Стъпков двигател е безчетков постояннотоков двигател, който може да се върти под малки ъгли, тези ъгли се наричат стъпки. Обикновено стъпковият двигател използва 200 стъпки за завършване на 360 градусово завъртане, означава неговото завъртане с 1,8 градуса на стъпка. Стъпков двигател, използван в много устройства, които се нуждаят от прецизно въртеливо движение, като роботи, антени, твърди дискове и др. Можем да завъртим стъпков двигател под всеки определен ъгъл, като му дадем подходящи инструкции.
Стъпковите двигатели са основно два вида: еднополюсни и биполярни. Униполярният стъпков двигател обикновено има пет или шест проводника, при които четири проводника са единият край на четири статорни намотки, а другият край на четирите намотки е обвързан заедно, което представлява пети проводник, това се нарича общ проводник (обща точка). Обикновено има два общи проводника, образувани чрез свързване на единия край на двете-две намотки, както е показано на фигурата по-долу. Еднополюсният стъпков двигател е много разпространен и популярен поради лесната му употреба.
В биполярния стъпков двигател има само четири проводника, излизащи от два комплекта намотки, което означава, че няма общ проводник.
Стъпковият двигател се състои от статор и ротатор. Статорът представлява четирите електромагнитни намотки, които остават неподвижни около ротатора, а ротаторът представлява постоянен магнит, който се върти. Винаги, когато бобините се захранват чрез прилагане на тока, се създава електромагнитно поле, което води до въртене на ротатора (постоянен магнит). Намотките трябва да се захранват в определена последователност, за да се върти ротаторът. Въз основа на тази „последователност“ можем да разделим метода на работа на еднополюсния стъпков двигател в три режима: режим на задвижване с вълна, режим на задвижване с пълна стъпка и режим на задвижване с половин стъпка.
Режим на задвижване с вълна: В този режим се захранва една намотка наведнъж, и четирите намотки се захранват една след друга. Той произвежда по-малко въртящ момент в сравнение с режим на задвижване с пълна стъпка, но консумацията на енергия е по-малка. Следва таблицата за създаване на този режим с помощта на микроконтролер, означава, че трябва да дадем Logic 1 на бобините по последователен начин.
|
Стъпки |
A |
Б. |
° С |
д |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
4 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Режим на пълно задвижване: В този случай две бобини се захранват едновременно, произвеждайки висок въртящ момент. Консумацията на енергия е по-висока. Трябва да дадем Logic 1 на две намотки едновременно, след това на следващите две намотки и така нататък.
|
Стъпки |
A |
Б. |
° С |
д |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Режим на половин задвижване: В този режим една и две намотки се захранват алтернативно, означава, че първо се захранва една намотка, след това две намотки, след това отново една намотка, след това отново две и т.н. Това е комбинация от пълен и вълнов режим на задвижване и се използва за увеличаване на ъгловото въртене на двигателя.
|
Стъпки |
A |
Б. |
° С |
д |
|
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 |
Свързване на стъпков двигател с микроконтролер 8051
Взаимодействието с 8051 е много лесно, просто трябва да дадем 0 и 1 на четирите проводника на стъпков двигател съгласно горните таблици в зависимост от това в кой режим искаме да работим на стъпковия двигател. И останалите два проводника трябва да бъдат свързани към подходящо 12v захранване (в зависимост от стъпковия двигател). Тук сме използвали еднополюсния стъпков двигател. Чрез ULN2003A сме свързали четири края на бобините към първите четири щифта на порт 2 от 8051.
8051 не осигурява достатъчно ток за задвижване на намотките, така че трябва да използваме текуща интегрална схема на драйвера, която е ULN2003A. ULN2003A е масив от седем двойки транзистори NPN Дарлингтън. Двойката Дарлингтън е конструирана чрез свързване на два биполярни транзистора за постигане на високо усилване на тока. В ULN2003A 7 щифта са входни щифтове и 7 щифта са изходни щифтове, два щифта са за Vcc (захранване) и заземяване. Тук използваме четири входни и четири изходни щифта. Можем да използваме и L293D IC вместо ULN2003A за усилване на тока.
Трябва много внимателно да откриете четири проводника на бобината и два общи проводника, в противен случай двигателят няма да се върти. Можете да го разберете, като измервате съпротивлението с помощта на мултицет, мултицетът няма да показва никакви показания между проводниците на две фази. Общият проводник и другите два проводника в една и съща фаза трябва да показват еднакво съпротивление, а двете крайни точки на двете намотки в една и съща фаза ще показват двойното съпротивление в сравнение със съпротивлението между общата точка и една крайна точка.
Отстраняване на неизправности
Ако двигателят ви не се върти ИЛИ не вибрира, но не се върти, тогава трябва да проверите следния контролен списък:
- Първо проверете връзките на веригата и кода.
- Ако веригата и кодът са наред, проверете дали стъпковият двигател получава правилното захранващо напрежение (обикновено 12v), в противен случай той просто вибрира, но не се върти.
- Ако захранването е наред, проверете четирите крайни точки на бобината, които са свързани към ULN2003A. Първо намерете двете общи крайни точки и ги свържете към 12v, след това свържете останалите четири проводника към ULN2003A и опитайте всяка възможна комбинация, докато двигателят започне. Ако не ги свържете в правилния ред, двигателят просто вибрира, вместо да се върти.
Ето кода за режим на стъпка на вълната и режим на стъпка на пълна вълна, можете лесно да изчислите стойността за PORT P2 за режим на половин вълна.