Sterownik bipolarnego silnika krokowego

Sobota, 01 Grudzień 2018

Sterownik 4-przewodowych silników krokowych, który może znaleźć wiele zastosowań podczas konstruowania układów automatyki lub zabawek. Oprócz nieskomplikowanej budowy, układ charakteryzuje się szeregiem użytecznych cech funkcjonalnych.

Podstawowe parametry:

Sterowanie silnikiem krokowym bipolarnym (4-przewodowym).
Praca krokowa lub półkrokowa.
Potencjometr do płynnej regulacji prędkości obrotowej.
Możliwość wybór stanu zatrzymania: z hamowaniem lub bez niego.
Zasilanie: 7...24 V DC.
Obciążalność: do 0,6 A/kanał (cewkę).

Rysunek 1. Schemat ideowy sterownika silnika krokowego

Schemat ideowy sterownika pokazano na rysunku 1. Układ powinien być zasilany napięciem stałym o wartości 7...24 V dołączonym do złącza X1. Dioda D1 zabezpiecza układ przed niewłaściwą polaryzacją napięcia wejściowego, natomiast kondensatory C1…C4 pełnią rolę filtra zasilania. Napięcie zasilające jest podawane na stabilizator IC1 typu 78L05, który dostarcza niezbędnego napięcia +5 V dla mikrokontrolera. Pracą sterownika zarządza mikrokontroler IC2 (ATtiny261) taktowany wewnętrznym sygnałem zegarowym. Stopień wykonawczy został zbudowany z wykorzystaniem drivera L293D. Do regulacji prędkości obrotowej służy potencjometr PR1. Dioda LED1 sygnalizuje stan pracy układu. Złącza Direct i Start/Stop służą odpowiednio, do sterowania wyborem kierunku obrotów i hamowania silnika. Zworki CONFIG służą do konfiguracji sposobu pracy sterownika:

Zworka 1/½ służy do wyboru trybu pracy silnika. Brak zwory – praca krokowa, zworka założona – praca półkrokowa. Praca krokowa to najprostszy sposób sterowania silnika krokowego, praca półkrokowa to dodanie w sekwencji sterującej stanów pośrednich, w praktyce powoduje bardziej płynną pracę silnika, ale zwiększa pobór prądu o około 50...60%.
Zworka ST/DY służy do wyboru sposobu zatrzymania silnika. Brak zwory – zatrzymanie statyczne. Zworka założona – zatrzymanie dynamiczne. Podczas zatrzymania silnika sygnałem na złączu STOP/START, przy ustawieniu na dynamiczne, na wyjściu sterownika utrzymuje się stan z momentu zatrzymania czyli załączone są odpowiednie cewki silnika, w praktyce powoduje to zablokowanie osi silnika w jednym punkcie ale powoduje pobór znacznego prądu i nagrzewanie uzwojeń. Zatrzymanie statyczne powoduje odłączenie zasilania silnika w stanie zatrzymania, w praktyce powoduje to prawie swobody ruch osi silnika i układ pobiera jedynie niewielki prąd spoczynkowy.

Rysunek 2. Schemat montażowy sterownika silnika krokowego

Sterownik silnika należy zmontować na płytce, której schemat montażowy pokazano na rysunku 2. Montaż układu jest typowy i nie powinien przysporzyć problemów. Przebiega on w sposób standardowy, zaczynając od elementów najmniejszych, a kończąc na największych. Układ po zmontowaniu od razu gotowy jest do pracy. Wszystkie zmiany w konfiguracji sterownika dokonane przy pomocy zworek CONFIG, będą aktywne dopiero po wyłączeniu i ponownym włączeniu napięcia zasilania. Sposób połączenia układu z typowym silnikiem bipolarnym został pokazany na rysunku 3.