DC və Stepper Motor Tester: 12 Addım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:44

Bir neçə ay əvvəl bir dostum mənə atılmış bir neçə inkjet printer və kopiya maşını hədiyyə etdi. Mən onların enerji mənbələri, kabellər, sensorlar və xüsusən mühərrikləri yığmaqla maraqlandım. Əlimdən gələnləri xilas etdim və bütün hissələrin işlək olduğundan əmin olmaq üçün onları sınamaq istədim. Bəzi mühərriklər 12V, bəziləri 5V, bəziləri pilləli, digərləri DC mühərriklər idi. Kaş ki, mühərriki bağlaya biləcəyim, tezliyi, vəzifə dövrünü təyin edə biləcəyim və sınamaq üçün bir addımlama üsulu seçə biləcəyim bir cihazım olsaydı.

Rəqəmsal siqnal prosessoru və ya mikro nəzarətçi istifadə etmədən qurmağa qərar verdim. Təvazökar 555 və ya tl741, osilatör, 4017 sayğacı və step motor rejimləri üçün bir çox məntiq qapısıdır. Əvvəlcə dövrəni tərtib edərkən, həm də cihazın ön panelini dizayn edərkən çox əyləndim. Hər şeyi içəriyə qoymaq üçün layiqli bir taxta çay qutusu tapdım. Dövrü dörd hissəyə böldüm və çörək taxtasında sınamağa başladım. Tezliklə məyusluğun ilk əlamətləri ortaya çıxdı. Bir qarışıqlıq idi. Çox qapı, çoxlu IC, tel. Düzgün işləmədi və iki seçim arasında düşünürdüm: Çox sadə etmək üçün - sadəcə DC mühərrikləri üçün, ya da kənara qoyub bəzən daha sonra bitirmək üçün … ikinci variantı seçdim.

Addım 1: DC və Stepper Controlling Teorisi

DC Motor

Bir DC motorunu idarə etməyin ən çox yayılmış yolu, sözdə nəbz genişliyi modulyasiyasıdır (PWM). PWM xüsusi bir açara tətbiq olunur və mühərriki açır və söndürür. Şəkildə göstərilən keçid müddətini və onun tezliklə əlaqəsini görə bilərsiniz, keçid müddəti də göstərilir. Vəzifə dövrü, keçid müddətinin ümumi dövrə bölünməsi olaraq təyin olunur. Tezliyi sabit saxlasaq, iş dövrünü dəyişməyin yeganə yolu vaxtını dəyişdirməkdir. İş dövrünü artıraraq, mühərrikə tətbiq olunan gərginliyin orta dəyəri də artır. Daha yüksək gərginlik səbəbindən DC motorundan daha yüksək bir cərəyan axır və rotor daha sürətli fırlanır.

Amma hansı tezliyi seçmək lazımdır? Bu suala cavab vermək üçün bir DC motorunun əslində nə olduğunu daha yaxından nəzərdən keçirək. Eyni şəkildə, bir RL filtri olaraq da təsvir edilə bilər (EMF -ni bir anlıq geri götürmək). Mühərrikə bir gərginlik tətbiq edildikdə (RL filtri), cərəyan L / R -ə bərabər olan bir zaman sabit tau ilə artır, PWM nəzarətində, keçid bağlandıqda, mühərrikdən keçən cərəyan artır və keçid söndürüldükdə azalır. Bu nöqtədə, cərəyan əvvəlki kimi eyni istiqamətə malikdir və geri dönən dioddan axır. Daha yüksək gücə malik olan mühərriklər daha kiçik indüktansa malikdir və buna görə də daha kiçik mühərriklərə nisbətən daha yüksək vaxt sabitliyinə malikdir. Kiçik mühərrik işə salındıqda tezlik aşağı olarsa, sönmə zamanı cərəyanda sürətli bir azalma və ardınca açma zamanı böyük bir artım var. Bu cərəyan da motor torkunun dalğalanmasına səbəb olur. Biz bunu istəmirik. Buna görə kiçik motorlara güc verərkən PWM tezliyi daha yüksək olmalıdır. Sonrakı mərhələlərdə bu məlumatı dizaynda istifadə edəcəyik.

