контакты со временем изнашиваются и приходят в негодность, появляется дребезг. Оптические энкодеры гораздо надежнее, но они дороже, многие из них боятся пыли, и они редко встречаются в таком виде, в котором их удобно было бы использовать в радиотехнике.
Короче, когда я узнал о том, что шаговый двигатель можно использовать как энкодер, эта идея мне очень понравилась. Практически вечный энкодер! Замучить его невозможно: соберешь раз и можешь энкодить всю жизнь.
Содержание / Contents
↑ Шаговый двигатель и схема
Я разобрал несколько дисководов, везде двигатели были разные. Встречались на шлейфе, встречались с косой цветных проводов. На шлейфе общий провод — крайний. Всё остальное находится прозвонкой.
По сопротивлению понятно: с выхода на выход сопротивление вдвое больше, чем с выхода на общую точку. А можно даже не прозванивать.
Если открутить четыре винта, внутри коммутационная плата, на ней видно, где общий провод.
Форма претензии по ремонту автомобиля
Исходная схема многократно встречается в Сети в вариациях. Я оттолкнулся от статьи Thomas (OZ2CPU) .
У неё есть достоинства, но есть и недостатки, об этом далее. Собрал пробный вариант в виде макета, и понял, что ничего не понял Для начала хотелось бы сразу видеть, в какую сторону происходит шаг. Схема выдавала квадратурный код, как и обычный энкодер. Этот код надо было каким-то образом превратить в мигание светодиода — «правый» или «левый».
Разработал и протестировал вот такую схему:
Кстати, эту схему на логике можно использовать и для обычного энкодера, я её и отрабатывал на нём.
Для сборки понадобятся 8 элементов «2И-НЕ», я использовал два чипа 74HC00.Элемент U2A, диод, конденсатор и U2B создают короткий импульс в момент положительного фронта. Элемент U6D, U4D и U2D — мультиплексор, который пересылает этот испульс либо на один, либо на другой светодиод.
Разумеется, этот же функционал можно сделать на единственном микроконтроллере, но это далеко не для всех доступно и удобно. Всё-таки элементы 2И-НЕ можно найти где угодно, в т. ч. советские (74хх00, К155ЛА3, К555ЛА3).
Последние два инвертора (U5D и U3D) можно выкинуть, ведь ничто нам не мешает подключить светодиоды не к земле, а к плюсу питания.
Если крепко пошевелить мозгом, схему можно было бы ещё упростить, но эту задачу оставляем на будущее.
Печатки нет, поскольку всё собиралось только на макетке.
↑ Недостатки схемы и их преодоление
↑ Видео в работе
Жалко, что видео не передает тактильные ощущения на валу!
↑ Итого
В целом работа энкодера меня устраивает. Крутить такую «ручку громкости» необычно приятно.Работа над устройством будет продолжена.
Спасибо за внимание!
Камрад, рассмотри датагорские рекомендации
???? Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress
Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать! Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке. Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.
???? Полезные и проверенные железяки, можно брать
Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.
Тема: Валкодер из шагового двигателя
Собрал эту схемку http://ru3ga.qrz.ru/UZLY/encod.htm , работает великолепно, но перестраивает частоту через один импульс. Получилось примерно 100 импульсов вместо 200. Как сделать чтобы было 200.
Вот это дааааа. Читал форумы по этим темам, там столько людей собирало их, а никто не испытывал похоже. У одного меня проблема с ним что ли?
Проблема не с шаговым двигателем и схемой, а с ПРОГРАММОЙ!
А они разве не одинаковые. На входе синтеза формируется 10, 11, 01, 00. Это 4 щелчка двигателя. При этом происходит два шага наверх. Как можно получить два импульса за 1 щелчок.
Возмите упрощенную модель для оптовалкодера с оптюратором с четырьмя прорезями (Мальтийский крест). Это четыре «щелчка». За один оборот вы получите восемь изменеий состояния оптопары, а на двух фотоприемниках — шестнадцать.
