DC ve Step Motor Test Cihazı: 12 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Birkaç ay önce bir arkadaşım bana atılmış birkaç mürekkep püskürtmeli yazıcı ve fotokopi makinesi verdi. Güç kaynağı ünitelerini, kablolarını, sensörlerini ve özellikle motorlarını toplamakla ilgilendim. Yapabileceklerimi kurtardım ve işlevsel olduklarından emin olmak için tüm parçaları test etmek istedim. Bazı motorlar 12V, bazıları 5V, bazıları step ve diğerleri DC motorlardı. Keşke motoru bağlayabildiğim, frekansı, görev döngüsünü ayarlayabildiğim ve test etmek için bir adımlama yöntemi seçebildiğim bir cihazım olsaydı.

Dijital sinyal işlemcisi veya mikrodenetleyici kullanmadan oluşturmaya karar verdim. Osilatör olarak mütevazi 555 veya tl741, 4017 sayıcı ve step motor modları için birçok mantık kapısı. İlk başta devreyi tasarlarken ve cihazın ön panelini tasarlarken çok eğlendim. Her şeyi içine koymak için iyi bir ahşap çay kutusu buldum. Devreyi dört parçaya böldüm ve bir breadboard üzerinde test etmeye başladım. Yakında, hayal kırıklığının ilk belirtileri ortaya çıktı. Dağınıktı. Çok sayıda kapı, çok sayıda IC, kablo. Düzgün çalışmadı ve iki seçenek arasında düşünüyordum: Çok basit hale getirmek için - sadece DC motorlar için ya da bir kenara bırakıp bazen daha sonra bitirmek… İkinci seçeneği seçtim.

Adım 1: DC ve Step Kontrol Teorisi

DC motoru

Bir DC motoru kontrol etmenin en yaygın yolu, darbe genişlik modülasyonu (PWM) olarak adlandırılan yöntemdir. PWM, belirli bir anahtara uygulanır ve motoru açar ve kapatır. Resimde belirtilen anahtarlama periyodunu ve frekansla ilişkisini görebilirsiniz, anahtarlama zamanı da belirtilmiştir. Görev döngüsü, anahtarlama süresinin toplam süreye bölümü olarak tanımlanır. Frekansı sabit tutarsak, görev döngüsünü değiştirmenin tek yolu zamanı değiştirmektir. Görev döngüsünü artırarak motora uygulanan voltajın ortalama değeri de artar. Daha yüksek voltaj nedeniyle, DC motordan daha yüksek bir akım akar ve rotor daha hızlı döner.

Ama hangi frekansı seçmeli? Bu soruyu cevaplamak için, bir dc motorun gerçekte ne olduğuna daha yakından bakalım. Eşdeğer olarak, bir RL filtresi olarak tanımlanabilir (sadece bir an için geri EMF'yi ihmal ederek). Motora voltaj (RL filtresi) uygulanırsa L/R'ye eşit bir tau zaman sabiti ile akım artar. PWM kontrolü durumunda anahtar kapatıldığında motordan geçen akım artar ve anahtarın kapalı olduğu süre boyunca azalır. Bu noktada akım öncekiyle aynı yöne sahiptir ve geri dönüş diyotundan akar. Daha yüksek güce sahip motorlar, daha küçük motorlardan daha yüksek bir endüktansa ve dolayısıyla daha yüksek bir zaman sabitine sahiptir. Küçük motora güç verildiğinde frekans düşükse, kapanma süresi boyunca akımda hızlı bir düşüş olur, ardından açma süresi boyunca büyük bir artış olur. Bu akım dalgalanması ayrıca motor torkunun dalgalanmasına neden olur. Bunu istemiyoruz. Bu nedenle, daha küçük motorlara güç verilirken PWM frekansı daha yüksek olmalıdır. Bu bilgiyi tasarımda sonraki adımlarda kullanacağız.

step motor

Hobi elektroniğinde kullanılan tek kutuplu bir step motoru kontrol etmek istiyorsak, 3 temel kontrol seçeneği (mod) seçeneğimiz var - Dalgalı sürücü (WD), Yarım Adım (HS) ve Tam Adım (FS). Bireysel modların sırası ve rotorun konumu şekilde gösterilmiştir (basitlik için iki çift kutuplu bir motor gösterdim). Bu durumda Wave Drive ve Full Step rotorun 90 derece dönmesine neden olur ve 4 durum tekrarlanarak elde edilebilir. Yarım Adım modunda, 8 durumlu bir diziye ihtiyacımız var.

Mod seçimi sistemin gereksinimlerine bağlıdır - eğer büyük bir torka ihtiyacımız varsa, en iyi seçim Tam Adım, daha düşük bir tork yeterliyse ve belki devremize aküden güç veriyorsak, dalga sürüş modu tercih edilir. En yüksek açısal çözünürlüğü ve en yumuşak hareketi elde etmek istediğimiz uygulamalarda Half Drive modu ideal bir seçimdir. Bu moddaki tork, Tam Sürüş modundan yaklaşık %30 daha düşüktür.

Adım 2: Devre Şeması

Bu basit mem, tasarım sırasındaki düşünme sürecimi uygun bir şekilde anlatıyor.

Diyagramın üst kısmı güç kaynağını açıklar - doğrusal bir regülatör tarafından 5 volta düşürülen 12 voltluk bir adaptör. Motorun (MMTV) maksimum test voltajını seçebilmek istedim - 12 veya 5 volt. Dahili ampermetre kontrol devrelerini atlayacak ve sadece motor akımını ölçecektir. Bir multimetre kullanarak dahili ve harici akım ölçümü arasında geçiş yapabilmek de uygun olacaktır.

Osilatör iki modda çalışacaktır: birincisi sabit frekans ve değişken görev döngüsü ve ikincisi değişken frekanstır. Bu parametrelerin her ikisi de potansiyometre kullanılarak ayarlanabilecek ve bir döner anahtar, modları ve aralıkları değiştirecek. Sistem ayrıca 3,5 mm jak konektörü aracılığıyla dahili ve harici saat arasında bir geçiş içerecektir. Dahili saat de panele 3,5 mm jak ile bağlanacaktır. Saati etkinleştirmek/devre dışı bırakmak için bir anahtar ve bir düğme. DC motor sürücüsü, tek kadranlı N-kanallı mosfet sürücüsü olacaktır. Yön, mekanik dpdt anahtarı kullanılarak değiştirilecektir. Motor kabloları banana jakları ile bağlanacaktır.

Step motor dizisi, dip anahtarı tarafından belirtilen 3 kontrol modunu da tanıyan bir arduino tarafından kontrol edilecektir. Step motorun sürücüsü uln2003 olacaktır. Arduino, bu modlarda güç verilen motor sargılarının animasyonunu temsil edecek 4 adet LED'i de kontrol edecektir. Step motor, bir ZIF soketi aracılığıyla test cihazına bağlanacaktır.

3. Adım: Şemalar

Şemalar beş bölüme ayrılmıştır. Mavi kutucuklarla çerçevelenmiş devreler panoda yer alacak bileşenleri temsil etmektedir.

1. Güç kaynağı
2. Osilatör
3. DC Sürücü
4. Arduino Step Sürücü
5. Logic Gates Step Sürücüsü

Sayfa No. 5 bu projeyi yalan söylememin sebebi. Bu devreler, daha önce bahsedilen kontrol modları - WD, HS ve FS için diziler oluşturur. Bu kısım, nr.'de tamamen arduino ile değiştirilir. 4. Komple Eagle şemaları da ektedir.

Adım 4: Gerekli Bileşenler ve Araçlar

Gerekli bileşenler ve araçlar:

• multimetre
• Kaliper
• karton kesici
• İşaretleyici
• Cımbız
• İnce pense
• Pense kesme
• Tel sıyırma pensesi
• Havya
• Lehim
• kolofoni
• Teller (24 awg)
• 4x spdt anahtarı
• 2x dpdt anahtarı
• 4x muz jakı
• Butona basınız
• ZIF soketi
• 2x 3,5 mm jak
• DC konektörü
• Arduino nano
• 3 kutuplu DIP anahtarı
• 2x 3 mm LED
• 5x 5 mm LED
• Çift renkli LED
• Potansiyometre düğmeleri
• DIP soketleri
• Evrensel PCB
• Dupont konektörleri
• Plastik kablo bağları

Ve

• potansiyometreler
• dirençler
• kapasitörler

LED'lerin frekans aralıklarına ve parlaklığına karşılık gelen seçtiğiniz değerlerle.

Adım 5: Ön Panel Tasarımı

Test cihazı eski bir ahşap çay kutusuna yerleştirildi. Önce iç boyutları ölçtüm ve ardından bileşenlerin yerleştirilmesi için şablon görevi gören sert kartondan bir dikdörtgen kestim. Parçaların yerleşiminden memnun kalınca her pozisyonu tekrar ölçtüm ve Fusion360'ta bir panel tasarımı oluşturdum. 3D baskıda kolaylık olması için paneli 3 küçük parçaya böldüm. Panelleri kutunun iç taraflarına sabitlemek için L şeklinde bir tutucu da tasarladım.

Adım 6: 3D Baskı ve Sprey boyama

Paneller, evde kalan artık malzemeden bir Ender-3 yazıcı kullanılarak basıldı. Şeffaf pembe bir evcil hayvandı. Baskı sonrası panelleri ve tutucuları mat siyah akrilik boya ile püskürttüm. Tam kapatıcılık için 3 kat sürdüm, kuruması için birkaç saat dışarıda bıraktım ve yaklaşık yarım gün havalandırdım. Dikkatli olun, boya dumanları zararlı olabilir. Bunları her zaman yalnızca havalandırılan bir odada kullanın.

