Giao tiếp của động cơ bước

Định nghĩa về động cơ bước

Động cơ bước là loại động cơ DC di chuyển theo từng bước, với tốc độ quay phụ thuộc vào tần suất tín hiệu điện.

Thành phần

Động cơ có rotor (từ vĩnh cửu) và stator (cuộn dây), với rotor quay và stator đứng yên.

Nguyên lý hoạt động

Dây nối ở giữa cuộn dây stator cho phép thay đổi hướng dòng điện khi được nối đất. Điều này thay đổi tính chất từ của stator, thu hút và đẩy rotor một cách chọn lọc để tạo ra chuyển động theo từng bước.

Chuỗi bước

Để có chuyển động đúng của động cơ, phải tuân theo chuỗi bước. Chuỗi bước này cung cấp điện áp cần thiết cho pha stator. Thường thì chuỗi 4 bước được tuân theo.

Khi theo chuỗi từ bước 1 đến 4, chúng ta có sự quay theo chiều kim đồng hồ, và khi theo chuỗi từ bước 4 đến 1, chúng ta có sự quay ngược chiều kim đồng hồ.

Sơ đồ giao tiếp

Sơ đồ dưới đây cho thấy giao tiếp của động cơ bước với bộ vi điều khiển. Đây là sơ đồ tổng quát và có thể áp dụng cho bất kỳ gia đình bộ vi điều khiển nào như PIC, AVR hoặc 8051.

Vì bộ vi điều khiển không cung cấp đủ dòng điện, nên sử dụng trình điều khiển như ULN2003 để chạy động cơ. Cũng có thể sử dụng các transistor riêng lẻ hoặc IC trình điều khiển khác. Đảm bảo kết nối các điện trở kéo lên bên ngoài nếu cần. Không bao giờ kết nối động cơ trực tiếp vào các chân của bộ điều khiển. Điện áp động cơ phụ thuộc vào kích thước của nó.

Một động cơ bước unipolar 4 pha điển hình có 5 đầu nối. 4 đầu nối pha và một đầu nối chung của dây nối giữa được nối đất. Thuật toán lập trình cho chuyển động liên tục theo chiều kim đồng hồ được đưa ra dưới đây:

• Khởi tạo các chân cổng được sử dụng cho động cơ là đầu ra

• Viết chương trình trì hoãn chung khoảng 500 ms

• Đưa ra chuỗi thứ nhất-0 × 09 trên các chân

• Gọi hàm trì hoãn

• Đưa ra chuỗi thứ hai-0 × 0c trên các chân

• Gọi hàm trì hoãn

• Đưa ra chuỗi thứ ba-0 × 06 trên các chân

• Gọi hàm trì hoãn

• Đưa ra chuỗi thứ tư-0 × 03 trên các chân

• Gọi hàm trì hoãn

• Trở lại bước 3

Góc bước

Số bước cần thiết để hoàn thành một vòng quay đầy đủ phụ thuộc vào góc bước của động cơ bước. Góc bước có thể dao động từ 0,72 độ đến 15 độ mỗi bước. Tùy theo đó, có thể cần 500 đến 24 bước để hoàn thành một vòng quay. Trong các ứng dụng điều khiển vị trí, việc lựa chọn động cơ nên dựa trên mức độ quay tối thiểu cần thiết cho mỗi bước.

Bước nửa

Động cơ bước có thể hoạt động ở nửa góc bước thực tế, gọi là bước nửa. Ví dụ, động cơ có tỷ lệ 15 độ mỗi bước có thể được lập trình để quay 7,5 độ mỗi bước bằng cách sử dụng chuỗi bước nửa đặc biệt.

Động cơ bước so với động cơ servo

Cả động cơ bước và động cơ servo đều được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng điều khiển vị trí. Tuy nhiên, có sự khác biệt trong cách hoạt động và cấu trúc của chúng. Động cơ bước có nhiều cực hoặc răng trên rotor và những răng này hoạt động như các cực nam-chiều bắc từ tính, được thu hút hoặc đẩy bởi cuộn dây stator đã được điện từ hóa. Điều này giúp tạo ra chuyển động theo từng bước mà động cơ bước tạo ra.

Trong khi đó, đối với động cơ servo, vị trí được kiểm soát bởi mạch chuyên dụng và cơ chế phản hồi, tạo ra tín hiệu lỗi để di chuyển trục động cơ.