Ну так с оптопарой понятно. У неё 2 фотоприёмника и 8 состояний. У шаговика 2 обмотки и . состояний. Я кстати разобрал двигатель и вывел все выводы обмоток отдельно. Получилось 2 пары обмоток совмещенных под 90 град. Можно ли включить 4 обмотки как нибудь. Я написал письмо RD3AY по поводу этой проблемы, но пока ответа нет.
С валкодером из шагового двигателя то же, что и с оптовалкодером. Посмотрите на схему, ссылку на которую Вы приводите ранее. И там и там на выходе два сигнала сдвинутые на 90 град. с цифровыми уровнями. Есть, правда, еще один нюанс. В валкодере из шагового двигателя Вы имеете именно ЩЕЛЧКИ — механическую фиксацию угла поворота.
Один щелчек, как мы выяснили, это два перехода. Т.е. сдвинуть валкодер только на один переход НЕ ПОЛУЧИТСЯ! Это можно сделать только используя оптический валкодер. Заодно отпадет надобность в операционниках, значительно снижается вес и габариты. Вот пример реализации валкодера из компьютерной мыши.
Такие валкодеры прменяются в моем DDS синтезаторе.
Да, но некоторые шаговички имеют функцию так называемую режым полушагов. и при этом как раз таки имеют место быть промежуточные числа, которые не воспринимаются PIC-ом трансивера. При поключении шаговика с двумя обмотками, но с 50-ю щелчками, всё ровно, переключает при каждом щелчке. это скорее дело в движке.
Тогда смотри сообщение номер три.
Изначально непонятно о чем идет речь? Что за конструкция? Какой контроллер? Кто писал программу? Есть ли возможность ее изменить? Если валкодер с формирователем исправно работает в статическом режиме (медленное вращение с контролем состояний по обоим каналам) то очевидно, что неувязки в управляемом устройстве.
Тест драйв ниссан кашкай 2012 механика
Тема: Валкодер из шагового двигателя
Идея давно реализована. Лет 40 назад. Лучше взять на 400 Гц бесконтактный. Перестройку можно сделать плавную. Будет плавный синтезатор, как ГПД, но это будет настоящий синтезатор с опорной стабильностью.
Да, давно реализовано. От кварцевого генератора формируется 3 фазное напряжение с низкой частотой (можно при помощи 3-х dds) и подается на техфазную обмотку (чаше статорную).
С однофазной снимается напряжение с фазой, пропорциональной углу поворота ротора. Это напря жение по фазе сравнивается с напряжением одной из фаз и разность времен перехода через 0 заполняется кварцованной частотой.
Можно получить любое значение «импоборот».
- Это в системах с ЧПУ и других, где нужна обратная связь по положению.
- Но их в современных системах вытеснили оптические и магнитные енкодеры.
Стал вопрос повторить валкодер из шаговика потому как фирменный не купить, мышек с оптикой не найти они кончились. Шаговик был удачно куплен на барахолке. С него наружу торчит 5 выводов. Красный желтый белый синий и зеленый. Подозреваю что 4 обмотки соеденены звездой и имеют общий центральный вывод. давайте его определим. Насамом деле это не сложно.
1 Промеряем Оммическое сопротивление всех возможных сочетаний пар проводов. Для этого берем наугад первый и промеряем его со всеми остальными ( мы получим 4 пары). Затем второй и уже с первым не промеряем а только с оставшимися тремя( получаем 3 пары) Потом следующий и так до конца.
- Мои результаты красный — желтый 164 Ом красный — зеленый 140 Ом красный — белый 264 Ом
- красный синий 264 Ом.
- желтый — зеленый 140 Ом желтый — белый 262 Ом
- желтый — синий 262 Ом
- зеленый — белый 140 Ом зеленый — синий 140 Ом
- белый — синий 262 Ом.
Итак очевидно что Все пары которые имеют 140 Ом имеют зеленый вывод. это говорит о том что Зеленый это середина креста из 4х обмоток.
Схема формирователя импульсов с оригинальной статьи http://ru3ga.qrz.ru/UZLY/encod.htm Но с добавками-доделками. Резисторы в обратной цепи ОУ и резисторы в выходных цепях.
Полчаса упражнений с паяльником на макетке и о чудо синтезатор реагирует на поворот вала шаговика будь то резкое вращение будь то попытка провернуть вал настолько нежно чтобы схема не отреагировала. Но это невозможно.
Работает на все 100 %. Колво импульсов на оборот 100 штук. Это конструктивная особенность шаговика и с этим прийдется мириться.ю Незнаю плохо это или хорошо. у меня нет пока опыта работы с синтезатором.
Построю свой MiniYes раскажу.
РадиоКот :: Энкодер из шагового двигателя
Добавить ссылку на обсуждение статьи на форумеРадиоКот >Статьи >
| Теги статьи: | ЭнкодерИз желудей и спичекШаговый двигательДобавить тег |
Энкодер из шагового двигателя.
Использование шаговых двигателей (ШД) в качестве энкодера по-прежнему остается привлекательным решением, т.к. промышленные энкодеры, при всех своих достоинствах, имеют существенные недостатки — цена и сложности при покупке единичных экземпляров.
Если контактные энкодеры еще с трудом можно приобрести, то цена бесконтактных энкодеров совершенно неподъемная. В моем случае исключалось применение контактного энкодера, т.к. не допускались пропуски и генерация паразитного (из-за дребезга) сигнала при вращении.
Мне не удалось получить удовлетворительных результатов при испытаниях контактных инкрементального и абсолютного энкодеров. Марки называть не буду.
В итоге, склонился к применению ШД от старого 5-дюймового дисковода. За основу взял https://ru3ga.qrz.ru/UZLY/encod.htm, но большое число элементов совсем не радовало.
В результате, схема была приведена к виду, показанному на Рис.1.
Для подавления паразитных колебаний у обоих каналов закорочена одна из полуобмоток, что обеспечило достаточное демпфирование, резко снизило скорость нарастания сигнала при больших скоростях вращения и позволило использовать ШД с внутренним соединением средних выводов обмоток. Также введен гистерезис порядка 50…100 мВ (зависит от напряжения питания 4…5В).
После изменений работа схемы при напряжении питания 5В меня устроила, но хотелось, чтобы она работала от 3В. Большое число элементов и сравнительно большой потребляемый ток, привели к схеме Рис.2.
Подключение обмоток двигателя осталось таким же, а в качестве формирователя сигнала использована микросхема HEF4069 (можно заменить CD4069, MC14069). Ввод схемы в линейную область сделан на одном инверторе, выход которого соединен с входом.
Такое соединение позволяет превратить инвертор в повторитель напряжения, примерно равного половине напряжения питания без использования дополнительного резистивного делителя. При 3В схема на LM358 отказалась работать из-за недостаточно хороших выходных уровней компаратора. Качество работы обеих схем при 5В питании получилось примерно одинаковое.
При монотонном пошаговом повороте вала двигателя наблюдалась четкая последовательность 2-битного кода Грея. Но! При смене направления вращения первый шаг нарушал эту последовательность.
Например:
| Вращение по часовой | Вращение против часовой |
| 00 | 11 |
| 01 | 10 |
| 11 | 00 |
| 10 | 01 |
Видно, что при смене направления происходило изменение состояния обоих каналов, что противоречило правилу кодирования. Последующие шаги соответствовали правильной последовательности нового направления. Эта особенность поведения ШД (смена состояния в обоих каналах) учитывалась программно. Для примера приведены ассемблерные программы обработки сигналов ШД в качестве энкодера для AVR и MSP430.
На Рис.3 приведены диаграммы сигналов, генерируемых ШД при включении обмоток в соответствии со схемами. Алгоритм обработки сигналов энкодера показан на двух нижних диаграммах Рис.3 -при поступлении прерывания от активного фронта канала А анализируется уровень и флаг требования прерывания канала B.
Если флаг установлен, что говорит о смене направления вращения, дополнительно анализируется состояние внутреннего рабочего флага, который сигнализирует о предыдущем направлении вращения и идет соответствующее изменение значения счетчика шагов.
Это сделано для исключения неоднозначности определения кодовой последовательности, возникающей при смене направления вращения. Если флаг сброшен, что говорит об отсутствии смены направления вращения, идет простое изменение значения счетчика шагов.
-совершенно аналогично идет обработка прерывания от активного фронта канала В. В итоге получается обработка каждого шага двигателя.
- Шаговый двигатель, в качестве энкодера, был встроен в конструкцию ленточной пилорамы для повышения точности изготовления пиломатериалов.
- Файлы: Прошивки для AVR и MSP430.
- Вопросы, как обычно, складываем тут.
| Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
Эти статьи вам тоже могут пригодиться:
ЭНКОДЕР +PIC16F628ADRO unit. Цифровая индикация положения на линейных энкодерах
Очерки копателя кристаллов
Валкодер из двигателя
Page 2
Гетеродины и задающие генераторы современных приемников и радиолюбительских трансиверов сегодня все чаще делают на основе синтезаторов частоты с микроконтроллерным управлением.
Однако настраивать такой приемник на станцию, набирая значение частоты на клавиатуре очень неудобно, а для плавкой перестройки (точнее, дискретной с очень мелким шагом, имитирующей обычную аналоговую) необходим точный преобразователь угла поворота ручки настройки в цифровой код — так называемый валкодер. Стоимость этого прецизионного устройства нередко превосходит цену всех остальных деталей синтезатора вместе взятых. Тем не менее радиолюбителю из Германии (Steffen Braun, DJ5AM) удалось из деталей неисправной компьютерной «мыши» изготовить простой и дешевый, но вполне подходящий для любительского применения валкодер[1].
Вращательное движение шара компьютерной мыши внутри нее воспринимают два оптоэлектронных датчика угла поворота. Генерируемые ими импульсы поступают в компьютер, обрабатываются им и управляют перемещением курсора относительно осей X и Y экрана монитора.
Основной принцип — преобразование угла поворота в число импульсов вполне подходит для валкодера, к тому же каждый из датчиков «мыши» снабжен двумя соответствующим образом расположенными чувствительными элементами, что позволяет определить не только угол, но и направление поворота.
Подробнее прочитать об устройстве и работе этих датчиков можно в [2] (в оригинале — ссылка на статью в малодоступном отечественному читателю немецком журнале Мы заменили ее статьей из нашего журнала. — Ред.).
Приступая к работе, необходимо вскрыть корпус «мыши» и убедиться, что пластмассовый подшипник, в котором вращается вал датчика, находится между контактирующей с обрезиненным шаром утолщенной частью вала и диском с прорезями.
У многих «мышей» это не так — вал укреплен в двух подшипниках, расположенных по его концам. Такая конструкция для наших целей непригодна. Утолщенная часть (головка) вала диаметром приблизительно 4 мм должна быть достаточно длинной для установки ручки настройки.
Расстояние от головки до диска должно быть не менее 15 мм.
Для крепления валкодера к передней панели приемника или трансивера потребуется еще одна деталь — алюминиевая втулка с наружной резьбой и гайкой от переменного резистора. В отверстие втулки пропускают вал датчика.
Возможно для выполнения этой операции пластмассовый подшипник, в котором вращается вал.
придется обточить напильником, а алюминиевую втулку — укоротить, чтобы на выступающую из нее головку вала можно было насадить ручку настройки.
