Arduino- ի ավտոմատ ստվերային էկրանի ծրագրի համար Step Step Motor և Driver- ի ընտրություն. 12 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:47

Այս Instructable- ում ես կանցնեմ այն քայլերի մասին, որոնք ես կատարել եմ ՝ ընտրելու համար Step Motor և Driver նախատիպի Automated Shade Screen նախագծի համար: Ստվերային էկրանները հայտնի և էժան Coolaroo ձեռքերով սեղմված մոդելներ են, և ես ուզում էի ձեռքի պտույտները փոխարինել քայլ շարժիչներով և կենտրոնական հսկիչով, որը կարող է ծրագրված լինել արևածագի և արևածագման հաշվարկված ստվերները բարձրացնելու և իջեցնելու համար: Projectրագիրը վերածվել է առնվազն հինգ անգամ `դարձնելով մի ապրանք, որը կարող եք գտնել Amazon.com- ում կամ AutoShade.mx- ում, սակայն քայլ շարժիչը և դրա շարժիչ էլեկտրոնիկան ընտրելու գործընթացը պետք է կիրառելի լինի Arduino- ի վրա հիմնված շատ այլ նախագծերի համար:

Էլեկտրոնիկայի նախատիպի համար ընտրված սկզբնական կազմաձևը եղել է Arduino Uno (Rev 3) պրոցեսորը (Adafruit #50) ՝ ցուցադրման տախտակներով (Adafruit #399), իրական ժամանակի ժամաչափի (Adafruit #1141) և երկքայլ շարժիչով շարժիչներ (Adafruit #1438):): Բոլոր տախտակները հաղորդակցվում են պրոցեսորի հետ ՝ օգտագործելով սերիական I2C ինտերֆեյս: Այս ամենի համար հասանելի են ծրագրային ապահովման վարորդները, որոնք ստվերային էկրանի վերահսկիչի մշակումն ավելի պարզեցնում են:

Քայլ 1: Որոշեք պահանջները

Երանգները պետք է գործեն առնվազն նույնքան արագ, որքան ձեռքով սեղմելը: Ձեռքի կայուն պտտման արագությունը կարող է լինել 1 պտույտ վայրկյանում: Շարժիչային շարժիչների մեծ մասն ունի 1,8 աստիճանի չափի քայլ, կամ 200 քայլ մեկ պտույտի համար: Այսպիսով, քայլի նվազագույն արագությունը պետք է լինի վայրկյանում մոտ 200 քայլ: Երկու անգամ ավելի լավ կլիներ:

Coolaroo ճիճու հանդերձանքի միջոցով ստվերը բարձրացնելու կամ իջեցնելու ոլորող մոմենտը չափվել է ճանապարհորդության վերևի և ներքևի 9 ստվերային էկրանների վրա ՝ օգտագործելով տրամաչափված ոլորող պտուտակահան (McMaster Carr #5699A11, որն ունի +/- 6 դյույմ): Սա «անջատողական» ոլորող մոմենտ էր, և այն շատ տարբեր էր: Նվազագույնը 0.25 դյույմ էր, իսկ առավելագույնը ՝ 3.5 դյույմ: Մեծ ոլորող մոմենտ ստեղծելու համար չափիչ չափիչ միավորը N-m է, իսկ 3 in-lbs- ը `.40 N-m, որը ես օգտագործել եմ որպես անվանական« շփման ոլորող մոմենտ »:

Քայլ շարժիչների վաճառողները ինչ-ինչ պատճառներով նշում են շարժիչի պտտման պահը կգ-սմ միավորներով: Վերոնշյալ նվազագույն ոլորող մոմենտը `0.4 N-m, 4.03 Kg-cm է: Մեծ ոլորող մոմենտ ստեղծելու համար ես ուզում էի, որ շարժիչը կարողանա երկու անգամ գերազանցել այս կամ մոտ 8 կգ-սմ: Circuit Specialists- ում թվարկված փուլային շարժիչները նայելով ՝ արագ ցույց տվեցին, որ ինձ 23 չափի շրջանակի շարժիչ է պետք: Դրանք հասանելի են կարճ, միջին և երկար երկարությունների երկարությամբ և տարբեր ոլորուններով:

Քայլ 2: Կառուցեք դինամոմետր

Քայլ շարժիչներն ունեն հստակ ոլորող մոմենտ պտույտ ընդդեմ արագության, որը կախված է նրանց ոլորուն շարժման եղանակից: Երկու պատճառ կա, թե ինչու է ոլորող մոմենտը նվազում արագությամբ: Առաջինը այն է, որ ոլորունների մեջ զարգանում է հետևի EMF (լարումը), որը հակադրվում է կիրառվող լարման: Երկրորդ, ոլորուն ինդուկցիան հակադրվում է հոսանքի փոփոխությանը, որը տեղի է ունենում յուրաքանչյուր քայլի հետ:

