Stepper -mootoriga sõitmine ilma mikrokontrollerita: 7 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Selles juhendis juhin ma 28-BYJ-48 sammuga mootorit, millel on UNL2003 darlingtoni massiivplaat, mõnikord nimega x113647, ilma mikrokontrollerita.

Sellel on start/stopp, edasi/tagasi ja kiiruse juhtimine.

Mootor on ühepolaarne samm-mootor, millel on 2048 sammu pöörde kohta täisastmelises režiimis. Mootori andmelehe leiate aadressilt

Neid kahte seadet saab osta mitmelt müüjalt. Mina sain oma saidilt kjell.com

Bingi või googeldage, et leida teie lähedal asuv müüja.

Esmalt vaatan läbi mõned toimingud ja osad, mis on vajalikud selle käivitamiseks, ning lisan seejärel mõned sammud ja osad, et neid paremini juhtida.

Teid tuleb hoiatada, et osad, mida ma kasutan, on need, mis mul aardekirstus on, ja mitte tingimata selleks otstarbeks kõige paremini sobivad osad.

Samuti peaksite teid hoiatama, et see on minu esimene Instructable ja et ma olen elektroonikas üsna uus.

Palun lisage kommentaare, kui arvate, et olen teinud midagi, mida ma ei peaks tegema, või kui teil on parandusettepanekuid või soovitusi paremini sobivate osade kohta.

Samm: osade loend

Selle projekti jaoks kasutatud osad on

• Leivalaud
• Sammumootor 28byj-48
• Darlingtoni transistorimassiivi ULN2003 plaat (x113647)
• 74HC595 vahetuste register
• 74HC393 binaarne pulsatsiooniloendur
• DS1809-100 Dallastat digitaalne potentsiomeeter
• 74HC241 oktaalpuhver
• 3 × kombatavad nupud
• 3 × 10 kΩ takistid
• 2 × 0,1 µF keraamilised kondensaatorid
• 1 × 0,01 µF keraamiline kondensaator
• Ühendusjuhtmed
• 5V toide

2. samm: peamised osad

74HC595 vahetuste register

Mootorit liigutatakse, andes korduvalt UNL2003 plaadi neljale sisendpoldile järgmise jada:

1100-0110-0011-1001

See juhib mootorit täissammurežiimis. Mustrit 1100 nihutatakse korduvalt paremale. See viitab vahetuste registrile. Nihkeregistri töö viis on igal kellatsüklis, kus registri bitid nihkuvad ühest kohast paremale, asendades vasakpoolseima bitti sisendnõela väärtusega. Seega tuleks mootori sukeldumismustri loomiseks toita seda kahe kellatsükliga 1 ja seejärel kahe kellatsükliga 0.

Kella signaalide genereerimiseks on vaja ostsillaatorit, mis genereerib ühtlase impulsside seeria, eelistatavalt puhta ruutlaine. See moodustab mootorile edastatavate signaalide patte.

"Kaks tsüklit ühest ja seejärel kahest tsüklist 0" genereerimiseks kasutatakse plätusid.

Mul on 74HC595 vahetuste register. See on väga populaarne kiip, mida on kirjeldatud paljudes juhistes ja Youtube'i videotes.

Andmelehe leiate aadressilt

Kena juhendatav on 74HC595-Shift-Register-Demistified by bweaver6, 74HC595 nihkeregister töötab nii, et igal kellatsükli ajal nihutatakse selle 8 -bitise registri andmeid paremale ja sisendtihvti väärtust nihutatakse kõige vasakpoolsemas asendis. Seega tuleks seda toita kahe kellatsükliga 1 ja seejärel kahe kellatsükliga 0.

Andmed nihutatakse kellaimpulsi tõusvas servas. Flip-flop peaks lülitama kella langeva serva poole, nii et 74HC595-l on tõusva kella servas stabiilne andmesisestus.

74HC595 in saab juhtmega ühendada järgmiselt:

Tihvt 8 (GND) -> GND

Pin 16 (VCC) -> 5V Pin 14 (SER) -> Data in Pin 12 (RCLK) -> Clock input Pin 11 (SRCLK) -> Clock input Pin 13 (OE) -> GND Pin 10 (SRCRL) -> 5V tihvtid 15 ja 1-3 väljastavad mootori juhtimiseks mustrit.

RCLK ja SRCLK ühendamine tagab, et kiibiandmete register on alati väljundregistriga sünkroonis. Pistiku 13 maapinnale asetamine muudab väljundregistri sisu väljundtihvtidele kohe nähtavaks (Q0 - Q7).

Taimer 555

Kellaimpulsi genereerimiseks saab kasutada taimerikiipi 555. See on ka väga populaarne kiip ning seda kirjeldatakse ja arutatakse isegi rohkem kui vahetuste registrit. Vikipeedias on tore artikkel aadressil

Andmeleht on siin:

See kiip võib muu hulgas tekitada ruutlaine kellaimpulssi. Sageduse ja töötsükli (on-fraktsioon) juhtimiseks kasutatakse väliseid takistoreid ja kondensaatoreid.

Kui see on seadistatud korduvalt impulsside genereerimiseks, on kiip 555 stabiilses režiimis. Seda tehakse juhtmestiku abil, nagu ülaltoodud pildil. (pildi autor jjbeard [Public domain], Wikimedia Commons kaudu):

Tihvt 1 -> GND

Pin 2 -> R1 (10kΩ) -> Pin 7 Pin 2 -> Pin 6 Pin 3 on väljund Pin 4 (reset) -> 5V Pin 5 -> 0,01µF -> GND Pin 6 -> 0,1µF -> GND Pin 7 -> R2 (10kΩ) -> 5V Pin 8 -> 5V

Pistiku 3 väljund ühendatakse 74HC595 nihkeregistri sisendkella tihvtidega (tihvt 11 ja tihvt 12).

Väljundsignaali sagedus (ja seega ka astmelise mootori kiirus) määratakse takisti R1 ja R2 väärtuste ning kondensaatori C väärtuse järgi.

Tsükli aeg T on ln (2) C (R1 + 2 R2) või ligikaudu 0,7 C (R1 + 2 R2). Sagedus on 1/T.

Töötsükkel, tsükliaja murdosa, kui signaal on kõrge, on (R1 + R2) / (R1 + 2R2). Töötsükkel pole selle projekti jaoks väga oluline.

Ma kasutan 10 kΩ nii R1 kui ka R2 jaoks ja C = 0,1 µF.

See annab sageduse umbes 480 Hz ja on peaaegu maksimaalse sageduse lähedal, mida leidsin, et astmemootor saab hakkama ilma seiskumiseta.

74HC595 1100 nihutatud ja korduva mustri genereerimiseks tuleks tihvti 14 (SER) hoida kõrgel kaks taktsüklit ja seejärel madalal kahel tsüklil korduvalt. See tähendab, et tihvt peaks võnkuma poole kella sagedusega.

74HC393 kahekordne binaarne pulsatsiooniloendur

74HC393 loetakse binaarsena ja see tähendab ka seda, et seda saab kasutada impulsside sageduste jagamiseks kahe võimsusega, Selle andmeleht on siin:

74HC393 on kahekordne, sellel on üks 4 -bitine loendur mõlemal küljel.

Kellaimpulsi langeval serval lülitub esimene väljundpinge sisse ja välja. Seega võngub väljundpinge üks poole sisendkella sagedusega. Väljundtihvti 1 langevas servas lülitab väljundtipp kaks sisse ja välja. Ja nii edasi kõigi nelja väljundtihvti puhul. Kui nööpnõel n välja lülitub, lülitub nööpnõel n+1 ümber.

Tihvt n+1 muutub poole sagedamini kui nööpnõel n. See on binaarne loendamine. Loendur võib loendada 15 -ni (kõik neli bitti 1), enne kui see uuesti nullist algab. Kui loenduri 1 viimane väljundnõel on kellana ühendatud loenduriga 2, võib see loendada 255 -ni (8 bitti).

Sisendkella poole sagedusega impulsi loomiseks on vaja ainult väljundpinge 1. See tähendab, et loendatakse ainult nullist üheni.

Niisiis, kui loendamine toimub kellaimpulsiga 555, võngub 74HC393 loenduri tihvt, mis tähistab bitti 2, poole sagedusega. Seega saab selle ühendada soovitud mustri genereerimiseks 74HC595 nihkeregistri SER -tihvtiga.

74HC393 kahendloenduri juhtmestik peaks olema järgmine:

Pin 1 (1CLK) -> 74HC595 Pin 11, 12 ja 555 Pin 3

Pin 2 (1CLR) -> GND Pin 4 (1QB) -> 74HC595 Pin 14 Pin 7 (GND) -> GND Pin 14 (VCC) -> 5V Pin 13 (2CLK) -> GND (not used) Pin 12 (2CLR)) -> 5V (ei kasutata)

3. samm: käivitage see

Nüüd saame mootori tööle panna, kui 74HC595 tihvtid 0-3 on ühendatud vastavalt ULN2003 plaadi tihvtidega 1-4.

Praegu asendage taimer 555 tihvti 6 juures olev 0,1 µF kondensaator 10 µF -ga. See muudab kella tsükli sada korda pikemaks ja saab näha, mis toimub.

Selleks saab kasutada ULN2003 plaatide LED -e. Ühendage mootor ULN2003 plaadist lahti. Ühendage plaadi tihvtid 1 kuni 4 74HC595 väljundiga QA-QD (tihvtid 7, 9, 10 ja 11). Ühendage plaadi ULN2003 - ja + maaga ja 5V. Kui toide on sisse lülitatud, peaksite LED -idel nägema soovitud mustrit.

Kui soovite näha, mis 74HC393 binaarloenduris toimub, ühendage selle asemel tihvtidega 3-6.

Kui muster tundub õige, lülitage toide välja, asendage kondensaator uuesti 0,1 µF -ga, ühendage ULN2003 plaadi sisendpoldid 1–4 74HC595 väljundpistikutega QA – QD ja ühendage mootor uuesti.

Kui toide on sisse lülitatud, peaks mootor nüüd töötama.

Samm: kiiruse reguleerimine

Astmelise mootori kiirust reguleerib taimer 555 väljundi sagedus. Seda reguleerivad jällegi takistite R1 ja R2 ning sellega ühendatud kondensaatori C1 väärtused. Ühendades 100kΩ potentsiomeetri järjestikku R2 -ga, võib sagedus olla vahemikus 480 Hz kuni 63 Hz. Sammud pr. mootori teine osa, on pool 555 taimeri sagedusest.

Kasutasin digitaalset potentsiomeetrit DS1809-100, mis on mõeldud nuppude kasutamiseks. Nupud, mis ühendavad tihvti 2 (UC) ja tihvti 7 (alalisvool) 5 V -ni, suurendavad/vähendavad takistust RH (tihvt 1) või RL (tihvt 4) ja klaasipuhasti tihvti 6 (RW) vahel. Kui hoiate nuppu all rohkem kui sekund, muudab nupp automaatselt korduvaks.

Andmelehe leiate siit:

Juhtmestik on selline:

Pin 1 (RH) kasutamata

Pin 2 (UC) -> kombatav nupp 1 Pin 3 (STR) -> GND Pin 4 (RL) -> 555 Pin 2 Pin 5 -> GND Pin 6 (RW) -> 10kΩ -> 555 pin 7 Pin 7 (DC) -> kombatav nupp 2 Pin 8 -> 5V

Puutetundliku nupu 1 juhtmestik:

Pin 1/2 -> DS1809 Pin 2

Tihvt 3/4 -> 5V

Puutetundliku nupu 2 juhtmestik:

Pin 1/2 -> DS1809 Pin 7

Tihvt 3/4 -> 5V

Nüüd saab kiirust reguleerida.

Samm 5: Start / Stop

Sammumootori käivitamiseks ja seiskamiseks saab kasutada 555 taimeri tihvti 4 (nullimisnuppu). Kui see madalale tõmmata, ei väljastata tihvti 3 väljundimpulsse.

Käivitus- ja seiskamisnuppu kasutatakse kombatava nupuga. Kui vajutate nuppu üks kord, peaks mootor käivituma, ja uuesti vajutades peaks see seisma jääma. Sellise käitumise saavutamiseks on vaja klappi. Kuid 74HC393, mis on juba olemas, saab ka kasutada. 74HC393 koosneb kahest osast ja ainult üht poolt kasutatakse kellaimpulsi sagedusjagurina.

Kuna binaarloendur on tegelikult vaid järjestikku vahetatavate plätude komplekt, saab kasutada teise osa esimest klappi. Kui ühendate puutetundliku nupu nii, et tihvt 13 (2CLK) on nupu vajutamisel madal, ja kõrge, kui seda ei tehta, lülitub tihvt 12 igal madalal. Ühendades tihvti 12 555 tihvtiga 4, käivitatakse ja peatatakse selle väljund ja seega ka mootor.

Puutetavad nupud on natuke keerulised, kuna need on mehaanilised. Nad võivad "põrgatada", st nad võivad saata igale tõukele mitu signaali. Seda aitab vältida 0,1 µF kondensaatori ühendamine nupuga.

Seega puutetundlik nupp (nupp 3 lisatakse ja ühendus 555 tihvtiga 4 muudetakse.

Nupu juhtmestik:

Pin 1/2 -> 10kΩ -> 5V

Pin 1/2 -> 0,1µF -> Pin Pin 3/4 -> 74HC393 Pin 13 (2CLK)

555 -s tehakse järgmised muudatused:

Pin 4 (lähtestamine) -> 74HC393 Pin 11 (2QA)

Nupp 3 peaks nüüd töötama start/stop lülitina.

Pange tähele, et sel viisil seiskunud mootor tarbib endiselt energiat.

6. samm: suuna juhtimine

Mootori suuna juhtimiseks on vaja veel ühte nuppu ja seejärel klappi. Kuid ma petan, kasutades 74HC393 järgmist flip-flopi, pärast sisse- ja väljalülitamist ning sisse/välja nuppu.

Kui suunatihvt (tihvt 2QA) läheb madalaks, lülitatakse järgmine tihvt (tihvt 2QB) ümber. Seega põhjustab nupu korduv vajutamine OFF - ON FORWARDS - OFF - ON BACKWARDS - OFF - ON FORWARDS jne.

Mootori tagurpidi käivitamiseks tuleks ULN2003 -le etteantud muster ümber pöörata. Seda võib teha kahesuunalise nihkeregistriga, kuid mul pole seda. 74HC595 ei ole kahesuunaline.

Siiski leidsin, et saan kasutada oma 74HC241 oktaalpuhvrit. Sellel puhvril on kaks 4 -bitist osa, eraldi OE (väljundi lubamise) tihvtid. Esimene OE -tihvt juhib nelja esimest väljundtihvti ja teine nelja viimast väljundnõela. Kui OE on väljundtihvtidel, on sama väärtus kui vastavatel sisendtappidel ja kui see on välja lülitatud, on väljundpoldid kõrge takistusega, justkui poleks need ühendatud. Lisaks on üks OE tihvtidest madal ja teine aktiivne kõrge, nii et nende ühendamisel on sel ajal aktiivne ainult pool puhvrist.

Niisiis võib sama sisendi korral pool puhverdada mootorit ettepoole ja teine pool tahapoole. Milline pool on aktiivne, sõltub OE -tihvtide väärtusest.

74HC241 andmelehe leiate aadressilt

Juhtmestik võib olla selline:

Pin 1 (1OE) -> 74HC293 Pin 10 (2QB)

Pin 2 (1A1) -> 74HC595 Pin 15 Pin 3 (1Y4) -> ULN2003 Pin 1 Pin 4 (1A2) -> 74HC595 Pin 1 Pin 5 (1Y3) -> ULN2003 Pin 2 Pin 6 (1A3) -> 74HC595 Pin 2 Pin 7 (1Y2) -> ULN2003 Pin 3 Pin 8 (1A4) -> 74HC595 Pin 3 Pin 9 (1Y1) -> ULN2003 Pin 4 Pin 10 (GND) -> Ground Pin 11 (2A1) -> Pin 2 (1A1) Pin 12 (1Y4) -> Pin 9 (2Y1) Pin 13 (2A2) -> Pin 4 (1A2) Pin 14 (1Y3) -> Pin 7 (2Y2) Pin 15 (2A3) -> Pin 6 (1A3) Pin 16 (1Y2) -> Pin 5 (2Y3) Pin 17 (2A3) -> Pin 8 (1A4) Pin 18 (1Y2) -> Pin 3 (2Y4) Pin 19 (2OE) -> Pin 1 (1OE) Pin 20 (VCC)) -> 5V

Nüüd tuleks juhtmestik lõpule viia, lülitades selle sisse 5 V pingega. Veenduge, et toiteallikas suudaks anda piisavalt voolu nii mootori kui ka ahelate juhtimiseks.

Samm 7: Järeldused

Astmelist mootorit saab juhtida ilma mikrokontrollerita.

Siin kasutatud IC -d olid mõned, mis mul varem olid. Enamik neist ei ole selleks optimaalsed ja kasutada võiks mitmeid alternatiive.

• Impulsside genereerimiseks on taimerikiip 555 hea valik, kuid on mitmeid alternatiive, näiteks käesolevas juhendis kirjeldatud.
• Kiiruse reguleerimiseks võib kasutada mis tahes potentsiomeetrit, mitte ainult digitaalset. Kui teil on 10 kΩ potentsiomeeter, mitte 100 kΩ, võib 10 kΩ takistid asendada 1 KΩ ja 0,1 µF kondensaatori 1 µF kondensaatoriga (jagage kõik takistid ja korrutage kondensaator sama numbriga, et ajastus püsiks).
• Kahesuunalise nihkeregistri kasutamine, nt. 74HC194 muudaks suuna juhtimise lihtsamaks.
• Nuppude juhtimiseks võiks 74HC393 asendada plätudega, nt. 74HC73. 555 võib olla ka juhtmega ühendatud lülitina.