DC na Stepper Motor Tester: Hatua 12 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:50

Miezi michache iliyopita, rafiki yangu alinipa printa kadhaa za inkjet na mashine za kunakili. Nilikuwa na hamu ya kuvuna vitengo vyao vya nguvu, nyaya, sensorer na motors haswa. Niliokoa kile ningeweza na nilitaka kujaribu sehemu zote kuhakikisha kuwa zinafanya kazi. Motors zingine zilipimwa kwa 12V, zingine kwa 5V, zingine zilikuwa za kukanyaga na zingine zilikuwa motors za DC. Ikiwa tu nilikuwa na kifaa, ambapo ningeweza kuunganisha tu gari, kuweka mzunguko, mzunguko wa ushuru na uchague njia ya kupitisha ili kuijaribu.

Niliamua kuijenga bila kutumia processor ya ishara ya dijiti, au microcontroller. 555 au tl741 ya unyenyekevu kama oscillator, kaunta 4017 na milango mingi ya mantiki ya modeli za stepper motor. Mwanzoni nilikuwa na raha nyingi kubuni mzunguko, na vile vile kubuni jopo la mbele la kifaa. Nimepata sanduku nzuri la chai la mbao kuweka kila kitu ndani. Nimegawanya mizunguko katika sehemu nne na kuanza kuipima kwenye ubao wa mkate. Hivi karibuni, ishara za kwanza za kuchanganyikiwa zilionekana. Ilikuwa fujo. Milango mingi, IC nyingi, waya. Haikufanya kazi vizuri na nilikuwa nikifikiria kati ya chaguzi mbili: Ili kuifanya iwe rahisi sana - kwa motors za DC tu, au kuiweka kando na kuimaliza wakati mwingine baadaye … nilichagua chaguo la pili.

Hatua ya 1: DC na Stepper Kudhibiti Nadharia

DC Motor

Njia ya kawaida ya kudhibiti motor DC ni kwa njia ya kile kinachoitwa mpigo wa upanaji wa mpigo (PWM). PWM hutumiwa kwa swichi maalum na inawasha na kuzima motor. Katika picha unaweza kuona kipindi cha kugeuza kilichoonyeshwa na uhusiano wake na masafa, wakati wa kubadilisha pia umeonyeshwa. Mzunguko wa jukumu hufafanuliwa kama wakati wa kubadilisha unaogawanywa na kipindi cha jumla. Ikiwa tunaweka mzunguko mara kwa mara, njia pekee ya kubadilisha mzunguko wa ushuru ni kubadilisha wakati. Kwa kuongeza mzunguko wa ushuru, thamani ya wastani ya voltage ambayo hutumiwa kwa motor pia huongezeka. Kwa sababu ya voltage ya juu, sasa ya juu inapita kupitia motor DC na rotor huzunguka haraka.

Lakini ni mzunguko gani wa kuchagua? Ili kujibu swali hili, wacha tuangalie kwa undani ni nini motor dc ni kweli. Vivyo hivyo, inaweza kuelezewa kama kichujio cha RL (kupuuza EMF nyuma kwa muda mfupi). Ikiwa voltage inatumiwa kwa motor (kichujio cha RL), ongezeko la sasa na tau ya mara kwa mara ambayo ni sawa na L / R. Katika kesi ya udhibiti wa PWM, wakati swichi imefungwa, sasa inapita kupitia motor huongezeka na hupungua wakati swichi imezimwa. Kwa wakati huu, sasa ina mwelekeo sawa na hapo awali na inapita kupitia diode ya kurudi nyuma. Motors zilizo na nguvu kubwa zina kiwango cha juu cha kufata na kwa hivyo wakati wa juu zaidi kuliko motors ndogo. Ikiwa masafa ni ya chini wakati gari ndogo inaendeshwa, kuna kupungua kwa kasi kwa sasa wakati wa muda wa kuzima, ikifuatiwa na ongezeko kubwa wakati wa saa ya kubadili. Ripple hii ya sasa pia husababisha torque ya motor kububujika. Hatutaki hiyo. Kwa hivyo, wakati wa kuwezesha motors ndogo, masafa ya PWM yanapaswa kuwa ya juu. Tutatumia maarifa haya katika muundo katika hatua za baadaye.

