Интерфейс шагового двигателя

Определение шагового двигателя

Шаговый двигатель — это постоянный токовый двигатель, который перемещается шагами, с частотой вращения, зависящей от частоты электрического сигнала.

Компоненты

Двигатель имеет ротор (постоянный магнит) и статор (обмотка), при этом ротор вращается, а статор остается неподвижным.

Принцип работы

Центральный вывод на обмотке статора позволяет изменять направление тока при подключении к земле. Это изменяет магнитные свойства статора, избирательно притягивая и отталкивая ротор, создавая таким образом шаговое движение.

Последовательность шагов

Для правильного движения двигателя необходимо следовать определенной последовательности шагов. Эта последовательность шагов определяет напряжение, которое должно быть подано на фазу статора. Обычно используется 4-шаговая последовательность.

Если следовать последовательности от шага 1 до 4, получаем вращение по часовой стрелке, а если следовать от шага 4 до 1, получаем вращение против часовой стрелки.

Схема подключения

На диаграмме ниже показано подключение шагового двигателя к микроконтроллеру. Это общая диаграмма, которая может быть применена к любой семейству микроконтроллеров, таким как PIC, AVR или 8051.

Так как микроконтроллер не может обеспечить достаточный ток, для управления двигателем используется драйвер, такой как ULN2003. Также могут использоваться отдельные транзисторы или другие драйверные ИС. Убедитесь, что подключены внешние резисторы подтяжки, если это необходимо. Никогда не подключайте двигатель напрямую к выводам контроллера. Напряжение двигателя зависит от его размера.

Типичный 4-фазный униполярный шаговый двигатель имеет 5 выводов: 4 фазных вывода и один общий вывод центрального тапа, подключенный к земле. Программный алгоритм для непрерывного вращения по часовой стрелке приведен ниже:

• Инициализируйте портовые выводы, используемые для двигателя, как выходы

• Напишите общую программу задержки, например, 500 мс

• Выведите первую последовательность-0 × 09 на выводы

• Вызовите функцию задержки

• Выведите вторую последовательность-0 × 0 c на выводы

• Вызовите функцию задержки

• Выведите третью последовательность-0 × 06 на выводы

• Вызовите функцию задержки

• Выведите четвертую последовательность-0 × 03 на выводы

• Вызовите функцию задержки

• Перейдите к шагу 3

Угол шага

Количество шагов, необходимых для завершения одного полного оборота, зависит от угла шага шагового двигателя. Угол шага может варьироваться от 0,72 градуса до 15 градусов на шаг. В зависимости от этого может потребоваться от 500 до 24 шагов для завершения одного оборота. В приложениях управления положением выбор двигателя должен основываться на минимальном угле поворота, требуемом на каждом шаге.

Половинное шагание

Шаговые двигатели могут работать с половиной фактического угла шага, известного как половинное шагание. Например, двигатель, рассчитанный на 15 градусов на шаг, можно запрограммировать на вращение с шагом 7,5 градусов, используя специальную последовательность половинного шагания.

Шаговый двигатель vs Серводвигатель

Оба, шаговый двигатель и серводвигатель, используются в основном в приложениях управления положением. Однако между их работой и конструкцией есть различия. Шаговый двигатель имеет большое количество полюсов или зубцов на роторе, которые действуют как магнитные северные и южные полюса, притягивающиеся или отталкивающиеся от электромагнитной обмотки статора. Это помогает в создании шагового движения, которое генерирует шаговый двигатель.

С другой стороны, в серводвигателе положение контролируется специализированной схемой и механизмом обратной связи, который генерирует сигнал ошибки для перемещения вала двигателя.