Контроллер шагового двигатателя — это то без чего не возможно заставить шаговый двигатель вращаться, в отличие от обычных щеточных двигателей постоянного тока управления ШД происходит немного по иному принципу.
Возьмем определение шагового двигателя из старой доброй Википедии:
Шаговый электродвигатель — синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора. Ключевое действие здесь — это именно последовательная активация обмоток. Осуществление перемещения вала осуществляется за счет пошагового переключения обмоток и полярности которая на них подается что можно рассмотреть из анимации ниже.
В свою очередь шаговые двигателя делаться на два основных вида это биполярные и униполярные. Различие которых заключается в наличии средних отводов у катушек биполярных двигателей — что сразу автоматически делает их униполярными. Также униполярные ШД имеют большую вариацию по методам соединения катушек, провода катушек иногда могут быть соединены или разъедены в зависимости от топологии модели двигателя.
Для более глубокого понимая оставлю картинку с различными топологиями разнесения выводов катушек у униполярных и биполярных шаговых двигателей.
С шаговыми двигателями мы разобрались, теперь перейдет к методам их управления, контроллерам и драйверам.
Контроллер это собственно то — что задает скорость и направления движения шаговых двигателей, в то время как драйвер является уже непосредственным устройством которое преобразует слаботочные сигналы с контроллера в понятные для шагового двигателя силовые переключения обмоток. Как правило, тополгия драйверов выполнена на полевых транзисторах, на английском называемыми FET или MOSFET. Почему используют в основном полевые транзисторы? На это есть несколько причин, первая это их низкое удельное сопротивления перехода сток\исток — в отличие от довольно высокого у биполярных транзисторов коллектор\эммитер. Их низка цена при сравнительно схожих переходных параметрах по сравнению с биполярными транзисторами.
Полевыми транзисторами можно управлять как напрямую, так и через специализированные драйверы. Драйверы позволяют использовать транзисторы в наиболее эффективном режиме, фронты нарастания и спадания управления затвором\базой минимальны. Также часто драйверы имеют встроенные насос для генерации высокого напряжения, что позволяет использовать N-канальные мосфеты не только для переключения негативной нагрузки, но и позитивной.
В моем ТЗ стояло, разработать контроллер, который бы просто гонял шаговый двигатель то в одну, то в обратную сторону на одинаковое количество шагов. Должна обязательно была присутствовать возможность регулировки скорости переключения обмоток(speed) а так же возможность задавать количество оборотов до того момента пока он не начнет движения в обратную сторону, назовем это travel distance.
Для управления был выбран привычный мне уже в работе ATMEGA48 который можно спустя годы до сих пор купить практически в любом магазине за сущие копейки. Кстати документации к данной модели МК в интернете просто уйма — что-то же является жирным плюсом.
В качество драйвера было решено использоваться связку:
- драйвер ШД L297
- драйвера транзисторов IR2104S
- мосфеты IRFZ44
После разработки контроллера, были сгенерированы файлы gerber и файл сверловки печатной платы — это, как правило, все что нужно что бы заказать печатную плату на одной из любых компаний которая занимается производством печатных плат. Ниже оставлю для вас исходные файлы как печатной платы так и исходного кода, которые доступны для загрузки — ищите их в конце статьи.
Платы приехали, и я приступил к запайке одной из них как требовалось изготовить всего один образец для будущей выставки. Помимо печатной платы были заказаны радиокомпоненты, корпус и трансформатор.
После сборки начался этап написания ПО и обкатки. Данная процедура не заняла много времени так как ранее уже был приобретённый опыт в работе как с данным МК, его АЦП и таймерами, так и в работе с шаговыми двигателями.
После окончания работ, контроллер шагового двигатателя для выставочного стенда был отправлен заказчику, если мне не изменяет помять проблем с подключением и настройками вроде не возникало, через пару дней после начала выставки мне даже отправили видео работы которое вы тоже теперь можете посмотреть ниже.
Печатная плата в DipTrace и исходный код для прошивки:
Смотрите также другие наши работы в разделе — МАСТЕРСКАЯ, где можете найти возможно, что-то еще интересное для вас. Есть у нас небольшой и скромный канал YOUTUBE — будем также рады если вы его посетите и поддержите нас лайками и подписками.