DC და Stepper Motor ტესტერი: 12 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:16

რამდენიმე თვის წინ ჩემმა მეგობარმა მომცა რამდენიმე გადაყრილი ჭავლური პრინტერი და ასლის აპარატი. მე დაინტერესებული ვიყავი მათი ენერგიის წყაროს, კაბელების, სენსორების და განსაკუთრებით ძრავების მოსავლით. მე გადავარჩინე რაც შემეძლო და მინდოდა ყველა ნაწილის გამოცდა დავრწმუნებულიყავი რომ ისინი ფუნქციონირებდნენ. ზოგი ძრავა შეფასებულია 12V– ზე, ზოგი 5V– ზე, ზოგი იყო სტეპერი და ზოგი DC ძრავები. მე რომ მქონდეს მოწყობილობა, სადაც უბრალოდ შევძლებდი ძრავის დაკავშირებას, დავაყენებდი სიხშირეს, სამუშაო ციკლს და ვირჩევდი საფეხურების მეთოდს მის შესამოწმებლად.

მე გადავწყვიტე ავაშენო ციფრული სიგნალის პროცესორის ან მიკროკონტროლის გამოყენების გარეშე. თავმდაბალი 555 ან tl741 როგორც ოსცილატორი, 4017 მრიცხველი და მრავალი ლოგიკური კარიბჭე სტეპერ ძრავის რეჟიმებისთვის. თავიდან მე მხიარულად შევიმუშავე სქემის დიზაინი, ასევე მოწყობილობის წინა პანელის დიზაინი. მე ვიპოვე ღირსეული ხის ჩაის ყუთი, რომ ყველაფერი შიგნით ჩადო. სქემა დავყავი ოთხ ნაწილად და დავიწყე მისი ტესტირება პურის დაფაზე. მალევე გამოჩნდა იმედგაცრუების პირველი ნიშნები. ეს არეულობა იყო. ბევრი კარიბჭე, ბევრი IC, მავთული. ის არ მუშაობდა სათანადოდ და მე ვფიქრობდი ორ ვარიანტს შორის: გავაკეთო ეს ძალიან მარტივი - მხოლოდ DC ძრავებისთვის, ან გადავდოთ გვერდი და დავამთავრო ზოგჯერ მოგვიანებით … მე მეორე ვარიანტი ავირჩიე.

ნაბიჯი 1: DC და Stepper კონტროლის თეორია

DC ძრავა

DC ძრავის კონტროლის ყველაზე გავრცელებული გზა არის ეგრეთ წოდებული პულსის სიგანის მოდულაცია (PWM). PWM გამოიყენება კონკრეტულ გადამრთველზე და ძრავას ჩართავს და გამორთავს. სურათზე შეგიძლიათ ნახოთ გადართვის მითითებული პერიოდი და მისი მიმართება სიხშირესთან, ასევე მითითებულია გადართვის დრო. სამუშაო ციკლი განისაზღვრება როგორც გადართვის დრო გაყოფილი მთლიანი პერიოდის განმავლობაში. თუ სიხშირეს მუდმივ რეჟიმში შევინახავთ, მოვალეობის ციკლის შეცვლის ერთადერთი გზა არის დროულად შეცვლა. მოვალეობის ციკლის გაზრდით, ძაბვის საშუალო მნიშვნელობა, რომელიც გამოიყენება ძრავზე, ასევე იზრდება. უფრო მაღალი ძაბვის გამო, უფრო მაღალი დენი გადის DC ძრავაში და როტორი უფრო სწრაფად ბრუნავს.

