Cnc shield v3 схема подключения шагового двигателя

Cnc shield v3 схема подключения шагового двигателя

Набор Arduino Uno и CNC Sheild v3 — это комплект электроники, позволяющий управлять шаговыми двигателями и различными периферийными устройствами для реализации проектов различных ЧПУ устройств, таких как фрезерные и токарные станки, лазерные граверы и т. п. Данный комплект позволяет реализовать параллельную работу шаговых двигателей, что необходимо для некоторых проектов, когда используются два мотора на одной оси, обычно это ось Y.

В комплект входят:

1. Плата Arduino Uno R3.0 ; 2. Плата расширения CNC Shield V3.0 ; 3. Четыре драйвера А4988 или DRV8825 для шаговых двигателей, с радиаторами; 4. Кабель для связи с компьютером USB.

Комплект электроники для CNC/3D: Mega2560+RAMPS 1.4+4шт A4988

Приветствую всех посетителей сайта Mysku.ru! И хочу поделиться небольшим рассказом о комплекте электроники для модернизации небольшого самодельного станка CNC с возможностями фрезера и гравера. Будет замена платы управления UNO+CNC Shield на комплект Arduino Mega2560+RAMPS. Данный комплект приобретался с прицелом на увеличение функционала и возможностей для небольшого настольного ЧПУ гравера/фрезера. Штатный комплект предусматривал контроль по 3 осям и работу от управляющего компьютера/планшета. Новый кит электроники позволяет автономную работать с SD карты, а также дает большие возможности для модификации прошивки: подключение лазерного выжигателя, дополнительной поворотной оси, подключения выходов на вентиляторы или фильтр-пылесос. Предусматривается также установка дисплея для управления непосредственно, выбора файла с флешки, паузы и так далее. Долго присматривался к различным платам управления, но оптимально вышел кит Arduino Mega2560+RAMPS. Ну и драйверы в комплекте. Экран докупал отдельно вот такой.

Теперь по порядку. Выбирал вот этот кит, плюс дисплей. Краткое описание комплекта: RAMPS 1.4 + Mega2560 R3+ A4988 Kit

• Arduino Mega2560
• Ramps 1.4
• 4xA4988 драйверы плюс небольшой радиатор без скотча.
• Шнур 4pin, шнур USB А <-> USB-B

Посылка пришла в простом пакете, но каждая плата была упакована отдельно в антистатический пакет. На ножках выводных элементов присутствовал защитный кусок пеноматериала. Фотоотчет о посылке

Arduino Mega2560

Размеры и масса. Возможно заинтересует тех, кто готов разработать под них свой корпус.

Основные микросхемы: ATMEGA2560 версия 16AU, понижайка LM358 (в комментариях robosku
верно подметил, что это сдвоенный операционный усилитель), интерфейс CH340G. Обратите внимание на китайскую версию USB-Serial чипа.

Ramps 1.4. Это по сути большой и дешёвый Mega Pololu Shield. Можно подключать до 5 драйверов двигателей, силовую нагрузку, есть много OI выходов, а также ШИМ и последовательные интерфейсы, например, для дисплея или внешней карты памяти.

Все в отдельном пакете. Присутствует ответная часть силового разъема

Аналогично размеры.

4xA4988 драйверы

Еще фото.

Радиаторы без скотча. Нужно устанавливать на термоклей или термопасту.

Правильное ориентирование A4988 при установке — резистором
в сторону ОТ силового разъема
. Как на картинке.

Итак, вот собственно для чего все это покупалось. Вот так выглядят комплектующие для сборки и обозреваемый апгрейд-кит для самодельного станка-фрезера.

Здесь на Mysku несколько раз проскакивали публикации про самодельный станок-фрезер из фанеры.

Достаточно простой конструкции, с использованием проверенной временем компоновки. Станок имеет рабочее поле 180х200х150 мм, и управляющую плату Arduino UNO + CNC Shield. Со своими обязанностями UNO с прошивкой GRBL справляется, но хотелось чего то большего)))). Это весьма бюджетный фанерный станок-фрезер для простых операций (гравировка, фрезеровка мягких материалов, изготовление печатных плат).

