Ο κινητήρας Stepper είναι κινητήρας DC χωρίς ψήκτρες, ο οποίος μπορεί να περιστραφεί σε μικρές γωνίες, αυτές οι γωνίες ονομάζονται βήματα. Γενικά, ο κινητήρας stepper χρησιμοποιεί 200 βήματα για να ολοκληρώσει την περιστροφή 360 μοιρών, σημαίνει ότι περιστρέφεται 1,8 μοίρες ανά βήμα. Βηματικός κινητήρας που χρησιμοποιείται σε πολλές συσκευές που χρειάζεται ακριβή περιστροφική κίνηση όπως ρομπότ, κεραίες, σκληρούς δίσκους κ.λπ. Μπορούμε να περιστρέψουμε τον κινητήρα stepper σε οποιαδήποτε συγκεκριμένη γωνία δίνοντάς του κατάλληλες οδηγίες.
Οι κινητήρες Stepper είναι βασικά δύο τύποι: Unipolar και Bipolar. Ο μονοπολικός βηματικός κινητήρας έχει γενικά πέντε ή έξι σύρματα, στο οποίο τέσσερα σύρματα είναι το ένα άκρο των τεσσάρων πηνίων στάτορα, και το άλλο άκρο και των τεσσάρων πηνίων είναι δεμένο μεταξύ τους που αντιπροσωπεύει το πέμπτο σύρμα, αυτό ονομάζεται κοινό σύρμα (κοινό σημείο). Γενικά υπάρχουν δύο κοινά σύρματα, που σχηματίζονται συνδέοντας το ένα άκρο των δύο-δύο πηνίων όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ο μονοπολικός βηματικός κινητήρας είναι πολύ κοινός και δημοφιλής λόγω της ευκολίας χρήσης του.
Στο διπολικό βηματικό μοτέρ υπάρχουν μόνο τέσσερα καλώδια που βγαίνουν από δύο σετ πηνίων, που σημαίνει ότι δεν υπάρχει κοινό σύρμα.
Ο κινητήρας Stepper αποτελείται από στάτορα και περιστροφικό. Ο στάτορας αντιπροσωπεύει τα τέσσερα πηνία ηλεκτρομαγνήτη που παραμένουν ακίνητα γύρω από τον περιστροφικό, και ο περιστροφικός παράγοντας αντιπροσωπεύει μόνιμο μαγνήτη που περιστρέφεται. Κάθε φορά που τα πηνία ενεργοποιούνται εφαρμόζοντας το ρεύμα, δημιουργείται το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, με αποτέλεσμα την περιστροφή του περιστροφικού (μόνιμος μαγνήτης). Τα πηνία πρέπει να ενεργοποιούνται με μια συγκεκριμένη σειρά για να περιστρέφεται ο περιστροφικός. Με βάση αυτήν την «ακολουθία» μπορούμε να διαιρέσουμε τη μέθοδο εργασίας του Unipolar stepper motor σε τρεις λειτουργίες: Λειτουργία κυματοειδούς κίνησης, λειτουργία πλήρους κίνησης βήματος και λειτουργία οδήγησης μισού βήματος.
Λειτουργία κίνησης κυμάτων: Σε αυτήν τη λειτουργία ενεργοποιείται ένα πηνίο κάθε φορά, και τα τέσσερα πηνία ενεργοποιούνται το ένα μετά το άλλο. Παράγει λιγότερη ροπή σε σύγκριση με τη λειτουργία κίνησης πλήρους βήματος, αλλά η κατανάλωση ισχύος είναι μικρότερη. Ακολουθεί ο πίνακας για την παραγωγή αυτής της λειτουργίας χρησιμοποιώντας μικροελεγκτή, που σημαίνει ότι πρέπει να δώσουμε το Logic 1 στα πηνία με τον διαδοχικό τρόπο.
|
Βήματα |
ΕΝΑ |
σι |
ντο |
ρε |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
4 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Λειτουργία πλήρους κίνησης: Σε αυτό, δύο πηνία ενεργοποιούνται ταυτόχρονα παράγοντας υψηλή ροπή. Η κατανάλωση ισχύος είναι υψηλότερη. Πρέπει να δώσουμε τη Λογική 1 έως δύο πηνία ταυτόχρονα, μετά στα επόμενα δύο πηνία και ούτω καθεξής.
|
Βήματα |
ΕΝΑ |
σι |
ντο |
ρε |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Λειτουργία μισής κίνησης: Σε αυτήν τη λειτουργία ένα και δύο πηνία ενεργοποιούνται εναλλακτικά, σημαίνει πρώτα ότι ένα πηνίο ενεργοποιείται και δύο πηνία ενεργοποιούνται και πάλι ένα πηνίο ενεργοποιείται και πάλι δύο, και ούτω καθεξής. Αυτός είναι συνδυασμός λειτουργίας πλήρους και κύματος, και χρησιμοποιείται για την αύξηση της γωνιακής περιστροφής του κινητήρα.
