Tartalomjegyzék:

DC és léptetőmotor tesztelő: 12 lépés (képekkel)
DC és léptetőmotor tesztelő: 12 lépés (képekkel)

Videó: DC és léptetőmotor tesztelő: 12 lépés (képekkel)

Videó: DC és léptetőmotor tesztelő: 12 lépés (képekkel)
Videó: Arduino alapú DC motoros szervo megoldás I. 2024, November
Anonim
DC és léptetőmotor tesztelő
DC és léptetőmotor tesztelő

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 és léptetővezérlés elmélete
DC és léptetővezérlés elmélete
DC és léptetővezérlés elmélete
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

Kördiagramm
Kördiagramm
Kördiagramm
Kördiagramm

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

Vázlatok
Vázlatok
Vázlatok
Vázlatok
Vázlatok
Vázlatok

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
Szükséges alkatrészek és eszközök
Szükséges alkatrészek és eszközök
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

Az előlap kialakítása
Az előlap kialakítása
Az előlap kialakítása
Az előlap kialakítása
Az előlap kialakítása
Az előlap kialakítása

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

3D nyomtatás és spray-festés
3D nyomtatás és spray-festés
3D nyomtatás és spray-festés
3D nyomtatás és spray-festés
3D nyomtatás és spray-festés
3D nyomtatás és spray-festés
3D nyomtatás és spray-festés
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

Panel huzalozás
Panel huzalozás
Panel huzalozás
Panel huzalozás
Panel huzalozás
Panel huzalozás

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

Panel-Board csatlakozók
Panel-Board csatlakozók
Panel-Board csatlakozók
Panel-Board csatlakozók
Panel-Board csatlakozók
Panel-Board 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

NYÁK
NYÁK
NYÁK
NYÁK
NYÁK
NYÁK
NYÁK
NYÁK

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

Összeszerelés és tesztelés
Összeszerelés és tesztelés
Összeszerelés és tesztelés
Összeszerelés és tesztelés
Összeszerelés és tesztelés
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

Outro
Outro
Outro
Outro
Outro
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.

Ajánlott: