DC dan Stepper Motor Tester: 12 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Beberapa bulan yang lalu, seorang rakan saya memberi saya beberapa mesin cetak inkjet dan mesin salin yang dibuang. Saya berminat untuk menuai unit sumber kuasa, kabel, sensor dan terutamanya motor. Saya menyelamatkan apa yang saya boleh dan saya ingin menguji semua bahagian untuk memastikannya berfungsi. Beberapa motor dinilai pada 12V, beberapa pada 5V, ada yang stepper dan yang lain adalah motor DC. Kalaulah saya mempunyai alat, di mana saya hanya dapat menyambungkan motor, mengatur frekuensi, kitaran tugas dan memilih kaedah melangkah untuk mengujinya.

Saya memutuskan untuk membinanya tanpa menggunakan pemproses isyarat digital, atau mikrokontroler. 555 atau tl741 yang rendah hati sebagai pengayun, kaunter 4017 dan banyak gerbang logik untuk mod motor stepper. Pada mulanya saya sangat seronok merancang litar, dan juga merancang panel depan untuk peranti. Saya telah menjumpai kotak teh kayu yang sesuai untuk memasukkan semua barang ke dalamnya. Saya telah membahagikan litar menjadi empat bahagian dan mula mengujinya di papan roti. Tidak lama kemudian, tanda-tanda kekecewaan pertama muncul. Ia adalah kekacauan. Banyak gerbang, banyak IC, wayar. Ia tidak berfungsi dengan baik dan saya memikirkan dua pilihan: Untuk menjadikannya sangat mudah - hanya untuk motor DC, atau ketepikan dan selesaikannya kadang-kadang kemudian … Saya memilih pilihan kedua.

Langkah 1: Teori DC dan Stepper Controlling

Motor DC

Cara yang paling biasa untuk mengawal motor DC adalah melalui modulasi lebar nadi (PWM). PWM digunakan pada suis tertentu dan menghidupkan dan mematikan motor. Dalam gambar anda dapat melihat jangka waktu peralihan yang ditunjukkan dan kaitannya dengan frekuensi, waktu beralih juga ditunjukkan. Duty cycle ditakrifkan sebagai masa beralih dibahagi dengan jumlah tempoh. Sekiranya kita mengekalkan frekuensi tetap, satu-satunya cara untuk menukar kitaran tugas adalah dengan menukar masa yang tepat. Dengan meningkatkan kitaran tugas, nilai min voltan yang dikenakan pada motor juga meningkat. Oleh kerana voltan yang lebih tinggi, arus yang lebih tinggi mengalir melalui motor DC dan rotor berputar lebih pantas.

Tetapi kekerapan apa yang harus dipilih? Untuk menjawab soalan ini, mari kita perhatikan lebih dekat apa sebenarnya motor dc. Sama, ia boleh digambarkan sebagai penapis RL (mengabaikan EMF sebentar). Sekiranya voltan diterapkan pada motor (penapis RL), arus meningkat dengan pemalar masa tau yang sama dengan L / R. Dalam kes kawalan PWM, apabila suis ditutup, arus yang mengalir melalui motor meningkat dan berkurang semasa suis dimatikan. Pada ketika ini, arus mempunyai arah yang sama seperti sebelumnya dan mengalir melalui diod terbang balik. Motor dengan kuasa yang lebih tinggi mempunyai aruhan yang lebih tinggi dan dengan itu pemalar masa yang lebih tinggi daripada motor yang lebih kecil. Sekiranya frekuensi rendah ketika motor kecil dihidupkan, terdapat penurunan arus yang cepat semasa waktu mati, diikuti dengan peningkatan besar semasa waktu pengaktifan. Riak arus ini juga menyebabkan tork motor menjadi riak. Kami tidak mahu itu. Oleh itu, semasa menghidupkan motor yang lebih kecil, frekuensi PWM harus lebih tinggi. Kami akan menggunakan pengetahuan ini dalam reka bentuk pada langkah kemudian.

Motor Stepper

Sekiranya kita ingin mengawal motor stepper unipolar, yang digunakan dalam elektronik hobi, kita mempunyai pilihan 3 pilihan kawalan asas (mod) - Pemacu gelombang (WD), Langkah Separuh (HS) dan Langkah Penuh (FS). Urutan mod individu dan kedudukan rotor ditunjukkan dalam gambar (untuk kesederhanaan, saya telah menunjukkan motor dengan dua pasang tiang). Dalam kes ini, Pemacu Gelombang dan Langkah Penuh menyebabkan pemutar berputar 90 darjah dan dapat dicapai dengan mengulangi 4 keadaan. Dalam mod Setengah Langkah, kita memerlukan urutan 8 keadaan.