|
Βήματα |
ΕΝΑ |
σι |
ντο |
ρε |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
4 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
5 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
6 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
7 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
8 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Interfacing Stepper Motor με 8051 μικροελεγκτή
Η διασύνδεση με το 8051 είναι πολύ εύκολη, απλώς πρέπει να δώσουμε τα 0 και 1 στα τέσσερα καλώδια του stepper κινητήρα σύμφωνα με τους παραπάνω πίνακες, ανάλογα με τη λειτουργία που θέλουμε να τρέξουμε το stepper motor. Και υπόλοιπο δύο καλώδια πρέπει να είναι συνδεδεμένα σε μια σωστή τροφοδοσία 12v (ανάλογα με τον κινητήρα stepper). Εδώ χρησιμοποιήσαμε τον μονοπολικό κινητήρα stepper. Έχουμε συνδέσει τέσσερα άκρα των πηνίων με τις τέσσερις πρώτες ακίδες της θύρας 2 του 8051 μέσω του ULN2003A.
Το 8051 δεν παρέχει αρκετό ρεύμα για την κίνηση των πηνίων, οπότε πρέπει να χρησιμοποιήσουμε ένα τρέχον IC προγράμματος οδήγησης που είναι ULN2003A. Το ULN2003A είναι η σειρά επτά ζευγών τρανζίστορ NPN Darlington. Το ζεύγος Darlington κατασκευάζεται συνδέοντας δύο διπολικά τρανζίστορ για να επιτύχει υψηλή ένταση ρεύματος Στο ULN2003A, 7 ακίδες είναι είσοδοι και 7 ακίδες είναι έξοδοι, δύο ακίδες για Vcc (τροφοδοτικό) και Γείωση. Εδώ χρησιμοποιούμε τέσσερις εισόδους εισόδου και τέσσερις εξόδους εξόδου. Μπορούμε επίσης να χρησιμοποιήσουμε το L293D IC αντί του ULN2003A για τρέχουσα ενίσχυση.
Πρέπει να μάθετε προσεκτικά τέσσερα καλώδια πηνίου και δύο κοινά καλώδια, διαφορετικά ο κινητήρας δεν θα περιστραφεί. Μπορείτε να το μάθετε μετρώντας την αντίσταση χρησιμοποιώντας πολύμετρο, το πολύμετρο δεν θα εμφανίζει ενδείξεις μεταξύ των καλωδίων δύο φάσεων. Το κοινό σύρμα και τα άλλα δύο σύρματα στην ίδια φάση πρέπει να δείχνουν την ίδια αντίσταση και τα δύο ακραία σημεία των δύο πηνίων στην ίδια φάση θα δείχνουν την αντίσταση δύο φορές σε σύγκριση με την αντίσταση μεταξύ κοινού σημείου και ενός τελικού σημείου.
Αντιμετώπιση προβλημάτων
Εάν ο κινητήρας σας δεν περιστρέφεται Ή δονείται αλλά δεν περιστρέφεται, τότε πρέπει να ελέγξετε την ακόλουθη λίστα ελέγχου:
- Πρώτα ελέγξτε τις συνδέσεις κυκλώματος και τον κωδικό.
- Εάν το κύκλωμα και ο κωδικός είναι εντάξει, τότε ελέγξτε ότι ο κινητήρας stepper έχει την κατάλληλη τάση τροφοδοσίας (γενικά 12v), διαφορετικά απλώς δονείται αλλά δεν περιστρέφεται.
- Εάν η τροφοδοσία είναι καλή, ελέγξτε τα τέσσερα τελικά σημεία πηνίου που συνδέονται με το ULN2003A. Πρώτα, βρείτε τα δύο κοινά τελικά σημεία και συνδέστε τα στα 12v και, στη συνέχεια, συνδέστε τα υπόλοιπα τέσσερα καλώδια στο ULN2003A και δοκιμάστε κάθε δυνατό συνδυασμό μέχρι να ξεκινήσει ο κινητήρας. Εάν δεν τα συνδέατε με τη σωστή σειρά, τότε ο κινητήρας δονείται αντί να περιστρέφεται.
Εδώ είναι ο κωδικός για τη λειτουργία βήματος κύματος και τη λειτουργία βήματος πλήρους κύματος, μπορείτε εύκολα να υπολογίσετε την τιμή για το PORT P2 για τη λειτουργία μισού κύματος.