Pikipiki ya Stepper

Ikiwa tunataka kudhibiti unipolar stepper motor, inayotumiwa katika vifaa vya elektroniki vya kupendeza, tunayo chaguo la njia tatu za msingi za kudhibiti (modes) - Wimbi drive (WD), Half Step (HS) na Full Step (FS). Mlolongo wa njia za kibinafsi na nafasi ya rotor imeonyeshwa kwenye takwimu (kwa unyenyekevu, nimeonyesha motor iliyo na jozi mbili za miti). Katika kesi hii, Hifadhi ya Wimbi na Hatua Kamili husababisha rotor kuzunguka digrii 90 na inaweza kupatikana kwa kurudia majimbo 4. Katika hali ya Nusu ya Hatua, tunahitaji mlolongo wa majimbo 8.

Chaguo la hali inategemea mahitaji ya mfumo - ikiwa tunahitaji torque kubwa, chaguo bora ni Hatua Kamili, ikiwa torque ya chini inatosha na labda tunatia nguvu mzunguko wetu kutoka kwa betri, hali ya gari ya mawimbi imetanguliwa. Katika programu ambazo tunataka kufikia azimio la angular na mwendo laini zaidi, Njia ya Nusu ya Hifadhi ni chaguo bora. Wakati katika hali hii ni chini ya 30% kuliko hali kamili ya Hifadhi.

Hatua ya 2: Mchoro wa Mzunguko

Meme hii rahisi inaelezea vizuri mchakato wangu wa kufikiria wakati wa muundo.

Sehemu ya juu ya mchoro inaelezea usambazaji wa umeme - adapta ya volt 12, ambayo imepunguzwa hadi volts 5 na mdhibiti wa laini. Nilitaka kuwa na uwezo wa kuchagua upeo wa kiwango cha juu cha upimaji wa motor (MMTV) - ama volts 12 au 5. Ammeter iliyojengwa itapita nyaya za kudhibiti na kupima sasa tu motor. Pia itakuwa rahisi kuweza kubadili kati ya kipimo cha ndani na nje cha sasa kwa kutumia multimeter.

Oscillator itafanya kazi kwa njia mbili: ya kwanza ni masafa ya mara kwa mara na mzunguko wa ushuru wa kutofautiana, na ya pili ni masafa ya kutofautiana. Vigezo hivi vyote vitaweza kuwekwa kwa kutumia potentiometers, na swichi moja ya rotary itakuwa inabadilisha njia na masafa. Mfumo utajumuisha pia kubadili kati ya saa ya ndani na nje kupitia kontakt jack ya 3.5 mm. Saa ya ndani pia itaunganishwa na paneli kupitia kipenyo cha 3.5 mm. Kitufe kimoja na kitufe cha kuwezesha / kulemaza saa. Dereva wa gari la DC atakuwa dereva mmoja wa N-channel mosfet. Mwelekeo utabadilishwa kwa kutumia swichi ya mitambo ya dpdt. Vipimo vya magari vitaunganishwa kupitia vifurushi vya ndizi.

Mlolongo wa stepper motor utadhibitiwa na arduino, ambayo pia itatambua njia 3 za kudhibiti zilizoainishwa na swichi ya kuzamisha. Dereva wa motor stepper atakuwa uln2003. Arduino pia itadhibiti LED 4 ambazo zitawakilisha uhuishaji wa vilima vya umeme vilivyotumiwa katika njia hizi. Pikipiki ya kukanyaga itaunganishwa na jaribu kupitia tundu la ZIF.

Hatua ya 3: Skematiki

Hesabu zimegawanywa katika sehemu tano. Mizunguko iliyowekwa kwenye masanduku ya hudhurungi inawakilisha vifaa ambavyo vitakuwa kwenye jopo.

