Драйвер Шагового Двигателя На Atmega
Feb 6, 2016 - Драйверы униполярного и биполярного шагового двигателя. L298N Управление шаговым двигателем. Схемы драйверов шагового двигателя. Подключение шагового двигателя.
Сразу оговорюсь — все, что здесь далее написано, лишь мои личные выводы и не претендует на абсолютную истину. Истина рождается в споре, так что если уважаемые читатели в чем-то со мной не согласны, давайте это обсудим!
Драйвер Шагового Двигателя На Atmega8
Задача построения станка обычно сводится к трем подзадачам — механика, электроника, программное обеспечение. Видимо и статьи придется писать тоже три. Поскольку у нас журнал всё-таки практической электроники, начну с электроники и чуть-чуть с механики! ПриводНужно двигать собственно фрезер в 3-х направлениях — XYZ, значит нужно 3 привода — 3 мотора с передачей вращения вала двигателя в линейное перемещение. О передаче Для фрезерного станка, где есть боковые усилия резания материала, желательно не применять ременные передачи, очень популярные в 3D принтерах. Буду применять передачу «винт-гайка». Самая бюджетная передача — обычный стальной винт и безлюфтовая, желательно бронзовая, гайка.
Более правильная — винт с трапециевидной резьбой и гайка из капролона. Самая хорошая (и, увы, самая дорогая) шарико-винтовая пара, или ШВП. Об этом подробнее я еще расскажу далее У каждой передачи есть свой коэффициент, свой шаг — то есть насколько линейно по оси переместится фрезер за один оборот двигателя, например, на 4 мм.
Двигатель (мотор)В качестве двигателя для привода определил шаговый двигатель (ШД) Почему шаговый? Что это вообще такое? Двигатели есть переменного и постоянного тока, коллекторные и бесколлекторные, и так называемые «шаговые». В любом случае нам надо обеспечить какую-то точность позиционирования, например 0,01 мм.
Как это сделать? Если двигатель имеет прямой привод — вал двигателя соединяют напрямую с винтом, то для обеспечения такой точности нужно повернуть его на некоторый угол. В данном случае, при шаге передачи 4 мм и желаемой точности перемещения 0,01 мм это всего 1/400 оборота, или 360/400=0,9 градуса! Ерунда, возьмем обычный моторчик С «обычным» моторчиком без обратной связи никак не получится. Не вдаваясь в подробности, схема управления двигателем должна «знать», на какой угол повернулась ось. Можно конечно поставить редуктор — потеряем в скорости, и все равно без гарантии, без обратной связи вообще никак! На ось ставится датчик угла поворота.
Такое решение надежное, но дорогое. Альтернатива — шаговый двигатель (как он работает, почитайте сами). Можно считать, что за одну «команду» он повернет свою ось на определенный градус, обычно это 1,8 или 0,9 градуса (точность обычно не хуже 5%) — как раз то, что нужно. Недостаток такого решения — при большой нагрузке двигатель будет пропускать команды — «шаги» и может вообще остановиться.
Вопрос решается установкой заведомо мощного двигателя. На шаговых двигателях и делается большинство любительских станочков. Выбираем шаговый двигатель2 обмотки, с минимальным током, минимальной индуктивностью и максимальным моментом — то есть максимально мощный и экономичный двигатель. Противоречивые требования. Малый ток — значит большое сопротивление, значит много витков провода обмотки двигателя, значит большая индуктивность.
А большой момент — это большой ток и много витков. Выбираем в пользу большего тока и меньшей индуктивности. А момент надо выбирать исходя из нагрузки, но об этом потом. Характеристики некоторых двигателей приведены в таблице. Для небольшого станка с рабочим пространством размером 300×300х100 мм и легким фрезером вполне сгодятся двигатели с крутящим моментом 0,3Нм и выше. Оптимальным является ток от 1,5 до 2,5 Ампер, вполне подойдет FL42STH38-1684 Драйвер шагового двигателя Двигатель есть.
Теперь нужен драйвер — переключать напряжение на обмотках двигателя определенным образом, при этом не превышая установленный ток. Самое простое решение — источник заданного тока и две пары транзисторных ключей на каждую обмотку. И четыре защитных диода. И логическая схема чтобы менять направление. И Такое решение обычно делают на микросхеме ULN2003A для двигателей с малым током, имеет много недостатков, не буду на них останавливаться.
Альтернатива — специализированные микросхемы «всё в одном» — с логикой, транзисторами и диодами защиты внутри (или снаружи). А еще такие микросхемы контролируют ток обмоток и регулируют его с помощью ШИМ-а, а так же могут реализовывать режим «полушаг», а некоторые режимы 1/4 шага, и 1/8 шага и т. Д. Эти режимы позволяют повысить точность позиционирования, повысить плавность движения и снизить резонанс. Обычно достаточно режима «полушаг», что позволит повысить теоретическую точность линейного позиционирования (в моем примере до 0,005 мм). Что внутри микросхемы драйвера шагового двигателя?
Блок логики и управления, источники питания, ШИМ со схемами формирования момента и времени коммутации обмоток, выходные ключи на полевых транзисторах, компараторы обратной связи — ток контролируется по падению напряжения на резисторах (Rs) в цепи питания обмоток. Ток двигателя задается опорным напряжением. Для реализации этих функций существуют и другие схемные решения, например, с использованием микроконтроллеров PIC или ATMEGA (опять же с внешними транзисторами и защитными диодами).