მაგრამ რა სიხშირე აირჩიოს? ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად, მოდით უფრო ახლოს განვიხილოთ რა არის რეალურად DC ძრავა. ეკვივალენტურად, ის შეიძლება აღწერილი იყოს როგორც RL ფილტრი (უკანა EMF- ის უგულებელყოფა ერთი წამით). თუ ძრავა გამოიყენება ძრავაზე (RL ფილტრი), დენი იზრდება დროის მუდმივ tau– სთან, რომელიც უდრის L / R– ს. PWM კონტროლის შემთხვევაში, როდესაც გადამრთველი დახურულია, ძრავის გავლით მიმდინარეობა იზრდება და მცირდება გამორთვის გამორთვის დროს. ამ დროს, დენს აქვს იგივე მიმართულება, როგორც ადრე და მიედინება გამობრუნების დიოდში. უფრო მაღალი სიმძლავრის ძრავებს აქვთ უფრო მაღალი ინდუქტიურობა და შესაბამისად უფრო მაღალი დროის მუდმივი ვიდრე პატარა ძრავებს. თუ სიხშირე დაბალია, როდესაც მცირე ძრავა იკვებება, დენის სწრაფი ვარდნა ხდება გამორთვის დროს, რასაც მოყვება დიდი ზრდა ჩართვის დროს. ეს მიმდინარე ტალღა ასევე იწვევს ძრავის ბრუნვის ტალღას. ჩვენ ეს არ გვინდა. ამიტომ, მცირე ძრავების კვებისას, PWM სიხშირე უფრო მაღალი უნდა იყოს. ჩვენ გამოვიყენებთ ამ ცოდნას დიზაინში შემდგომ ნაბიჯებში.

Ბიჯური ძრავი

თუ ჩვენ გვსურს გავაკონტროლოთ ერთპოლარული სტეპერიანი ძრავა, რომელიც გამოიყენება ჰობის ელექტრონიკაში, ჩვენ გვაქვს 3 ძირითადი კონტროლის ვარიანტი (რეჟიმი) - Wave drive (WD), Half Step (HS) და Full Step (FS). ინდივიდუალური რეჟიმების თანმიმდევრობა და როტორის პოზიცია მითითებულია ფიგურაში (სიმარტივისთვის მე მივუთითე ძრავა ორი წყვილი ბოძით). ამ შემთხვევაში, Wave Drive და Full Step იწვევს როტორის ბრუნვას 90 გრადუსით და მისი მიღწევა შესაძლებელია 4 მდგომარეობის გამეორებით. ნახევარი ნაბიჯის რეჟიმში, ჩვენ გვჭირდება 8 მდგომარეობის თანმიმდევრობა.

რეჟიმის არჩევა დამოკიდებულია სისტემის მოთხოვნებზე - თუ ჩვენ გვჭირდება დიდი ბრუნვის მომენტი, საუკეთესო არჩევანი არის Full Step, თუ საკმარისია უფრო დაბალი ბრუნვის მომენტი და შესაძლოა ბატარეიდან გამოვიყვანოთ ჩვენი წრე, უპირატესობა ენიჭება ტალღის გადაადგილების რეჟიმს. იმ პროგრამებში, სადაც ჩვენ გვინდა მივიღოთ უმაღლესი კუთხის გარჩევადობა და ყველაზე გლუვი მოძრაობა, Half Drive რეჟიმი იდეალური არჩევანია. ამ რეჟიმში ბრუნვის მომენტი დაახლოებით 30% -ით დაბალია, ვიდრე Full Drive რეჟიმში.

ნაბიჯი 2: სქემის დიაგრამა

ეს მარტივი მემე სწორად აღწერს ჩემს აზროვნების პროცესს დიზაინის დროს.

დიაგრამის ზედა ნაწილი აღწერს კვების ბლოკს - 12 ვოლტიანი ადაპტერი, რომელიც ხაზოვანი მარეგულირებლის მიერ მცირდება 5 ვოლტამდე. მინდოდა შემეძლო ავირჩიო ძრავის მაქსიმალური სატესტო ძაბვა (MMTV) - ან 12 ან 5 ვოლტი. ჩამონტაჟებული ამმეტრი გაზომავს საკონტროლო სქემებს და გაზომავს მხოლოდ ძრავის დენს. ასევე მოსახერხებელი იქნებოდა მულტიმეტრის გამოყენებით შიდა და გარე მიმდინარე გაზომვებს შორის გადართვა.