1. Ugavi wa Umeme
2. Oscillator
3. Dereva wa DC
4. Dereva wa Stepper ya Arduino
5. Mantiki Milango Stepper Dereva

Laha nr. 5 ndio sababu niliacha mradi huu ukiwa uongo. Mzunguko huu huunda mlolongo wa njia zilizotajwa hapo awali za kudhibiti - WD, HS na FS. Sehemu hii inabadilishwa na arduino kamili kwenye karatasi nr. 4. Usanifu kamili wa Tai pia umeambatanishwa.

Hatua ya 4: Vipengele na vifaa vya lazima

Vipengele na zana muhimu:

• Multimeter
• Caliper
• Mkataji wa kadibodi
• Alama
• Kibano
• Koleo faini
• Kukata Pliers
• Koleo za kuvua waya
• Chuma cha kulehemu
• Solder
• Utangazaji
• Waya (24 awg)
• 4x kubadili kwa spdt
• 2x dpdt kubadili
• 4x ndizi jack
• Bonyeza kitufe
• Tundu la ZIF
• 2x 3.5 mm jack
• Kiunganishi cha DC
• Arduino nano
• Kubadilisha 3-pole DIP
• 2x 3 mm LED
• 5x 5 mm LED
• LED ya Bicolor
• Vifungo vya Potentiometer
• Soketi za DIP
• PCB ya Ulimwenguni
• Viunganisho vya Dupont
• Vifungo vya kebo za plastiki

Na

• Potentiometers
• Resistors
• Capacitors

na maadili yako uliyochagua, yanayolingana na masafa ya mwangaza na mwangaza wa LED.

Hatua ya 5: Ubunifu wa Jopo la Mbele

Mjaribu aliwekwa kwenye sanduku la zamani la chai la mbao. Kwanza nilipima vipimo vya ndani kisha nikakata mstatili kutoka kwa kadibodi ngumu, ambayo ilitumika kama kiolezo cha uwekaji wa vifaa. Wakati nilikuwa na furaha na kuwekwa kwa sehemu hizo, nilipima kila nafasi tena na kuunda muundo wa jopo katika Fusion360. Niligawanya jopo katika sehemu 3 ndogo, kwa urahisi katika uchapishaji wa 3D. Niliunda pia kishikilia-umbo la L kwa kurekebisha paneli kwa pande za ndani za sanduku.

Hatua ya 6: Uchapishaji wa 3D na Uchoraji wa Spray

Paneli zilichapishwa kwa kutumia printa ya Ender-3, kutoka kwa nyenzo mabaki niliyokuwa nayo nyumbani. Ilikuwa petg ya uwazi ya rangi ya waridi. Baada ya kuchapisha, nilinyunyiza paneli na wamiliki na rangi nyeusi ya akriliki. Kwa kufunika kamili, niliweka kanzu 3, nikaziweka nje kwa masaa machache kukauka na kupumua kwa karibu nusu siku. Kuwa mwangalifu, rangi ya mafusho inaweza kuwa na madhara. Tumia kila wakati tu kwenye chumba chenye hewa.

Hatua ya 7: Wiring ya Jopo

Binafsi, ninayempenda, lakini sehemu inayotumia wakati mwingi (ninaomba radhi mapema kwa kutotumia mirija ya kupungua, nilikuwa kwenye wakati wa kuogopa - vinginevyo ningezitumia).

Mabano yanayoweza kurekebishwa husaidia sana wakati wa kuweka na kushughulikia paneli. Inawezekana pia kutumia kile kinachoitwa mkono wa tatu, lakini napendelea mmiliki. Niliifunika mikono yake kwa kitambaa cha nguo ili jopo lisikatwe wakati wa kazi.

Niliingiza na kuzungusha swichi zote na potentiometers, LED na viunganisho vingine kwenye jopo. Baadaye, nilikadiria urefu wa waya ambazo zitaunganisha vifaa kwenye jopo na pia zile ambazo zitatumika kuungana na pcb. Hizi huwa ndefu kidogo na ni vizuri kuzipanua kidogo.

Karibu kila wakati mimi hutumia mtiririko wa solder ya kioevu wakati viunganisho vya soldering. Napaka kiasi kidogo kwenye pini na kisha bati na kuiunganisha na waya. Flux huondoa chuma chochote kilichooksidishwa kutoka kwenye nyuso, na kuifanya iwe rahisi sana kuunganisha pamoja.

Hatua ya 8: Viunganishi vya Jopo-Bodi

Ili kuunganisha paneli na pcb, nilitumia viunganishi vya aina ya dupont. Zinapatikana sana, bei rahisi na, muhimu zaidi, ndogo za kutosha kutoshea vizuri kwenye kisanduku kilichochaguliwa. Cables hupangwa kulingana na mpango huo, kwa jozi, mapacha watatu au mapacha wanne. Zimebandikwa kwa rangi kutambulika kwa urahisi na rahisi kuunganishwa. Wakati huo huo, ni muhimu kwa siku zijazo kutopotea katika tangle sare ya waya. Mwishowe, wamehifadhiwa kwa njia ya mitambo na vifungo vya kebo za plastiki.

Hatua ya 9: PCB

Kwa kuwa sehemu ya mchoro ulio nje ya jopo sio pana, niliamua kufanya mzunguko kwenye pcb ya ulimwengu. Nilitumia pcb ya kawaida ya 9x15 cm. Niliweka capacitors za kuingiza pamoja na mdhibiti wa mstari na heatsink upande wa kushoto. Baadaye, niliweka soketi za kaunta ya IC 555, 4017 na dereva wa ULN2003. Soketi ya kaunta ya 4017 itabaki tupu kwani kazi yake inachukuliwa na arduino. Katika sehemu ya chini kuna dereva wa N-channel mosfet F630.

Hatua ya 10: Arduino

Uunganisho wa mfumo na arduino umeandikwa kwenye karatasi ya hesabu nr. 4. mpangilio ufuatao wa pini ulitumika:

• Pembejeo 3 za dijiti za kubadili DIP - D2, D3, D12
• Matokeo 4 ya dijiti kwa viashiria vya LED - D4, D5, D6, D7
• Matokeo 4 ya dijiti kwa dereva wa stepper - D8, D9, D10, D11
• Uingizaji mmoja wa analog kwa potentiometer - A0

Viashiria vya LED ambavyo vinawakilisha vilima vya kibinafsi vya taa, huwasha pole pole kuliko vilima vinaendeshwa. Ikiwa mwangaza wa mwangaza wa LED ulilingana na vilima vya magari, tungeona kama mwangaza unaoendelea wa wote. Nilitaka kufikia uwakilishi rahisi na tofauti kati ya njia hizo. Kwa hivyo, viashiria vya LED vinadhibitiwa kwa uhuru kwa vipindi 400 ms.

Kazi za kudhibiti motor ya stepper ziliundwa na mwandishi Cornelius kwenye blogi yake.

Hatua ya 11: Mkutano na Upimaji

Mwishowe, niliunganisha paneli zote kwa pcb na kuanza kupima tester. Nilipima oscillator na masafa yake na oscilloscope, na pia mzunguko na udhibiti wa mzunguko wa ushuru. Sikuwa na shida kubwa, mabadiliko pekee niliyoyafanya ni kuongeza vitambaa vya kauri sambamba na viingilizi vya elektroniki vya kuingiza. Kiongezaji kilichoongezwa hutoa upunguzaji wa mwingiliano wa masafa ya juu ulioletwa kwenye mfumo na vitu vya vimelea vya kebo ya adapta ya DC. Kazi zote za kujaribu hufanya kazi inavyotakiwa.

Hatua ya 12: Outro

Sasa naweza kujaribu tu motors zote ambazo nimeweza kuokoa zaidi ya miaka.

Ikiwa una nia ya nadharia, mpango, au chochote juu ya anayejaribu, usisite kuwasiliana nami.

Asante kwa kusoma na wakati wako. Kaa na afya na salama.