Я задумал некоторую модернизацию станка, в первую очередь – это установка экрана управления и с возможностью автономной работы (с флешки). До настоящего времени использовался старый ноутбук или планшет с Windows. Соответственно, смена платы управления повлечет замену прошивки на Marlin/Repieter. Эти прошивки умеют и CNC и лазерное выжигание с ТТЛ. На самом деле я должен отметить, что существует прошивка GRBL для MEGA2560. Но это, как говорится, на любителя. Во вторую очередь – нужно было обеспечить модернизационный потенциал – дополнительные входы и выходы для подключения периферии (ТТЛ для лазера, обдув, подсветка, кнопки управления гравером, прицел на WI-FI и удаленный доступ с вебкой).

Вот краткое описание комплектующих и основных этапов сборки. Потребуются фанерные детали корпуса (резка фанеры по чертежам лазером), клей для сборки, а также ходовые винты Т8, гайки к ним, направляющие валы и подшипники (8 и 6 мм), ну и по мелочи — крепеж, хомуты и прочее. Процесс сборки не сложный. Сначала собирается корпус и оси XY, затем отдельно собирается ось Z, каретка и крепление для фрезера.

Сначала собираем корпус.

Для сборки используется клей (столярный, ПВА, или другой удобный)

Обратите внимание на правильность установки несущих конструкций. Диагональ можно перепроверить линейкой, угольником — перпендикулярность стенок.

Далее устанавливаются направляющие валы.

Отдельно соберем ось Z с креплением фрезера.

И каретку Y.

Далее фото из разряда «как нарисовать сову». Промежуточных подробных фото, с сожалению пока нет.

Станочек бюджетный, двигатели из серии «я тебя слепила из того, что было». Двигатели Nema17 устанавливаются через переходник типа такого.

На днях допечатаю адаптеры на 3Д принтере, затем установлю новые Nema17.

Дополнительная информация — сравнение со стоимостью станка от Мастеркит

Вот такой станочек попался мне. Конструктор Мастер-Кит 3-х осевой фрезерный станок с ЧПУ — 24000 рублей

А функционал — тот же.

Несколько слов про прошивку. Можно настроить с нуля Марлин/Repetier, можно найти готовую сборку. Вот, например, Marlin

. При настройке обратите внимание на вот этот код:

В прошивке надо будет указать тип «бутерброда» — матплату Мега2560+RAMPS1.4, так как экструдеров у нас нет, то выбираем вот такой вариант:

35 = RAMPS 1.3 / 1.4 (Power outputs: Extruder, Fan, Fan) и далее #define MOTHERBOARD 35 В зависимости от сборки Марлина, эта же настройка может выглядеть по другому: #define BOARD_RAMPS_13_EFF 35 // RAMPS 1.3 (Power outputs: Hotend, Fan0, Fan1) Если не требуется слежение за температурой, то отключаем датчики тоже — прописываем «0» #define TEMP_SENSOR_ 0 Прописываем размеры рабочей зоны, расположение концевиков и точки HOME, ускорения, скорости перемещения и прочее. Ну и так далее, методом проб и ошибок настраиваем свою конфигурацию.

Скажу только. что в Repitier

больше заложено возможностей для CNC/Laser конфигурации. Заходим в онлайн-тулзу Repetier-Firmware configuration tool и начинаем настраивать. После настройки основных параметров (длина/ширина и т.д.), необходимо выбрать «специальные» функции — для лазера или фрезера.

Вот например есть такой код
// ########################################################################################## // ## Laser configuration ## // ########################################################################################## /* If the firmware is in laser mode, it can control a laser output to cut or engrave materials. Please use this feature only if you know about safety and required protection. Lasers are dangerous and can hurt or make you blind. The default laser driver only supports laser on and off. Here you control the eíntensity with your feedrate. For exchangeable diode lasers this is normally enough. If you need more control you can set the intensity in a range 0-255 with a custom extension to the driver. See driver.h and comments on how to extend the functions non invasive with our event system. If you have a laser — powder system you will like your E override. If moves contain a increasing extruder position it will laser that move. With this trick you can use existing fdm slicers to laser the output. Laser width is extrusion width. Other tools may use M3 and M5 to enable/disable laser. Here G1/G2/G3 moves have laser enabled and G0 moves have it disables. In any case, laser only enables while moving. At the end of a move it gets automatically disabled. */ #define SUPPORT_LASER 1 #define LASER_PIN 9 #define LASER_ON_HIGH 1 Пин ТТЛ управления лазером подключается к пину 9 на RAMPS (пин можно настроить и другой, удобный)
И далее есть вот такие настройки

// ## CNC configuration ## /* If the firmware is in CNC mode, it can control a mill with M3/M4/M5. It works similar to laser mode, but mill keeps enabled during G0 moves and it allows setting rpm (only with event extension that supports this) and milling direction. It also can add a delay to wait for spindle to run on full speed. */ #define SUPPORT_CNC 0 #define CNC_WAIT_ON_ENABLE 300 #define CNC_WAIT_ON_DISABLE 0 #define CNC_ENABLE_PIN -1 #define CNC_ENABLE_WITH 1 #define CNC_DIRECTION_PIN -1 #define CNC_DIRECTION_CW 1 По сути указывается основные настройки для CNC, а также можно завести специальные кнопки управления станком. Добиваемся компиляции кода без ошибок, заливаем в плату и проверяем.

А вот что можно «вытворять» на этом фрезере.

В планах сделать корпус для электроники

После окончательной сборки планируется все оформить в корпус с разъемами и вентиляцией. Например, вот такой, сборный

Или раздельный для дисплея

и RAMPS+MEGA

1. Если планируется установка NEMA23, то можно взять комплект электроники с DRV8825. Экран можно взять Full graphic smart controller.
2. Можно сделать Wi-Fi управление или специальный планшет на windows.
3. В целом данный комплект позволяет значительно расширить возможности самодельного станочка, а в перспективе – и функционал в виде лазера или дополнительной оси.
4. После модернизации я планирую докинуть еще и лазерную головку, будет выжигать в меру возможностей.

К сожалению, еще не все комплектующие у меня в наличии (подводят китайские товарищи), поэтому полномасштабного фото-видео готового станочка не будет. Фотографии частично предоставлены с форума (с разрешения автора). Чуть попозже можно будет и топик в сообщество DIY на Mysku запилить, с подробным раскладом, что и где заказывать.
Полезные ресурсы: Настройка тока драйверов а4988 можно посмотреть вот тут. Форум с описанием станка и инструкциями

Купоны на скидку

До конца марта действует купон на ассортимент магазина SL6%OFF скидка 6% на некоторые товары. И специальный купон для этого комплекта Mega2560+Ramps на скидку 10%
987300 Спасибо за уделенное внимание!

Простой драйвер шагового двигателя

Предлагается 2 варианта схем простейших драйверов шаговых моторов, реально рабочих, так как информация взята из зарубежных радиоконструкторов (ссылка на оригиналы в конце статьи).

Схема драйвера шагового двигателя

Схема драйвера шагового двигателя не содержит дорогих деталей и программируемых контроллеров. Работа может регулироваться в широком диапазоне с помощью потенциометра PR1. Есть изменение направления вращения двигателя. Катушки шагового двигателя переключаются с помощью четырех МОП-транзисторов T1-T4. Применение в блоке транзисторов большой мощности типа BUZ10 позволит подключить двигатели даже с очень большим током.

Особенности схемы и детали

• управление четырехфазным шаговым двигателем
• плавная регулировка скорости вращения в пределах всего диапазона
• изменение направления вращения мотора
• возможная остановка двигателя
• блок питания 12 В постоянного тока

Детали — IC1: 4070, IC2: 4093, IC3: 4027, T1-T4: BUZ10, BUZ11

Блок драйвер шагового двигателя собран на печатной плате, показанной на рисунке. Монтируем, как правило, начиная с припайки резисторов и панелек для интегральных микросхем, а под конец электролитические конденсаторы и транзисторы большой мощности.

Блок, собранный из проверенных компонентов, не требует настройки и запускается сразу после подачи питания. Со значениями элементов, указанными на схеме, позволяет работать двигателю 5,25” и выполняет изменение скорости вращения в интервале от 40 об./мин. до 5 об./мин.

Биполярный контроллер шаговых двигателей

Схема представляет собой дешевую, и прежде всего легко собираемую альтернативу доступным микропроцессорным биполярным контроллерам шаговых двигателей. Рекомендуется там, где точность управления играет меньшую роль, чем цена и надежность.

Принципиальную схему можно разделить на следующие блоки:

1. последовательный чип, генерирующий битовые строки,
2. локальный генератор тактового сигнала,
3. схема управления питанием катушек,
4. выходные буферы Н-моста,
5. схемы защиты входных сигналов управления.

Контроллер должен питаться постоянным напряжением, хорошо отфильтрованным, желательно стабилизированным.

Теперь пару слов про H-мосты, которые будут работать с этим драйвером. Они должны принимать на своих входах все возможные логические состояния (00, 01, 10, 11), без риска какого-либо повреждения. Просто в некоторых конфигурациях мостов построенных из дискретных элементов, запрещается одновременное включение двух входов — их естественно нельзя использовать с этим контроллером. Мосты выполненные в виде интегральных микросхем (например L293, L298), устойчивы к этому.

И в завершение третий вариант контроллера, на микросхемах STK672-440, имеющий все необходимые защиты и функции смотрите по ссылке.

Схема регулировка шаговых двигателей

Для данного положения ротора вращающий момент шаговых двигателей зависит исключительно от тока, поэтому важно уметь с большой точностью регулировать этот ток. Сформулируем общее правило для электродвигателей:

вращающий момент регулируется с помощью тока, а скорость — с помощью напряжения.

Как и для двигателя постоянного тока, рабочие характеристики имеют ограничения на вращающий момент при увеличении скорости, так как индуцированные э.д.с. вызывают в обмотках токи, создающие противоположно направленный момент.

Для шаговых двигателей проблема значительно усложняется, так как, за исключением режима разносной частоты, речь идет о последовательности переходных процессов (электрических и механических). Установление тока в одних обмотках приводит к возникновению индуцированных напряжений в других обмотках за счет взаимных индуктивностей между обмотками. Если эти обмотки замкнуты сами на себя или даже с помощью вспомогательного устройства, в них все равно возникнет ток, который создает вращающий момент (обычно противодействующий). Кроме того, токи не устанавливаются и не исчезают мгновенно. Поэтому вращающий момент зависит как от положения ротора, так и от времени. Эта зависимость играет важную роль, так как электрическая постоянная времени имеет тот же порядок величины, что и время, требуемое для перемещения ротора из одного устойчивого положения в другое.

Рис. 4.29. Влияние переходных процессов по току.

Кривые, приведенные на рис. 4.29, иллюстрируют зависимость вращающего момента от угла поворота ротора в случае, когда питание подается на обмотку и ток в обмотке не исчезает мгновенно, в результате чего может оказаться невозможным изменение положения ротора двигателя.

Следовательно, питание двигателя должно отвечать следующим требованиям:

• ток должен устанавливаться и исчезать в соответствии с законом, выработанным вспомогательным устройством

управления; это условие предполагает использование силовых транзисторов (как биполярных, так и МОП-транзисторов). Тиристор требует сложной цепи блокировки, и его реакция часто недостаточна;

• ток должен устанавливаться очень быстро, поэтому необходимо использовать все способы для уменьшения действительной постоянной времени;

• коммутация тока от нормальной величины до нуля должна быть достаточно быстрой и не должна приводить к перенапряжениям, которые могут вывести транзисторы из строя;

• ток должен регулироваться и поддерживаться на уровне, заданном управляющим устройством;

• неиспользуемые обмотки должны быть обесточены.