Adım 7: Panel Kablolaması

Şahsen benim favorim ama en çok zaman alan kısım (Srink tüpleri kullanmadığım için şimdiden özür dilerim, zaman sıkıntısı yaşadım - yoksa kesinlikle kullanırdım).

Ayarlanabilir braketler, panelleri monte ederken ve işlerken çok yardımcı olur. Üçüncü eli de kullanmak mümkün ama ben tutucuyu tercih ediyorum. Çalışma sırasında panelin çizilmemesi için kulplarını tekstil bir bezle kapladım.

Tüm anahtarları ve potansiyometreleri, LED'leri ve diğer konektörleri panele takıp vidaladım. Daha sonra panel üzerindeki bileşenleri bağlayacak kabloların ve pcb'ye bağlanmak için kullanılacak kabloların uzunluğunu tahmin ettim. Bunlar biraz daha uzun olma eğilimindedir ve onları biraz uzatmak iyidir.

Konektörleri lehimlerken neredeyse her zaman sıvı lehim akısı kullanırım. Pime az bir miktar sürüyorum ve ardından kalaylayıp tele bağlıyorum. Flux, oksitlenmiş metalleri yüzeylerden uzaklaştırarak bağlantının lehimlenmesini çok daha kolay hale getirir.

Adım 8: Panel-Kart Konnektörleri

Paneli pcb'ye bağlamak için dupont tipi konnektörler kullandım. Yaygın olarak bulunurlar, ucuzdurlar ve en önemlisi, seçilen kutuya rahatça sığacak kadar küçüktürler. Kablolar şemaya göre ikili, üçlü veya dörtlü olarak düzenlenmiştir. Kolayca tanımlanabilmeleri ve kolayca bağlanabilmeleri için renk kodludurlar. Aynı zamanda, gelecek için tek tip bir kablo karmaşası içinde kaybolmamak pratiktir. Son olarak, plastik kablo bağları ile mekanik olarak sabitlenirler.

Adım 9: PCB

Diyagramın pano dışındaki kısmı geniş olmadığı için üniversal bir pcb üzerinde devre yapmaya karar verdim. Normal bir 9x15 cm pcb kullandım. Giriş kapasitörlerini lineer regülatör ve soğutucu ile birlikte sol tarafa yerleştirdim. Daha sonra IC 555, 4017 sayıcı ve ULN2003 sürücüsü için soketler kurdum. 4017 sayacı için soket, işlevi arduino tarafından devralındığı için boş kalacaktır. Alt kısımda N-kanallı mosfet F630 için bir sürücü var.

Adım 10: Arduino

Sistemin arduino ile bağlantısı nr. şematik sayfasında belgelenmiştir. 4. Aşağıdaki pim düzeni kullanılmıştır:

• DIP anahtarı için 3 dijital giriş - D2, D3, D12
• LED göstergeler için 4 dijital çıkış - D4, D5, D6, D7
• Step sürücü için 4 dijital çıkış - D8, D9, D10, D11
• Potansiyometre için bir analog giriş - A0

Bireysel motor sargılarını temsil eden LED göstergeler, sargılara gerçekte güç verildiğinden daha yavaş yanar. LED'lerin yanıp sönme hızı motor sargılarına tekabül etseydi, bunu hepsinin sürekli yanması olarak görürdük. Tek tek modlar arasında net bir basit temsil ve farklılıklar elde etmek istedim. Bu nedenle LED göstergeler 400 ms aralıklarla bağımsız olarak kontrol edilir.

Step motoru kontrol etme işlevleri, yazar Cornelius tarafından blogunda oluşturuldu.

Adım 11: Montaj ve Test Etme

Son olarak tüm panelleri pcb'ye bağladım ve test cihazını test etmeye başladım. Osilatörü ve aralıklarını bir osiloskop ile ölçtüm, ayrıca frekans ve görev döngüsü kontrolü yaptım. Büyük bir problem yaşamadım, yaptığım tek değişiklik giriş elektrolitik kapasitörlerine paralel seramik kapasitörler eklemek oldu. Eklenen kapasitör, DC adaptör kablosunun parazitik elemanları tarafından sisteme verilen yüksek frekanslı girişimin zayıflamasını sağlar. Tüm test cihazı işlevleri gerektiği gibi çalışır.

Adım 12: Çıkış

Artık yıllar içinde kurtarmayı başardığım tüm motorları nihayet basitçe test edebilirim.

Test cihazıyla ilgili teori, şema veya herhangi bir şeyle ilgileniyorsanız, benimle iletişime geçmekten çekinmeyin.

Okuduğunuz ve zaman ayırdığınız için teşekkürler. Sağlıklı ve güvende kalın.