Քայլ շարժիչի կատարողականը կարելի է կանխատեսել դինամիկ սիմուլյացիայի միջոցով, և այն կարելի է չափել դինամոմետրի միջոցով: Ես արեցի երկուսն էլ, բայց չեմ քննարկի սիմուլյացիան, քանի որ թեստի տվյալները իրոք ստուգում են մոդելավորման ճշգրտությունը:

Դինամոմետրը թույլ է տալիս չափել շարժիչի պտտող հզորությունը `վերահսկվող արագությամբ աշխատելիս: Կալիբրացված մագնիսական մասնիկի արգելակը կիրառում է բեռի ոլորող մոմենտը շարժիչին: Անհրաժեշտ չէ չափել արագությունը, քանի որ այն հավասար կլինի շարժիչի քայլքի արագությանը, մինչև բեռի ոլորող մոմենտը չգերազանցի շարժիչի հնարավորությունները: Երբ դա տեղի ունենա, շարժիչը կորցնում է համաժամացումը և պատրաստում բարձր ռակետ: Փորձարկման ընթացակարգը բաղկացած է մշտական արագության վերահսկումից, արգելակի միջով հոսանքի դանդաղ ավելացումից և դրա արժեքը նշելուց անմիջապես առաջ շարժիչի համաժամացումը կորցնելուց առաջ: Սա կրկնվում է տարբեր արագություններով և գծագրվում է որպես ոլորող մոմենտ ընդդեմ արագության:

Ընտրված մագնիսական մասնիկի արգելակը Placid Industries մոդել B25P-10-1 մոդելն է, որը գնվել է Ebay- ում: Այս մոդելն այլևս նշված չէ արտադրողի վեբ կայքում, սակայն մասի համարից գնահատվում է, որ ապահովում է 25 մբ-ի = 2.825 N-m պիկ ոլորող մոմենտ, իսկ կծիկը նախատեսված է 10 VDC (առավելագույն): Սա իդեալականորեն պիտանի է դիտարկվող 23 չափի շարժիչների փորձարկման համար, որոնք գնահատվում են մոտ 1.6 Ն-մ առավելագույն պտտող մոմենտ ստեղծելու համար: Բացի այդ, այս արգելակն ուղեկցվում էր փորձնական անցքով և տեղադրման անցքերով, որոնք նույնն էին, ինչ օգտագործվում էին NMEA 23 շարժիչներում, ուստի այն կարող էր տեղադրվել շարժիչի նույն չափի ամրացման միջոցով: Շարժիչներն ունեն ¼ դյույմանոց առանցքներ, իսկ արգելակը գալիս է ½ դյույմանոց առանցքով, ուստի նույն չափի առանցքներով ճկուն կցորդիչ ադապտեր է ձեռք բերվել նաև Ebay- ում: Այն, ինչ պահանջվում էր, երկու փակագծերի վրա ամրացնելն էր ալյումինե հիմքի վրա: Վերոնշյալ լուսանկարը ցույց է տալիս փորձարկման կանգառը: Մոնտաժային փակագծերը մատչելի են Amazon- ում և Ebay- ում:

Մագնիսական մասնիկի արգելակի արգելակման ոլորող մոմենտը համաչափ է ոլորուն հոսանքին: Արգելակի ճշգրտման համար պտտվող պտուտակահաններից երկուսից մեկը միացված էր արգելակի հակառակ կողմում գտնվող լիսեռին ՝ որպես քայլ շարժիչ: Օգտագործված երկու պտուտակահաններն էին McMaster Carr- ի 5699A11 և 5699A14 մասերի համարները: Առաջինն ունի առավելագույն ոլորող մոմենտ ՝ 6 in-lb = 0.678 N-m, իսկ երկրորդը ՝ 25 in-lb = 2.825 N-m: Հոսանքը մատակարարվում էր փոփոխական DC սնուցման աղբյուրից CSI5003XE (50 V/3A): Վերևի գրաֆիկը ցույց է տալիս չափված ոլորող մոմենտը ընդդեմ հոսանքի:

Նկատի ունեցեք, որ այս թեստերի համար հետաքրքրության շրջանակում արգելակման ոլորող մոմենտը կարող է սերտորեն մոտենալ ոլորող մոմենտի գծային հարաբերությանը (N-m) = 1,75 x Արգելակի հոսանք (A):

