DC és léptetőmotor tesztelő: 12 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Néhány hónappal ezelőtt egy barátom adott nekem egy eldobott tintasugaras nyomtatót és másológépet. Érdekelt volt az erőforrás -egységeik, kábeleik, érzékelőik és különösen a motorok betakarítása. Megmentettem, amit tudtam, és ki akartam próbálni az összes alkatrészt, hogy megbizonyosodjak azok működőképességéről. Néhány motort 12 V -ra, néhányat 5 V -ra, néhányat léptetőre, másokat egyenáramú motorokra értékeltek. Ha lenne egy olyan készülékem, ahol egyszerűen csatlakoztathatnám a motort, beállíthatnám a frekvenciát, a működési ciklust, és kiválaszthatnám a lépést a teszteléshez.

Úgy döntöttem, hogy digitális jelfeldolgozó vagy mikrovezérlő nélkül építem fel. A szerény 555 vagy tl741 oszcillátor, 4017 számláló és számos logikai kapu a léptetőmotoros üzemmódokhoz. Eleinte nagyon jól szórakoztam az áramkör tervezésén, valamint a készülék előlapjának megtervezésén. Találtam egy tisztességes fa tea dobozt, amibe mindent bele lehet tenni. Az áramkört négy részre osztottam, és elkezdtem tesztelni egy kenyértáblán. Hamarosan megjelentek a frusztráció első jelei. Zűrzavar volt. Sok kapu, sok IC, vezeték. Nem működött megfelelően, és két lehetőség között gondolkodtam: Hogy nagyon egyszerű legyen - csak egyenáramú motorokhoz, vagy tegye félre, és néha később fejezze be … Én a második lehetőséget választottam.

1. lépés: DC és léptetővezérlés elmélete

DC motor

Az egyenáramú motor vezérlésének leggyakoribb módja az úgynevezett impulzusszélesség-moduláció (PWM). A PWM egy adott kapcsolóra vonatkozik, és be- és kikapcsolja a motort. A képen látható a jelzett kapcsolási időszak és a frekvenciához való viszonya, a kapcsolási idő is megjelenik. A működési ciklust úgy határozzák meg, hogy a kapcsolási idő osztva a teljes periódussal. Ha a frekvenciát állandó értéken tartjuk, a működési ciklus megváltoztatásának egyetlen módja a bekapcsolási idő megváltoztatása. A munkaciklus növelésével a motorra adott feszültség átlagértéke is nő. A nagyobb feszültség miatt nagyobb áram folyik az egyenáramú motoron, és a rotor gyorsabban forog.

De milyen frekvenciát válasszon? A kérdés megválaszolásához nézzük meg közelebbről, hogy valójában mi az egyenáramú motor. Hasonlóképpen, RL szűrőként is leírható (egy pillanatra figyelmen kívül hagyva az EMF -et). Ha feszültséget alkalmaznak a motorra (RL szűrő), akkor az áram növekszik egy tau időállandóval, amely megegyezik L / R. csökken a kapcsoló kikapcsolt állapotában. Ezen a ponton az áram iránya megegyezik az előzővel, és áthalad a flyback diódán. A nagyobb teljesítményű motorok nagyobb induktivitással és így nagyobb időállandóval rendelkeznek, mint a kisebb motorok. Ha a frekvencia alacsony, amikor a kismotor be van kapcsolva, akkor a kikapcsolási idő alatt gyorsan csökken az áram, majd a bekapcsolási idő alatt nagy növekedés következik. Ez az áramlökés a motor nyomatékának hullámzását is okozza. Ezt nem akarjuk. Ezért kisebb motorok táplálásakor a PWM frekvenciának magasabbnak kell lennie. Ezt a tudást felhasználjuk a tervezés során a későbbi lépésekben.

Léptetőmotor

Ha egy egypólusú léptetőmotort szeretnénk vezérelni, amelyet hobbi elektronikában használnak, akkor három alapvető vezérlési lehetőség közül választhatunk (módok) - Hullámhajtás (WD), Féllépés (HS) és Teljes lépés (FS). Az egyes üzemmódok sorrendjét és a rotor helyzetét az ábra mutatja (az egyszerűség kedvéért két pólusú motort jelöltem meg). Ebben az esetben a Wave Drive és a Full Step hatására a rotor 90 fokban elfordul, és 4 állapot megismétlésével érhető el. Fél lépés módban 8 állapotból álló sorozatra van szükségünk.

Az üzemmód kiválasztása a rendszer követelményeitől függ - ha nagy nyomatékra van szükségünk, akkor a legjobb választás a Full Step, ha elegendő az alacsonyabb nyomaték, és talán az akkumulátorról tápláljuk áramkörünket, akkor előnyben részesítjük a hullámhajtási módot. Azokban az alkalmazásokban, ahol a legnagyobb szögfelbontást és a legegyenletesebb mozgást szeretnénk elérni, a Half Drive mód ideális választás. A nyomaték ebben az üzemmódban körülbelül 30% -kal alacsonyabb, mint a Full Drive üzemmódban.

