Uln2003apg схема подключения шагового двигателя 12в

Ардуино и шаговый двигатель: основы, схемы, подключение и управление

Шаговые двигатели используют для управления положением чего-либо, или для вращения рабочего узла с заданной скорости и на заданный угол. Такие особенности сделали возможным его применение в робототехнике, станках с числовым программным управлением (ЧПУ), и других системах автоматизации. В этой статье мы рассмотрим ряд вопросов связанных с устройством шаговых двигателей и способами их управления с помощью микроконтроллера Arduino.

Шаговый двигатель отличия от обычного

Все используемые на практике электродвигатели работают за счет электродинамических явлений и процессов происходящих в магнитных полях роторов и статоров. Как мы уже упомянули, любой двигатель состоит как минимум из двух частей – подвижной (ротор) и неподвижной (статор). Для его вращения нужно чтобы и магнитное поле тоже вращалось. Поле ротора вращается вслед за полем статора.

В принципе, таких базовых сведений достаточно для понимания общей картины работы электрических двигателей. Однако на самом деле промышленность производит различные варианты электродвигателя, среди которых:

1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым или с фазным ротором.

2. Синхронный двигатель с обмотками возбуждения или с постоянными магнитами.

3. Двигатель постоянного тока.

4. Универсальный коллекторный двигатель (работает и на постоянном токе и на переменном, ведь обмотки ротора сами подключаются и отключаются от контактов источника питания за счет конструкции ламелей и якоря).

5. Бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC).

7. Шаговые двигатели.

Последние два вида несут особую ценность, благодаря возможности их, в определенной степени, точного позиционирования в пространстве. Давайте подробнее рассмотрим конструкцию шагового двигателя.

Определение

Шаговым двигателем называется бесщеточный электродвигатель синхронного типа. На статоре расположено определенное число обмоток, подключение которых вызывает поворот ротора на определенный угол, зависящий от числа шагов. Другими словами ток в обмотке статора вызывает поворот вала на дискретный угол.

При равномерной и последовательной смене полярностей напряжения на обмотках и переключении запитанных обмоток происходит вращение шагового двигателя, подобно обычному электродвигателю, хотя на самом деле просто происходит регулярный поворот на фиксированный угол.

Шаговый двигатель иногда называют двигателем с конечным количеством положений ротора. Звучит не совсем понятно, давайте разберемся. Представим обычный двигатель – положение его ротора никак не фиксируется, то есть он просто вращается пока подключено питание, а когда оно отключается, то останавливается через какое-то время, зависящее от его инерции. Положений ротора может быть сколько угодно много, а отличаться они могут на мельчайшие доли градуса.

В шаговом двигателе подключение обмотки или нескольких обмоток вызывает «примагничивание» ротора по отношению к этим обмоткам. Внешне это выглядит именно как поворот вала на определенный угол (шаг). Так как количество шагов является одной из важных характеристик этого типа электропривода, то и количество положений ротора равно количеству шагов. Новичкам сложно понять, как это может быть, и как он в таком случае вращается – на самом деле все достаточно просто, мы это покажем на иллюстрациях и описаниях ниже.

Конструкция

На статоре электродвигателя закреплены обмотки возбуждения. Его ротор выполняется из магнитомягких или магнитотвердых материалов. От материала ротора зависит крутящий момент и фиксация вала при обесточенных обмотках. Эти параметры могут быть критичными.

Поэтому выделяют магнитотвердые роторы (они же на постоянных магнитах) и магнитомягкие (реактивные) роторы, кроме них есть и гибридные роторы.

Гибридный ротор делают зубчатым, количество зубцов соответствует количеству шагов. Зубцы расположены вдоль оси ротора. При этом такой ротор разделен на две части поперек. Между ними установлен постоянный магнит, таким образом, каждая из половин ротора является полюсом магнита. Также следует сказать, о том, что половины ротора повернуты на половину шага зубцов друг относительно друга.

Как уже было сказано, такой двигатель является синхронным, так и процесс его вращения заключается в создании вращающего поля ротора, за которым стремится магнитный ротор, а это реализовывается за счет переключения контроллером обмоток поочередно.

Виды шаговых двигателей ШД по конструкции обмоток делят на три основных группы по схеме подключения обмоток:

3. С четырьмя обмотками.

Биполярные электродвигателя в большинстве своем имеют 4 контакта – это выводы с двух обмоток. Внутри двигателя они по большому счету никак не соединены между собой. Основной проблемой является то, что нужно обеспечить переключение полярности питания, это значит, что драйвер и сам процесс управления усложнится.

Униполярные напоминают соединение обмоток по схеме звезды. Другими словами, у вас есть 5 выводов – 4 из них это концы обмоток, а 1 – точка соединения всех обмоток.

Для управления таким двигателем нужно просто подавать поочередно питание на каждый из концов обмотки (или их пару, в зависимости от выбранного режима вращения), таким образом будет запитываться каждый раз половинка обмотки. Может работать в биполярном режиме, если запитывать полностью всю обмотку минуя отвод от её середины.

Двигатели с 4 обмотками имеют преимущество в том, что вы можете подключить обмотки любым удобным для вас образом и получить как биполярный, так и униполярный двигатель.

Режимы управления

Различают 4 основных режима управления шаговым двигателем:

1. Волновое управление.

Волновым управлением называют управление одной обмоткой. Т.е. одновременно ток течет через одну из обмоток, отсюда две отличительных черты – низкое энергопотребление (это хорошо) и низкий крутящий момент (это плохо).

В данном случае этот двигатель делает 4 шага за один оборот. Реальные же двигатели делают десятки шагов за один оборот, это достигается бОльшим количеством чередований магнитных полюсов.

Читать еще:  Характеристика дизельного двигателя тепловоза

Полношаговое управление является наиболее часто используемым. Здесь напряжение подается не на одну обмотку, а на две сразу. Если обмотки соединены параллельно – то ток удваивается, а если последовательно, то удваивается напряжение питания соответственно. С одной стороны в таком методе управления двигатель потребляет больше энергии, с другой – крутящий момент 100%, в отличие от предыдущего.

Полушаговое управление интересно тем, что становится возможным более точное позиционирование вала двигателя, благодаря к тому, что к целым шагам добавляются еще и половинки это достигается совмещение предыдущих двух режимов работы, а обмотки чередуются, то включаясь попарно, то по одной.

Стоит учесть, что момент на валу плавает от 50 до 100% в зависимости от того 1 или 2 две обмотки задействованы в данный момент.

Еще более точным является микрошаговый. Он похож на предыдущий, но отличается тем, что питание на обмотки подаётся не полной величины, а постепенно изменяющейся. Таким образом, изменяется степень воздействия на ротор каждой из обмоток и плавно изменяется угол поворота вала в промежуточных шагам положениях.

Где взять шаговый двигатель

Купить шаговый двигатель вы успеете всегда, но настоящие радиолюбители, самодельщики и электронщики славятся тем, что могут из мусора сделать что-то полезное. Наверняка, у вас дома найдется хотя бы один шаговый двигатель. Давайте разберемся, где нужно искать, чтобы найти такой двигатель.

1. Принтера. Шаговые двигатели могут стоять на вращении вала подачи бумаги (но может быть и двигатель постоянного тока с датчиком перемещения).

2. Сканеры и МФУ. В сканерах часто устанавливают шаговый двигатель и механическую часть, направляющую вдоль которой ходит каретка, эти детали также могут стать полезны при разработке самодельного ЧПУ станка.

3. CD и DVD приводы. В них также можно достать и штанги и винтовые валы для самоделок и различных ЧПУ.

4. Floppy-дисководы. В дискетниках также есть шаговые двигатели, особо ценятся флопики формата 5.25”.

Драйвер для шагового двигателя

Для управления шаговыми двигателями используют специализированные микросхемы-драйвера. В большинстве своем это H-мост из транзисторов. Благодаря такому включению появляется возможность включать на обмотку напряжение нужной полярности. Эти микросхемы подходят и для управления двигателями постоянного тока с поддержкой изменения направления вращения.

В принципе очень маленькие двигателя можно запустить и прямо от пинов микроконтроллера, но обычно они выдают до 20-40 мА, чего в большинстве случае недостаточно. Поэтому приведем несколько примеров драйверов для шаговых двигателей:

1. Платы на базе L293D. Их множество, одна из таких продается под отечественной маркой «Амперка» под название Troyka Stepper, пример его использования в реальном проекте приведен на видео ниже. Преимущество конкретно этой платы в том, что на ней расположены микросхемы логики которые позволяют сократить количество используемых для управления пинов.

Сама по себе микросхема работает под напряжение 4.5-36В и выдает ток до 600мА-1А в зависимости от корпуса ИМС.

2. Драйвер на базе A4988. Питается напряжением до 35В, выдерживает ток до 1А без радиатора, а с радиатором до 2А. Может управлять двигателем, как целыми шагами, так и частями – от 1/16 шага до 1 шага, всего 5 вариантов. Содержит два H-моста. С помощью подстроечного резистора (видно на правом фото) можно задавать выходной ток.

