DC at Stepper Motor Tester: 12 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Ilang buwan na ang nakakalipas, binigyan ako ng isang kaibigan ko ng ilang itinapon na mga inkjet printer at copy machine. Interesado ako sa pag-aani ng kanilang mga yunit ng mapagkukunan ng kuryente, mga kable, sensor at lalo na ang mga motor. Iniligtas ko kung ano ang kaya ko at nais kong subukan ang lahat ng mga bahagi upang matiyak na gumagana ang mga ito. Ang ilang mga motor ay na-rate sa 12V, ang ilan sa 5V, ang ilan ay stepper at ang iba ay DC motor. Kung mayroon lamang ako isang aparato, kung saan maaari kong ikonekta ang motor, itakda ang dalas, cycle ng tungkulin at pumili ng isang hakbang na hakbang upang subukan ito.

Napagpasyahan kong itayo ito nang hindi gumagamit ng digital signal processor, o microcontroller. Ang mapagpakumbabang 555 o tl741 bilang oscillator, 4017 counter at maraming mga gate ng lohika para sa mga stepper motor mode. Sa una ay masaya ako sa pagdidisenyo ng circuit, pati na rin ang pagdidisenyo sa front panel para sa aparato. Natagpuan ko ang isang disenteng kahoy na kahon ng tsaa upang mailagay ang lahat sa loob. Hinati ko ang circuitry sa apat na bahagi at sinimulang subukan ito sa isang breadboard. Hindi nagtagal, lumitaw ang mga unang palatandaan ng pagkabigo. Ito ay isang gulo. Maraming mga gate, maraming mga IC, wires. Hindi ito gumana nang maayos at nag-iisip ako sa pagitan ng dalawang mga pagpipilian: Upang gawin itong napaka-simple - para lamang sa mga DC motor, o isantabi at tapusin ito kung minsan mamaya … Pinili ko ang pangalawang pagpipilian.

Hakbang 1: Teoryang Pagkontrol ng DC at Stepper

DC Motor

Ang pinakakaraniwang paraan upang makontrol ang isang DC motor ay sa pamamagitan ng tinaguriang modyul na lapad ng pulso (PWM). Ang PWM ay inilapat sa isang tukoy na switch at pinapatay at pinapatay ang motor. Sa larawan maaari mong makita ang ipinahiwatig na panahon ng paglipat at ang kaugnayan nito sa dalas, ang oras ng paglipat ay ipinahiwatig din. Ang cycle ng tungkulin ay tinukoy bilang oras ng paglipat na hinati sa kabuuang panahon. Kung pinapanatili natin ang dalas na pare-pareho, ang tanging paraan lamang upang mabago ang cycle ng tungkulin ay upang baguhin ang sa oras. Sa pamamagitan ng pagtaas ng cycle ng tungkulin, tumataas din ang ibig sabihin ng halaga ng boltahe na inilapat sa motor. Dahil sa mas mataas na boltahe, ang isang mas mataas na kasalukuyang dumadaloy sa DC motor at rotor ay mas mabilis na umiikot.

Ngunit anong dalas ang pipiliin? Upang sagutin ang katanungang ito, tingnan natin nang mabuti kung ano talaga ang isang dc motor. Katumbas, maaari itong mailarawan bilang isang RL filter (napapabayaan ang likod ng EMF sandali lamang). Kung ang isang boltahe ay inilapat sa motor (RL filter), ang kasalukuyang pagtaas ng isang oras na pare-pareho tau na katumbas ng L / R. Sa kaso ng kontrol ng PWM, kapag ang switch ay sarado, ang kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng motor ay tataas at bumababa sa oras na patay ang switch. Sa puntong ito, ang kasalukuyang may parehong direksyon tulad ng dati at dumadaloy sa pamamagitan ng flyback diode. Ang mga motor na may mas mataas na lakas ay may mas mataas na inductance at sa gayon isang mas mataas na oras na pare-pareho kaysa sa mas maliit na mga motor. Kung ang dalas ay mababa kapag ang maliit na motor ay pinapatakbo, mayroong isang mabilis na pagbawas sa kasalukuyang sa oras ng switch-off, na sinusundan ng isang malaking pagtaas sa oras ng switch-on. Ang kasalukuyang ripple na ito ay sanhi din ng paggalaw ng torque ng motor. Ayaw namin niyan. Samakatuwid, kapag pinapagana ang mas maliit na mga motor, ang dalas ng PWM ay dapat na mas mataas. Gagamitin namin ang kaalamang ito sa disenyo sa susunod na mga hakbang.

Stepper Motor

Kung nais naming kontrolin ang isang unipolar stepper motor, na ginagamit sa hobby electronics, mayroon kaming pagpipilian na 3 pangunahing mga pagpipilian sa kontrol (mode) - Wave drive (WD), Half Step (HS) at Full Step (FS). Ang pagkakasunud-sunod ng mga indibidwal na mode at ang posisyon ng rotor ay ipinahiwatig sa pigura (para sa pagiging simple, ipinahiwatig ko ang isang motor na may dalawang pares ng mga poste). Sa kasong ito, ang Wave Drive at Full Step ay sanhi ng rotor na paikutin ang 90 degree at maaaring makamit sa pamamagitan ng paulit-ulit na 4 na estado. Sa Half Step mode, kailangan namin ng isang pagkakasunud-sunod ng 8 estado.

Ang pagpili ng mode ay nakasalalay sa mga kinakailangan ng system - kung kailangan namin ng isang malaking metalikang kuwintas, ang pinakamahusay na pagpipilian ay Buong Hakbang, kung ang isang mas mababang metalikang kuwintas ay sapat at marahil ay pinapagana namin ang aming circuit mula sa baterya, ang mode ng drive drive ay preffered. Sa mga application kung saan nais naming makamit ang pinakamataas na resolusyon ng angular at pinakamadulas na paggalaw, ang Half Drive mode ay isang perpektong pagpipilian. Ang metalikang kuwintas sa mode na ito ay halos 30% na mas mababa kaysa sa mode na Full Drive.

Hakbang 2: Diagram ng Circuit

Ang simpleng meme na ito ay akma na naglalarawan sa aking proseso ng pag-iisip sa panahon ng disenyo.

Inilalarawan ng itaas na bahagi ng diagram ang suplay ng kuryente - isang 12 volt adapter, na nabawasan sa 5 volts ng isang linear regulator. Nais kong mapili ang maximum na boltahe ng pagsubok ng motor (MMTV) - alinman sa 12 o 5 volts. Bawasan ng built-in na ammeter ang mga control circuit at susukat lamang sa kasalukuyang motor. Magiging maginhawa din upang makapagpalit sa pagitan ng panloob at panlabas na kasalukuyang pagsukat gamit ang isang multimeter.

Ang oscillator ay gagana sa dalawang mga mode: ang una ay pare-pareho ang dalas at isang variable duty cycle, at ang pangalawa ay isang variable frequency. Ang parehong mga parameter na ito ay maitatakda gamit ang mga potensyal, at ang isang paikot na switch ay ang paglipat ng mga mode at saklaw. Magsasama rin ang system ng isang switch sa pagitan ng panloob at panlabas na orasan sa pamamagitan ng isang konektor na 3.5 mm jack. Ang panloob na orasan ay maiugnay din sa panel sa pamamagitan ng isang 3.5 mm jack. Isang switch at isang pindutan upang paganahin / huwag paganahin ang orasan. Ang driver ng DC motor ay magiging isang solong quadrant na N-channel na driver ng mosfet. Ang direksyon ay mababago gamit ang mechanical dpdt switch. Ang mga lead ng motor ay makakonekta sa pamamagitan ng mga banana jack.

Ang pagkakasunud-sunod ng stepper motor ay makokontrol ng isang arduino, na makikilala rin ang 3 control mode na tinukoy ng dip switch. Ang driver ng stepper motor ay magiging uln2003. Kinokontrol din ng Arduino ang 4 na LED na kumakatawan sa animasyon ng pinapatakbo na windings ng motor sa mga mode na ito. Ang stepper motor ay konektado sa tester sa pamamagitan ng isang socket ng ZIF.

Hakbang 3: Mga Skematika

Ang mga eskematiko ay nahahati sa limang bahagi. Ang mga circuit ay naka-frame sa mga asul na kahon ay kumakatawan sa mga sangkap na makikita sa panel.