Քայլ 3. Ընտրեք Քայլ շարժիչ վարորդների թեկնածու

Քայլ շարժիչները կարող են շարժվել մեկ ոլորուն լիովին ակտիվ միաժամանակ, որը սովորաբար կոչվում է ՄԵԿ քայլ, երկու ոլորուն լիովին ակտիվ (ԿՐԿՆԱԿԱՅԻՆ քայլ) կամ երկուսն էլ մասամբ ակտիվ (ՄԻԿՐՈՍՏԵՊՊԻՆԳ): Այս հավելվածում մեզ հետաքրքրում է առավելագույն ոլորող մոմենտը, այնպես որ օգտագործվում է միայն ԿՐԿՆԱԿԻ քայլը:

Մեծ ոլորող մոմենտը համամասնական է ոլորուն հոսանքին: Քայլ շարժիչը կարող է շարժվել մշտական լարման դեպքում, եթե ոլորուն դիմադրությունը բավականաչափ բարձր է, որպեսզի կայուն հոսանքը սահմանափակի շարժիչի անվանական արժեքին: Adafruit #1438 Motorshield- ն օգտագործում է կայուն լարման վարորդներ (TB6612FNG), որոնք գնահատվում են 15 VDC, առավելագույնը 1.2 ամպեր: Այս վարորդը վերևի առաջին լուսանկարում ցուցադրված ավելի մեծ տախտակն է (առանց ձախ կողմում գտնվող երկու դուստր տախտակների):

Մշտական լարման շարժիչով աշխատանքը սահմանափակ է, քանի որ արագության հոսանքը զգալիորեն նվազում է ինչպես ոլորուն ինդուկտիվության, այնպես էլ հետևի ԷՄՖ -ի պատճառով: Այլընտրանքային մոտեցում է ընտրել ավելի ցածր դիմադրությամբ և ինդուկտիվ ոլորուն ունեցող շարժիչ և այն վարել մշտական հոսանքով: Հաստատուն հոսանքը արտադրվում է իմպուլսի լայնությամբ `մոդուլացնելով կիրառվող լարումը:

Հաստատուն սարք, որն օգտագործվում է մշտական հոսանք ապահովելու համար, Texas Instruments- ի կողմից պատրաստված DRV8871- ն է: Այս փոքր IC- ն պարունակում է H կամուրջ `ներքին ընթացիկ իմաստով: Արտաքին ռեզիստորն օգտագործվում է ցանկալի հաստատուն (կամ առավելագույն) հոսանքը սահմանելու համար: IC- ն ինքնաբերաբար անջատում է լարումը, երբ հոսանքը գերազանցում է ծրագրավորված արժեքը և նորից կիրառում այն, երբ այն իջնում է ինչ -որ շեմից ցածր:

DRV8871- ը գնահատվում է 45 VDC, առավելագույնը 3.6 ամպեր: Այն պարունակում է ներքին ջերմաստիճանի չափման ներքին միացում, որն անջատում է լարումը, երբ միացման ջերմաստիճանը հասնում է 175 աստիճանի C- ի: IC- ն հասանելի է միայն 8 փին HSOP փաթեթում, որը ներքևի մասում ունի ջերմային պահոց: TI- ն վաճառում է զարգացման տախտակ, որը պարունակում է մեկ IC (երկուսը պահանջվում են մեկ քայլ շարժիչի համար), բայց դա շատ թանկ է: Ադաֆրուտը և այլք վաճառում են նախատիպերի տախտակ (Adafruit #3190): Փորձարկման համար դրանցից երկուսը տեղադրված էին Adafruit Motorshield- ից դուրս, ինչպես ցույց է տրված վերևի առաջին լուսանկարում:

Ինչպես TB6612- ի, այնպես էլ DRV8871- ի ներկայիս շարժիչ հնարավորությունները գործնականում սահմանափակված են մասերի ներսում ջերմաստիճանի բարձրացմամբ: Դա կախված կլինի մասերի ջերմության ընկնելուց, ինչպես նաև շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանից: Իմ սենյակային ջերմաստիճանի թեստերում DRV8871 դուստր տախտակները (Adafruit #3190) հասել են իրենց գերազանցող ջերմաստիճանի սահմաններին մոտ 30 վայրկյանում 2 ամպ արագությամբ, իսկ աստիճան շարժիչները դառնում են շատ անկանոն (մեկ փուլով ընդմիջումներով, քանի որ ջերմաստիճանի միացումն անջատվում և դուրս է գալիս): DRV8871- ի որպես դուստր տախտակ օգտագործելը, ամեն դեպքում, կուլդաժ է, ուստի ստեղծվեց նոր վահան (AutoShade #100105), որը պարունակում է վարորդներից չորսը `երկաստիճան շարժիչներ գործարկելու համար: Այս տախտակը նախագծված էր երկու կողմից մեծ քանակությամբ գրունտային հարթությամբ `IC- ները տաքացնելու համար: Այն օգտագործում է Arduino- ի համար նույն սերիական ինտերֆեյսը, ինչ Adafruit Motorshield- ը, այնպես որ նույն գրադարանային ծրագրակազմը կարող է օգտագործվել վարորդների համար: Վերը նշված երկրորդ լուսանկարը ցույց է տալիս այս տպատախտակը: AutoShade #100105 -ի մասին լրացուցիչ տեղեկությունների համար տեսեք Amazon- ում կամ AutoShade.mx կայքում տեղադրված ցանկը:

Իմ ստվերային էկրանի հավելվածում յուրաքանչյուր երանգ բարձրացնելու կամ իջեցնելու համար տևում է 15-30 վայրկյան ՝ կախված արագության կարգավորումից և ստվերի հեռավորությունից: Այսպիսով, հոսանքը պետք է սահմանափակվի այնպես, որ շահագործման ընթացքում ջերմաստիճանի բարձրության սահմանը երբեք չհասնի: 100105-ի չափից ավելի ջերմաստիճանի սահմաններին հասնելու ժամանակը ավելի քան 6 րոպե է ՝ 1,6 ամպ հոսանքի սահմանաչափով և 1 րոպեից ավելի ՝ 2,0 ամպ ընթացիկ սահմանաչափով:

Քայլ 4. Ընտրեք թեկնածու Step Motors- ը

Circuit Specialists- ն ունի երկու չափսի 23 քայլանոց շարժիչներ, որոնք ապահովում են պահանջվող 8 կգ-սմ պտտող մոմենտ: Երկուսն էլ ունեն երկու փուլային ոլորուն ՝ կենտրոնական ծորակներով, այնպես որ դրանք կարող են միացվել այնպես, որ կամ ամբողջ ոլորուն կամ կես ոլորուն քշվեն: Այս շարժիչների բնութագրերը թվարկված են վերը նշված երկու աղյուսակներում: Երկու շարժիչներն էլ մեխանիկորեն գրեթե նույնական են, բայց էլեկտրական առումով 104 շարժիչն ունի շատ ավելի ցածր դիմադրություն և ինդուկտիվություն, քան 207 շարժիչը: Ի դեպ, էլեկտրական բնութագրերը նախատեսված են կծիկի կես գրգռման համար: Երբ օգտագործվում է ամբողջ ոլորուն, դիմադրությունը կրկնապատկվում է, և ինդուկտիվությունը ավելանում է 4 գործոնով:

Քայլ 5. Չափել թեկնածուների արագությունը ընդդեմ թեկնածուների

Օգտագործելով դինամոմետրը (և սիմուլյացիան) որոշվել է ոլորող մոմենտի և արագության կորերը շարժիչի/ոլորուն/ընթացիկ շարժիչի մի շարք կոնֆիգուրացիաների համար: Այս թեստերի համար դինամոմետրը գործարկելու համար օգտագործվող ծրագիրը (ուրվագիծը) կարելի է ներբեռնել AutoShade.mx կայքից:

Քայլ 6. 57BYGH207 կես կծիկի մշտական լարման շարժիչ անվանական հոսանքի վրա

57BYGH207 շարժիչը կես կծիկով, որը շարժվում է 12 Վ լարման վրա (մշտական լարման ռեժիմ) հանգեցնում է 0.4 ամպերի և եղել է սկավառակի սկզբնական կազմաձևը: Այս շարժիչը կարող է անմիջապես վարվել Adafruit #1434 Motorshield- ից: Վերոնշյալ պատկերը ցույց է տալիս մոդելավորված և չափված ոլորող մոմենտի արագության բնութագրերը `վատթարագույն շփման հետ մեկտեղ: Այս դիզայնը շատ ավելի ցածր է, քան շահագործման համար պահանջվող ոլորող մոմենտ `200 -ից 400 քայլ վայրկյանում:

Քայլ 7: 57BYGH207 Half Coil- ի մշտական ընթացիկ շարժիչ անվանական հոսանքի վրա

Կիրառվող լարման կրկնապատկումը, սակայն հոսանքի ուժը 0.4 ամպեր սահմանափակելու համար ջրամատակարարման շարժիչը օգտագործելը զգալիորեն բարելավում է կատարումը, ինչպես ցույց է տրված վերևում: Կիրառվող լարման հետագա բարձրացումը ավելի կբարելավի կատարումը: Բայց 12 VDC- ից բարձր աշխատանքը մի քանի պատճառներով անցանկալի է:

· DRV8871- ը լարման սահմանափակված է 45 VDC- ով

· Բարձր լարման պատին ամրացման էլեկտրասնուցումները այնքան էլ տարածված չեն և ավելի թանկ են

· Arduino- ի նախագծում օգտագործվող տրամաբանական սխեմաների համար 5 VDC հոսանքի մատակարարման համար օգտագործվող լարման կարգավորիչները սահմանափակված են 15 VDC առավելագույնով: Այսպիսով, շարժիչներն ավելի բարձր լարման դեպքում կպահանջեն երկու էներգիայի մատակարարում:

Քայլ 8. 57BYGH207 Full Coil- ի անվանական հոսանքի մշտական ընթացիկ շարժիչ

Սա դիտվել է սիմուլյացիայի միջոցով, բայց չի փորձարկվել, քանի որ ես չունեի 48 Վ լարման աղբյուր: Lowածր արագությունների դեպքում ոլորող մոմենտը կրկնապատկվում է, երբ ամբողջական կծիկն անցնում է անվանական հոսանքի վրա, բայց հետո արագությամբ ավելի արագ է ընկնում:

Քայլ 9. 57BYGH104 Full Coil- ի մշտական ընթացիկ շարժիչ ½ անվանական հոսանքով

12 VDC- ով և 1.0A հոսանքով, պտտման արագության բնութագիրը բերված է վերևում: Թեստի արդյունքները բավարարում են շահագործման պահանջները վայրկյանում 400 քայլ արագությամբ:

Քայլ 10. 57BYGH104 Full Coil- ի մշտական ընթացիկ շարժիչ 3/4 անվանական հոսանքի վրա

Ոլորուն հոսանքների ավելացումը մինչև 1.6 ամպեր զգալիորեն մեծացնում է ոլորող մոմենտի պահվածքի սահմանը:

Քայլ 11: 57BYGH104 Full Coil- ի անվանական հոսանքի մշտական ընթացիկ շարժիչ

Եթե ոլորուն հոսանքներն ավելացվեն մինչև 2 Ա, իսկ ոլորող մոմենտը մեծանում է, ինչպես ցույց է տրված վերևում, բայց ոչ այնքան, որքան կկանխատեսեր սիմուլյացիան: Այսպիսով, իրականում տեղի է ունենում մի բան, որը սահմանափակում է ոլորող մոմենտը այս բարձր հոսանքներում:

Քայլ 12: Վերջնական ընտրություն կատարելը

Լրիվ կծիկ օգտագործելը, քան կեսը, միանշանակ ավելի լավ է, բայց 207 շարժիչով ցանկալի չէ `պահանջվող ավելի բարձր լարման պատճառով: 104 շարժիչը թույլ է տալիս աշխատել ավելի ցածր կիրառվող լարման դեպքում: Այս շարժիչը, հետևաբար, ընտրված է:

57BYGH104 շարժիչի ամբողջական կծիկի դիմադրությունը 2.2 օմ է: Վարորդի FETS- ի դիմադրությունը DRV8871- ում կազմում է մոտ 0,6 օմ: Շարժիչներին և դրանցից տիպիկ էլեկտրագծերի դիմադրությունը մոտ 1 օմ է: Այսպիսով, մեկ շարժիչային շղթայում ցրված ուժը ոլորուն հոսանքն է քառակուսի անգամ 3.8 օմ: Ընդհանուր հզորությունը երկու անգամ գերազանցում է, քանի որ երկու ոլորուն միաժամանակ շարժվում են: Վերևում դիտարկվող ոլորուն հոսանքների համար արդյունքները ներկայացված են այս Աղյուսակում:

Շարժիչի հոսանքների սահմանափակումը մինչև 1.6 ամպեր թույլ է տալիս մեզ օգտագործել ավելի փոքր և ավելի թանկ 24 վտ հզորություն: Մեծ ոլորող մոմենտ ստեղծելու մարժան կորել է: Բացի այդ, քայլ շարժիչները հանգիստ սարքեր չեն: Նրանց ավելի բարձր հոսանքով քշելը դրանք ավելի բարձր է դարձնում: Այսպիսով, ավելի ցածր հզորության և ավելի հանգիստ աշխատանքի շահերից ելնելով, ընթացիկ սահմանը ընտրվեց 1,6 ամպեր: