Testuesi i motorit DC dhe Stepper: 12 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:14

Disa muaj më parë, një miku im më dha disa printera inkjet të hedhur dhe makina kopjimi. Unë isha i interesuar të korrja njësitë e tyre të burimit të energjisë, kabllot, sensorët dhe veçanërisht motorët. Unë shpëtova atë që munda dhe doja të provoja të gjitha pjesët për t'u siguruar që ato ishin funksionale. Disa motorë u vlerësuan në 12V, disa në 5V, disa ishin stepper dhe të tjerët ishin motorë DC. Sikur të kisha një pajisje, ku thjesht mund të lidhja motorin, të vendosja frekuencën, ciklin e punës dhe të zgjidhja një metodë hapash për ta testuar atë.

Vendosa ta ndërtoj pa përdorur procesor dixhital të sinjalit, ose mikrokontrollues. 555 ose tl741 i thjeshtë si oshilator, numëruesi 4017 dhe shumë porta logjike për mënyrat e motorit stepper. Në fillim u argëtova shumë duke hartuar qarkun, si dhe duke projektuar panelin e përparmë për pajisjen. Kam gjetur një kuti të mirë çaji prej druri për të futur gjithçka brenda. Unë e kam ndarë qarkun në katër pjesë dhe kam filluar ta testoj atë në një dërrasë buke. Së shpejti, u shfaqën shenjat e para të zhgënjimit. Ishte një rrëmujë. Shumë porta, shumë IC, tela. Nuk funksionoi siç duhet dhe po mendoja midis dy opsioneve: Për ta bërë atë shumë të thjeshtë - vetëm për motorët DC, ose e lini mënjanë dhe e përfundoni ndonjëherë më vonë … Zgjodha opsionin e dytë.

Hapi 1: Teoria e Kontrollit DC dhe Stepper

Motor DC

Mënyra më e zakonshme për të kontrolluar një motor DC është përmes të ashtuquajturës modulim të gjerësisë së impulsit (PWM). PWM aplikohet në një ndërprerës specifik dhe ndez dhe fik motorin. Në figurë mund të shihni periudhën e treguar të ndërrimit dhe lidhjen e saj me frekuencën, tregohet edhe koha e kalimit. Cikli i punës përcaktohet si koha e ndërrimit e ndarë me periudhën totale. Nëse e mbajmë frekuencën konstante, mënyra e vetme për të ndryshuar ciklin e punës është ndryshimi i kohës. Duke rritur ciklin e punës, vlera mesatare e tensionit që aplikohet në motor gjithashtu rritet. Për shkak të tensionit më të lartë, një rrymë më e lartë rrjedh përmes motorit DC dhe rotori rrotullohet më shpejt.

Por çfarë frekuence për të zgjedhur? Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, le të hedhim një vështrim më të afërt se çfarë është në të vërtetë një motor DC. Në mënyrë të barabartë, mund të përshkruhet si një filtër RL (duke lënë pas dore EMF -në vetëm për një moment). Nëse një tension aplikohet në motor (filtri RL), rryma rritet me një konstante kohore tau që është e barabartë me L / R. Në rastin e kontrollit PWM, kur çelësi është i mbyllur, rryma që rrjedh përmes motorit rritet dhe zvogëlohet gjatë kohës që çelësi është i fikur. Në këtë pikë, rryma ka të njëjtin drejtim si më parë dhe rrjedh përmes diodës së kthimit. Motorët me fuqi më të lartë kanë një induktancë më të lartë dhe kështu një konstante kohore më të lartë se motorët më të vegjël. Nëse frekuenca është e ulët kur motori i vogël aktivizohet, ka një rënie të shpejtë të rrymës gjatë kohës së fikjes, e ndjekur nga një rritje e madhe gjatë kohës së ndezjes. Kjo valëzim aktual gjithashtu bën që çift rrotullimi i motorit të valëzohet. Ne nuk e duam atë. Prandaj, kur fuqizoni motorë më të vegjël, frekuenca PWM duhet të jetë më e lartë. Ne do t'i përdorim këto njohuri në dizajn në hapat e mëvonshëm.

Stepper Motor

Nëse duam të kontrollojmë një motor stepper njëpolar, të përdorur në elektronikën e hobi, ne kemi një zgjedhje prej 3 opsioneve (mënyrave) bazë të kontrollit - Vala me valë (WD), Half Step (HS) dhe Full Step (FS). Sekuenca e mënyrave individuale dhe pozicioni i rotorit tregohet në figurë (për thjeshtësi, unë kam treguar një motor me dy palë pole). Në këtë rast, Wave Drive dhe Full Step bëjnë që rotori të rrotullohet 90 gradë dhe mund të arrihet duke përsëritur 4 gjendje. Në modalitetin Half Step, ne kemi nevojë për një sekuencë prej 8 gjendjesh.

Zgjedhja e mënyrës varet nga kërkesat e sistemit - nëse kemi nevojë për një çift rrotullues të madh, zgjidhja më e mirë është Full Step, nëse një çift rrotullues më i ulët është i mjaftueshëm dhe ndoshta ne e furnizojmë qarkun nga bateria, preferohet mënyra e lëvizjes me valë. Në aplikacionet ku duam të arrijmë rezolucionin më të lartë këndor dhe lëvizjen më të qetë, modaliteti Half Drive është një zgjedhje ideale. Çift rrotullues në këtë mënyrë është rreth 30% më i ulët se në modalitetin Drive Full.

Hapi 2: Diagrami i Qarkut

Ky meme e thjeshtë përshkruan me vend procesin tim të të menduarit gjatë projektimit.

Pjesa e sipërme e diagramit përshkruan furnizimin me energji elektrike - një përshtatës 12 volt, i cili zvogëlohet në 5 volt nga një rregullator linear. Doja të isha në gjendje të zgjidhja tensionin maksimal të provës së motorit (MMTV) - ose 12 ose 5 volt. Ammetri i integruar do të anashkalojë qarqet e kontrollit dhe do të masë vetëm rrymën e motorit. Gjithashtu do të ishte e përshtatshme të mund të kaloni midis matjes së rrymës së brendshme dhe të jashtme duke përdorur një multimetër.

Lëkundësi do të funksionojë në dy mënyra: e para është një frekuencë konstante dhe një cikël detyre e ndryshueshme, dhe e dyta është një frekuencë e ndryshueshme. Të dy këta parametra do të mund të vendosen duke përdorur potenciometra, dhe një ndërprerës rrotullues do të jetë ndërrimi i mënyrave dhe diapazoneve. Sistemi gjithashtu do të përfshijë një kalim midis orës së brendshme dhe të jashtme përmes një lidhësi fole 3.5 mm. Ora e brendshme gjithashtu do të lidhet me panelin përmes një fole 3.5 mm. Një ndërprerës dhe një buton për të aktivizuar/çaktivizuar orën. Drejtuesi i motorit DC do të jetë një drejtues mosfeti me një kuadrant të vetëm të kanalit N. Drejtimi do të ndryshohet duke përdorur çelësin mekanik dpdt. Drejtuesit e motorit do të lidhen përmes prizave të bananeve.

Sekuenca e motorit stepper do të kontrollohet nga një arduino, i cili gjithashtu do të njohë 3 mënyra kontrolli të përcaktuara nga ndërprerësi. Drejtuesi i motorit stepper do të jetë uln2003. Arduino gjithashtu do të kontrollojë 4 LED që do të përfaqësojnë animacionin e mbështjelljeve të motorit të fuqizuar në këto mënyra. Motori stepper do të lidhet me testuesin përmes një fole ZIF.

Hapi 3: Skemat

Skemat janë të ndara në pesë pjesë. Qarqet e përshtatura në kuti blu përfaqësojnë përbërësit që do të jenë në panel.

1. Furnizimi me energji elektrike
2. Lëkundës
3. Shoferi DC
4. Shofer Arduino Stepper
5. Logic Gates Stepper Driver

Fleta nr. 5 është arsyeja pse e lashë këtë projekt të gënjyer. Këto qarqe formojnë sekuenca për mënyrat e kontrollit të përmendura më parë - WD, HS dhe FS. Kjo pjesë zëvendësohet me arduino plotësisht në fletën nr. 4. Skemat e plota të Eagle janë bashkangjitur gjithashtu.

Hapi 4: Komponentët dhe mjetet e nevojshme

Përbërësit dhe mjetet e nevojshme:

• Multimetër
• Kalibër
• Prestar kartoni
• Shënues
• Piskatore
• Pincë të imëta
• Prerje pincë
• Pincë për heqjen e telave
• Makine per ngjitjen e metalit
• Saldator
• Kolofoni
• Tela (24 awg)
• Kaloni 4x spdt
• 2x kaloni dpdt
• 4 x prizë bananeje
• Shtyp butonin
• Prizë ZIF
• 2x fole 3.5 mm
• Lidhës DC
• Arduino nano
• Ndërprerës DIP me 3 pole
• LED 2x 3 mm
• LED 5x 5 mm
• LED me dy ngjyra
• Çelësat e potenciometrit
• Bazat DIP
• PCB universale
• Lidhësit Dupont
• Lidhje plastike të kabllove

Dhe

• Potenciometra
• Rezistencat
• Kondensatorët

me vlerat tuaja të zgjedhura, që korrespondojnë me diapazonin e frekuencës dhe shkëlqimin e LED -ve.

Hapi 5: Dizajni i panelit të përparmë

Testuesi u vendos në një kuti të vjetër çaji prej druri. Së pari kam matur dimensionet e brendshme dhe më pas kam prerë një drejtkëndësh nga kartoni i fortë, i cili shërbeu si një model për vendosjen e përbërësve. Kur isha i kënaqur me vendosjen e pjesëve, mata përsëri çdo pozicion dhe krijova një model panel në Fusion360. E ndava panelin në 3 pjesë më të vogla, për thjeshtësi në printimin 3D. Unë gjithashtu projektova një mbajtëse në formë L për fiksimin e paneleve në anët e brendshme të kutisë.

Hapi 6: Shtypja 3D dhe lyerja me llak

Panelet u shtypën duke përdorur një printer Ender-3, nga materiali i mbetur që kisha në shtëpi. Ishte një petg transparent rozë. Pas shtypjes, unë spërkova panelet dhe mbajtësit me bojë akrilike të zezë të zezë. Për mbulim të plotë, unë aplikova 3 shtresa, i vendosa jashtë për disa orë për t'u tharë dhe ajrosur për rreth gjysmë dite. Kini kujdes, tymi i bojës mund të jetë i dëmshëm. Gjithmonë përdorni ato vetëm në një dhomë të ajrosur.

Hapi 7: Instalimet e panelit

Personalisht, pjesa ime e preferuar, por që merr shumë kohë (kërkoj falje paraprakisht për mos përdorimin e tubave të tkurrjes, isha në një krizë kohore - përndryshe do t'i përdorja patjetër).

Kllapat e rregullueshme ndihmojnë shumë gjatë montimit dhe trajtimit të paneleve. Shtë gjithashtu e mundur të përdorni të ashtuquajturën dorë të tretë, por unë preferoj mbajtësin. I mbulova dorezat e tij me një leckë tekstili në mënyrë që paneli të mos gërvishtet gjatë punës.

Kam futur dhe vidhosur të gjithë çelsat dhe potenciometrat, LED dhe lidhës të tjerë në panel. Më pas, unë vlerësova gjatësinë e telave që do të lidhin përbërësit në panel dhe gjithashtu ato që do të përdoren për t'u lidhur me PCB. Këto priren të jenë pak më të gjata dhe është mirë t'i zgjasim pak.

Unë pothuajse gjithmonë përdor fluksin e saldimit të lëngshëm kur bashkoj lidhësit. Unë aplikoj një sasi të vogël në kunj dhe pastaj kallaj dhe e lidh atë me tel. Fluksi heq çdo metal të oksiduar nga sipërfaqet, duke e bërë shumë më të lehtë lidhjen e bashkimit.

Hapi 8: Lidhëset e panelit-bordit

Për të lidhur panelin me PCB, kam përdorur lidhës të tipit dupont. Ato janë gjerësisht të disponueshme, të lira dhe, më e rëndësishmja, mjaft të vogla për t'u përshtatur të qetë në kutinë e zgjedhur. Kabllot janë rregulluar sipas skemës, në çifte, treshe ose katërfish. Ato janë të koduara me ngjyra për tu identifikuar lehtë dhe lehtë për t'u lidhur. Në të njëjtën kohë, është praktike që e ardhmja të mos humbasë në një ngatërresë uniforme telash. Së fundi, ato janë të siguruara mekanikisht me lidhje plastike të kabllove.

Hapi 9: PCB

Meqenëse pjesa e diagramit që është jashtë panelit nuk është e gjerë, vendosa të bëj një qark në një PCB universale. Kam përdorur një pcb të rregullt 9x15 cm. Vendosa kondensatorët hyrës së bashku me rregullatorin linear dhe ngrohësin në anën e majtë. Më pas, unë instalova bazat për IC 555, 4017 counter dhe shoferin ULN2003. Foleja për numëruesin 4017 do të mbetet bosh pasi funksioni i tij merret nga arduino. Në pjesën e poshtme ka një drejtues për kanalin N mosfet F630.

Hapi 10: Arduino

Lidhja e sistemit me arduino dokumentohet në fletën skematike nr. 4. është përdorur rregullimi i mëposhtëm i kunjave:

• 3 hyrje dixhitale për ndërruesin DIP - D2, D3, D12
• 4 dalje dixhitale për treguesit LED - D4, D5, D6, D7
• 4 dalje dixhitale për drejtues stepper - D8, D9, D10, D11
• Një hyrje analoge për potenciometër - A0

Treguesit LED që përfaqësojnë dredha -dredha individuale të motorit, ndriçojnë ngadalë sesa dredha -dredha në të vërtetë mundësohet. Nëse shpejtësia e ndezjes së LED -ve korrespondonte me dredha -dredha të motorit, ne do ta shihnim atë si një ndriçim të vazhdueshëm të të gjithë atyre. Doja të arrija një përfaqësim të qartë të thjeshtë dhe dallime midis mënyrave individuale. Prandaj, treguesit LED kontrollohen në mënyrë të pavarur në intervale prej 400 ms.

Funksionet për kontrollin e motorit stepper u krijuan nga autori Cornelius në blogun e tij.

Hapi 11: Montimi dhe Testimi

Më në fund, i lidha të gjitha panelet me PCB dhe fillova të testoja testuesin. Unë mata oshilatorin dhe diapazonin e tij me një oshiloskop, si dhe frekuencën dhe kontrollin e ciklit të punës. Unë nuk kisha ndonjë problem të madh, ndryshimi i vetëm që bëra ishte shtimi i kondensatorëve qeramikë paralelisht me kondensatorët elektrolitikë të hyrjes. Kondensatori i shtuar siguron zbutjen e ndërhyrjes me frekuencë të lartë të futur në sistem nga elementët parazitë të kabllit të përshtatësit DC. Të gjitha funksionet e testuesit funksionojnë siç kërkohet.

Hapi 12: Outro

Tani më në fund thjesht mund të testoj të gjithë motorët që kam arritur të shpëtoj gjatë viteve.

Nëse jeni të interesuar për teorinë, skemën ose ndonjë gjë në lidhje me testuesin, mos hezitoni të më kontaktoni.

Faleminderit për leximin dhe kohën tuaj. Qëndroni të shëndetshëm dhe të sigurt.