1. Power Supply
2. Oscillator
3. DC Driver
4. Arduino Stepper Driver
5. Logic Gates Stepper Driver

Sheet nr. 5 ang dahilan kung bakit iniwan ko ang proyektong ito na namamalagi. Ang mga circuit na ito ay bumubuo ng mga pagkakasunud-sunod para sa dating nabanggit na mga mode ng kontrol - WD, HS at FS. Ang bahaging ito ay pinalitan ng arduino kumpleto sa sheet nr. 4. Nakakabit din ang mga kumpletong eskematiko ng Eagle.

Hakbang 4: Mga Kinakailangan na Mga Sangkap at Tool

Mga kinakailangang bahagi at tool:

• Multimeter
• Caliper
• Pamutol ng karton
• Pananda
• Mga Tweezer
• Pinong pliers
• Pagputol ng Mga Plier
• Wire paghuhubad ng mga pliers
• Panghinang
• Panghinang
• Colophony
• Mga Wires (24 awg)
• 4x spdt switch
• 2x dpdt switch
• 4x banana jack
• Push button
• Socket ng ZIF
• 2x 3.5 mm jack
• Konektor ng DC
• Arduino nano
• 3-post DIP switch
• 2x 3 mm LED
• 5x 5 mm LED
• LED ng Bicolor
• Potentiometer knobs
• DIP sockets
• Universal PCB
• Mga konektor ng duplect
• Mga plastik na kurbatang kurbatang

At

• Mga Potenometro
• Mga lumalaban
• Mga capacitor

kasama ang iyong mga napiling halaga, naaayon sa mga saklaw ng dalas at ningning ng mga LED.

Hakbang 5: Disenyo ng Front Panel

Ang tester ay inilagay sa isang lumang kahoy na kahon ng tsaa. Una kong sinukat ang panloob na mga sukat at pagkatapos ay pinutol ko ang isang rektanggulo mula sa matapang na karton, na nagsisilbing isang template para sa paglalagay ng mga bahagi. Nang masaya ako sa paglalagay ng mga bahagi, sinukat ko muli ang bawat posisyon at lumikha ng isang disenyo ng panel sa Fusion360. Hinati ko ang panel sa 3 mas maliit na mga bahagi, para sa pagiging simple sa pag-print ng 3D. Dinisenyo ko rin ang isang may-hawak na hugis L para sa pag-aayos ng mga panel sa panloob na mga gilid ng kahon.

Hakbang 6: 3D Pagpi-print at Pag-spray ng pagpipinta

Ang mga panel ay naka-print gamit ang isang printer ng Ender-3, mula sa natitirang materyal na mayroon ako sa bahay. Ito ay isang transparent na rosas na petg. Pagkatapos ng pag-print, spray ko ang mga panel at may hawak na may matt black acrylic na pintura. Para sa kumpletong saklaw, nag-apply ako ng 3 coats, inilatag ang mga ito sa labas ng ilang oras upang matuyo at magpahangin nang halos kalahating araw. Mag-ingat, ang mga usok ng pintura ay maaaring mapanganib. Palaging gamitin ang mga ito lamang sa isang maaliwalas na silid.

Hakbang 7: Mga Kable ng Panel

Sa personal, ang aking paborito, ngunit ang pinaka-nakakapag-ubos na bahagi (Humihingi ako ng paumanhin nang maaga para sa hindi paggamit ng mga tubong pag-urong, nasa isang crunch ako - kung hindi ay talagang gagamitin ko ang mga ito).

Ang mga naaangkop na bracket ay nakakatulong nang malaki kapag ang pag-mount at paghawak ng mga panel. Posible ring gamitin ang tinatawag na pangatlong kamay, ngunit mas gusto ko ang may-ari. Tinakpan ko ng mga tela ng tela ang mga humahawak nito upang hindi mapakamot ang panel habang nagtatrabaho.

Ipinasok ko at na-screw ang lahat ng mga switch at potentiometers, LEDs at iba pang mga konektor sa panel. Kasunod, tinantya ko ang haba ng mga wires na ikonekta ang mga bahagi sa panel at pati na rin ang mga gagamitin upang kumonekta sa pcb. Ang mga ito ay may posibilidad na maging isang medyo mas mahaba at ito ay mabuti upang pahabain ang mga ito ng kaunti.

Halos palagi akong gumagamit ng likido na solder flux kapag mga panghinang na konektor. Nag-apply ako ng isang maliit na halaga sa pin at pagkatapos ay lata at ikonekta ito sa kawad. Inaalis ng Flux ang anumang oxidized metal mula sa mga ibabaw, na ginagawang mas madali upang maghinang ang magkasanib.

Hakbang 8: Mga Konektor ng Panel-Board

Upang ikonekta ang panel sa pcb, gumamit ako ng mga konektor ng uri ng dupont. Malawakang magagamit ang mga ito, mura at, pinakamahalaga, maliit na sapat upang magkasya nang kumportable sa napiling kahon. Ang mga cable ay nakaayos ayon sa pamamaraan, sa mga pares, triplets o quadruplet. Ang mga ito ay naka-code sa kulay upang madaling makilala at madaling kumonekta. Sa parehong oras, praktikal para sa hinaharap na hindi mawala sa isang pare-parehong gulo ng mga wire. Sa wakas, ang mga ito ay mekanikal na na-secure na may mga plastic cable ties.

Hakbang 9: PCB

Dahil ang bahagi ng diagram na nasa labas ng panel ay hindi malawak, nagpasya akong gumawa ng isang circuit sa isang unibersal na pcb. Gumamit ako ng isang regular na 9x15 cm pcb. Inilagay ko ang mga input capacitor kasama ang linear regulator at heatsink sa kaliwang bahagi. Kasunod, nag-install ako ng mga socket para sa IC 555, 4017 counter at ULN2003 driver. Ang socket para sa 4017 counter ay mananatiling walang laman dahil ang pagpapaandar nito ay kinuha ng arduino. Sa ibabang bahagi mayroong isang driver para sa N-channel mosfet F630.

Hakbang 10: Arduino

Ang koneksyon ng system na may arduino ay naitala sa eskematiko sheet nr. 4. ang sumusunod na pag-aayos ng mga pin ay ginamit:

• 3 digital input para sa DIP switch - D2, D3, D12
• 4 na digital na output para sa mga tagapagpahiwatig ng LED - D4, D5, D6, D7
• 4 digital output para sa stepper driver - D8, D9, D10, D11
• Isang analog input para sa potensyomiter - A0

Ang mga tagapagpahiwatig ng LED na kumakatawan sa indibidwal na mga winding ng motor, dahan-dahan na masisindi kaysa sa mga paikot-ikot na aktwal na pinapagana. Kung ang bilis ng flashing ng mga LED ay tumutugma sa paikot-ikot na motor, makikita namin ito bilang isang tuluy-tuloy na pag-iilaw sa kanilang lahat. Nais kong makamit ang isang malinaw na simpleng representasyon at mga pagkakaiba sa pagitan ng mga indibidwal na mode. Samakatuwid, ang mga tagapagpahiwatig ng LED ay kinokontrol nang nakapag-iisa sa 400 ms interval.

Ang mga pagpapaandar para sa pagkontrol ng stepper motor ay nilikha ng may-akdang si Cornelius sa kanyang blog.

Hakbang 11: Assembly at Pagsubok

Sa wakas, ikinonekta ko ang lahat ng mga panel sa pcb at nagsimulang subukan ang tester. Sinukat ko ang oscillator at ang mga saklaw nito sa isang oscilloscope, pati na rin ang kontrol sa dalas at duty cycle. Wala akong anumang malaking problema, ang tanging pagbabago na ginawa ko ay upang magdagdag ng mga ceramic capacitor kahanay sa mga input electrolytic capacitor. Ang idinagdag na kapasitor ay nagbibigay ng pagpapalambing ng pagkagambala ng mataas na dalas na ipinakilala sa system ng mga elemento ng parasitiko ng DC adapter cable. Gumagana ang lahat ng mga pagpapaandar ng tester ayon sa kinakailangan.

Hakbang 12: Outro

Ngayon ay sa wakas ay masusubukan ko na lang ang lahat ng mga motor na na-save ko sa mga nakaraang taon.

Kung interesado ka sa teorya, pamamaraan, o anupaman tungkol sa tester, huwag mag-atubiling makipag-ugnay sa akin.

Salamat sa pagbabasa at iyong oras. Manatiling malusog at ligtas.