Pilihan mod bergantung pada keperluan sistem - jika kita memerlukan tork yang besar, pilihan terbaik adalah Langkah Penuh, jika tork yang lebih rendah cukup dan mungkin kita mengaktifkan litar kita dari bateri, mod pemacu gelombang lebih disukai. Dalam aplikasi di mana kita ingin mencapai resolusi sudut tertinggi dan gerakan lancar, mod Half Drive adalah pilihan yang ideal. Tork dalam mod ini kira-kira 30% lebih rendah daripada dalam mod Pemacu Penuh.

Langkah 2: Rajah Litar

Meme ringkas ini dengan tepat menggambarkan proses berfikir saya semasa merancang.

Bahagian atas rajah menerangkan bekalan kuasa - penyesuai 12 volt, yang dikurangkan menjadi 5 volt oleh pengatur linier. Saya mahu dapat memilih voltan ujian maksimum motor (MMTV) - sama ada 12 atau 5 volt. Ammeter terbina dalam akan memotong litar kawalan dan hanya mengukur arus motor. Ia juga mudah untuk beralih antara pengukuran arus dalaman dan luaran menggunakan multimeter.

Pengayun akan beroperasi dalam dua mod: yang pertama adalah frekuensi tetap dan kitaran tugas berubah-ubah, dan yang kedua adalah frekuensi berubah. Kedua-dua parameter ini akan dapat diatur menggunakan potensiometer, dan satu suis putar akan menukar mod dan julat. Sistem ini juga akan merangkumi pertukaran antara jam dalaman dan luaran melalui penyambung bicu 3.5 mm. Jam dalaman juga akan disambungkan ke panel melalui bicu 3.5 mm. Satu suis dan butang untuk mengaktifkan / mematikan jam. Pemacu motor DC akan menjadi pemacu mosfet N-channel kuadran tunggal. Arahnya akan diubah menggunakan suis dpdt mekanikal. Papan motor akan dihubungkan melalui bicu pisang.

Urutan motor stepper akan dikendalikan oleh arduino, yang juga akan mengenali 3 mod kawalan yang ditentukan oleh suis dip. Pemandu motor stepper akan menjadi uln2003. Arduino juga akan mengawal 4 LED yang akan mewakili animasi belitan motor berkuasa dalam mod ini. Motor stepper akan disambungkan ke penguji melalui soket ZIF.

Langkah 3: Skematik

Skema terbahagi kepada lima bahagian. Litar yang dibingkai dalam kotak biru mewakili komponen yang akan berada di panel.

1. Bekalan Kuasa
2. Pengayun
3. Pemandu DC
4. Pemandu Arduino Stepper
5. Pemandu Stepic Logic Gates

Helaian nr. 5 adalah sebab mengapa saya membiarkan projek ini berbohong. Litar ini membentuk urutan untuk mod kawalan yang disebutkan sebelumnya - WD, HS dan FS. Bahagian ini digantikan oleh arduino secara lengkap dalam helaian nr. 4. Skema Eagle lengkap juga dilampirkan.

Langkah 4: Komponen dan Alat yang Diperlukan

Komponen dan alat yang diperlukan:

• Multimeter
• Caliper
• Pemotong kadbod
• Penanda
• Pinset
• Tang halus
• Tang Potong
• Tang pelucut wayar
• Besi pematerian
• Pateri
• Kolofoni
• Wayar (24 awg)
• Suis 4x spdt
• Suis 2x dpdt
• Jack pisang 4x
• Tekan butang
• Soket ZIF
• Soket 2x 3,5 mm
• Penyambung DC
• Arduino nano
• Suis DIP 3-tiang
• LED 2x3 mm
• LED 5x5 mm
• LED dua warna
• Tombol potensiometer
• Soket DIP
• PCB sejagat
• Penyambung Dupont
• Ikatan kabel plastik

Dan

• Potensiometer
• Perintang
• Kapasitor

dengan nilai yang anda pilih, sesuai dengan julat frekuensi dan kecerahan LED.

Langkah 5: Reka Bentuk Panel Depan

Penguji diletakkan di dalam kotak teh kayu lama. Mula-mula saya mengukur dimensi dalaman dan kemudian saya memotong segi empat tepat dari kadbod keras, yang berfungsi sebagai templat untuk penempatan komponen. Semasa saya gembira dengan penempatan bahagian, saya mengukur kembali setiap kedudukan dan membuat reka bentuk panel di Fusion360. Saya membahagikan panel kepada 3 bahagian yang lebih kecil, untuk kesederhanaan dalam percetakan 3D. Saya juga merancang pemegang berbentuk L untuk memasang panel ke bahagian dalam kotak.

Langkah 6: Percetakan 3D dan lukisan Spray

Panel dicetak menggunakan pencetak Ender-3, dari sisa bahan yang saya ada di rumah. Itu adalah petg berwarna merah jambu telus. Selepas mencetak, saya menyemburkan panel dan pemegangnya dengan cat akrilik hitam. Untuk liputan lengkap, saya menggunakan 3 lapisan, meletakkannya di luar selama beberapa jam untuk kering dan berventilasi selama kira-kira setengah hari. Hati-hati, asap cat boleh membahayakan. Selalu gunakannya hanya di ruangan berventilasi.

