В этой статье мы поговорим о шаговых двигателях в проектах Ардуино на примере очень популярной модели 28BYJ-48. Так же как и сервоприводы, шаговые моторы являются крайне важным элементом автоматизированных систем и робототехники.
Их можно найти во многих устройствах рядом: от CD-привода до 3D-принтера или робота-манипулятора.
В этой статье вы найдете описание схемы работы шаговых двигателей, пример подключения к Arduino с помощью драйверов на базе ULN2003 и примеры скетчей с использованием стандартной библиотеки Stepper.
Шаговый двигатель – принцип работы
Шаговый двигатель – это мотор, перемещающий свой вал в зависимости от заданных в программе микроконтроллера шагов и направления.
Подобные устройства чаще всего используются в робототехнике, принтерах, манипуляторах, различных станках и прочих электронных приборах.
Большим преимуществом шаговых двигателей над двигателями постоянного вращения является обеспечение точного углового позиционирования ротора. Также в шаговых двигателях имеется возможность быстрого старта, остановки, реверса.
Шаговый двигатель обеспечивает вращения ротора на заданный угол при соответствующем управляющем сигнале. Благодаря этому можно контролировать положение узлов механизмов и выходить в заданную позицию.
Работа двигателя осуществляется следующим образом – в центральном вале имеется ряд магнитов и несколько катушек. При подаче питания создается магнитное поле, которое воздействует на магниты и заставляет вал вращаться.
Такие параметры как угол поворота (шаги), направление движения задаются в программе для микроконтроллера.
Основные виды шаговых моторов:
- Двигатели с переменными магнитами (применяются довольно редко);
- Двигатели с постоянными магнитами;
- Гибридные двигатели (более сложные в изготовлении, стоят дороже, но являются самым распространенным видом шаговых двигателей).
Где купить шаговый двигатель
Самые простые двигатели Варианты на сайте AliExpress:
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 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.
Как заблокировать абонента в viber
Одним из самых недорогих STEP/DIR драйверов является модуль TB6560-V2. Этот драйвер обеспечивает все необходимые функции и режимы.
Подключение шагового двигателя к Ардуино
Подключение будет рассмотрено на примере униполярного двигателя 28BYj-48 и драйверов L298 и ULN2003. В качестве платы будет использоваться Arduino Uno.
Еще один вариант схемы с использованием L298:
Схема подключения на базе ULN2003 изображена на рисунке ниже. Управляющие выходы с драйвера IN1-IN4 подключаются к любым цифровым контактам на Ардуино. В данном случае используются цифровые контакты 8-11. Питание подключается к 5В. Также для двигателя желательно использовать отдельный источник питания, чтобы не перегрелась плата Ардуино.
Принципиальная схема подключения.
Еще одна схема подключения биполярного шагового двигателя Nema17 через драйвер L298 выглядит следующим образом.
Обзор основных моделей шаговых двигателей для ардуино
Nema 17 – биполярный шаговый двигатель, который чаще всего используется в 3D принтерах и ЧПУ станках. Серия 170хHSхххА мотора является универсальной.
Основные характеристики двигателя:
- Угловой шаг 1,8°, то есть на 1 оборот приходится 200 шагов;
- Двигатель – двухфазный;
- Рабочие температуры от -20С до 85С;
- Номинальный ток 1,7А;
- Момент удержания 2,8 кг х см;
- Оснащен фланцем 42 мм для легкого и качественного монтажа;
- Высокий крутящий момент – 5,5 кг х см.
28BYJ-48 – униполярный шаговый двигатель. Используется в небольших проектах роботов, сервоприводных устройствах, радиоуправляемых приборах.
- Номинальное питание – 5В;
- 4-х фазный двигатель, 5 проводов;
- Число шагов: 64;
- Угол шага 5,625°;
- Скорость вращения: 15 оборотов в секунду
- Крутящий момент 450 г/сантиметр;
- Сопротивление постоянного тока 50Ω ± 7% (25 ℃).
Описание библиотеки для работы с шаговым двигателем
В среде разработки Ардуино IDE существует стандартная библиотека Strepper.h для написания программ шаговых двигателей. Основные функции в этой библиотеке:
- Stepper(количество шагов, номера контактов). Эта функция создает объект Stepper, которая соответствует подключенному к плате Ардуино двигателю. Аргумент – контакты на плате, к которым подключается двигатель, и количество шагов, которые совершаются для полного оборота вокруг своей оси. Информацию о количестве шагов можно посмотреть в документации к мотору. Вместо количества шагов может быть указан угол, который составляет один шаг. Для определения числа шагов, нужно разделить 360 градусов на это число.
- Set Speed(long rpms) – функция, в которой указывается скорость вращения. Аргументом является положительное целое число, в котором указано количество оборотов в минуту. Задается после функции Step().
- Step(Steps) –поворот на указанное количество шагов. Аргументом может быть либо положительное число – поворот двигателя по часовой стрелке, либо отрицательное – против часовой стрелки.
Пример скетча для управления
В наборе примеров библиотеки Stepper.h существует программа stepper_oneRevolution, в которой задаются все параметры для шагового двигателя – количество шагов, скорость, поворот.
Заключение
В этой статье мы с вами узнали, что такое шаговый двигатель, как можно его подключить к ардуино, что такое драйвер шагового двигателя.
Мы также рассмотрели пример написания скетча, использующего встроенную библиотеку Stepper.
Как видим, ничего особенно сложного в работе с шаговыми моторами нет и мы рекомендуем вам обязательно поэкспериментировать самостоятельно и попробовать включить его в своих проектах Arduino.
Перед началом очередного проекта на Arduino, было решено использовать шаговый двигатель Nema 17.
Почему именно Nema 17? В первую очередь, из-за отличного соотношения цена/качество.
Перед подключением Nema 17, за плечами был определенный опыт работы с шаговиком 24byj48 (даташит). Управлялся он и с помощью Arduino, и с помощью Raspberry pi, проблем не возникало. Основная прелесть этого двигателя – цена (около 3 долларов в Китае). Причем, за эту сумму вы приобретаете двигатель с драйвером в комплекте. Согласитесь, такое можно даже и спалить, не особо сожалея о содеянном.
Теперь появилась задача поинтереснее. Управлять шаговым двигателем Nema 17 (даташит). Данная модель от оригинального производителя реализуется по цене около 40 долларов.
Китайские копии стоят раза в полтора-два дешевле – около 20-30 долларов. Очень удачная модель, которая часто используется в 3D принтерах и CNC-проектах. Первая возникшая проблема – как подобрать драйвер для этого двигателя.
Силы тока на пинах Arduino для питания не хватит.
Сканирование и восстановление диска
Выбор драйвера для управления Nema 17
Step dir драйвер шагового двигателя своими руками
Сегодня в уроке подключим драйвер шагового двигателя A4988 (DRV8825) к Arduino. Рассмотрим самый простой скетч (код,) который позволит вращать шаговым двигателем по часовой и против часовой стрелке.
Что такое шаговый двигатель? Описание драйвера шагового двигателя A4988 и описание драйвера шагового двигателя DRV8825, а также много другой полезной информации по ЧПУ станкам и 3D принтерам, вы сможете найти на моем втором сайте ЧПУ технологии (CNC-tex.ru).
Схема подключения драйвера шагового двигателя A4988 (DRV8825)
Для тех, кому лень сходить на мой второй сайт по ЧПУ станкам, выкладываю схемы подключения драйверов A4988 (DRV8825) к Arduino.
Драйвер шагового двигателя A4988 можно подключить к микроконтроллеру Arduino напрямую вот по такой схеме.
Драйвер шагового двигателя DRV8825 можно подключить к микроконтроллеру Arduino напрямую вот по такой схеме.
Внимание! Для корректной работы шагового двигателя для драйвера необходимо настроить ток. Как рассчитать ток для драйвера A4988 читайте тут, для драйвера DRV8825 читайте тут. Также при необходимости установите радиатор охлаждения драйвера.
Подключение драйвера шагового двигателя A4988 и DRV8825 с помощью модуля
Для облегчения подключения драйверов к Arduino существуют специальные модули, которые помогут без лишних усилий и пайки подключить драйвер A4988 или DRV8825. Подробнее о модулях для подключения драйвера A4988 и DRV8825 читайте тут. Подробно останавливаться на типах модулей и особенностях подключения не буду.
Внимание! При установке драйвера на модуль будьте осторожны.Драйвер может сгореть, если не правильно установить его на модуль.
С подключением определились, пора перейти к коду, который позволит управлять шаговым двигателем.
Код для Arduino и A4988 (DRV8825),который позволяет вращать шаговым двигателем без библиотеки
Следующий код даст представление о том, как управлять скоростью и направлением вращения биполярного шагового двигателя с помощью драйвера шагового двигателя A4988. Данный скетч может служить основой для более интересных экспериментов и проектов на Arduino.
Пояснение к коду:
Скетч начинается с определения выводов Arduino, к которым подключены выводы STEP и DIR драйвера A4988. Здесь также определяем stepsPerRevolution – количество шагов на оборот. Установите данное значение в соответствии со спецификациями шагового двигателя 200 (поскольку NEMA 17 делает 200 шагов за оборот).
В разделе настройки кода setup(), все контакты управления двигателем объявлены как цифровой выход ( OUTPUT ).
В основном цикле loop() будем медленно вращать двигатель по часовой стрелке, а затем быстро вращать его против часовой стрелки, с интервалом в секунду.
Управление направлением вращения
Для управления направлением вращения двигателя мы устанавливаем контакт DIR на высокий уровень HIGH, или низкий LOW. При значении HIGH — вращает двигатель по часовой стрелке, а LOW — против часовой стрелки.
Управление скоростью шагового двигателя
Скорость двигателя определяется частотой импульсов, которые мы посылаем на вывод STEP . Чем чаше импульсы, тем быстрее работает двигатель.
Импульсы — это не что иное, как подтягивание выхода к высокому уровню HIGH , некоторое ожидание, затем подтягивание его к низкому уровню LOW и снова ожидание.
Изменяя задержку между двумя импульсами, вы изменяете частоту импульсов и следовательно, скорость вращения двигателя.
Код для Arduino управления драйвером A4988 (DRV8825)с использованием библиотеки AccelStepper
Управление шаговым двигателем без библиотеки идеально подходит для простых проектов на Arduino с одним двигателем. Но если вы хотите управлять несколькими шаговыми двигателями, вам понадобится библиотека. Итак, для нашего следующего примера будем использовать библиотеку шаговых двигателей под названием AccelStepper library.
AccelStepper library поддерживает
Ускорение и замедление. Несколько одновременных шаговых двигателей с независимыми одновременными шагами на каждом шаговом двигателе. Эта библиотека не включена в IDE Arduino, поэтому вам необходимо сначала установить ее.
Установка библиотеки AccelStepper
Чтобы установить библиотеку, перейдите в «Скетч» -> «Подключить библиотеку» -> «Управление» библиотеками. Подождите, пока диспетчер библиотек загрузит индекс библиотек и обновит список установленных библиотек.
Отфильтруйте свой поиск, набрав «Accelstepper». Щелкните первую запись и выберите «Установка».
Код Arduino с использованием библиотеки AccelStepper
Вот простой пример, который ускоряет шаговый двигатель в одном направлении, а затем замедляется до полной остановки. Как только двигатель делает один оборот, меняет направление вращения. Данный цикл повторяется снова и снова.
Пояснение к коду:
Подключаем библиотеку AccelStepper.
Дальше определяем выводы Arduino, к которым подключаются выводы STEP и DIR A4988. Мы также устанавливаем motorInterfaceType на 1. (1 означает внешний шаговый драйвер с выводами Step и Direction).
Затем мы создаем экземпляр библиотеки под названием myStepper .
В функции настройки мы сначала устанавливаем максимальную скорость двигателя равной тысяче. Затем мы устанавливаем коэффициент ускорения для двигателя, чтобы добавить ускорение и замедление к движениям шагового двигателя. Дальше устанавливаем обычную скорость 200 и количество шагов, которое мы собираемся переместить, например, 200 (поскольку NEMA 17 делает 200 шагов за оборот).
В основном цикле loop() используем оператор if , чтобы проверить, как далеко двигателю нужно проехать (путем чтения свойства distanceToGo ), пока он не достигнет целевой позиции (установленной moveTo ).
Как только distanceToGo достигнет нуля, поменяем направление вращения двигателя в противоположном направлении, изменив значение moveTo на отрицательное по отношению к его текущему значению. Теперь вы заметите, что в конце цикла мы вызвали функцию run () .
Это самая важная функция, потому что шаговый двигатель не будет работать, пока эта функция не будет выполнена.
Это небольшой пример использования библиотеки AccelStepper. В следующем уроке подробнее рассмотрим данную библиотеку и сделаем пару классных примеров использования шаговых двигателей в Arduino проектах.
Понравился Урок 2. Как подключить A4988 (DRV8825) к Arduino? Скетч, библиотека? Не забудь поделиться с друзьями в соц. сетях.
- А также подписаться на наш канал на YouTube, вступить в группу
Изучаем миниатюрный шаговый двигатель
Шаговые двигатели нашли широкое применение в современной промышленности и самоделках. Их используют там, где необходимо обеспечить точность позиционирования механических узлов, не прибегая к помощи обратной связи и точным измерениям.
Сегодня хочу поговорить об особой разновидности шаговых моторов — миниатюрные шаговые двигатели, которые применяются в конструкциях оптических систем. Мы подробно рассмотрим их устройство и способы управления такими крошечными моторчиками. 
Шаговый двигатель — бесколлекторный (бесщёточный) электрический двигатель с несколькими обмотками (фазами), расположенными на статоре и магнитами (часто постоянными) на роторе. Подавая напряжения на обмотки статора, мы можем фиксировать положение ротора, а подавая напряжение на обмотки последовательно можно получить перемещение ротора из одного положения в другое (шаг), причём этот шаг имеет фиксированную угловую величину.
Мы не будем останавливаться на рассмотрении каждого типа шагового двигателя. Об этом в сети написано довольно много и хорошо, например здесь.
Хочу поговорить об особой разновидности шаговых моторов — миниатюрные шаговые двигатели, которые применяются в конструкциях оптических систем. Такие малыши имеются в свободной продаже. Но в сети, особенно в русскоязычной, очень мало информации по таким моторчикам. Потому, когда мне потребовалось использовать их в своём проекте, пришлось изрядно поискать информации и провести пару экспериментов. Результатами своих поисков и экспериментами я поделюсь в этой статье. Мы рассмотрим вопросы управления такими маленькими моторчиками, а именно:
- драйвер L293D + микроконтроллер ATtiny44;
- драйвер TMC2208 + микроконтроллер ATtiny44;
- микроконтроллер ATtiny44 (без драйвера).
Собственно вопросы тут может вызвать только последний пункт. Поверьте, я тоже был удивлён, когда наткнулся на ролик (вот он), где парень просто берёт и напрямую цепляет шаговый мотор к пинам микроконтроллера! Но давайте обо всём по порядку.
Знакомство
Сначала немного посмотрим на внешний вид нашего героя: 
Он действительно очень маленький! Согласно умной книжке Петренко С.Ф. «Пьезоэлектрические двигатели в приборостроении», меньших размеров электромагнитные моторчики создать в принципе невозможно… то есть возможно, но с уменьшением диаметра проволоки, из которой изготавливают обмотки, всё больше энергии рассеивается в виде тепла в окружающую среду, что приводит к уменьшению КПД моторчика и делает их использование нерациональным. Из примечательного, можно отметить, что его вал очень короткий и имеет специальную проточку для установки шестерни или рычага.
Отчётливо видны две обмотки, которые даже покрыты изоляцией разного цвета. Значит, наш моторчик относится, скорее всего, к классу биполярных шаговых двигателей.
Посмотрим как он устроен: 
Считаю, наше знакомство с этими моторчиками будет не полным, если мы не посмотрим, что же у него внутри. Ведь всегда интересно заглянуть внутрь механизма! Разве нет?
Собственно, ничего необычного мы не увидели. Ротор намагничен. Подшипников нигде не наблюдается, всё на втулках. Задняя втулка запрессована в корпус двигателя. Передняя ничем не закреплена. Интересно, что корпус двигателя собирался точечной сваркой. Так что переднюю крышку корпуса пришлось спиливать. Теперь перейдём к вопросу подключения и его электрическим характеристикам.
Убедимся, что он биполярный, прозвонив обмотки. Действительно биполярный, всё как на картинке выше. Сопротивление обмоток около 26Ом, хотя продавец указал 14Ом.
В описании сказано, что напряжение питания 5В. Хотя мы то с вами знаем, что для шагового двигателя важен ток, который будут потреблять его обмотки. Пробуем подключить.
Эксперимент №1. L293D + ATtiny44
Как мы знаем, для управления биполярным шаговым двигателем необходимо не просто прикладывать напряжения к двум обмоткам в нужной последовательности, но и изменять направление тока в этих обмотках, причём делать это независимо друг от друга.
Для этого на каждую обмотку нужен собственный Н-мост. Чтобы не городить его из транзисторов, был взят готовый в лице микросхемы L293D. Ещё одно её преимущество — у микросхемы имеются специальные выводы Enable1 и Enable2, который включают и выключают каждый мост.
Их можно использовать чтобы подавать ШИМ сигнал, тем самым, возможно контролировать напряжения питания каждого моста. Зачем это может понадобиться, мы увидим дальше.
Кроме того, L293D может коммутировать напряжения до 36В и выдавать до 1,2А на каждый канал, чего вполне должно хватить для питания обмоток нашего моторчика.
Итак, схема: 
Управляющие входы L293D подключены к выходам OC0A и OC0B, что позволит в будущем подавать на них ШИМ сигнал. Прошивать контроллер будем через внутрисхемный программатор (на схеме не указан). Вот как выглядит собранная схема на макетной плате: 
И вот так расположен наш подопытный: 
Теперь можно приступать к экспериментам. Рассчитаем ток, который будет течь через обмотки двигателя при подключении их к напряжению 5В: I=U/R = 5В/26Ом = 190мА Совсем небольшой. Интересно как долго он сможет держать такой ток и не перегреться. Включим в цепь одной из обмоток амперметр и вольтметр, и проведём замеры соответствующих величин при подачи питания на эту обмотку через драйвер.
При падении напряжения на обмотке 2.56В амперметр показывает ток 150мА, причём хорошо заметно, как начинает падать величина силы тока в процессе нагревания обмоток. Надо отметить, что не так уж и сильно он греется.
Убедившись, что напряжение 5В для моторчика опасности не представляет, попробуем покрутить им в разные стороны. И вот теперь пару слов мы скажем про режимы работы шагового двигателя.
Об этом довольно хорошо сказано здесь.
Не будем повторяться, но вспомним, что шаговый двигатель может работать в трёх режимах:
- Полношаговый однофазный это когда одновременно напряжение подаётся только на одну фазу двигателя, ротор делает шаг, затем текущая фаза выключается и включается следующая.
- Полношаговый двухфазный это когда напряжение подаётся одновременно на две фазы мотора, при этом, ротор притягивается одновременно к двум обмоткам, что создаёт больший крутящий момент.
- Микрошаговый режим в этом случае реализуется тот же принцип, что и на полношаговом двухфазном, то есть работают одновременно две обмотки, но напряжение (и как следствие ток) распределяется между ними неравномерно. Фактически, это означает, что мы можем поставить моторчик в неограниченное количество положений (на практике, разумеется, такого сделать нельзя). Увеличивается точность позиционирования.
Попробуем реализовать первые два режима на микросхеме L293D а для микрошагового режима оставим специальный драйвер из второго эксперимента. Исходный код программы выглядит следующим образом: Исходный код в среде WinAVR #define F_CPU 8000000UL // указываем частоту в герцах
// фьюзы необходимо выставить L: E2; H:DF; Ex:FF;
// это будет частота 8МГц от внутреннего генератора с выключенным предделителем тактовый частоты (включен по умолчанию и равен 8)
#include // подключаем библиотеку АВР
#include // подключаем библиотеку задержек
#include // подключаем библиотеку прерываний
// управление штатным светодиодом
#define LED_pin PA5
#define LED_ON PORTA |=(1
Контроллер (драйвер) шагового двигателя DRV8825 — шпаргалка
?
trampampamparam (trampampamparam) wrote, 2015-09-05 16:16:00 trampampamparam trampampamparam 2015-09-05 16:16:00 Category: Вот тут — описание изготовления контроллера ШД на PICе, довольно подробно описано, что такое биполярные ШД и униполярные ШД, сколько и каких выходов у ШД, принципы работы.
Описание, схема подключения
DRV8825 — step/dir контроллер биполярного ШД, с выходным током до 2.3А (с радиатором) и до 1.5А — без радиатора. Поддерживает режимы микрошага до 1/32.
Документация на микросхему в формате PDF (на pololu.com) — DRV8825 Stepper Motor Controller IC
Описание платы и её подключение — freedelivery.in.ua, kosmodrom.com.ua, masterkit.ru. На мастерките описание какое-то странное — !FAULT (вроде же выход) зачем-то подключен на +3-5В, SLP и RST замкнуты, но на них ничего не подано.
На polulu.com картинка тоже не похожа на мастеркитовскую.
Хотя для драйвера на A4988 на polulu.com картинка похожа на мастеркитовскую, только вместо !FAULT присутствует VDD. 
Странно, по идее, эти модули совместимы по контактам. Хотя, на мастерките на «материнской» плате какие-то перемычки видны, видимо они и отвечают за настройку мат. платы под плату драйвера. Похоже, на мастерките спутали схемы и не то выложили.Нужен ли конденсатор на силовой шине, если у меня в БП стоит на 6800uF? Попробую без него. Или не стоит?
Справка по типам драйверов
L298 — это просто ключи по схеме H-моста.A3957 — это тоже Н-мосты аналогичные верхним.A4988 — это Н-мосты, но уже слушающие по двум провода Направление Шагать DIR STEP.
DRV8825 — аналогично A4988, но токи держит побольше, и у китайских вариантов A4988 вроде неправильно подобраны номиналы, из-за чего диапазон токов можно настраивать не полностью.
У китайских плат на DRV8825 такой проблемы вроде нет.
Настройка выходного тока
Выходной ток задается резистором R3 и определяется по формуле: I = 2xU. Напряжение U измеряется на переходном отверстии рядом с микросхемой.
Настройка микрошага
Входы M0, M1, M2 — внутрисхемно подтянуты к земле (pulldown), и по умолчанию сигнал можно не подавать. При этом схема будет работать в полношаговом режиме.
| Full step (2-phase excitation) with 71% current | |||
| 1 | 1/2 step (1-2 phase excitation) | ||
| 1 | 1/4 step (W1-2 phase excitation) | ||
| 1 | 1 | 8 microsteps/step | |
| 1 | 16 microsteps/step | ||
| 1 | 1 | 32 microsteps/step | |
| 1 | 1 | 32 microsteps/step | |
| 1 | 1 | 1 | 32 microsteps/step |
PS Хорошее описание драйверов ШД — http://reprap.org/wiki/A4988_vs_DRV8825_Chinese_Stepper_Driver_Boards/ru
Step dir драйвер шагового двигателя своими руками
Конструктивно драйвер изготовлен с возможностью монтажа в корпус и подключением контактных площадок быстроразъемным способом. Что упрощает его установку, эксплуатацию и замену в случае выхода из строя. Подключение производится по следующей таблице:
МаркировкаОписание24V+Положительный контакт для подключения блока питания (питания шагового двигателя) постоянное напряжениеGNDОтрицательный контакты для подключения блока питания (питания шагового двигателя) постоянное напряжениеCLK-Вход для шаговых импульсов STEP (рабочим является передний фронт, длительность > 10мкс)CW-Вход для управления направлением вращения вала шагового двигателя (DIR)EN-Вход для включения/выключения шагового двигателя (ENABLE)+5VОбщий сигнальный проводA+,A-Контакты для подключения I фазной обмотки шагового двигателяB+,B-Контакты для подключения II фазной обмотки шагового двигателя
Подключения драйвера к плате коммутации или просто контроллеру осуществляется двумя способами, которые зависят от схемотехнического исполнения и конфигурации портов контроллера.