2. lépés: Áramköri diagram

Ez az egyszerű mém találóan leírja gondolkodásomat a tervezés során.

A diagram felső része a tápegységet írja le - egy 12 voltos adaptert, amelyet egy lineáris szabályozó 5 voltra csökkent. Szerettem volna kiválasztani a motor (MMTV) maximális tesztfeszültségét - akár 12, akár 5 voltot. A beépített ampermérő megkerüli a vezérlőáramköröket, és csak a motor áramát méri. Az is kényelmes lenne, ha multiméterrel válthatna a belső és a külső árammérés között.

Az oszcillátor két üzemmódban fog működni: az első állandó frekvencia és változó teljesítményciklus, a második pedig változó frekvencia. Mindkét paraméter beállítható potenciométerek segítségével, az egyik forgókapcsoló pedig módok és tartományok. A rendszer tartalmaz egy kapcsolót is a belső és a külső óra között egy 3,5 mm -es jack csatlakozón keresztül. A belső óra 3,5 mm -es jack csatlakozón keresztül is csatlakoztatható a panelhez. Egy kapcsoló és egy gomb az óra engedélyezéséhez/letiltásához. Az egyenáramú motor meghajtója egyetlen kvadráns N-csatornás mosfet-meghajtó lesz. Az irányt a mechanikus dpdt kapcsolóval lehet megváltoztatni. A motor vezetékeit banán aljzatokon keresztül csatlakoztatják.

A léptetőmotor -sorozatot egy arduino fogja vezérelni, amely szintén felismeri a dip kapcsoló által meghatározott 3 vezérlési módot. A léptetőmotor vezetője uln2003 lesz. Az Arduino 4 LED -et is vezérel, amelyek a motoros tekercsek animációját jelzik ezekben az üzemmódokban. A léptetőmotor ZIF aljzaton keresztül csatlakozik a tesztelőhöz.

3. lépés: Sémák

A vázlatok öt részre vannak osztva. A kék dobozokkal keretezett áramkörök a panelen található alkatrészeket jelölik.

1. Tápegység
2. Oszcillátor
3. DC meghajtó
4. Arduino léptető
5. Logic Gates léptető

Lap. 5 az oka annak, hogy hazudva hagytam el ezt a projektet. Ezek az áramkörök sorozatokat képeznek a korábban említett vezérlési módokhoz - WD, HS és FS. Ezt a részt teljes egészében arduino váltja fel a Nr. 4. A teljes Eagle vázlat is csatolva van.

4. lépés: Szükséges alkatrészek és eszközök

Szükséges alkatrészek és eszközök:

• Multiméter
• Féknyereg
• Kartonvágó
• Jelző
• Csipesz
• Finom fogó
• Vágófogó
• Huzalcsupaszító fogó
• Forrasztópáka
• Forrasztó
• Kolofónia
• Vezetékek (24 awg)
• 4x spdt kapcsoló
• 2x dpdt kapcsoló
• 4x banán jack
• Nyomógomb
• ZIF foglalat
• 2x 3,5 mm -es jack
• DC csatlakozó
• Arduino nano
• 3 pólusú DIP kapcsoló
• 2x 3 mm -es LED
• 5x 5 mm -es LED
• Bicolor LED
• Potenciométer gombok
• DIP aljzatok
• Univerzális NYÁK
• Dupont csatlakozók
• Műanyag kábelkötegek

És

• Potenciométerek
• Ellenállások
• Kondenzátorok

a választott értékekkel, a LED -ek frekvenciatartományának és fényerejének megfelelően.

5. lépés: Az előlap tervezése

A tesztert egy régi, fából készült tea dobozba helyezték. Először megmértem a belső méreteket, majd kemény téglalapból kivágtam egy téglalapot, amely sablonként szolgált az alkatrészek elhelyezéséhez. Amikor elégedett voltam az alkatrészek elhelyezésével, újra megmértem az egyes pozíciókat, és létrehoztam egy paneltervet a Fusion360 -ban. A panelt 3 kisebb részre osztottam, a 3D nyomtatás egyszerűsége érdekében. L-alakú tartót is terveztem a panelek rögzítéséhez a doboz belső oldalaihoz.

6. lépés: 3D nyomtatás és spray-festés

A paneleket Ender-3 nyomtatóval nyomtatták ki, az otthon maradt anyagból. Ez egy átlátszó rózsaszín petg volt. Nyomtatás után a paneleket és tartókat matt fekete akrilfestékkel szórtam be. A teljes fedés érdekében 3 réteget alkalmaztam, néhány órára kint fektettem, hogy megszáradjanak és szellőzzenek körülbelül fél napig. Legyen óvatos, a festékpárák károsak lehetnek. Mindig csak szellőző helyiségben használja őket.

7. lépés: A panel bekötése

Személy szerint a kedvencem, de a legidőigényesebb rész (előre is elnézést kérek, hogy nem használtam a zsugorcsöveket, időzavarban voltam - különben mindenképpen használnám).

Az állítható konzolok sokat segítenek a panelek szerelésében és kezelésében. Lehetőség van az úgynevezett harmadik kéz használatára is, de én jobban szeretem a tartót. A fogantyúit textil ruhával borítottam, hogy a panel ne karcolódjon meg munka közben.

Az összes kapcsolót és potenciométert, LED -et és egyéb csatlakozót behelyeztem és becsavartam a panelbe. Ezt követően megbecsültem a vezetékek hosszát, amelyek összekötik a panelen lévő alkatrészeket, és azokat is, amelyeket a NYÁK -hoz való csatlakoztatáshoz használnak. Ezek általában egy kicsit hosszabbak, és jó egy kicsit meghosszabbítani őket.

Szinte mindig folyékony forrasztóanyagot használok a csatlakozók forrasztásakor. Kis mennyiséget viszek fel a csapra, majd ónozom, és a vezetékhez csatlakoztatom. A Flux eltávolítja az oxidált fémet a felületekről, így sokkal egyszerűbb a kötés forrasztása.

8. lépés: Panel-panel csatlakozók

A panel PCB -hez való csatlakoztatásához dupont típusú csatlakozókat használtam. Széles körben kaphatók, olcsók és, ami a legfontosabb, elég kicsik ahhoz, hogy kényelmesen elférjenek a kiválasztott dobozban. A kábelek a séma szerint vannak elrendezve, párban, hármasban vagy négyesben. Színkóddal vannak ellátva, hogy könnyen azonosíthatók és könnyen csatlakoztathatók legyenek. Ugyanakkor praktikus a jövő számára, hogy ne vesszen el a vezetékek egységes gubancában. Végül mechanikusan rögzítik műanyag kábelkötegelőkkel.

9. lépés: PCB

Mivel a diagram azon része, amely a panelen kívül található, nem terjedelmes, úgy döntöttem, hogy egy áramkört készítek egy univerzális NYÁK -on. Rendes 9x15 cm -es PCB -t használtam. A bemeneti kondenzátorokat a lineáris szabályzóval és a hűtőbordával együtt a bal oldalra helyeztem. Ezt követően foglalatokat telepítettem az IC 555, 4017 számlálóhoz és az ULN2003 meghajtóhoz. A 4017 számláló foglalata üres marad, mivel funkcióját az arduino veszi át. Az alsó részben az N-csatornás mosfet F630 illesztőprogramja található.

10. lépés: Arduino

A rendszer és az arduino kapcsolatát a sz. 4. a csapok következő elrendezését használták:

• 3 digitális bemenet a DIP kapcsolóhoz - D2, D3, D12
• 4 digitális kimenet a LED -kijelzőkhöz - D4, D5, D6, D7
• 4 digitális kimenet a léptető meghajtóhoz - D8, D9, D10, D11
• Egy analóg bemenet a potenciométerhez - A0

Az egyes motortekercseket jelző LED -jelzők lassan világítanak, mint a tekercsek. Ha a LED -ek villogási sebessége megfelel a motor tekercselésének, akkor mindegyikük folyamatos megvilágításának tekintenénk. Egyértelmű, egyszerű ábrázolást és különbségeket akartam elérni az egyes módok között. Ezért a LED -kijelzőket egymástól függetlenül, 400 ms -os időközönként vezérlik.

A léptetőmotor vezérlésének funkcióit Cornelius szerző készítette blogjában.

11. lépés: Összeszerelés és tesztelés

Végül az összes panelt csatlakoztattam a PCB -hez, és elkezdtem tesztelni a tesztert. Oszcilloszkóppal mértem az oszcillátort és annak hatótávolságát, valamint a frekvencia- és munkaciklus -szabályozást. Nagy problémáim nem voltak, az egyetlen változtatás az volt, hogy kerámia kondenzátorokat adtam hozzá a bemeneti elektrolit kondenzátorokhoz. A hozzáadott kondenzátor csillapítja a nagyfrekvenciás interferenciát, amelyet az egyenáramú adapter kábel parazita elemei vezetnek be a rendszerbe. Minden tesztelő funkció a kívánt módon működik.

12. lépés: Outro

Most végre egyszerűen kipróbálhatom az összes motort, amelyeket sikerült kimentenem az évek során.

Ha érdekli a tesztelő elmélete, sémája vagy bármi, ne habozzon kapcsolatba lépni velem.

Köszönöm, hogy elolvasta és időt szánt rá. Maradjon egészséges és biztonságos.