Līdzstrāvas un pakāpju motora testeris: 12 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Pirms dažiem mēnešiem mans draugs man uzdāvināja pāris izmestus tintes printerus un kopēšanas iekārtas. Mani interesēja to barošanas avotu, kabeļu, sensoru un jo īpaši motoru novākšana. Es izglābu, ko varēju, un vēlējos pārbaudīt visas detaļas, lai pārliecinātos, ka tās ir funkcionālas. Daži motori tika vērtēti ar 12 V spriegumu, daži - pie 5 V, daži bija pakāpieni, bet citi - līdzstrāvas motori. Ja tikai man būtu ierīce, kurā es varētu vienkārši pieslēgt motoru, iestatīt frekvenci, darba ciklu un izvēlēties soļa metodi, lai to pārbaudītu.

Es nolēmu to izveidot, neizmantojot ciparu signālu procesoru vai mikrokontrolleru. Pazemīgais 555 vai tl741 kā oscilators, 4017 skaitītājs un daudzi loģiskie vārti soļu motora režīmiem. Sākumā man bija daudz jautrības, veidojot ķēdi, kā arī izstrādājot ierīces priekšējo paneli. Esmu atradusi pieklājīgu koka tējas kastīti, kur visu salikt iekšā. Esmu sadalījis shēmu četrās daļās un sācis to pārbaudīt uz maizes dēļa. Drīz parādījās pirmās neapmierinātības pazīmes. Tas bija haoss. Daudz vārtu, daudz IC, vadu. Tas nedarbojās pareizi, un es domāju starp divām iespējām: Lai tas būtu ļoti vienkārši - tikai līdzstrāvas motoriem, vai nolieciet to malā un pabeidziet to vēlāk vēlāk … Es izvēlējos otro iespēju.

1. darbība: līdzstrāvas un pakāpju kontroles teorija

Līdzstrāvas motors

Visizplatītākais līdzstrāvas motora vadības veids ir tā sauktā impulsa platuma modulācija (PWM). PWM tiek piemērots konkrētam slēdzim un ieslēdz un izslēdz motoru. Attēlā var redzēt norādīto pārslēgšanās periodu un tā saistību ar frekvenci, tiek norādīts arī pārslēgšanās laiks. Darba cikls tiek definēts kā pārslēgšanās laiks, dalīts ar kopējo periodu. Ja mēs saglabājam frekvenci nemainīgu, vienīgais veids, kā mainīt darba ciklu, ir mainīt ieslēgšanas laiku. Palielinot darba ciklu, palielinās arī motoram pielietotā sprieguma vidējā vērtība. Sakarā ar augstāku spriegumu, lielāka līdzstrāva plūst caur līdzstrāvas motoru, un rotors griežas ātrāk.

Bet kādu frekvenci izvēlēties? Lai atbildētu uz šo jautājumu, apskatīsim tuvāk, kas patiesībā ir līdzstrāvas motors. Līdzīgi to var raksturot kā RL filtru (tikai uz brīdi atstājot novārtā EMF). Ja motoram tiek pievadīts spriegums (RL filtrs), strāva palielinās ar laika konstanti tau, kas ir vienāda ar L / R. PWM vadības gadījumā, kad slēdzis ir aizvērts, strāva, kas plūst caur motoru, palielinās un samazinās laikā, kad slēdzis ir izslēgts. Šajā brīdī strāvai ir tāds pats virziens kā iepriekš, un tā plūst caur atpakaļgaitas diode. Motoriem ar lielāku jaudu ir lielāka induktivitāte un līdz ar to lielāka laika konstante nekā mazākiem motoriem. Ja frekvence ir zema, kad mazais motors tiek darbināts, izslēgšanas laikā strauji samazinās strāva, kam seko liels pieaugums ieslēgšanās laikā. Šis strāvas pulsācija izraisa arī motora griezes momenta svārstības. Mēs to nevēlamies. Tāpēc, darbinot mazākus motorus, PWM frekvencei jābūt augstākai. Šīs zināšanas izmantosim projektēšanā turpmākajos posmos.

Stepper motors

Ja mēs vēlamies kontrolēt vienpolāru soļu motoru, ko izmanto hobiju elektronikā, mums ir iespēja izvēlēties 3 pamata vadības iespējas (režīmus) - viļņu piedziņu (WD), pussoli (HS) un pilnu soli (FS). Atsevišķu režīmu secība un rotora novietojums ir parādīts attēlā (vienkāršības labad esmu norādījis motoru ar diviem polu pāriem). Šajā gadījumā Wave Drive un Full Step izraisa rotora rotāciju par 90 grādiem, un to var panākt, atkārtojot 4 stāvokļus. Pussoļa režīmā mums ir nepieciešama 8 stāvokļu secība.