4.9.2. Схемы питания однонаправленным током

Этот тип питания пригоден только для синхронных реактивных двигателей с переменным магнитным сопротивлением без постоянного магнита.

Приведем снова уравнение для данного двигателя

Если ток подается только в одну обмотку, а в других обмотках отсутствует и при условии, что производная мала, т. е.

то ток устанавливается с постоянной времени, равной На самом же деле один ток становится равным нулю в тот же момент, когда устанавливается другой, и токи определяются системой уравнений

где внешнее сопротивление, которое можно подключить по желанию. Можно было бы также ввести в цепь питания дополнительное сопротивление. Токи характеризуются двумя постоянными времени, которые являются решениями уравнения

где — коэффициент рассеяния между двумя обмотками:

Если обмотки соединены хорошо мало), постоянные времени равны причем последняя величина может быть значительно меньше первой. Процесс установления тока ускоряется, если величина напряжения питания существенно превышает номинальную.

Рис. 4.30. Демпфирующая обмотка.

Если же, наоборот, обмотки соединены неплотно, оба тока устанавливаются и становятся равными нулю в соответствии со своими постоянными времени.

Метод электрического демпфирования состоит в том, что одновременно с основной обмоткой наматывается вторая обмотка. Таким образом, вторая обмотка идеально связана с основной и ее постоянная времени может регулироваться внешним сопротивлением (рис. 4.30). Эта короткозамкнутая обмотка действует только в течение переходных процессов, значительно уменьшая постоянную времени.

До сих пор мы не учитывали член, являющийся функцией скорости перемещения ротора. Рассмотрим случай, когда Тогда можно написать следующее уравнение:

В фазе ускорения производная положительна и вызывает уменьшение тока, тогда как в следующей фазе происходит увеличение тока. (Это справедливо только при нулевом моменте нагрузки.) Пусть Тогда

Если производная постоянна, пульсации тока будут приблизительно совпадать с т. е. изменения тока соответствуют изменениям скорости. Следовательно, зависимость вращающего момента также изменяется.

Конечно, можно точно рассчитать механические и электрические характеристики двигателя, решив все дифференциальные уравнения численными методами. Это оказывается необходимым, когда колебаниями нельзя пренебречь. В остальных же

случаях можно ограничиться общим описанием системы регулирования тока.

На рис. 4.31 показаны три простейшие схемы питания двигателя. Диод способствует рассеянию магнитной энергии катушки в ее сопротивлении когда транзистор не является перемычкой.

Рис. 4.31, Простейшие схемы питания двигателя однонаправленным током.

Возрастание и уменьшение тока происходят с одной и той же постоянной времени.

Рис. 4.32. Схемы пнтання двигателя с двумя источниками тока.

Сопротивления уменьшают постоянные времени цепи (рис. Поскольку опорный диод (стабилитрон) начинает проводить только при определенном напряжении, то лишь при переключении транзистора возникает напряжение, достаточное для включения опорного диода (рис. 4.31, в). При такой схеме питания отсутствуют токи в неиспользуемых фазах и не возникают нежелательные противодействующие вращающие моменты.

В схеме питания, показанной на рис. 4.32 а, нарастание тока происходит быстрее, чем в предыдущих схемах, так как максимально возможное теоретическое значение тока равно а его значение при нормальной работе равно Шунт позволяет контролировать ток и управлять транзистором . С помощью диода можно устранить токи, циркулирующие между двумя источниками. На рис. 4.32, б приведены характеристики этой схемы, по которым нельзя заранее ничего сказать об уменьшении постоянной времени.

Рис. 4.33. (см. скан) Схемы питания с регулированием тока.

С помощью этой схемы нельзя регулировать ток, а с помощью схем, показанных на рис. 4.33, а и возможно регулирование тока.

В схеме на рис. 4.33, а транзистор предназначен для коммутации, а транзистор для поддержания тока в диапазоне Поэтому транзистор должен обладать большим

быстродействием, чем транзистор Напряжение значительно выше рабочего напряжения. Справа на рис. 4.33 приведены временные зависимости разных токов в схеме. В схеме на рис. транзистор выполняет две функции. Для питания каждой обмотки требуется аналогичная схема, а это может привести к большим затратам. Отметим, однако, что в данной схеме источник входит в цепь регенерации с диодами и что ток быстрее стремится к нулю (в той мере, в какой источник допускает ток в противоположном направлении).

Схема, приведенная на рис. 4.34, рассчитана на то, что ток подается в совокупность фаз, а коммутатор осуществляет их питание в соответствии с заданной последовательностью.

Рис. 4.34. -коммутатор для четырехфазного двигателя.

В данном случае речь идет о питании четырехфазного двигателя.

4.9.3. Схемы питания двигателя с постоянными магнитами

В разд. 4.7.2 описаны способы включения питания двигателей с постоянными магнитами (в зависимости от того, имеют ли они одну обмотку или бифилярную обмотку с общей точкой). В двигателях этого типа во время вращения ротора возникает наведенная э. д. с. как результат изменения потока, создаваемого магнитом в катушках. Это явление не влияет существенно на способ включения питания. Изменения тока сведены к минимуму ограничениями и регулированием тока. Ниже мы рассмотрим схемы питания для однообмоточного и бифилярного двигателей.

Однообмоточный двигатель. В наиболее распространенной схеме питания от одного источника используется Н-схема с четырьмя транзисторами для каждой фазы двигателя (рис. 4.35,а). Она идентична схеме, описанной в гл. 3 для двигателя постоянного тока (рис. 3.39 без катушек индуктивности,

ограничивающих циркулирующие токи). Два транзистора предназначены для ограничения тока и функционируют как прерыватели. В данном случае нельзя уменьшить число транзисторов, как это сделано в схеме на рис. 4.34, и для каждой обмотки возбуждения статора необходимо предусмотреть четыре транзистора и четыре диода.

Рис. 4.35. Н-схема питания с одним источником и схема питания с источником

Если имеется двуполярный источник, то число этих элементов уменьшается в два раза (рис. 4.35, б). В этом случае питание включается в цепь регенерации и спад тока происходит быстрее.

Бифилярный двигатель. Обе обмотки наматываются одновременно, и поэтому их взаимная индуктивность достаточно велика; коэффициент рассеяния очень мал Масса меди в два раза больше, чем в однообмоточном двигателе, поэтому мощность на единицу массы меньше. Кроме того, схема питания требует в два раза меньше компонентов при одном источнике. Следовательно, выбор схемы питания определяется не столько техническими, сколько экономическими соображениями. Практические схемы питания сводятся к теоретическим схемам, приведенным на рис. 4.36, которые различаются только способом регенерации при коммутации транзисторов. Эти две основные схемы могут быть модифицированы путем добавления резисторов, конденсаторов или опорных диодов (стабилитронов)

Рассмотрим обмотку а, состоящую из двух частей 1 и 2. Условные обозначения и направления токов приведены на рис. 4.36. Общие потоки определяются выражениями

а напряжения на зажимах каждой обмотки — следующими уравнениями (при этом считается, что индуктивные сопротивления не зависят от положения ротора):

Величина пропорциональна угловой скорости вращения Очевидно, что, если существуют одновременно, индуктивное сопротивление обеих обмоток мало и каждое равно

Рис. 4.36. Схемы питания бифилярного двигателя.

Если в начальные моменты коммутации можно не учитывать величину токи изменяются по закону, представляющему собой комбинацию двух экспонент с постоянными времени, примерно равными Первая экспонента довольно быстро достигает нуля, и поток резко изменяется. Рассмотрим кратко оба метода регенерации (рис. 4.36) при использовании второго способа включения питания (рис. 4.18). Пусть в момент времени транзистор заперт, а транзистор открыт.

