Schnittstelle eines Schrittmotors

Definition des Schrittmotors

Ein Schrittmotor ist ein Gleichstrommotor, der in Schritten bewegt wird, wobei die Drehgeschwindigkeit von der Frequenz des elektrischen Signals abhängt.

Komponenten

Der Motor besteht aus einem Rotor (Dauermagnet) und einem Stator (Wicklung), wobei der Rotor rotiert und der Stator stationär bleibt.

Funktionsprinzip

Die Zentrale Anschlussleitung an der Statorwicklung ermöglicht eine Änderung der Stromrichtung, wenn sie geerdet wird. Dies ändert die magnetischen Eigenschaften des Stators, indem er den Rotor selektiv anzieht und abstößt, um eine Schrittweise Bewegung zu erzeugen.

Schrittfolge

Um eine korrekte Bewegung des Motors zu erreichen, muss eine bestimmte Schrittfolge eingehalten werden. Diese Schrittfolge gibt die Spannung an, die auf die Statorphasen angelegt werden muss. Normalerweise wird eine 4-Schritt-Folge befolgt.

Wenn die Folge von Schritt 1 bis 4 befolgt wird, erhalten wir eine Uhrzeigersinn-Drehung, und wenn sie von Schritt 4 bis 1 befolgt wird, erhalten wir eine Gegen-Uhrzeigersinn-Drehung.

Schnittstellendiagramm

Das folgende Diagramm zeigt die Schnittstelle eines Schrittmotors an einen Mikrocontroller. Dies ist ein allgemeines Diagramm und kann auf jede Mikrocontroller-Familie wie PIC-Mikrocontroller, AVR oder 8051-Mikrocontroller angewendet werden.

Da der Mikrocontroller nicht genug Strom liefern kann, wird ein Treiber wie der ULN2003 verwendet, um den Motor zu betreiben. Es können auch individuelle Transistoren oder andere Treiber-ICs verwendet werden. Achten Sie darauf, externe Pull-Up-Widerstände anzuschließen, falls erforderlich. Verbinden Sie den Motor niemals direkt mit den Controller-Pins. Die Motorspannung hängt von seiner Größe ab.

Ein typischer 4-Phasen-Unipolar-Schrittmotor hat 5 Anschlüsse. 4 Phasenanschlüsse und ein gemeinsamer Anschluss des Zentralanschlusses, der mit Masse verbunden ist. Der Programmieralgorithmus für eine kontinuierliche Drehung im Uhrzeigersinn lautet wie folgt:

• Initialisieren Sie die Port-Pins, die für den Motor verwendet werden, als Ausgänge

• Schreiben Sie ein gemeinsames Verzögerungsprogramm, z. B. 500 ms

• Ausgabe der ersten Sequenz-0 × 09 an den Pins

• Aufrufen der Verzögerungsfunktion

• Ausgabe der zweiten Sequenz-0 × 0 c an den Pins

• Aufrufen der Verzögerungsfunktion

• Ausgabe der dritten Sequenz-0 × 06 an den Pins

• Aufrufen der Verzögerungsfunktion

• Ausgabe der vierten Sequenz-0 × 03 an den Pins

• Aufrufen der Verzögerungsfunktion

• Gehe zu Schritt 3

Schrittwinkel

Die Anzahl der Schritte, die für eine vollständige Umdrehung erforderlich sind, hängt vom Schrittwinkel des Schrittmotors ab. Der Schrittwinkel kann von 0,72 Grad bis 15 Grad pro Schritt variieren. Abhängig davon können 500 bis 24 Schritte erforderlich sein, um eine Umdrehung zu vollenden. Bei Positionierungsanwendungen sollte die Auswahl des Motors auf der kleinsten erforderlichen Rotationsgradzahl pro Schritt basieren.

Halbschritt

Schrittmotoren können mit der Hälfte des tatsächlichen Schrittwinkels arbeiten, was als Halbschritt bekannt ist. Zum Beispiel kann ein Motor, der für 15 Grad pro Schritt ausgelegt ist, durch eine spezielle Halbschritt-Sequenz so programmiert werden, dass er 7,5 Grad pro Schritt dreht.

Schrittmotor vs. Servomotor

Sowohl der Schrittmotor als auch der Servomotor werden hauptsächlich in Positionierungsanwendungen eingesetzt. Allerdings gibt es Unterschiede in ihrer Funktionsweise und Bauweise. Der Schrittmotor hat eine große Anzahl von Polen oder Zähnen am Rotor, und diese Zähne wirken als magnetische Nord- und Südpole, die sich an die elektrisch magnetisierte Wicklung des Stators anziehen oder abstoßen. Dies hilft bei der Schrittweisen Bewegung, die der Schrittmotor erzeugt.

Im Gegensatz dazu wird bei einem Servomotor die Position durch eine spezialisierte Schaltung und ein Rückführmechanismus gesteuert, der ein Fehlersignal generiert, um den Motorschacht zu bewegen.