Silnik krokowy to bezszczotkowy silnik prądu stałego, który można obracać pod małymi kątami, kąty te nazywane są krokami. Generalnie silnik krokowy wykorzystuje 200 kroków, aby wykonać obrót o 360 stopni, co oznacza, że obraca się o 1,8 stopnia na krok. Silnik krokowy stosowany w wielu urządzeniach wymagających precyzyjnego ruchu obrotowego, takich jak roboty, anteny, dyski twarde itp. Silnik krokowy możemy obracać pod dowolnym kątem, udzielając mu odpowiednich instrukcji.
Silniki krokowe są zasadniczo dwa typy: jednobiegunowy i bipolarny. Jednobiegunowy silnik krokowy ma zwykle pięć lub sześć drutów, w których cztery przewody stanowią jeden koniec czterech cewek stojana, a drugi koniec wszystkich czterech cewek jest połączony razem, co stanowi piąty przewód, nazywany wspólnym przewodem (wspólny punkt). Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwa wspólne przewody, utworzone przez połączenie jednego końca dwóch lub dwóch cewek, jak pokazano na poniższym rysunku. Jednobiegunowy silnik krokowy jest bardzo popularny i popularny ze względu na łatwość obsługi.
W bipolarnym silniku krokowym z dwóch zestawów cewek wychodzą tylko cztery przewody, co oznacza, że nie ma wspólnego przewodu.
Silnik krokowy składa się ze stojana i rotatora. Stojan reprezentuje cztery cewki elektromagnesu, które pozostają nieruchome wokół rotatora, a rotator reprezentuje magnes trwały, który się obraca. Za każdym razem, gdy cewki zasilane są prądem, powstaje pole elektromagnetyczne, powodujące obrót rotatora (magnesu trwałego). Cewki powinny być zasilane w określonej kolejności, aby rotator się obracał. Na podstawie tej „sekwencji” możemy podzielić sposób pracy jednobiegunowego silnika krokowego na trzy tryby: tryb falowy, pełny krok i półetapowy.
Tryb napędu falowego: w tym trybie jedna cewka jest zasilana na raz, wszystkie cztery cewki są zasilane jedna po drugiej. Wytwarza mniejszy moment obrotowy w porównaniu z trybem pełnego napędu krokowego, ale zużycie energii jest mniejsze. Poniżej znajduje się tabela do wytwarzania tego trybu za pomocą mikrokontrolera, co oznacza, że musimy podać logikę 1 cewkom w sposób sekwencyjny.
|
Kroki |
ZA |
b |
do |
re |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
4 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Tryb pełnego napędu: w tym przypadku dwie cewki są zasilane w tym samym czasie, wytwarzając wysoki moment obrotowy. Zużycie energii jest wyższe. Musimy podać Logic 1 do dwóch cewek w tym samym czasie, a następnie do kolejnych dwóch cewek i tak dalej.
|
Kroki |
ZA |
b |
do |
re |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Tryb Half Drive: W tym trybie jedna i dwie cewki są zasilane naprzemiennie, co oznacza, że najpierw jedna cewka jest zasilana, następnie dwie cewki są zasilane, a następnie ponownie jedna cewka jest zasilana, a następnie ponownie dwie i tak dalej. Jest to połączenie trybu pełnego i falowego i służy do zwiększania kątowego obrotu silnika.
|
Kroki |
ZA |
b |
do |
re |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
4 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
5 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
6 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
7 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
8 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Połączenie silnika krokowego z mikrokontrolerem 8051
Połączenie z 8051 jest bardzo łatwe, wystarczy podać 0 i 1 do czterech przewodów silnika krokowego zgodnie z powyższymi tabelami w zależności od trybu, w którym chcemy uruchomić silnik krokowy. Pozostałe dwa przewody należy podłączyć do odpowiedniego zasilania 12v (w zależności od silnika krokowego). Tutaj zastosowaliśmy jednobiegunowy silnik krokowy. Połączyliśmy cztery końce cewek z pierwszymi czterema pinami portu 2 8051 przez ULN2003A.
8051 nie zapewnia wystarczającej ilości prądu do napędzania cewek, więc musimy użyć układu scalonego sterownika prądu, który jest ULN2003A. ULN2003A to układ siedmiu par tranzystorów NPN Darlington. Para Darlingtona jest konstruowana przez połączenie dwóch tranzystorów bipolarnych w celu uzyskania wysokiego wzmocnienia prądu. W ULN2003A 7 pinów to piny wejściowe i 7 pinów to styki wyjściowe, dwa piny to Vcc (zasilanie) i Ground. Tutaj używamy czterech pinów wejściowych i czterech wyjściowych. Możemy również użyć układu scalonego L293D zamiast ULN2003A do wzmocnienia prądu.
Musisz bardzo dokładnie znaleźć cztery przewody cewki i dwa wspólne przewody, w przeciwnym razie silnik nie będzie się obracał. Możesz to sprawdzić mierząc rezystancję za pomocą multimetru, multimetr nie pokaże żadnych odczytów między przewodami dwóch faz. Wspólny drut i dwa pozostałe przewody w tej samej fazie powinny wykazywać taką samą rezystancję, a dwa punkty końcowe dwóch cewek w tej samej fazie będą pokazywać podwójną rezystancję w porównaniu z rezystancją między punktem wspólnym a jednym punktem końcowym.
Rozwiązywanie problemów
Jeśli silnik nie obraca się LUB nie wibruje, ale się nie obraca, należy sprawdzić następującą listę kontrolną:
- Najpierw sprawdź połączenia i kod obwodu.
- Jeśli obwód i kod są w porządku to sprawdź czy silnik krokowy ma odpowiednie napięcie zasilania (ogólnie 12v), w przeciwnym razie po prostu wibruje, ale nie obraca się.
- Jeśli zasilanie jest w porządku, sprawdź cztery punkty końcowe cewki, które są podłączone do ULN2003A. Najpierw znajdź dwa wspólne punkty końcowe i podłącz je do 12 V, a następnie podłącz pozostałe cztery przewody do ULN2003A i wypróbuj każdą możliwą kombinację, aż silnik się uruchomi. Jeśli nie połączysz ich w odpowiedniej kolejności, silnik po prostu wibruje zamiast się obracać.
Tutaj jest kod dla trybu kroku falowego i trybu pełnego fali, możesz łatwo obliczyć wartość dla PORT P2 dla trybu półokresowego.