В случае, представленном на рис. 4.36, а, когда диоды подключены к зажимам обмоток, напряжения равны соответственно 0 и Ток убывает по величине от до 0, тогда как ток возрастает с той же постоянной времени. Ток, который создает вращающий момент, равен

Для схемы, приведенной на рис. процесс будет совершенно иным, так как первоначально протекающий через диод отрицателен. Диод запирается в момент, когда . В этот момент включается транзистор Это явление легко объяснить. Из условия сохранения ампер-витков между моментами времени можно написать при при и при Таким образом,

ток при равен . Аналогичные выводы можно сделать, исходя из закона сохранения потока.

Если не учитывать индуцированную э. д. с. в первые моменты после коммутации, уравнения для схемы питания при втором способе регенерации записываются следующим образом:

Рис. 4.37. Изменения токов и для двух способов регенерации.

Изменение тока происходит с постоянной времени В действительности ток изменяется, как показано на рис. 4.37, б. Напряжение на зажимах транзистора в момент времени равно

Рис. 4.38. (см. скан) Схема питания с преобразователем.

Если проанализировать работу этих схем при использовании первого способа включения питания, можно обнаружить, что

в схеме на рис. 4.36, а диод регенерации начинает действовать только во время нарастания тока, которое происходит с постоянной времени Во время отключения тока диод оказывается закрытым и транзистор испытывает перенапряжение, равное Схема, приведенная на рис. 4.36,б, не представляет интереса для этого способа включения питания, так как изменение тока связано с изменением потока; транзистор подвергается сильному перенапряжению, или увеличивается время коммутации.

Этот тип схемы питания (со средней точкой) также допускает регулирование тока с помощью дополнительного транзистора (рис. 4.38) или с помощью транзисторов . В самом деле, только разность влияет на механические характеристики бифилярного шагового двигателя.

Рис. 4.39. (см. скан) Полная схема питания шагового двигателя.

На практике используются значительно более сложные схемы, так как необходимо предусмотреть все вспомогательные цепи, используемые при коммутации, а также цепи антинасыщения и защиты от перенапряжений. На рис. 4.39 приведена одна из таких схем. (Для того чтобы не усложнять схему, на рисунке не показана менее важная цепь антинасыщения.)

Диоды могут проводить ток, если только напряжения больше напряжения (обычно Токи в этом случае слегка отличаются от теоретических токов (рис. 4.37), так как конденсаторы образуют колебательные контуры с катушками индуктивности и паразитными индуктивностями.

Управляем шаговым двигателем с помощью Arduino и контроллера Easy Driver

Существует куча двигателей. И порой возникает вопрос, какой именно выбрать для вашего проекта на Arduino.

В этой статье мы детально обсудим один из типов двигателей — шаговый двигатель. Разберемся, в каких случаях уместно его использование. Рассмотрим пример подключения с использованием драйвера Easy Driver.

Необходимые элементы

• Драйвер для шагового двигателя EasyDriver;
• Небольшой шаговый двигатель;
• Макетная плата;
• Провода мама-мама;
• Коннекторы;
• Arduino Uno или подобный микроконтроллер;
• Паяльник;
• Источник питания на 12 В (или регулируемый источник питания)

Принцип работы шагового двигателя

Основное отличие шаговых двигателей от двигателей постоянного тока: они не только вращаются в различных направлениях, но обеспечивают точное угловое позиционирование ротора. Скорость вращения двигателя постоянного тока можно регулировать с помощью подачи большей или меньшей силы тока, но обеспечить остановку ротора в заданном положении невозможно. Теперь представьте себе принтер. Внутри, если вы его разберете, обнаружите огромное количество подвижных узлов, включая и двигатели. Один из установленных моторов обеспечивает подачу бумаги в то время как краска распыляется на бумагу. Этот двигатель должен обеспечивать подачу бумаги на определенное расстояние для построчной печати. Второй двигатель в принтере устанавливается для перемещения картриджа. Опять таки, необходимо обеспечить точно заданное позиционирование картриджа. В подобных случаях рационально использовать именно шаговые двигатели.

Шаговые двигатели обеспечивают вращение ротора на определенный угол (или шаг) при соответствующем сигнале управления. Это дает вам возможность получить полный контроль над положением узлов механизмов и выходить в заданную позицию. С конструктивной точки зрения это реализуется за счет подачи питания на разные катушки внутри двигателя. Правда, есть и свои недостатки — надо постоянно обеспечивать питание шагового двигателя при его выстое в заданной позиции. В данной статье в детали мы вдаваться не будем. Конструктивные особенности шаговых двигателей и их принцип действия раскрыты в статье двигатели и Arduino. Здесь ограничимся лишь тем фактом, что для управления шаговым двигателем, вы должны задать ему необходимое количество шагов в одном или противоположном направлениях и указать скорость шага.

На сегодняшний день существует огромное количество моделей шаговых двигателей и плат управления к ним (драйверов). Методики, которые раскрыты дальше, применимы к большинству шаговых двигателей и драйверов, которые не упоминаются здесь. При этом, прежде чем работать с незнакомым драйвером или шаговым двигателем, рекомендую ознакомится с их даташитами или отдельными гайдами по их использованию.

Ниже приведена информация о сборке драйвера, подключении и управлении шаговым двигателем с использованием Arduino.

Сборка драйвера

Самый простой метод использования драйвера EasyDriver — установить на нем коннекторы для последующей установки на макетной плате. Теоретически, можно закрепить коннекторы и на макетной плате.

Первый шаг — монтаж коннекторов на плату EasyDriver. В данном примере будут использованы не все выходы на драйвере, но все равно рекомендую распаять все отверстия. Как минимум, это обеспечит более надежную установку драйвера на макетной плате. Да и в дальнейшем все выходы могут пригодиться. Отломайте необходимое количество коннекторов и установите их на макетку. После этого сверху поставьте драйвер запаяйте все коннекторы.

Схема подключения

После распайки пришло время подключить драйвер к Arduino. Схема подключения несложная и приведена на рисунке ниже.

Примечание. Маленький шаговый двигатель выглядит не так, как он изображен на схеме подключения. У него должен быть коннектор с четырьмя разъемами на конце. Этот коннектор можно напрямую подключить к разъему с четырьмя коннекторами на драйвере (см. Рисунок после распайки выше). Только обратите внимание на даташит вашего двигателя. Бывает такое, что разводка кабелей не соответсвует пинам на драйвере.

Важно! Шаговые двигатели потребляют больше тока, чем может предоставить Arduino. В связи с этим мы будем питать Arduino от 12 В. При этом вход для питания (М+) на EasyDriver подключен к пину Vin на Arduino. Благодаря этому, можно запитывать Arduino и двигатель от одного источника.

Программа Arduino для вращения шагового двигателя

После подключения, можно заливать программу в Arduino. Ниже приведен исходник простенького скетча для первого запуска. В интернете куча готовых кусков кода, которые вы спокойно можете использовать в своих целях. Кроме того, в Arduino IDE есть полноценная встроенная библиотека Stepper library, которая значительно упрощает процесс вашего общения с шаговыми двигателями.

В данном примере рассматривается управление шаговым двигателем с использованием контроллера EasyDriver и Arduino. После прошивки платы и подключения, ротор будет вращаться в одном и противоположном направлении.

digitalWrite(dirpin, LOW); // Устанавливаем направление

for (i = 0; i<4000; i++) // итерации повторяются до 4000 микрошагов

digitalWrite(steppin, HIGH); // В этих двух строках LOW и HIGH дается команда шаговому двигателю двигаться

delayMicroseconds(500); // Эта задержка соответствует максимальной скорости данного конкретного шагового двигателя

digitalWrite(dirpin, HIGH); // Смена направления

for (i = 0; i<4000; i++) // Аналогично предыдущему блоку

Дальнейшие эксперименты с шаговыми двигателями

Разобравшись с основами управления шаговым двигателем, можно переходить с реальным проектам. В интернете огромное количество проектов, сделанных именно с использованием драйвера EasyDriver. Но рекомендую ограничиваться не только этой платой, но и попробовать другие. Китай сейчас позволяет за действительно небольшие деньги приобрести отличный аналог рассмотренного в примере драйвера. Туториалы на большинство из них тоже есть.