ოსცილატორი იმუშავებს ორ რეჟიმში: პირველი არის მუდმივი სიხშირე და ცვლადი სამუშაო ციკლი, ხოლო მეორე ცვლადი სიხშირე. ორივე ამ პარამეტრის დაყენება შესაძლებელი იქნება პოტენომეტრების გამოყენებით, ხოლო ერთი მბრუნავი გადამრთველი იქნება რეჟიმებისა და დიაპაზონების გადართვა. სისტემა ასევე მოიცავს გადართვას შიდა და გარე საათს შორის 3.5 მმ ჯეკის კონექტორის საშუალებით. შიდა საათი ასევე დაუკავშირდება პანელს 3.5 მმ ჯეკის საშუალებით. ერთი გადამრთველი და ღილაკი საათის ჩართვის/გამორთვისთვის. DC ძრავის მძღოლი იქნება ერთი კვადრატის N არხის mosfet მძღოლი. მიმართულება შეიცვლება მექანიკური dpdt გადამრთველის გამოყენებით. საავტომობილო სადენები დაუკავშირდება ბანანის ჯეკებს.

სტეპერიანი ძრავის თანმიმდევრობა აკონტროლებს არდუინოს, რომელიც ასევე ამოიცნობს დიპლომატიური გადამრთველით განსაზღვრულ კონტროლის 3 რეჟიმს. სტეპერ ძრავის მძღოლი იქნება uln2003. Arduino ასევე გააკონტროლებს 4 LED- ს, რომლებიც წარმოადგენენ ძრავის გრაგნილების ანიმაციას ამ რეჟიმში. სტეპერიანი ძრავა იქნება დაკავშირებული ტესტერთან ZIF სოკეტის საშუალებით.

ნაბიჯი 3: სქემა

სქემა დაყოფილია ხუთ ნაწილად. ლურჯ ყუთებში ჩარჩოებული სქემები წარმოადგენს კომპონენტებს, რომლებიც იქნება პანელზე.

1. Ენერგიის წყარო
2. ოსცილატორი
3. DC დრაივერი
4. არდუინო სტეპერ დრაივერი
5. ლოგიკური გეითსი სტეპერი დრაივერი

ფურცელი nr 5 არის მიზეზი, რის გამოც ეს პროექტი ტყუილით დავტოვე. ეს სქემები ქმნიან თანმიმდევრობას ზემოთ ნახსენები კონტროლის რეჟიმებისთვის - WD, HS და FS. ეს ნაწილი შეიცვალა arduino– ით სრულად ფურცელში nr. 4. თან ერთვის არწივის სრული სქემა.

ნაბიჯი 4: აუცილებელი კომპონენტები და ინსტრუმენტები

აუცილებელი კომპონენტები და ინსტრუმენტები:

• მულტიმეტრი
• კალიპერი
• მუყაოს საჭრელი
• მარკერი
• პინცეტი
• ჯარიმა pliers
• ჭრის Pliers
• მავთულხლართების შესაკრავები
• გასაყიდი რკინა
• Solder
• კოლოფონია
• მავთულები (24 wg)
• 4x spdt გადამრთველი
• 2x dpdt გადამრთველი
• 4 ჯერ ბანანის ჯეკი
• დააჭირეთ ღილაკს
• ZIF სოკეტი
• 2x 3.5 მმ ბუდე
• DC კონექტორი
• არდუინო ნანო
• 3 პოლუსიანი DIP გადამრთველი
• 2X3 მმ LED
• 5x5 მმ LED
• ორფერიანი LED
• პოტენციომეტრის ღილაკები
• DIP სოკეტები
• უნივერსალური PCB
• დუპონტის კონექტორები
• პლასტიკური საკაბელო კავშირები

და

• პოტენომეტრები
• რეზისტორები
• კონდენსატორები

თქვენი არჩეული მნიშვნელობებით, რომელიც შეესაბამება LED- ების სიხშირის დიაპაზონს და სიკაშკაშეს.

ნაბიჯი 5: წინა პანელის დიზაინი

ტესტერი მოათავსეს ძველ ხის ჩაის ყუთში. ჯერ გავზომე შიდა ზომები და შემდეგ მოვაჭრა მართკუთხედი მყარი მუყაოსგან, რომელიც იყო შაბლონი კომპონენტების განთავსებისთვის. როდესაც კმაყოფილი ვიყავი ნაწილების განთავსებით, ისევ გავზომე თითოეული პოზიცია და შევქმენი პანელის დიზაინი Fusion360– ში. მე დავყავი პანელი 3 პატარა ნაწილად, 3D ბეჭდვის სიმარტივისთვის. მე ასევე შევქმენი L- ფორმის დამჭერი პანელის შიდა ყუთებზე პანელების დასაფიქსირებლად.

ნაბიჯი 6: 3D ბეჭდვა და სპრეის შეღებვა

პანელები დაბეჭდილია Ender-3 პრინტერის გამოყენებით, ნარჩენი მასალისგან, რომელიც მე მქონდა სახლში. ეს იყო გამჭვირვალე ვარდისფერი პეტი. დაბეჭდვის შემდეგ, მე შევასხურე პანელები და დამჭერები მქრქალი შავი აკრილის საღებავით. სრული დაფარვისთვის, მე გამოვიყენე 3 ფენა, დავდე გარეთ რამდენიმე საათის განმავლობაში, რომ გაშრეს და ვენტილაცია დაახლოებით ნახევარი დღე. ფრთხილად იყავით, საღებავის კვამლი შეიძლება საზიანო იყოს. ყოველთვის გამოიყენეთ ისინი მხოლოდ ვენტილირებადი ოთახში.

ნაბიჯი 7: პანელის გაყვანილობა

პირადად მე, ჩემი საყვარელი, მაგრამ ყველაზე შრომატევადი ნაწილი (მე წინასწარ ბოდიშს ვიხდი იმის გამო, რომ არ გამოვიყენე შემცირებული მილები, მე ვიყავი დროის კრიზისში - წინააღმდეგ შემთხვევაში მე აუცილებლად გამოვიყენებ მათ).

რეგულირებადი ფრჩხილები ბევრს ეხმარება პანელების დამონტაჟებისა და დამუშავებისას. ასევე შესაძლებელია ეგრეთ წოდებული მესამე ხელის გამოყენება, მაგრამ მე უპირატესობას ვანიჭებ მფლობელს. მე მისი სახელურები გადავაფარე ტექსტილის ქსოვილით, რომ პანელი არ გაკაწრულიყო მუშაობის დროს.

პანელში ჩავრთე და დავაყენე ყველა ჩამრთველი და პოტენომეტრი, ები და სხვა კონექტორები. შემდგომში, მე შევაფასე მავთულის სიგრძე, რომელიც დააკავშირებს კომპონენტებს პანელზე და ასევე ის, რაც გამოყენებული იქნება კომპიუტერთან დასაკავშირებლად. ეს უფრო გრძელია და კარგია, რომ ცოტათი გავახანგრძლივოთ.

თითქმის ყოველთვის ვიყენებ თხევადი შედუღების ნაკადს კონექტორების შედუღებისას. მე ვრცელდება მცირე რაოდენობა pin და შემდეგ tin და დააკავშირებს მას მავთული. Flux შლის ნებისმიერ დაჟანგულ ლითონს ზედაპირებიდან, რაც გაცილებით გაადვილებს სახსრის შედუღებას.

ნაბიჯი 8: პანელი-დაფის კონექტორები

პანელის კომპიუტერთან დასაკავშირებლად, მე გამოვიყენე დუპონტის ტიპის კონექტორები. ისინი ფართოდ არის ხელმისაწვდომი, იაფი და, რაც მთავარია, იმდენად მცირე ზომის, რომ კომფორტულად მოთავსდეს არჩეულ ყუთში. კაბელები განლაგებულია სქემის მიხედვით, წყვილებში, სამეულში ან ოთხად. ისინი ფერადი კოდირებით ადვილად იდენტიფიცირებული და ადვილად დასაკავშირებელი. ამავე დროს, პრაქტიკულია მომავლისთვის, რომ არ დაიკარგოს მავთულხლართების ერთიან ჩახლართვაში. დაბოლოს, ისინი მექანიკურად არის დაცული პლასტიკური საკაბელო კავშირებით.

ნაბიჯი 9: PCB

ვინაიდან დიაგრამის ის ნაწილი, რომელიც პანელის მიღმაა, არ არის ვრცელი, მე გადავწყვიტე სქემის გაკეთება უნივერსალურ კომპიუტერზე. მე გამოვიყენე ჩვეულებრივი 9x15 სმ pcb. მე შევაყვანინე კონდენსატორები ხაზოვან მარეგულირებელთან და გამაცხელებელთან ერთად მარცხენა მხარეს. ამის შემდეგ, მე დავაყენე სოკეტები IC 555, 4017 მრიცხველის და ULN2003 დრაივერისთვის. სოკეტი 4017 მრიცხველისთვის ცარიელი დარჩება, რადგან მისი ფუნქცია არდუინომ დაიკავა. ქვედა ნაწილში არის მძღოლი N არხის mosfet F630– ისთვის.

ნაბიჯი 10: არდუინო

სისტემის კავშირი არდუინოსთან დოკუმენტირებულია სქემატურ ფურცელში nr. 4. გამოყენებულია ქინძისთავების შემდეგი მოწყობა:

• 3 ციფრული შეყვანა DIP გადამრთველისთვის - D2, D3, D12
• 4 ციფრული გამოსავალი LED ინდიკატორებისთვის - D4, D5, D6, D7
• სტეპერის დრაივერისთვის 4 ციფრული გამომუშავება - D8, D9, D10, D11
• ერთი ანალოგური შეყვანა პოტენციომეტრისათვის - A0

LED ინდიკატორები, რომლებიც წარმოადგენენ ძრავის ცალკეულ გრაგნილებს, ანათებენ ნელა ვიდრე გრაგნილები რეალურად იკვებება. თუ LED- ების მოციმციმე სიჩქარე შეესაბამება ძრავის გრაგნილებს, ჩვენ ვხედავთ მას როგორც ყველა მათგანის უწყვეტ განათებას. მინდოდა მკაფიო მარტივი წარმოდგენის მიღწევა და განსხვავებები ინდივიდუალურ რეჟიმებს შორის. აქედან გამომდინარე, LED ინდიკატორები დამოუკიდებლად კონტროლდება 400 ms ინტერვალით.

სტეპერ ძრავის კონტროლის ფუნქციები შექმნა ავტორმა კორნელიუსმა თავის ბლოგზე.

ნაბიჯი 11: შეკრება და ტესტირება

საბოლოოდ, მე ყველა პანელი დავუკავშირე PCB- ს და დავიწყე ტესტერის ტესტირება. მე გავზომე ოსცილატორი და მისი დიაპაზონი ოსცილოსკოპით, ასევე სიხშირისა და სამუშაო ციკლის კონტროლით. მე არ მქონია რაიმე დიდი პრობლემა, ერთადერთი ცვლილება რაც შევიტანე იყო კერამიკული კონდენსატორების დამატება შეყვანის ელექტროლიტური კონდენსატორების პარალელურად. დამატებული კონდენსატორი უზრუნველყოფს სისტემაში შემოტანილი მაღალი სიხშირის ჩარევის შესუსტებას DC ადაპტერის კაბელის პარაზიტული ელემენტებით. ტესტერის ყველა ფუნქცია მუშაობს ისე, როგორც საჭიროა.

ნაბიჯი 12: გარეთ

ახლა მე შემიძლია საბოლოოდ შევამოწმო ყველა ის ძრავა, რომლის გადარჩენაც მე შევძელი წლების განმავლობაში.

თუ თქვენ დაინტერესებული ხართ თეორიით, სქემით ან ტესტერის შესახებ რაიმეთ, ნუ მოგერიდებათ დამიკავშირდეთ.

მადლობა კითხვისთვის და თქვენი დრო. დარჩი ჯანმრთელი და უსაფრთხო.