تستر DC و Stepper Motor: 12 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

چند ماه پیش ، یکی از دوستانم چند پرینتر جوهر افشان دور ریخته و دستگاه کپی به من داد. من علاقه مند به برداشتن منبع تغذیه ، کابل ها ، سنسورها و به ویژه موتورهای آنها بودم. من آنچه را که می توانستم نجات دادم و می خواستم تمام قطعات را آزمایش کنم تا از عملکرد آنها مطمئن شوم. برخی از موتورها 12V ، برخی 5V ، برخی استپر و برخی دیگر موتورهای DC بودند. اگر فقط دستگاهی داشتم که بتوانم به سادگی موتور را وصل کنم ، فرکانس ، چرخه کار را تنظیم کرده و یک روش پله ای برای آزمایش آن انتخاب کنم.

تصمیم گرفتم آن را بدون استفاده از پردازنده سیگنال دیجیتال یا میکروکنترلر بسازم. 555 یا tl741 فروتن به عنوان نوسان ساز ، شمارنده 4017 و بسیاری از دروازه های منطقی برای حالتهای پله ای موتور. در ابتدا از طراحی مدار و همچنین طراحی پنل جلویی دستگاه بسیار لذت بردم. من یک جعبه چای مناسب چوبی پیدا کرده ام تا همه چیز را داخل آن قرار دهم. مدار را به چهار قسمت تقسیم کرده و آزمایش آن را روی تخته نان شروع کردم. به زودی ، اولین علائم ناامیدی ظاهر شد. آشفته بود. تعداد زیادی دروازه ، تعداد زیادی IC ، سیم. این به درستی کار نمی کرد و من بین دو گزینه فکر می کردم: بسیار ساده - فقط برای موتورهای DC ، یا آن را کنار بگذارید و بعداً آن را به پایان برسانید … من گزینه دوم را انتخاب کردم.

مرحله 1: نظریه کنترل DC و Stepper

موتور DC

متداول ترین روش برای کنترل موتور DC از طریق مدولاسیون عرض پالس (PWM) است. PWM روی یک کلید خاص اعمال می شود و موتور را روشن و خاموش می کند. در تصویر می توانید دوره سوئیچینگ مشخص شده و ارتباط آن با فرکانس را مشاهده کنید ، زمان سوئیچینگ نیز مشخص شده است. چرخه وظیفه به عنوان زمان تعویض تقسیم بر کل دوره تعریف می شود. اگر فرکانس را ثابت نگه داریم ، تنها راه تغییر چرخه وظیفه تغییر زمان فعال است. با افزایش چرخه کار ، مقدار متوسط ولتاژ اعمال شده به موتور نیز افزایش می یابد. به دلیل ولتاژ بالاتر ، جریان بیشتری از طریق موتور DC جریان می یابد و روتور سریعتر می چرخد.

اما چه فرکانسی را انتخاب کنیم؟ برای پاسخ به این س let'sال ، بیایید نگاه دقیق تری داشته باشیم که در واقع موتور dc چیست. به طور برابر ، می توان آن را به عنوان یک فیلتر RL توصیف کرد (صرف نظر نکردن از EMF عقب برای یک لحظه). در صورت اعمال ولتاژ به موتور (فیلتر RL) ، جریان با یک زمان ثابت tau برابر با L / R افزایش می یابد. در مورد کنترل PWM ، هنگامی که سوئیچ بسته است ، جریان از طریق موتور افزایش می یابد و در زمان خاموش بودن کلید کاهش می یابد. در این مرحله ، جریان همان جهت قبلی را دارد و از طریق دیود فلای بک عبور می کند. موتورهای با قدرت بالاتر از القایی بیشتر و در نتیجه ثابت زمان بیشتری نسبت به موتورهای کوچکتر برخوردارند. اگر فرکانس پایین باشد وقتی موتور کوچک تغذیه می شود ، در طول زمان خاموش شدن جریان سریع کاهش می یابد و به دنبال آن در زمان روشن شدن افزایش زیادی می یابد. این موج جاری همچنین باعث موج زدن گشتاور موتور می شود. ما این را نمی خواهیم. بنابراین ، هنگام تغذیه موتورهای کوچکتر ، فرکانس PWM باید بیشتر باشد. ما در مراحل بعدی از این دانش در طراحی استفاده خواهیم کرد.

استپر موتور

اگر می خواهیم یک موتور پله تک قطبی را که در وسایل الکترونیکی سرگرمی استفاده می شود کنترل کنیم ، 3 گزینه اصلی (حالت) را انتخاب می کنیم - Wave drive (WD) ، Half Step (HS) و Full Step (FS). توالی حالت های جداگانه و موقعیت روتور در شکل نشان داده شده است (برای سادگی ، من یک موتور با دو جفت قطب را نشان داده ام). در این حالت ، Wave Drive و Full Step باعث می شوند که روتور 90 درجه بچرخد و با تکرار 4 حالت می توان به آن رسید. در حالت Half Step ، ما به دنباله ای از 8 حالت نیاز داریم.

انتخاب حالت بستگی به الزامات سیستم دارد - اگر به گشتاور زیاد نیاز داریم ، بهترین انتخاب Full Step است ، اگر گشتاور کمتری کافی باشد و شاید مدار خود را از باتری تغذیه کنیم ، حالت درایو موج ترجیح داده می شود. در برنامه هایی که می خواهیم به بالاترین وضوح زاویه ای و نرم ترین حرکت برسیم ، حالت Half Drive یک انتخاب ایده آل است. گشتاور در این حالت حدود 30 درصد کمتر از حالت Full Drive است.

مرحله 2: نمودار مدار

این الگوی ساده به درستی روند تفکر من در طول طراحی را توصیف می کند.

قسمت بالای نمودار منبع تغذیه را توصیف می کند - یک آداپتور 12 ولت که توسط یک تنظیم کننده خطی به 5 ولت کاهش می یابد. من می خواستم بتوانم حداکثر ولتاژ تست موتور (MMTV) را انتخاب کنم - 12 یا 5 ولت. آمپرمتر داخلی مدارهای کنترل را دور زده و فقط جریان موتور را اندازه گیری می کند. همچنین امکان تغییر بین اندازه گیری جریان داخلی و خارجی با استفاده از یک مولتی متر مناسب است.

نوسان ساز در دو حالت کار می کند: اولی فرکانس ثابت و چرخه کاری متغیر است ، و دوم فرکانس متغیر است. هر دو این پارامترها را می توان با استفاده از پتانسیومترها تنظیم کرد و یک سوئیچ چرخشی حالت ها و محدوده ها را تغییر می دهد. این سیستم همچنین شامل سوئیچ بین ساعت داخلی و خارجی از طریق اتصال جک 3.5 میلی متری می شود. ساعت داخلی نیز از طریق جک 3.5 میلی متری به پنل متصل می شود. یک کلید و یک دکمه برای فعال/غیرفعال کردن ساعت. راننده موتور DC یک درایور mosfet تک ربع N کانال خواهد بود. جهت با استفاده از سوئیچ مکانیکی dpdt تغییر می کند. سیم های موتور از طریق جک های موز متصل می شوند.

توالی موتور پله ای توسط آردوینو کنترل می شود ، همچنین 3 حالت کنترل مشخص شده توسط سوئیچ را تشخیص می دهد. راننده موتور پله uln2003 خواهد بود. آردوینو همچنین 4 LED را کنترل می کند که نشان دهنده انیمیشن سیم پیچ های موتور قدرتمند در این حالت ها است. موتور پله ای از طریق سوکت ZIF به تستر متصل می شود.

مرحله 3: شماتیک

طرحواره ها به پنج قسمت تقسیم می شوند. مدارهایی که در جعبه های آبی رنگ قرار گرفته اند نمایانگر اجزایی است که روی صفحه قرار خواهند گرفت.

1. منبع تغذیه
2. نوسان ساز
3. درایور DC
4. درایور پله آردوینو
5. Logic Gates Stepper Driver

شماره ورق 5 دلیل این است که من این پروژه را به دروغ ترک کردم. این مدارها توالی هایی را برای حالتهای کنترلی ذکر شده قبلی - WD ، HS و FS تشکیل می دهند. این قسمت به طور کامل در برگه شماره با آردوینو جایگزین شده است. 4. شماتیک کامل عقاب نیز ضمیمه شده است.

مرحله 4: اجزاء و ابزارهای لازم

اجزا و ابزارهای لازم:

• مولتی متر
• کولیس
• دستگاه برش مقوا
• نشانگر
• موچین
• انبردست ظریف
• برش انبردست
• انبردست سفت کردن سیم
• آهن لحیم کاری
• لحیم کاری
• استعمار
• سیم (24 awg)
• سوئیچ 4 برابر spdt
• سوئیچ 2 برابر dpdt
• جک موز 4 برابر
• دکمه را فشار دهید
• سوکت ZIF
• 2 جک 3.5 میلی متری
• کانکتور DC
• آردوینو نانو
• سوئیچ DIP سه قطبی
• LED 2x 3 میلی متر
• LED 5 * 5 میلی متر
• LED دو رنگ
• دستگیره های پتانسیومتر
• سوکت های DIP
• PCB جهانی
• کانکتورهای Dupont
• بندهای پلاستیکی کابل

و

• پتانسیومترها
• مقاومت ها
• خازن ها

با مقادیر انتخابی شما ، مربوط به محدوده فرکانس و روشنایی LED ها است.

مرحله 5: طراحی پنل جلو

آزمایش کننده در یک جعبه چای قدیمی چوبی قرار داده شد. ابتدا ابعاد داخلی را اندازه گیری کردم و سپس یک مستطیل را از مقوا سخت جدا کردم ، که به عنوان الگویی برای قرار دادن اجزا عمل می کرد. وقتی از قرار دادن قطعات راضی بودم ، دوباره هر موقعیت را اندازه گیری کردم و یک طرح پانل در Fusion360 ایجاد کردم. برای سهولت در چاپ سه بعدی ، پنل را به 3 قسمت کوچکتر تقسیم کردم. من همچنین یک نگهدارنده L شکل برای تثبیت پانل ها به طرف داخلی جعبه طراحی کردم.

مرحله 6: چاپ سه بعدی و رنگ آمیزی با اسپری

پانل ها با استفاده از چاپگر Ender-3 ، از مواد باقی مانده که در خانه داشتم ، چاپ شدند. یک پتگ صورتی شفاف بود. بعد از چاپ ، پنل ها و نگهدارنده ها را با رنگ اکریلیک مشکی مات اسپری کردم. برای پوشش کامل ، 3 لایه را پوشاندم ، آنها را چند ساعت بیرون گذاشتم تا خشک شوند و حدود نیم روز تهویه شوند. مراقب باشید ، بخارات رنگ می تواند مضر باشد. همیشه از آنها فقط در اتاق تهویه استفاده کنید.

مرحله 7: سیم کشی پنل

شخصا ، مورد علاقه من ، اما وقت گیرترین قسمت است (پیشاپیش از اینکه از لوله های کوچک استفاده نمی کنم عذرخواهی می کنم ، در یک زمان بسیار سخت بودم - در غیر این صورت قطعاً از آنها استفاده خواهم کرد).

براکت های قابل تنظیم هنگام نصب و حمل پانل ها بسیار کمک می کند. همچنین می توان از اصطلاحاً دست سوم استفاده کرد ، اما من نگهدارنده را ترجیح می دهم. دسته های آن را با پارچه ای پارچه ای پوشاندم تا تابلو در حین کار دچار خط و خش نشود.

تمام سوئیچ ها و پتانسیومترها ، LED ها و اتصالات دیگر را وارد و پیچ کردم در پنل. بعداً ، طول سیم هایی را که اجزای روی صفحه را به هم متصل می کند و همچنین قطعاتی را که برای اتصال به pcb استفاده می شود ، تخمین زدم. اینها کمی طولانی تر هستند و بهتر است کمی آنها را گسترش دهیم.

من تقریباً هنگام لحیم کاری اتصالات از شار لحیم مایع استفاده می کنم. مقدار کمی به پین و سپس قلع می زنم و آن را به سیم وصل می کنم. Flux هرگونه فلز اکسید شده را از سطوح خارج می کند و لحیم کاری مفصل را بسیار آسان می کند.

مرحله 8: اتصالات پنل و برد

برای اتصال پنل به pcb ، از اتصالات نوع dupont استفاده کردم. آنها به طور گسترده ای در دسترس هستند ، ارزان هستند و از همه مهمتر آنقدر کوچک هستند که به راحتی در جعبه انتخاب شده جا می شوند. کابل ها مطابق طرح ، به صورت جفت ، سه قلو یا چهارقلو چیده شده اند. آنها دارای کد رنگی هستند که به راحتی قابل تشخیص و اتصال آسان هستند. در عین حال ، برای آینده عملی است که در پیچ و تاب یکنواخت سیمها گم نشوید. در نهایت ، آنها به طور مکانیکی با بستهای کابل پلاستیکی محکم می شوند.

مرحله 9: PCB

از آنجا که بخشی از نمودار که در خارج از صفحه قرار دارد گسترده نیست ، تصمیم گرفتم یک مدار را بر روی یک pcb جهانی ایجاد کنم. من از pcb معمولی 9x15 سانتی متر استفاده کردم. خازن های ورودی را به همراه تنظیم کننده خطی و هیت سینک در سمت چپ قرار دادم. بعداً ، سوکت هایی را برای درایور IC 555 ، شمارنده 4017 و ULN2003 نصب کردم. سوکت شمارنده 4017 خالی می ماند زیرا عملکرد آن توسط arduino گرفته شده است. در قسمت پایین یک درایور برای کانال N mosfet F630 وجود دارد.

مرحله 10: آردوینو

اتصال سیستم با آردوینو در برگه شماتیک شماره n مستند شده است. 4. ترتیب زیر پین ها استفاده شد:

• 3 ورودی دیجیتال برای سوئیچ DIP - D2 ، D3 ، D12
• 4 خروجی دیجیتال برای نشانگرهای LED - D4 ، D5 ، D6 ، D7
• 4 خروجی دیجیتال برای راننده استپر - D8 ، D9 ، D10 ، D11
• یک ورودی آنالوگ برای پتانسیومتر - A0

نشانگرهای LED که سیم پیچ های موتور را نشان می دهند ، به آرامی از سیم پیچ سیم پیچ روشن می شوند. اگر سرعت چشمک زدن LED ها با سیم پیچ های موتور مطابقت داشته باشد ، ما آن را به عنوان روشنایی مداوم همه آنها می بینیم. من می خواستم به یک نمای ساده ساده و تفاوت بین حالت های فردی دست یابم. بنابراین ، نشانگرهای LED به طور مستقل در فواصل 400 میلی ثانیه کنترل می شوند.

عملکردهای کنترل موتور پله ای توسط نویسنده Cornelius در وبلاگ خود ایجاد شده است.

مرحله 11: مونتاژ و آزمایش

در نهایت ، همه پانل ها را به pcb متصل کردم و شروع به تست تستر کردم. نوسان ساز و محدوده های آن را با یک اسیلوسکوپ و همچنین فرکانس و کنترل چرخه وظیفه اندازه گیری کردم. من هیچ مشکل بزرگی نداشتم ، تنها تغییری که ایجاد کردم اضافه کردن خازن های سرامیکی به موازات خازن های الکترولیتی ورودی بود. خازن اضافه تضعیف تداخل فرکانس بالا را که توسط عناصر انگلی کابل آداپتور DC وارد سیستم می شود ، تضمین می کند. همه عملکردهای تستر طبق نیاز کار می کنند.

مرحله 12: خروجی

در حال حاضر من می توانم به سادگی تمام موتورهایی را که در طی این سالها نجات داده ام ، آزمایش کنم.

اگر به نظریه ، طرح یا هر چیزی در مورد آزمایش کننده علاقه دارید ، در تماس با من دریغ نکنید.

ممنون از مطالعه و وقتی که گذاشتید سالم و ایمن بمانید.