Režīma izvēle ir atkarīga no sistēmas prasībām - ja mums ir nepieciešams liels griezes moments, labākā izvēle ir Full Step, ja pietiek ar zemāku griezes momentu un varbūt mēs darbinām ķēdi no akumulatora, priekšroka tiek dota viļņu piedziņas režīmam. Lietojumos, kur mēs vēlamies sasniegt vislielāko leņķisko izšķirtspēju un vienmērīgāko kustību, Half Drive režīms ir ideāla izvēle. Griezes moments šajā režīmā ir par aptuveni 30% mazāks nekā pilnas piedziņas režīmā.

2. darbība: shēmas shēma

Šī vienkāršā mēma trāpīgi raksturo manu domāšanas procesu dizaina laikā.

Diagrammas augšējā daļā ir aprakstīts barošanas avots - 12 voltu adapteris, ko lineārais regulators samazina līdz 5 voltiem. Es gribēju, lai varētu izvēlēties motora (MMTV) maksimālo testa spriegumu - vai nu 12, vai 5 volti. Iebūvētais ampērmetrs apiet vadības ķēdes un mēra tikai motora strāvu. Būtu arī ērti, ja varētu pārslēgties starp iekšējo un ārējo strāvas mērīšanu, izmantojot multimetru.

Oscilators darbosies divos režīmos: pirmais ir nemainīga frekvence un mainīgs darba cikls, bet otrais ir mainīga frekvence. Abus šos parametrus varēs iestatīt, izmantojot potenciometrus, un viens rotācijas slēdzis būs pārslēgšanās režīmi un diapazoni. Sistēmā būs arī slēdzis starp iekšējo un ārējo pulksteni, izmantojot 3,5 mm ligzdas savienotāju. Iekšējais pulkstenis tiks savienots arī ar paneli, izmantojot 3,5 mm ligzdu. Viens slēdzis un poga, lai iespējotu/atspējotu pulksteni. Līdzstrāvas motora draiveris būs viena kvadranta N-kanāla mosfet draiveris. Virziens tiks mainīts, izmantojot mehānisko dpdt slēdzi. Motora vadi tiks savienoti, izmantojot banānu ligzdas.

Stepper motoru secību kontrolēs arduino, kas atpazīs arī 3 vadības režīmus, ko nosaka dip slēdzis. Stepper motora vadītājs būs uln2003. Arduino kontrolēs arī 4 gaismas diodes, kas šajos režīmos pārstāvēs darbināmo motora tinumu animāciju. Stepper motors tiks savienots ar testeri, izmantojot ZIF ligzdu.

3. darbība. Shēmas

Shēmas ir sadalītas piecās daļās. Shēmas, kas ierāmētas zilās kastēs, attēlo komponentus, kas atradīsies uz paneļa.

1. Enerģijas padeve
2. Oscilators
3. DC vadītājs
4. Arduino pakāpiena draiveris
5. Loģisko vārtu pakāpiena draiveris

Lapa Nr. 5 ir iemesls, kāpēc es pametu šo projektu melojot. Šīs shēmas veido secības iepriekš minētajiem vadības režīmiem - WD, HS un FS. Šī daļa ir pilnībā aizstāta ar arino ar lapu nr. 4. Pievienotas arī pilnīgas Ērgļa shēmas.

4. solis: nepieciešamās sastāvdaļas un rīki

Nepieciešamās sastāvdaļas un rīki:

• Multimetrs
• Suports
• Kartona griezējs
• Marķieris
• Pincetes
• Smalkas knaibles
• Griešanas knaibles
• Stiepļu noņemšanas knaibles
• Lodāmurs
• Lodēt
• Kolofonija
• Vadi (24 awg)
• 4x spdt slēdzis
• 2x dpdt slēdzis
• 4x banānu domkrats
• Uzspied pogu
• ZIF ligzda
• 2x 3,5 mm ligzda
• Līdzstrāvas savienotājs
• Arduino nano
• 3 polu DIP slēdzis
• 2x 3 mm LED
• 5x 5 mm LED
• Bicolor LED
• Potenciometra pogas
• DIP ligzdas
• Universāls PCB
• Dupont savienotāji
• Plastmasas kabeļu saites

Un

• Potenciometri
• Rezistori
• Kondensatori

ar jūsu izvēlētajām vērtībām, kas atbilst gaismas diodes frekvenču diapazoniem un spilgtumam.

5. solis: priekšējā paneļa dizains

Testeris tika ievietots vecā koka tējas kastē. Vispirms es izmērīju iekšējos izmērus un tad no cietā kartona izgriezu taisnstūri, kas kalpoja kā veidne sastāvdaļu izvietošanai. Kad biju apmierināts ar detaļu izvietojumu, es vēlreiz izmērīju katru pozīciju un izveidoju paneļa dizainu programmā Fusion360. 3D drukāšanas vienkāršībai es paneli sadalīju 3 mazākās daļās. Es arī izveidoju L formas turētāju paneļu piestiprināšanai pie kastes iekšējām malām.

6. darbība: 3D druka un krāsošana ar aerosolu

Paneļi tika iespiesti, izmantojot Ender-3 printeri, no atlikušā materiāla, kas man bija mājās. Tas bija caurspīdīgs rozā petg. Pēc drukāšanas es paneļus un turētājus apsmidzināju ar matētu melnu akrila krāsu. Lai iegūtu pilnīgu pārklājumu, es uzklāju 3 kārtas, dažas stundas noliku ārā, lai nožūtu un vēdinātu apmēram pusi dienas. Esiet uzmanīgi, krāsas izgarojumi var būt kaitīgi. Vienmēr izmantojiet tos tikai vēdināmā telpā.

7. solis: paneļa elektroinstalācija

Personīgi mana mīļākā, bet laikietilpīgākā daļa (es jau iepriekš atvainojos par to, ka neizmantoju saraušanās caurules, man bija laika krīze - citādi es noteikti tās izmantotu).

Regulējami kronšteini daudz palīdz, uzstādot un apstrādājot paneļus. Ir iespējams izmantot arī tā saukto trešo roku, bet man labāk patīk turētājs. Es pārklāju tā rokturus ar tekstilmateriālu, lai darba laikā panelis netiktu saskrāpēts.

Es ievietoju un ieskrūvēju visus slēdžus un potenciometrus, gaismas diodes un citus savienotājus panelī. Pēc tam es novērtēju vadu garumu, kas savienos paneļa komponentus, kā arī tos, kas tiks izmantoti, lai izveidotu savienojumu ar PCB. Tie mēdz būt nedaudz garāki, un ir labi tos nedaudz pagarināt.

Lodējot savienotājus, es gandrīz vienmēr izmantoju šķidrā lodēšanas plūsmu. Es uzklāju nelielu daudzumu uz tapas un pēc tam alvu un pievienoju to vadam. Flux noņem no virsmām jebkuru oksidēto metālu, padarot savienojumu daudz vieglāk lodēt.

8. solis: paneļa paneļa savienotāji

Lai savienotu paneli ar PCB, es izmantoju dupont tipa savienotājus. Tie ir plaši pieejami, lēti un, pats galvenais, pietiekami mazi, lai ērti ietilptu izvēlētajā kastē. Kabeļi ir sakārtoti pēc shēmas, pa pāriem, trīskāršiem vai četrkāršiem. Tie ir krāsoti, lai tos varētu viegli identificēt un viegli savienot. Tajā pašā laikā nākotnei ir praktiski nepazust vienotā vadu mudžeklī. Visbeidzot, tie ir mehāniski nostiprināti ar plastmasas kabeļu saitēm.

9. solis: PCB

Tā kā diagrammas daļa, kas atrodas ārpus paneļa, nav plaša, es nolēmu izveidot ķēdi uz universāla PCB. Es izmantoju parastu 9x15 cm PCB. Ievietoju ieejas kondensatorus kopā ar lineāro regulatoru un radiatoru kreisajā pusē. Pēc tam es uzstādīju ligzdas IC 555, 4017 skaitītājam un ULN2003 draiverim. Kontaktligzda 4017 skaitītājam paliks tukša, jo tās funkciju pārņems arduino. Apakšējā daļā ir N-kanāla mosfet F630 draiveris.

10. solis: Arduino

Sistēmas savienojums ar arduino ir dokumentēts shematiskajā lapā Nr. 4. tika izmantots šāds tapu izvietojums:

• 3 digitālās ieejas DIP slēdzim - D2, D3, D12
• 4 digitālās izejas LED indikatoriem - D4, D5, D6, D7
• 4 digitālās izejas pakāpju vadītājam - D8, D9, D10, D11
• Viena analogā ieeja potenciometram - A0

LED indikatori, kas attēlo atsevišķus motora tinumus, iedegas lēni, nekā tinumi faktiski tiek darbināti. Ja gaismas diodes mirgošanas ātrums atbilstu motora tinumiem, mēs to uzskatītu par nepārtrauktu visu to apgaismojumu. Es gribēju panākt skaidru vienkāršu attēlojumu un atšķirības starp atsevišķiem režīmiem. Tāpēc LED indikatori tiek kontrolēti neatkarīgi ar 400 ms intervālu.

Pakāpju motora vadības funkcijas savā emuārā izveidoja autors Kornēlijs.

11. darbība: montāža un pārbaude

Visbeidzot, es pievienoju visus paneļus pie PCB un sāku pārbaudīt testeri. Es izmērīju oscilatoru un tā diapazonus ar osciloskopu, kā arī frekvences un darba cikla vadību. Man nebija nekādu lielu problēmu, vienīgās izmaiņas, ko veicu, bija pievienot keramikas kondensatorus paralēli ieejas elektrolītiskajiem kondensatoriem. Pievienotais kondensators vājina augstfrekvences traucējumus, ko sistēmā ievada līdzstrāvas adaptera kabeļa parazītiskie elementi. Visas testētāja funkcijas darbojas kā nepieciešams.

12. solis: Outro

Tagad beidzot varu vienkārši pārbaudīt visus motorus, kurus gadu gaitā izdevies izglābt.

Ja jūs interesē testētāja teorija, shēma vai kaut kas cits, nevilcinieties sazināties ar mani.

Paldies, ka lasījāt un veltījāt laiku. Esiet vesels un drošs.