Выпаивать оптопары из печатной платы «мыши» не следует, чтобы не повредить их. Отделенную от платы часть с оптопарами крепят эпоксидным клеем или другим способом к втулке-подшипнику таким образом, чтобы оптопары заняли прежнее положение относительно диска. До окончательного затвердевания клея следует убедиться, что диск легко вращается.
Излучающие диоды и фоготранзисторы «мыши» внешне очень схожи. Различить их можно, проследив печатные проводники на плате. Излучатели обычно соединены последовательно. Эту цепь необходимо сохранить и подключить ее через гасящий резистор к источнику питания. Номинал резистора выбирают исходя из тока через диоды не более 5 мА. Чаще всего подходит 1 кОм.
Далее выводы омметра, установленного на предел измерения 100 кОм, подключают к коллектору и эмиттеру одного из фототранзисторов и, медленно вращая диск, убеждаются, что показания прибора резко уменьшаются при каждом освещении фототранзистора излучающим диодом через прорезь в диске.
Если это не так. возможно, выводы коллектора и эмиттера определены неправильно и полярность подключения к ним омметра нужно изменить. На результат может повлиять и слишком яркое внешнее освещение, поэтому работу следует выполнять а тени.
Таким же образом проверяют фото транзистор второй оптопары.
Микросхемы DD1, DD2 и прочие элементы соединяют согласна схеме жесткими проводами и выводами, всю сборку приклеивают к механическим узлам валкодера. Внешний вид этой конструкции показан на рис. 3. Если ваякодер послужит частью более сложного изделия, микросхемы DD1 и DD2 могут быть установлены на его печатной плате.
ЛИТЕРАТУРА
- Braun S. «Aus die Maus»: Inkrementale Drehgeber — einfash realisiert. — Funkamateur, 2002, № 4, S. 362, 363.
- Долгий А. «Мышь»: Что внутри и чем питается. — Радио. 1996. № 9. с. 28—30.
Радио №9 2002г.
Page 3
Page 4
Page 5
Page 6
Управление шаговым двигателем с помощью валкодера
Блоки управления шаговыми двигателями обычно содержат несколько логических микросхем или микроконтроллер. Однако в тех случаях, когда сложный закон управления двигателем не требуется, а достаточно лишь вращать его вал в одну или другую сторону, отсчитывая число шагов «на глаз», от сложной логики можно отказаться.
Для ручного управления шаговым двигателем, открывающим и закрывающим теплицу, я применил валкодер.
Но не обычный, с двумя группами контактов, замыкающихся и размыкающихся со сдвигом на полшага, а специально изготовленный, имеющий четыре (по числу обмоток двигателя) группы чередующихся контактов, поочерёдно замыкающихся с подвижным контактом при вращении вала, на котором укреплён подвижный контакт. Неподвижные контакты валкодера соединены с обмотками двигателя через электронные ключи, коммутирующие обмотки.
Конструкция самодельного валкодера изображена на рис. 1. На кольцо 4 из изоляционного материала намотана обмотка 3, содержащая 28 витков, четырьмя сложенными вместе лакированными одножильными медными проводами.
Размеры кольца 4 и диаметр проводов должны быть подобраны так, чтобы на внутренней поверхности кольца витки плотно, практически без зазоров, легли в один слой, а провода чередовались в порядке 1-2-3-4 без перехлёстов.
Рис. 1. Конструкция самодельного валкодера
К верхнему закруглённому срезу кольца 4 провода должны прилегать, по возможности, плотнее, зазоры между ними заливают эпоксидной смолой. Внутрь кольца 4 туго вставлена вырезанная из листового изоляционного материала центрирующая шайба 7 с отверстием для латунного вала 1. Шайбу 7 тоже крепят эпоксидной смолой. Такое же отверстие, как в центрирующей шайбе 7, сверлят в основании 2.
После затвердевания смолы кольцо 4 с обмоткой кладут верхним торцом на лист уложенной на гладкую поверхность мелкозернистой наждачной бумаги и равномерно сошлифовывают провода-контакты и эпоксидные перемычки между ними приблизительно на четверть диаметра провода. Так создают контактную поверхность, по которой скользит стальной шарик 6 подвижного контакта 5. Парасталь-медьобеспечи-вает надёжный контакт и лёгкое скольжение.
Упругий подвижный контакт 5 с отверстием для шарика 6 припаивают ближе к верхнему концу вала 1. На нижний конец вала 1 надевают две металлические шайбы 8 и пропускают вал через отверстие в центрирующей шайбе 7, затем сквозь кольцо 4 с обмоткой (повёрнутое контактной поверхностью вверх) и, наконец, через отверстие, просверленное в основании 2.
Подбирая оптимальное положение кольца 4 на основании 2, добиваются, чтобы вал 1 легко вращался, а шарик 6 скользил строго по оголённой поверхности контактов, равномерно прижимаясь к ней. В этом положении кольцо 4 фиксируют на основании 2 эпоксидной смолой. Остаётся только устранить осевое перемещение вала 1, прижав его кронштейном 9. Получился валкодер на 112 положений (рис. 2).
Рис. 2. Валкодер
Он будет поочерёдно подключать к источнику питания обмотки униполярного шагового двигателя, который за один оборот вала валкодера станет делать 112 шагов. Направление шагов будет таким же, как у надетой на вал валкодера ручки управления, а их частота будет определяться скоростью её вращения.
На рис. 3 показана принципиальная схема блока управления униполярным шаговым двигателем M1 с помощью описанного валкодера, обозначенного на ней S1. Поскольку в блоке четыре одинаковых электронных ключа, рассмотрим только один из них, собранный на транзисторах VT1 и VT2.
Рис. 3. Принципиальная схема блока управления униполярным шаговым двигателем M1 с помощью валкодера
Предположим, что в момент подачи питания подвижный контакт валкодера не соединён ни с одним из неподвижных контактов группы A. Поэтому транзистор V71 открыт, а конденсатор C1 разряжен. Транзистор VT2 закрыт, ток через включённую в цепь его стока обмотку двигателя M1 не течёт. Светодиод HL1 погашен.
В момент соединения подвижного контакта с неподвижным контактом группы А транзистор VT1 закрывается. Конденсатор C2 начинает заряжаться через резисторы R3 и R4. Вызванное током зарядки падение напряжения на резисторе R4 открывает полевой транзистор УТ2 и удерживает его открытым.
Через обмотку двигателя течёт ток, а светодиод HL1 включён, сигнализируя об этом. Но когда конденсатор C2 зарядится до такой степени, что напряжение на резисторе R4 упадёт ниже порога открывания транзистора VT2, он закроется.
Это ограничит длительность импульсов тока в обмотке, что необходимо в тех случаях, когда ручку валкодера продолжительное время не вращают или делают это слишком медленно.
https://www.youtube.com/watch?v=DJjU8qEre_Y
Имейте в виду, что отсутствие тока в обмотках двигателя в паузах между шагами экономит электроэнергию и снижает нагрев двигателя и транзисторов в электронных ключах, но ослабляет фиксацию его ротора в статических положениях. Это не имеет большого значения, если надёжная фиксация ротора двигателя в достигнутом положении не требуется или, например, в случаях, когда вращающий момент передают на перемещаемый объект через червячный редуктор.
При размыкании подвижного и неподвижного контактов транзистор W1 открывается. Через него и диод VD1 разряжается конденсатор C2. Если транзистор VT2 был открыт, он закроется и прекратит ток в обмотке двигателя, а светодиод HL1 погаснет.