Step Motor

Hobbi elektronikasında istifadə olunan təkqütblü bir pilləli motoru idarə etmək istəyiriksə, 3 əsas idarəetmə variantından (rejimindən) birini seçə bilərik - Dalğa sürücüsü (WD), Half Step (HS) və Full Step (FS). Fərdi rejimlərin ardıcıllığı və rotorun mövqeyi şəkildə göstərilmişdir (sadəlik üçün iki cüt dirəkli bir motor göstərmişəm). Bu vəziyyətdə Dalğa Sürücü və Tam Addım rotorun 90 dərəcə dönməsinə səbəb olur və 4 vəziyyəti təkrarlamaqla əldə edilə bilər. Half Step rejimində 8 vəziyyətdən ibarət bir ardıcıllığa ehtiyacımız var.

Rejimin seçimi sistemin tələblərindən asılıdır - böyük bir torka ehtiyacımız varsa, ən yaxşı seçim Tam addımdır, daha aşağı bir tork kifayətdirsə və bəlkə də dövrəmizi batareyadan enerjiləşdirsək, dalğa sürmə rejiminə üstünlük verilir. Ən yüksək açısal qətnamə və ən hamar bir hərəkət əldə etmək istədiyimiz tətbiqlərdə Half Drive rejimi ideal bir seçimdir. Bu rejimdə fırlanma anı Tam Sürmə rejimindən təxminən 30% aşağıdır.

Addım 2: Dövrə Şeması

Bu sadə mem dizayn zamanı düşünmə prosesimi düzgün təsvir edir.

Diaqramın yuxarı hissəsi enerji təchizatını təsvir edir - xətti tənzimləyici tərəfindən 5 volta endirilən 12 voltluq adapter. Motorun maksimum sınaq gərginliyini (MMTV) - 12 və ya 5 volt seçə bilmək istədim. Daxili ampermetr idarəetmə sxemlərini aşacaq və yalnız motor cərəyanını ölçəcək. Bir multimetrdən istifadə edərək daxili və xarici cərəyan ölçüləri arasında keçid etmək də rahat olardı.

Osilatör iki rejimdə işləyəcək: birincisi sabit bir tezlik və bir dəyişən vəzifə dövrü, ikincisi isə dəyişən bir tezlikdir. Bu parametrlərin hər ikisi potensiometrlərdən istifadə etməklə qurula bilər və bir dönər keçid rejimi və aralığını dəyişdirəcək. Sistem həmçinin 3,5 mm jak konnektoru vasitəsilə daxili və xarici saat arasında keçid də daxil edəcək. Daxili saat da 3,5 mm jak vasitəsilə panelə qoşulacaq. Saatı aktiv etmək/söndürmək üçün bir keçid və bir düymə. DC motor sürücüsü tək kvadrant N kanallı mosfet sürücüsü olacaq. Mexanik dpdt açarı istifadə edərək istiqamət dəyişdiriləcək. Motor xətləri banan krikoları vasitəsi ilə bağlanacaq.

Step motor ardıcıllığı, daldırma açarı tərəfindən göstərilən 3 idarəetmə rejimini tanıyacaq bir arduino tərəfindən idarə ediləcək. Step motorun sürücüsü uln2003 olacaq. Arduino, bu rejimlərdə işləyən motor sarımlarının animasiyasını təmsil edəcək 4 LED -i də idarə edəcək. Step motoru test cihazına ZIF yuvası vasitəsi ilə qoşulacaq.

Addım 3: sxemlər

Sxemlər beş hissəyə bölünür. Mavi qutulara qoyulmuş sxemlər paneldə olacaq komponentləri təmsil edir.

1. Enerji təchizatı
2. Osilator
3. DC sürücü
4. Arduino Stepper Sürücü
5. Məntiq qapıları addım sürücü

Vərəq nr. 5 bu layihədən yalan danışmağımın səbəbidir. Bu sxemlər əvvəllər qeyd olunan idarəetmə rejimləri üçün ardıcıllıqlar yaradır - WD, HS və FS. Bu hissə nr vərəqdə tamamilə arduino ilə əvəz edilmişdir. 4. Tam Qartal sxemləri də əlavə olunur.

Addım 4: Lazımi Komponentlər və Alətlər

Lazımi alətlər və komponentlər:

• Multimetr
• Kaliper
• Karton kəsici
• Marker
• Cımbız
• İncə kəlbətinlər
• Kəlbətin kəsilməsi
• Tel çıxaran kəlbətinlər
• Lehimleme dəmir
• Lehim
• Kolofoniya
• Tellər (24 avg)
• 4x spdt açarı
• 2x dpdt açarı
• 4x banan yuvası
• Düyməni basın
• ZIF yuvası
• 2x 3,5 mm jak
• DC konnektoru
• Arduino nano
• 3 qütblü DIP açarı
• 2x3 mm LED
• 5x5 mm LED
• İki rəngli LED
• Potensiometr düymələri
• DIP prizləri
• Universal PCB
• Dupont bağlayıcıları
• Plastik kabel bağları

Və

• Potensialiometrlər
• Rezistorlar
• Kondansatörler

LEDlərin tezlik aralığına və parlaqlığına uyğun olaraq seçdiyiniz dəyərlərlə.

Addım 5: Ön Panel Dizaynı

Test cihazı köhnə taxta çay qutusuna qoyuldu. Əvvəlcə daxili ölçüləri ölçdüm və sonra komponentlərin yerləşdirilməsi üçün şablon rolunu oynayan sərt kartondan düzbucaqlı kəsdim. Parçaların yerləşdirilməsindən məmnun olduğum zaman hər bir mövqeyi yenidən ölçdüm və Fusion360 -da bir panel dizaynı yaratdım. 3D çapda sadəlik üçün paneli 3 kiçik hissəyə ayırdım. Panelləri qutunun iç tərəflərinə bərkitmək üçün L şəkilli bir tutacaq da hazırladım.

Addım 6: 3D çap və sprey boyama

Panellər evdə olan qalıq materialdan Ender-3 printerindən istifadə edərək çap edildi. Şəffaf çəhrayı bir petg idi. Çap etdikdən sonra panellərə və tutacaqlara mat qara akril boya səpdim. Tam əhatə üçün 3 qat tətbiq etdim, təxminən bir gün qurutmaq və havalandırmaq üçün bir neçə saat çöldə qoydum. Ehtiyatlı olun, boya tüstüləri zərərli ola bilər. Həmişə yalnız havalandırılan bir otaqda istifadə edin.

Addım 7: Panel Kabelləri

Şəxsən mənim ən çox sevdiyim, lakin ən çox vaxt aparan hissəm (büzülmə borularını istifadə etmədiyim üçün əvvəlcədən üzr istəyirəm, vaxtım çatmırdı - əks halda mütləq istifadə edərdim).

Panellərin quraşdırılması və işlənməsi zamanı tənzimlənən mötərizələr çox kömək edir. Üçüncü əl deyiləndən istifadə etmək də mümkündür, amma tutucusuna üstünlük verirəm. İş zamanı panelin cızılmaması üçün tutacaqlarını tekstil parça ilə örtdüm.

Bütün açarları və potansiyometrləri, LEDləri və digər bağlayıcıları panelə daxil edib vidaladım. Sonradan, paneldəki komponentləri birləşdirəcək və eyni zamanda pcb -yə qoşulmaq üçün istifadə ediləcək tellərin uzunluğunu təxmin etdim. Bunlar bir az daha uzundur və bir az uzatmaq yaxşıdır.

Bağlayıcıları lehimləyərkən demək olar ki, həmişə maye lehim axını istifadə edirəm. Pinə az miqdarda tətbiq edirəm, sonra da qalayla telə bağlayıram. Flux, oksidlənmiş metalları səthdən çıxarır, bu da birləşməni lehimləməyi xeyli asanlaşdırır.

Addım 8: Panel lövhəsi bağlayıcıları

Paneli pcb -yə bağlamaq üçün dupont tipli bağlayıcılardan istifadə etdim. Onlar geniş yayılmışdır, ucuzdur və ən əsası seçilmiş qutuya rahat oturacaq qədər kiçikdir. Kabellər sxemə uyğun olaraq, cüt, üçəm və ya dördüzlü olaraq düzülmüşdür. Rəng kodludur, asanlıqla tanınır və bağlanmaq asandır. Eyni zamanda, vahid bir tel dolaşımında itməmək gələcək üçün praktikdir. Nəhayət, plastik kabel bağları ilə mexaniki olaraq bərkidilirlər.

Addım 9: PCB

Diaqramın panelin xaricindəki hissəsi geniş olmadığından universal bir PCB -də bir dövrə düzəltmək qərarına gəldim. 9x15 sm ölçüdə adi bir pcb istifadə etdim. Giriş kondansatörlərini xətti tənzimləyici və soyuducu ilə birlikdə sol tərəfə qoydum. Sonradan IC 555, 4017 sayğacı və ULN2003 sürücüsü üçün yuvalar quraşdırdım. 4017 sayğacının yuvası boş qalacaq, çünki funksiyası arduino tərəfindən alınır. Aşağı hissədə N kanallı mosfet F630 üçün sürücü var.

Addım 10: Arduino

Sistemin arduino ilə əlaqəsi nr sxem sxemində sənədləşdirilmişdir. 4. Aşağıdakı sancaqlar düzümü istifadə edilmişdir:

• DIP keçid üçün 3 rəqəmsal giriş - D2, D3, D12
• LED göstəriciləri üçün 4 rəqəmsal çıxış - D4, D5, D6, D7
• Step sürücüsü üçün 4 rəqəmsal çıxış - D8, D9, D10, D11
• Potensialiometr üçün bir analog giriş - A0

Fərdi motor sarımlarını əks etdirən LED göstəriciləri, sarımların əslində işlədildiyindən daha yavaş yanır. LED -lərin yanıb -sönmə sürəti mühərrik sarımlarına uyğun gəlsəydi, bunu hamısının davamlı bir işıqlandırması olaraq görərdik. Fərdi rejimlər arasında aydın bir sadə təsvirə və fərqlərə nail olmaq istədim. Buna görə LED göstəriciləri 400 ms aralıqlarla müstəqil olaraq idarə olunur.

Step motorunu idarə etmək funksiyaları müəllif Cornelius tərəfindən blogunda yaradılmışdır.

Addım 11: Montaj və Test

Nəhayət, bütün panelləri pcb -yə bağladım və test cihazını sınamağa başladım. Bir osiloskop, o cümlədən tezlik və vəzifə dövrü nəzarəti ilə osilatoru və onun diapazonlarını ölçdüm. Böyük bir problemim yox idi, etdiyim yeganə dəyişiklik giriş elektrolitik kondansatörlərə paralel olaraq keramika kondansatörləri əlavə etmək idi. Əlavə edilmiş kondansatör, DC adapter kabelinin parazitar elementləri tərəfindən sistemə daxil edilən yüksək tezlikli müdaxilənin azalmasını təmin edir. Bütün test funksiyaları lazım olduğu kimi işləyir.

Addım 12: Çıxış

İndi nəhayət, illər ərzində xilas edə bildiyim bütün mühərrikləri sınaqdan keçirə bilərəm.

Test cihazı haqqında nəzəriyyə, sxem və ya bir şeylə maraqlanırsınızsa, mənimlə əlaqə saxlamaqdan çəkinməyin.

Oxuduğunuz və vaxtınız üçün təşəkkürlər. Sağlam və təhlükəsiz qalın.