Langkah 7: Pendawaian Panel

Secara peribadi, kegemaran saya, tetapi bahagian yang paling memakan masa (saya meminta maaf terlebih dahulu kerana tidak menggunakan tiub yang menyusut, saya mengalami masalah - jika tidak, saya pasti akan menggunakannya).

Kurungan boleh laras banyak membantu semasa memasang dan mengendalikan panel. Mungkin juga menggunakan tangan ketiga yang disebut, tetapi saya lebih suka pemegangnya. Saya menutupi pegangannya dengan kain tekstil supaya panel tidak tergores semasa bekerja.

Saya memasukkan dan memasukkan semua suis dan potensiometer, LED dan penyambung lain ke dalam panel. Selepas itu, saya mengira panjang wayar yang akan menghubungkan komponen pada panel dan juga yang akan digunakan untuk menyambung ke pcb. Ini cenderung sedikit lebih lama dan bagus untuk memanjangkannya sedikit.

Saya hampir selalu menggunakan fluks solder cecair semasa menyambungkan penyambung. Saya sapukan sedikit pada pin dan kemudian timah dan sambungkannya ke wayar. Flux mengeluarkan logam yang teroksidasi dari permukaan, menjadikannya lebih mudah untuk menyolder sendi.

Langkah 8: Penyambung Panel-Papan

Untuk menyambungkan panel ke pcb, saya menggunakan penyambung jenis dupont. Ia banyak tersedia, murah dan yang paling penting, cukup kecil untuk muat dengan selesa di kotak yang dipilih. Kabel disusun mengikut skema, berpasangan, kembar tiga atau empat segi. Mereka berkod warna agar mudah dikenali dan senang dihubungkan. Pada masa yang sama, adalah praktikal bagi masa depan untuk tidak tersesat dalam tali kawat yang seragam. Akhirnya, mereka dilekatkan secara mekanikal dengan ikatan kabel plastik.

Langkah 9: PCB

Oleh kerana bahagian rajah yang berada di luar panel tidak luas, saya memutuskan untuk membuat litar pada pcb sejagat. Saya menggunakan pcb 9x15 cm biasa. Saya meletakkan kapasitor input bersama-sama dengan pengatur linier dan pemanas air di sebelah kiri. Selepas itu, saya memasang soket untuk kaunter IC 555, 4017 dan pemacu ULN2003. Soket untuk kaunter 4017 akan tetap kosong kerana fungsinya diambil alih oleh arduino. Di bahagian bawah terdapat pemacu untuk N-channel mosfet F630.

Langkah 10: Arduino

Sambungan sistem dengan arduino didokumentasikan dalam lembaran skema nr. 4. susunan pin berikut digunakan:

• 3 input digital untuk suis DIP - D2, D3, D12
• 4 output digital untuk penunjuk LED - D4, D5, D6, D7
• 4 output digital untuk pemacu stepper - D8, D9, D10, D11
• Satu input analog untuk potensiometer - A0

Petunjuk LED yang mewakili belitan motor individu, menyala lebih perlahan daripada belitan yang sebenarnya digerakkan. Sekiranya kelajuan LED berkelip sesuai dengan belitan motor, kita akan melihatnya sebagai pencahayaan berterusan dari semuanya. Saya ingin mencapai perwakilan dan perbezaan sederhana yang jelas antara mod individu. Oleh itu, penunjuk LED dikawal secara bebas pada selang 400 ms.

Fungsi untuk mengawal motor stepper dibuat oleh pengarang Cornelius di blognya.

Langkah 11: Pemasangan dan Pengujian

Akhirnya, saya menyambungkan semua panel ke pcb dan mula menguji penguji. Saya mengukur osilator dan rentangnya dengan osiloskop, serta frekuensi dan kawalan kitaran tugas. Saya tidak menghadapi masalah besar, satu-satunya perubahan yang saya buat ialah menambahkan kapasitor seramik selari dengan kapasitor elektrolitik input. Kapasitor tambahan memberikan pelemahan gangguan frekuensi tinggi yang diperkenalkan ke dalam sistem oleh elemen parasit kabel penyesuai DC. Semua fungsi penguji berfungsi seperti yang diperlukan.

Langkah 12: Keluar

Sekarang saya akhirnya dapat menguji semua motor yang berjaya saya selamatkan selama bertahun-tahun.

Sekiranya anda berminat dengan teori, skema, atau apa sahaja mengenai penguji, jangan ragu untuk menghubungi saya.

Terima kasih kerana membaca dan meluangkan masa anda. Kekal sihat dan selamat.