Диод VD2 предназначен для подавления импульсов напряжения самоиндукции, возникающих на обмотке в моменты прекращения текущего через неё тока. Фильтр R1d необходим для предотвращения самовозбуждения устройства. Оно возможно, поскольку валкодер состоит, по существу, из четырёх катушек индуктивности, связанных между собой как индуктивно, так и через межвитковые ёмкости.
Резисторы R21-R24 ограничивают ток в обмотках двигателя. Их сопротивление придётся подбирать индивидуально для двигателя каждого типа. Возможно, они совсем не потребуются.
Светодиоды HL1-HL4 рекомендуется разместить так, чтобы создаваемый ими «бегущий огонь», перемещаясь, показывал направление вращения ротора шагового двигателя.
При несовпадении этих направлений или пропуске шагов нужно проверить порядок подключения обмоток двигателя к выходам электронных ключей.
Я испытывал это устройство с шаговыми двигателями PM42L-EPAO и 103-550-0149 и получил хорошие результаты.
Схема устройства управления биполярным шаговым двигателем сложнее рассмотренной, так как требуется не только переключать обмотки, но и изменять направление текущего через них тока. Она изображена на рис. 4. Входные цепи A-E могут быть подключены как к одноимённым выходам электронных ключей устройства, собранного по схеме рис.
3, так и непосредственно к таким же группам контактов валкодера. Однако в последнем случае не будет ограничения длительности импульсов тока в обмотках двигателя.
Рис. 4. Схема устройства управления биполярным шаговым двигателем
Общий вывод обмоток двигателя в рассматриваемом случае подключён к искусственной средней точке напряжения питания Uпит, созданной с помощью узла на транзисторах VT5-VT7.
Это уменьшило в два раза подаваемое на обмотки двигателя напряжение, но избавило от необходимости применять дополнительные электронные ключи для коммутации вторых выводов каждой обмотки.
Напряжение в точке Z, равное половине U^, устанавливают подборкой резистора R15. Учтите, что при изменении напряжения питания подборку резистора придётся повторить.
От узла на транзисторах VT5-VT7 можно отказаться, если применить для питания двигателя двухполярный источник с реальной средней точкой, которую следует соединить с цепью Z.
Устройство было проверено с двигателями 16PU-M002-G1 и M49SP-1. Выяснилось, что при продолжительной работе и токе, потребляемом двигателем, более 0,2 А все мощные транзисторы следует установить на теплоотводы.
В любительских условиях паспортные данные на применяемые шаговые двигатели, как правило, отсутствуют. Нет и данных о назначении их выводов, число которых к тому же бывает разное.
Я обычно выхожу из затруднительного положения следующим образом.
Прежде всего, с помощью омметра нахожу выводы каждой из обмоток. Если их две (с общим выводом или без него) — двигатель биполярный. При отсутствии общего вывода создаю его, соединив вместе по одному (любому) выводу каждой обмотки.
Чтобы безошибочно оценивать на глаз направление шагов вала двигателя, надеваю на него указатель в виде стрелки.
Затем, поочерёдно подключая к общему и к свободному выводу каждой обмотки источник питания в разной полярности, нахожу такую последовательность подключений, при которой вал двигателя без пропусков и сбоев «шагает» в нужном направлении.
Приблизительно такую же процедуру я использую с униполярным двигателем.
Он может иметь четыре обмотки с общим пятым выводом или две пары обмоток с отдельным общим выводом каждая (всего шесть выводов). В последнем случае общие провода пар я объединяю в один. Подключая источник питания плюсом к общему проводу всех обмоток, а минусом — поочерёдно к каждой обмотке, определяю их последовательность для шагов в нужном направлении.
Самый сложный случай — двигатель с четырьмя обмотками, имеющими восемь отдельных выводов. Эти обмотки можно соединять по-разному, делая двигатель униполярным или биполярным. Но на поиск правильной последовательности подачи на них напряжения придётся затратить гораздо больше времени, чем в предыдущих случаях.
С. Долганов, г. Барабинск Новосибирской обл.
Загрузка...