На мой взгляд, они не обладают значительным преимуществом перед «готовыми» микросхемами и я их в данном проекте использовать не буду. Богатство выбораНа сегодняшний день есть достаточно много различных микросхем и достаточно много уже готовых плат и модулей драйверов ШД. Можно купить готовый, а можно «изобретать велосипед», тут каждый решает по-своему. Из готовых — наиболее распространённые и недорогие драйверы на микросхемах Allegro A4988 (до 2А), Texas Instruments DRV8825 (до 2,5А).
Поскольку модули изначально разрабатывались для использования в 3D принтерах типа Rep-rap проекта Arduino, они не являются законченными модулями (например, им нужно еще питание логики (+5V), которое подается с так называемой рампы (Ramp). Еще есть решения на DRV8811 (до 1,9 А), A3982 (до 2 А), A3977 (до 2,5 А), DRV8818 (до 2,5 А) DRV8825 (до 2,5 А), Toshiba TB6560 (до 3 А) и другие. Поскольку мне интересно что-то сделать самому, плюс появилась возможность «попробовать на вкус» микросхемы Allegro A3982 и A3977, решил сделать пару драйверов самостоятельно. Готовые решения на A4988 не понравились, прежде всего, из-за миниатюризации размеров печатной платы в ущерб хорошему охлаждению. Типовое сопротивление открытых транзисторов у A4388 при токе 1,5А 0,32+0,43 Ом, плюс 0,1-0,22 Ома «измерительный» резистор — получается около 0,85 Ом.
Контроллер Шагового Двигателя Atmega
А таких каналов два, и хотя и работают они импульсно, но 2-3 Ватта тепла надо рассеивать. Ну не верю я в многослойную плату и малюсенький радиатор охлаждения — в даташите нарисована плата гораздо больших размеров. Провода мотора нужно сделать короткими, драйвер устанавливать рядом с двигателем.
Существует 2 технических решения в звукотехнике: длинный сигнальный кабель к усилителю + короткие провода к акустической системе, или короткий сигнальный кабель к усилителю + длинные провода, а акустической системе. Оба решения имеют свои плюсы и минусы.
С моторами — так же. Я выбрал длинные провода управления и короткие провода к мотору. Управляющие сигналы — «шаг» (step), «направление» (dir), «включение» (enable), индикация состояния сигналов управления.
Некоторые схемы не используют сигнал «Enable», но это приводит в режиме простоя к ненужному нагреву и микросхемы и двигателя. Одно питание 12-24 вольта, источник питания логики (+5B) — на плате. Размеры платы — достаточные для хорошего охлаждения, двухсторонняя печать с большой областью «меди», возможность приклеить на микросхему радиатор (применяемой для охлаждения памяти видеокарт).
Драйвер ШД на микросхеме Allegro A3982Основные характеристики и блок-схема. Проектировал в среде DipTrace. Драйвер A3982 включен по схеме из документации производителя. Включен режим «полушаг». Дополнительно для надежной работы сигналов управления и индикации применил микросхему логики 74НС14 (с триггерами Шмитта).
Можно было сделать гальвано-развязку на оптронах, но для маленького станка я решил ее не делать. Схема на A3977 отличается только дополнительными джамперами режима шага и более мощным разъемом питания, пока в «железе» не реализована. Печатная платаПроцесс изготовления — ЛУТ, двухсторонняя. Габариты 37×37 мм, крепеж — как у двигателей, 31×31 мм. Меня зовут Игорь Котов, мне 44, я коренной сибиряк и заядлый электронщик-любитель.
Я придумал, создал и содержу этот сайт с 2006 года. Уже более 10 лет наш сайт существует только на мои средства. Ежемесячные расходы на редакционные нужды составляют на сегодня около 25 т. Требуется минимум 75.00 € ежемесячно по курсу — на оплату аренды нашего выделенного сервера. У нас трудные времена. Я просто не в состоянии «тянуть» один.
Поэтому мы были вынуждены вести. Подписка откроет вам неограниченный доступ к материалам. Другой путь получить доступ - заявите о себе, опубликуйте у нас ваши статьи, сотрудничайте. Требуется любая посильная помощь. Все желающие могут на доброе дело. Размер пожертвования любой, в примечании напишите пару слов. В этом месяце нужно 5 200 руб., из них.
Меня зовут Игорь Котов, мне 44, я коренной сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш сайт существует только на мои средства. Ежемесячные расходы на редакционные нужды составляют на сегодня около 25 т. Требуется минимум 75.00 € ежемесячно по курсу — на оплату аренды нашего выделенного сервера. У нас трудные времена. Я просто не в состоянии «тянуть» один. Поэтому мы были вынуждены вести. Подписка откроет вам неограниченный доступ к материалам.
Другой путь получить доступ - заявите о себе, опубликуйте у нас ваши статьи, сотрудничайте. Требуется любая посильная помощь. Все желающие могут на доброе дело.
Размер пожертвования любой, в примечании напишите пару слов. В этом месяце нужно 5 200 руб., из них. Ребята оч важный вопрос для меня!!! Хочу собрать свой первый станок ЧПУ для фрезеровки! Из двигателей выбрал Nema 232430 Ток, А: 3 Сопротивление фазы, ом: 1.6 Индуктивность, mH: 6.8 Момент удержания кг.см: 28 Кол-во выводов: 4 Подскажите пожалуйста какой драйвер подойдет а также контроллер? Я не совсем разбираюсь во всех данных микросхем и механики (вольты, амперыы и тд) и решил что для данного ШД подойдет А4988 с CNC Шилдом и на базе Arduino uno. И еще один вопрос: если двигатель с током на 3 ампера а драйвер до 2 Ампер то двигатель будет работать или нет?
Не совсем разбираюсь в совместимостях этих показателей! Кому не сложно ответье пожалуйста.