Interfejsowanie silnika krokowego

Definicja silnika krokowego

Silnik krokowy to silnik prądu stałego, który porusza się krokami, z prędkością obrotową zależną od częstotliwości sygnału elektrycznego.

Komponenty

Silnik ma rotor (trwały magnes) i stator (obwody), gdzie rotor obraca się, a stator pozostaje nieruchomy.

Zasada działania

Środkowe zaciski na obwodach statora umożliwiają zmianę kierunku prądu, gdy są podłączone do masy. To zmienia magnetyczne właściwości statora, selektywnie przyciągając i odepchnięciem rotora, tworząc ruch krokowy.

Sekwencja krokowa

Aby uzyskać prawidłowy ruch silnika, należy przestrzegać sekwencji krokowej. Ta sekwencja określa napięcie, które musi być zastosowane do fazy statora. Zwykle stosuje się 4-krokową sekwencję.

Gdy sekwencja jest wykonana od kroku 1 do 4, uzyskujemy obroty zgodne z ruchem wskazówek zegara, a gdy jest wykonywana od kroku 4 do 1, uzyskujemy obroty przeciwne do ruchu wskazówek zegara.

Diagram połączeń

Poniższy diagram pokazuje połączenie silnika krokowego z mikrokontrolerem. Jest to ogólny diagram, który można zastosować do dowolnej rodziny mikrokontrolerów, takich jak PIC, AVR lub 8051.

Ponieważ mikrokontroler nie może dostarczyć wystarczającej ilości prądu, używa się sterownika, takiego jak ULN2003, aby napędzać silnik. Można również użyć indywidualnych tranzystorów lub innych układów sterujących. Upewnij się, że podłączyłeś zewnętrzne rezystory pull-up, jeśli są potrzebne. Nigdy nie podłączaj silnika bezpośrednio do pinów kontrolera. Napięcie silnika zależy od jego rozmiaru.

Typowy czterofazowy jednopolarny silnik krokowy ma 5 zacisków. Cztery zaciski fazowe i jeden wspólny zacisk środkowego zacisku, który jest podłączony do masy. Algorytm programowania dla ciągłego obrotu w trybie zgodnym z ruchem wskazówek zegara jest podany poniżej:

• Zainicjalizuj porty używane do silnika jako wyjścia

• Napisz ogólny program opóźnienia, np. 500 ms

• Podaj pierwszą sekwencję-0 × 09 na pinach

• Wywołaj funkcję opóźnienia

• Podaj drugą sekwencję-0 × 0 c na pinach

• Wywołaj funkcję opóźnienia

• Podaj trzecią sekwencję-0 × 06 na pinach

• Wywołaj funkcję opóźnienia

• Podaj czwartą sekwencję-0 × 03 na pinach

• Wywołaj funkcję opóźnienia

• Przejdź do kroku 3

Kąt kroku

Liczba kroków wymaganych do ukończenia jednego pełnego obrotu zależy od kąta kroku silnika krokowego. Kąt kroku może wynosić od 0,72 stopnia do 15 stopni na krok. W zależności od tego, może być wymaganych od 500 do 24 kroków, aby ukończyć jeden obrót. W aplikacjach kontroli pozycji wybór silnika powinien opierać się na minimalnym stopniu obrotu wymaganym na krok.

Półkrok

Silniki krokowe mogą działać przy połowie rzeczywistego kąta kroku, co nazywane jest półkrokiem. Na przykład, silnik oznaczony na 15 stopni na krok może być programowany do obrotu o 7,5 stopnia na krok za pomocą specjalnej sekwencji półkroku.

Silnik krokowy vs silnik serwomechaniczny

Obydwa, silnik krokowy i silnik serwomechaniczny, są używane głównie w aplikacjach kontroli pozycji. Istnieje jednak różnica w ich działaniu i konstrukcji. Silnik krokowy ma dużą liczbę pol lub zębów na swoim rotorze, a te zęby działają jako magnetyczne północne i południowe bieguny, które są przyciągane lub odepchnięte przez elektrycznie namagnesowane cewki statora. To pomaga w generowaniu ruchu krokowego, jaki generuje silnik krokowy.

Z drugiej strony, w silniku serwomechanicznym pozycja jest kontrolowana przez specjalny obwód i mechanizm sprzężenia zwrotnego, który generuje sygnał błędu, aby poruszyć wałem silnika.