Размер шага задается сигналами на входах MS1, MS2, MS3.

Вот схема его подключения, каждый импульс на входе STEP задает поворот двигателя на 1 шаг или на микрошаг.

3. Драйвер на базе ULN2003 работает с двигателями на 5 и на 12В и выдаёт ток до 500 мА. На большинстве плат расположены 4 светодиода индицирующих работу каждого из каналов.

Также на плате вы можете видеть клеммную колодку для подключения двигателей, кстати, многие из них продаются именно с таким разъёмом. Примером такого двигателя является 5В модель – 28BYJ-48.

И это не все варианты драйверов для шаговых двигателей, на самом деле их еще больше.

Подключение к Arduino драйвера и шагового двигателя

В большинстве случаев нужно использовать микроконтроллер в паре с драйвером для шагового двигателя. Давайте рассмотрим схему подключения и примеры программного кода. Рассмотрим подключение на базе последнего приведенного драйвера – ULN2003 к плате Arduino. И так у него есть 4 входа, они подписаны, как IN1, IN2 и т.д. Их нужно соединить с цифровыми пинам платы ардуино, а к драйверу подсоединить моторчик как показано на рисунке ниже.

Далее в зависимости от способа управления вы должны подавать на входы 1 или 0 с этих пинов включая 1 или 2 обмотки в нужно последовательности. Код программы полношагового управления выглядит примерно так:

Arduino.ru

шаговик 28byj-48 и 12V

Есть шаговик 28byj-48 и драйвер к нему ULN2003. На драйвере есть перемычка 5-12 вольт. Сейчас питание идёт от 5 вольт. Прочитал в интернете, что если её снять, то можно от 12 вольт питать и мотор будет быстрее крутиться, НО в том же интернете нашёл точно такой-же двигатель, но на корпусе написано 12V. На моём же 5V. Это значит, что мне не подключить в 12 вольтам? Или 12 вольт только для драйвера, а на мотор всё-равно 5 пойдут? И правильно ли что перемычку убирать надо? Кто подключал — подскажите.

PS. А может каким-то другим способом можно увеличить скорость вращения данного двигателя? У меня на полный оборот 6 секунд уходит. Это оооооочень долго.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

почитай про разгон шагового двигателя.

Читать еще:  В чем причина если бензиновый двигатель работает как дизель

Шаговый двигатель разгоняется прямо как процессор — повышением частоты.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Ничего не понял про разгон. Кто-нибудь именно данные шаговики заставил быстрее крутиться?

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

этот мотор со встроенным редуктором и быстро он никогда не закрутиться

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Так там вроде схема включения примитивная. Куда можно поставить перемычку? Может просто написано что можно запитать от 5 до 12 вольт.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Вот там справа перемычка и стоит.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Аналогично голову ломаю. До этого такие моторы пришли с новым драйвером, там нет никаких перемычек и лот что тот что этот подписан как мотор 5В.

Подал напряжение примерно 6-7В вместо 5В. Мотор стал заметно мощнее, но оборотов не прибавилось (в общем то это понятно), эти же 6-7В подал на снятую перемычку — мотор не крутится, светодиоды горят, микросхема начинает сильно нагреваться (скетч на выполнении). Перемычку поставил вместо входа 5В, аналогично. Выходит, что 12 вообще никак. Хотя они в общем то и не нужны, это я пытался увеличить его мощность, но вполне хватило поднять напряжение до указанного выше.

п.с. посмотрел по дорожкам платы ))) п.п.ц. Никакую перемычку снимать не надо, она как раз подаёт питание на еще одну ногу микросхемы. Т.е. 5-12В мы подаём именно на те пины где и есть надпись и полярность. Замечу, что уже на 7,5В мотор довольно прилично греется. На 12В не думаю, что он долго протянет (хотя могу ошибаться).

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

У этого движка две обмотки с отводом от середины отводы соеденины и выведены пятым проводом. Если просверлить отверстие в пластиковой крышке и перерезать дорожку то пятый вывод и соединение отводов будет разорвано и двигатель станет обычным шаговым с двумя обмотками. И поскольку прежде на половину обмотки подавалось 5 вольт, то теперь на полную обмотку необходимо подать 10 вольт. Двигатель стал мощнее.

Мой случай. Углядев 12вольтовый двиг и не вникнув в схему порезал дорожку и. получил 24вольтовый шаговик. Работает и на 12 вольт,Кто будет сверлить для переделки необходимо на пару миллиметров отодвинуться от середины в сторону от проводов. Точим в острое зубильце обломок сверла и перерезаем дорожку. Не советую разбирать двигатель. Снова собирается с большим трудом.

Дешевые движки, разумеется и контроль качества соответствует стоимости. Один двиг из двух не крутил, только тихо, обиженно гудел. Понимая, что сборка это. это как лимон съесть с кожурой и без сахара:))) пришлось разобрать. Все просто какой-то металлический кусочек в смазке на шестерне. Убираем, съедаем лимон и крутим с радостным «зужжанием» валом направо и назад. :))

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Управляем шаговым двигателем с помощью Arduino и L298N

Сегодня шаговые двигатели можно найти во многих механизмах: станках ЧПУ, оргтехнике, 3D принтерах, роботах. Благодаря их функциональности и невысокой стоимости их зачастую применяют в проектах с Arduino.

В этом материале будет показано, как можно управлять шаговым двигателем с помощью платы Arduino Uno и драйвера моторов L298N.

Модуль мостового драйвера L298N, предназначенного для управления двигателями постоянного тока и шаговыми двигателями, стоит недорого и достаточно широко распространен. Помимо L298N для управления двигателем можно использовать драйвер ULN2003, но это довольно популярный и разжеванный вариант, поэтому здесь мы рассмотрим альтернативный подход с драйвером L298N, который является более функциональным.

Но сначала разберемся, что такое шаговый двигатель. Шаговый двигатель может по команде от управляющего устройства отклонять свой вал на определенный угол и фиксировать его. Такое отклонение вала и называется шагом. Среди шаговых двигателей различают униполярные и биполярные. Биполярные шаговые двигателя считаются более сильными, с большим моментом удержания на валу. Биполярные двигатели, как правило, имеют четыре вывода, соединенные с двумя внутренними электромагнитными катушками. Поворот вала двигателя осуществляется благодаря изменению направления протекания тока в катушках.

Шаговые двигатели по своему принципу действия не похожи на простые двигатели постоянного тока и не могут начать работать путем подачи только напряжения постоянного тока. Для управления нужны драйвер и микроконтроллер или подобное устройство, которые будут изменять скорость и направление вращения вала. Модуль драйвера L298N прекрасно подходит для задач управления шаговым двигателем.

Ниже приведена схема подключения биполярного шагового двигателя 12 В к драйверу L298N и этого драйвера к плате Arduino UNO. Для начала следует соединить пары проводов A и B шагового двигателя с выводами MA+, MA-, MB+ и MB- драйвера L298N. Внимательно читайте документацию на ваш шаговый двигатель, чтобы правильно определить пары A+, A-, B+ и B-. Оставьте все перемычки модуля драйвера на месте и подключите линии IN1, IN2, IN3 и IN4 к цифровым портам Arduino D8, D9, D10 и D11 соответственно. Далее соедините вывод земли GND платы Arduino с GND модуля драйвера и вывод питания Vin платы Arduino с выводом модуля +5V OUT. И, наконец, подключите внешний источник питания 12В/1А к линиям +5V OUT и GND модуля драйвера.

Читать еще:  Гидравлический двигатель высокого давления

Теперь вы можете управлять шаговым двигателем с помощью скетчей Arduino благодаря встроенной в Arduino IDE библиотеки Stepper library. Для проверки работоспособности собранной схемы можете загрузить скетч stepper_oneRevolution, включающий в себя библиотеку Stepper library.

Если все собрано правильно, то вы увидите, как будет вращаться вал вашего шагового двигателя.

Умные шторы. Управление шаговым двигателем на Arduino через bluetooth.

В своей повседневной жизни мы все чаще и чаше используем беспроводные устройства, которые облегчают нам работу и быт. Сегодня поговорим о том, как можно сделать управление шаговым двигателем на Arduino через bluetooth. На основе чего можно реализовать достаточно интересные проекты, такие как умные шторы.Давайте разберемся, как это можно сделать своими руками.

Приложение для телефона позволяющее управлять шаговым двигателем.

Планировал сделать приложение в mit app inventor, но, к сожалению что-то случилось с данным сервисом и приложение для тестирования перестало работать. Возможно, на данный момент все работает, но на момент, когда я делал проект «управление шаговым двигателем по bluetooth» наблюдалась данная проблема. Поэтому сделал приложение в APP Thunkable, по функционалу они очень похожи и исходные материалы приложений будут работать в обоих сервисах.

Интерфейс приложения достаточно простой. Несколько текстовых полей, кнопок, бегунок и список.

Блоки программы для mit app inventor.

Эта часть программы, отвечающая за подключение по bluetooth.

Управление шаговыми двигателями происходит с помощью данных элементов.

Я сделал процедуру, которая позволяет реже отправлять значения при перемещении бегунка.

Вот такое приложение для телефона, позволяющее управлять шаговым двигателем с помощью блютуз.

Для проекта понадобиться следующая электроника:

  • ARDUINO NANO
  • HC-05 hc-06 Bluetooth
  • Шаговый двигатель 28BYJ-48 С ULN2003

Схема подключения шагового двигателя 28BYJ-48, Bluetooth модель HC-05 к Arduino.

Как видно из схемы к Arduino NANO, подключаем шаговый двигатель 28BYJ-48, Bluetooth модель HC-05. Драйвер шагового двигателя ULN2003 запитать лучше от отдельного блока питания 5-12 В.

Если делать умные рулонные шторы, то желательно добавить в схему конечный выключатель. А лучше геркон или KY-003 модуль датчика Холла. На штору поместить магнит. Что позволит определять границы перемещения полотна.

Код (скетч) управления шаговым двигателем на Arduino через bluetooth.

В коде всего 2 переменные, которые нужно поменять в том случае если вы будете использовать другой шаговый двигатель. Первая переменная устанавливает скорость по умолчанию – это 5 оборотов в минуту. Вторая определяет сколько нужно шаговому двигателю сделать шагов, чтобы совершить 1 оборот вала.

В следующем блоке кода подключаем библиотеку AccelStepper, которую можно скачать внизу статьи в разделе «Файлы для скачивания ».

Затем определяем тип двигателя (точнее тип драйвера шагового двигателя), данное подключение можно использовать с другими драйверами, такими как L293, L298 и пр.

Дальше идут переменные, которые нужны для работы алгоритма.

В блоке setup() определяем параметры скорости и ускорения шагового двигателя.

И инициализируем соединение с Bluetooth модулем и скорость работы. У вашего Bluetooth модуля скорость работы может быть другая.

В основном цикле loop() проверяем, пришли данные или нет. Если данные получили, сохраняем их в переменную val и поднимаем флаг.

После поднятия флага проверяем, какую команду получили. Если ни одна не совпадает, то проверяем, возможно, это число скорости вращения шагового двигателя.

Затем переходим к алгоритму управления шаговым двигателем, в котором определяем статус запуска вращения шагового двигателя «flagStart».

После чего, проверяем направление вращения двигателя и устанавливаем скорость вращения с учетом направления.

Следующие 2 строчки заставляют шаговый двигатель сделать один оборот.

И затем мы проверяем, достиг ли шаговый двигатель заданного положения. При достижении нужного положения,обнуляем позицию двигателя это необходимо, чтобы в следующий раз двигатель вращался в нужном направлении и нужное количество оборотов. Или вращался бесконечно, за это отвечает вот это условие.

Такой небольшой код, который можно дополнить и сделать управление рулонными шторами с помощью телефона. А также другие интересные проекты с использованием Arduino и шагового двигателя.

Умные рулонные шторы своими руками на Arduino.

На основе приложения и кода можно сделать своими руками умные рулонные шторы на Arduino. Даже без добавления дополнительных элементов. Для этого достаточно замерить, сколько оборотов делает штора, чтобы достигнуть конечного положения. И добавить в программу данное значение, вместо значения перемещения на 1 оборот. И после чего, при нажатии у вас будет сворачиваться, и разворачиваться штора. Но для безопасной работы лучше установить конечный выключатель или, как рассказывал ранее датчик холла. Чтобы определять конечное положение.

Механическая часть умной рулонной шторы.

Чтобы реализовать механизм умной рулонной шторы можно воспользоваться готовыми 3D моделями для печати и модернизировать обычную штору.

Используя электронику из проекта, получится вот такая умная рулонная штора.

Заключение.

Управление шаговым двигателем через Bluetooth имеет ряд ограничений. Самое главное ограничение – это возможность подключиться только к одному устройству. Соответственно управлять сможем одновременно только одним устройством. А в случае со шторой, как правило, их в квартире 3-4 и больше и управлять ими желательно одновременно, что можно реализовать с помощью Wi-Fi управления. Если вам интересно продолжение данной темы, пишите в комментарии.

Понравился проект Умные шторы. Управление шаговым двигателем на Arduino через bluetooth? Не забудь поделиться с друзьями в соц. сетях.

А также подписаться на наш канал на YouTube, вступить в группу Вконтакте, в группу на Facebook.

Спасибо за внимание!

Технологии начинаются с простого!

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector