Автопортал || Авто - статьи

Сельскохозяйственная техника
Чтение RSS

РадіоКот :: Пропорційне управління кроковим двигуном

>>>>


Пропорційне управління кроковим двигуном

Описується нижче пристрій дозволяє управляти уніполярним кроковим двигуном типу СДХ 1,8 / 40 і аналогічним. Схема електрична принципова блоку управління зображена на рис.1. Він виконаний на базі мікроконтролера ATmega 8 працюючого від вбудованого тактового генератора на частоті 2 МГц. Як ключі, комутуючих обмотки крокової двигуна М1, використані логічні елементи мікросхем DD2, DD3 типу SN75452 (російський аналог - К155ЛА18). Це мікросхеми - підвищеної потужності з відкритим колекторним виходом.

Блок підтримує пропорційну і дискретне управління мотором
Блок підтримує пропорційну і дискретне управління мотором. У режимі пропорційного управління - кут повороту ротора двигуна, задається змінний резистором R1. У режимі дискретного управління - обертання двигуна «вліво», «вправо», «стоп» здійснюється кнопками S1 і S2. Крім цього, в схемі можна вибирати кроковий або полушаговий режим роботи, а також швидкість обертання двигуна.
Установкою перемички X4 вибирається пропорційне керування, а при її відсутності - дискретне управління. Перемичкою X5 визначається кроковий і полушаговий режим роботи двигуна. Всі ці режими роботи инициализируются тільки в момент включення схеми або скидання мікроконтролера. Тому потрібні перемички необхідно встановити перед включенням харчування. У мікроконтролері задіяні два каналу АЦП. На вхід одного з них - ADC5 (28 ніжка) підключений підлаштування резистор R3. З його допомогою регулюється швидкість обертання двигуна при будь-якому режимі роботи схеми.
У режимі пропорційного управління задіюється ще один канал АЦП - ADC4 (27 ніжка). На його вхід через інтегруючу ланцюг R2, C1 підключений змінний резистор R1, який задає кут повороту ротора мотора. Швидкість роботи АЦП в даній керуючої програмою здійснює перетворення з 8 - бітної точністю. Тому положення ручки змінного резистора R1 програма контролера умовно розбиває на 255 кроків. Після включення живлення, програма виконує калібрування положення ротора крокового двигуна. Для цього, перед початком роботи, автоматично виконується команда «обертання двигуна вліво» до тих пір, поки прапорець, закріплений на роторі мотора, не "доїде» до кінцевого датчика (оптопари) VT1, HL1. При надходженні сигналу з датчика VT1, програма обнуляє регістр-лічильник кількості кроків двигуна, вимірює напругу на виході змінного резистора R1, перетворює його в цифровий код в діапазоні від 0 до 255, записує його в старший байт регістра результату перетворення АЦП (це кількість кроків змінного резистора R1), а потім порівнює його вмістом регістра-лічильника кількості кроків двигуна. Якщо число кроків резистора R1 більше ніж кроків двигуна М1, то видається команда: «обертання двигуна вправо». При цьому з кожним кроком ротора відбувається інкремент лічильника кроків двигуна і його порівняння з числом в регістрі АЦП (кроки резистора R1). Коли число кроків двигуна стане дорівнює числу в регістрі АЦП, виконується команда: «стоп». Повертаючи ручку резистора R1 «вліво», зменшується рівень постійної напруги на вході АЦП. При цьому число в регістрі результату перетворення АЦП стане менше ніж поточне значення регістра - лічильника кроків. В цьому випадку видається команда: «обертання двигуна вліво». З кожним кроком двигуна відбувається декремент регістра-лічильника кроків двигуна до тих пір, поки числа в обох регістрах не стануть рівні. Таким чином, обертаючи ручку змінного резистора R1, ротор двигуна повертається в тому ж напрямку і на таку ж кількість кроків.
Зазначу, що пропонований двигун робить один оборот на 360 ° за 200 кроків (тобто один крок - 1,8 град.). Отже, в даній схемі, за 255 умовних кроків від змінного резистора R1, ротор двигуна зробить більш одного обороту і повернеться на кут 459 °. Тому для обмеження кута повороту двигуна використовується кінцевий датчик (оптопара) для крайнього правого положення ротора. Він виконаний на елементах VT2, HL2. Для більш точного копіювання кута повороту ручки змінного резистора ротором двигуна необхідно встановити в розрив виведення опору R1, підключеного до «+5 В», обмежувальний резистор Rогр .. Його номінал слід ретельно підібрати (в межах від 1 до 3 кОм).
У керуючій програмі передбачена функція повторного калібрування положення ротора двигуна в процесі роботи пристрою. Наприклад, в разі прослизання кроків ротора, по якійсь причині (двигун перевантажений, зачепився за щось і т.д.), можна повернути ручку змінного резистора R1 в крайнє ліве положення і почекати 2 - 3 секунди. При цьому відбувається перевірка стану прапорця ротора за допомогою оптичного датчика крайнього лівого положення VT1. Якщо прапорець не зайшов в зону спрацювання датчика, значить в процесі роботи відбулося зміщення кроків ротора мотора М1 щодо кроків резистора R1. В цьому випадку запускається програма повторного калібрування системи, і робота пристрою відновлюється.
Для роботи схеми в режимі пропорційного управління оптичний датчик крайнього лівого положення і калібрування VT1 - обов'язковий. Датчик крайнього правого положення VT2 можна не ставити, якщо немає необхідності в обмеженні положення ротора при обертанні вправо. Але, тоді, необхідно 14 висновок мікроконтролера підключити до +5 В.
При пропорційному управлінні двигуном в полушаговом режимі ротор здійснює поворот в межах від 0 ° до 230 °. Потужність мотора зменшується, зате збільшується плавність ходу. Це необхідно враховувати при виборі цього режиму роботи.
У режимі дискретного управління обертання «вправо» здійснюється кнопкою S1, обертання «вліво» - кнопкою S2. Якщо кнопки не натиснуті, виконується команда «стоп». Програма калібрування двигуна і змінний резистор R1 в цьому режимі не використовуються. Оптичні датчики VT1, HL1 і VT2, HL2 працюють як обмежувачі крайніх положень ротора двигуна М1. Якщо обмеження обертання не потрібно, то ці оптопари можна не ставити. Але при цьому необхідно висновки 14, 15 мікроконтролера припаяти до +5.
У разі необхідності контролю над роботою крокового двигуна іншими (зовнішніми) пристроями, в схемі передбачені спеціальні виходи на старших пінах порту D мікроконтролера. На виведення PD7 «step» формується короткочасний імпульс прямокутної форми при кожному кроці двигуна (може стати в нагоді для зовнішнього лічильника кроків). Висновок PD6 «rewers» - сигнал реверсу двигуна (лог. 0 - обертання вправо, лог. 1 - обертання вліво). При обнулення (скиданні) програмного лічильника - регістра кількості кроків, на виведенні PD5 формується короткочасний імпульс «reset». Ці виходи працюють і в режимі пропорційного управління.
Керуюча програма для мікроконтролера написана на мові Асемблер. Файл прошивки додається. Крім цього, необхідно запрограмувати фьюз: CKSEL0 = 0, CKSEL1 = 1, CKSEL2 = 0, CKSEL3 = 0, SUT0 = 0, SUT1 = 1, SKOPT = 1.

Друкована плата блоку управління зображена на рис
Друкована плата блоку управління зображена на рис. 2. Вона виготовлена ​​з одностороннього фольгованого склотекстоліти розмірами 42 × 58 мм. В прикріпленому файлі з розширенням .lay додається малюнок для «лазерно-прасувальну» технології виготовлення плати. Розташування елементів схеми на друкованій платі наведено на малюнку 3.

Розташування елементів схеми на друкованій платі наведено на малюнку 3

Після установки мікросхеми - стабілізатора DA1, до неї, необхідно прикрутити радіатор площею не менше 4 см². Зібрана конструкція представлена ​​на фото. 1 і фото. 2.

2

Як уже зазначалося, логічні мікросхеми SN75452 можна замінити російським аналогом - К155ЛА18
Як уже зазначалося, логічні мікросхеми SN75452 можна замінити російським аналогом - К155ЛА18. Раніше вони використовувалися в старих п'ятидюймових флоппі дисководах разом з пропонованим кроковим двигуном.

Пропонований блок може бути використаний в різних пристроях з електромеханічним приводом
Пропонований блок може бути використаний в різних пристроях з електромеханічним приводом. Наприклад, у мене два таких модуля з кроковими двигунами пропорційно керують відеокамерою спостереження з віддаленим доступом по двох осях координат. Один мотор повертає камеру по осі Х, інший - по осі Y (фото. 3).

Відеоролик про роботу девайса:


файли:
Друкована плата під ЛУТ
Мал. 1. Принципова схема
файл прошивки


Всі питання в Форум .