Пример подключения драйвера к контроллеру на NPN ключах с открытым коллектором
- Пример подключения драйвера к контроллеру на PNP ключах с открытым коллектором
- Примечание:
- Значение сопротивлений R_CLK, R_CW, R_EN зависят от напряжения питания VCC:
- При VCC = 5В, R_CLK = R_CW = R_EN = 0;
- При VCC = 12В, R_CLK = R_CW = 1кОм, R_EN = 1.5кОм;
- При VCC = 24В, R_CLK = R_CW = 2кОм, R_EN = 3кОм;
Подключение драйвера BL-TB6600-v1.2 к плате BL-MACH-V1.1:
Более подробно о интерфейсной плате BL-MACH-V1.1 можно узнать по ссылке Плата коммутационная (контроллер) BL-MACH-V1.1
СТАТЬЯ В ПРОЦЕССЕ НАПИСАНИЯ
Управление шаговым двигателем. Схема и описание
Шаговые двигатели присутствуют в автомобилях, принтерах, компьютерах, стиральных машинах, электробритвах и многих других устройствах из повседневного быта. Однако многие радиолюбители до сих пор не знают, как заставить такой мотор работать и что он вообще из себя представляет.
Итак, давайте узнаем, как использовать шаговый двигатель.
Шаговые двигатели являются частью класса моторов, известных как безщеточные двигатели. Обмотки шагового двигателя являются частью статора.
На роторе расположен постоянный магнит или, для случаев с переменным магнитным сопротивлением, зубчатый блок из магнитомягкого материала. Все коммутации производятся внешними схемами.
Обычно система мотор — контроллер разрабатывается так, чтобы была возможность вывода ротора в любую, фиксированную позицию, то есть система управляется по положению. Цикличность позиционирования ротора зависит от его геометрии.
Типы шаговых двигателей
Существуют три основных типа шаговых двигателей: переменной индуктивности, двигатели с постоянными магнитами, и гибридные двигатели.
Выбор сечений проводов по экономическим показателям
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.
↑ Схема и прототип
Проектировал в среде DipTrace. Драйвер A3982 включен по схеме из документации производителя. Включен режим «полушаг».
Дополнительно для надежной работы сигналов управления и индикации применил микросхему логики 74НС14 (с триггерами Шмитта). Можно было сделать гальвано-развязку на оптронах, но для маленького станка я решил ее не делать.
Схема на A3977 отличается только дополнительными джамперами режима шага и более мощным разъемом питания, пока в «железе» не реализована.
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.
Сморите видео
Несмотря на то, что драйвер, обеспечивающий микрошаговый режим, намного сложнее обычного драйвера, всё равно система может оказаться более простой и дешевой, чем шаговый двигатель, плюс редуктор.
Конструкция в поперечном разрезе напоминает шестерню с зубцами. Полная схема, приведенная в [ 10 ] и многократно повторенная на интернет-сайтах, пригодна для использования в качестве тестовой платы.
С помощью подстроечного резистора видно на правом фото можно задавать выходной ток.
Схема содержит описанный ранее двунаправленный двухфазовый формирователь на D-триггерах Рисунок
Современные микроконтроллеры иногда имеют встроенные ЦАПы, которые можно использовать для реализации микрошагового режима взамен специальных контроллеров.
Увеличение или уменьшение питающего напряжения ни к чему не приведет, так как обороты задаются частотой сети. Направление магнитного поля зависит от того, на какой именно вывод обмотки подан положительный потенциал.
Соответственно, в режиме удержания поскольку используются 8 разрядов ЦАП , максимальный ток составит 1 А. При этом используется номинальное число шагов.
Синусоидальный ток фаз может быть обеспечен применением специальных драйверов.
Это означает, что в таком режиме не может быть получен полный момент. Внутри находятся полюсные наконечники в виде ламелей. Шаговый двигатель БЕЗ ДРАЙВЕРА!
Еще по теме: Кабельные столбики пуэ
Подключение шаговых двигателей
Разные шаговые двигатели могут иметь разное количество проводов, как правило, 4, 5, 6, или 8. 4-х проводные линии могут поддержать только биполярные шаговые двигатели, поскольку у них нет центрального провода.
5-ти и 6-ти проводные механизмы могут быть использованы как для однополярного, так и биполярного шагового двигателя, в зависимости от того, используется центральный провод на каждой из катушек или нет. 5-ти проводная конфигурация подразумевает, что центральные провода на два комплекта катушек соединены внутри между собой.
Содержание / Contents
- 1 Привод
- 2 Двигатель (мотор)
- 3 Выбираем шаговый двигатель
- 4 Драйвер шагового двигателя
- 5 Богатство выбора
- 6 Драйвер ШД на микросхеме Allegro A3982
- 7 Драйвер ШД на микросхеме Allegro A3977
- 8 Схема и прототип
- 9 Печатная плата
- 10 Работа
- 11 Файлы
Сразу оговорюсь — все, что здесь далее написано, лишь мои личные выводы и не претендует на абсолютную истину. Истина рождается в споре, так что если уважаемые читатели в чем-то со мной не согласны, давайте это обсудим!
Задача построения станка обычно сводится к трем подзадачам — механика, электроника, программное обеспечение. Видимо и статьи придется писать тоже три. Поскольку у нас журнал всё-таки практической электроники, начну с электроники и чуть-чуть с механики!
Способы управления шаговыми двигателями
Есть несколько различных способов управления шаговыми двигателями — полный шаг, полушаг, и микрошаговый. Каждый из этих стилей предлагают различные крутящие моменты, шаги и размеры.
Полный шаг — такой привод всегда имеет два электромагнита. Для вращения вала, один из электромагнитов выключается и далее электромагнит включен, вызывая вращение вала на 1/4 зуба (по крайней мере для гибридных шаговых двигателей). Этот стиль имеет самый сильный момент вращения, но и самый большой размер шага.
Полшага. Для вращения центрального вала, первый электромагнит находится под напряжением, как первый шаг, затем второй также под напряжением, а первый все еще работает на второй шаг.
При третьем шаге выключается первый электромагнит и четвертый шаг — поворот на третий электромагнит, а второй электромагнит по-прежнему работает.
Этот метод использует в два раза больше шагов, чем полный шаг, но он также имеет меньший крутящий момент.
Микрошаговый имеет наименьший размер шага из всех этих стилей. Момент вращения, связанный с этим стилем, зависит от того, как много тока, протекает через катушки в определенное время, но он всегда будет меньше, чем при полном шаге.
↑ Привод
Нужно двигать собственно фрезер в 3-х направлениях — XYZ, значит нужно 3 привода — 3 мотора с передачей вращения вала двигателя в линейное перемещение. О передаче… Для фрезерного станка, где есть боковые усилия резания материала, желательно не применять ременные передачи, очень популярные в 3D принтерах. Буду применять передачу «винт-гайка».
Самая бюджетная передача — обычный стальной винт и безлюфтовая, желательно бронзовая, гайка. Более правильная — винт с трапециевидной резьбой и гайка из капролона. Самая хорошая (и, увы, самая дорогая) шарико-винтовая пара, или ШВП.
Об этом подробнее я еще расскажу далее… У каждой передачи есть свой коэффициент, свой шаг — то есть насколько линейно по оси переместится фрезер за один оборот двигателя, например, на 4 мм.
Схема подключения шаговых двигателей
Чтобы управлять шаговым двигателем необходим контроллер. Контроллер — схема, которая подает напряжение к любой из четырех катушек статора. Схемы управления достаточно сложны, по сравнению с обычными электромоторчиками, и имеют много особенностей. Подробно рассматривать тут мы их не будем, а просто приведём фрагмент популярного контроллера на ULN2003A.
В общем шаговые двигатели являются отличным способом для того, чтобы повернуть что-то в точный размер угла с большим количеством крутящего момента. Другое преимущество их в том, что скорость вращения может быть достигнута почти мгновенно при изменении направления вращения на противоположное.
Originally posted 2018-11-23 11:47:42. Republished by Blog Post Promoter
- Добавить ссылку на обсуждение статьи на форуме
- РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Защита и контроль >
- 4-х осевой Step/Dir контроллер шаговых двигателей
Загрузка...
