Stappenmotor is een borstelloze DC-motor, die in kleine hoeken kan worden gedraaid, deze hoeken worden stappen genoemd. Over het algemeen gebruikt de stappenmotor 200 stappen om 360 graden rotatie te voltooien, wat betekent dat hij 1,8 graden per stap roteert. Stappenmotor die wordt gebruikt in veel apparaten die een nauwkeurige rotatiebeweging nodig hebben, zoals robots, antennes, harde schijven enz. We kunnen de stappenmotor in een bepaalde hoek draaien door hem de juiste instructies te geven.
Stappenmotoren zijn in principe twee typen: unipolair en bipolair. Unipolaire stappenmotor heeft over het algemeen vijf of zes draden, waarbij vier draden het ene uiteinde van vier statorspoelen zijn, en het andere uiteinde van alle vier de spoelen met elkaar is verbonden, wat de vijfde draad vertegenwoordigt, dit wordt een gemeenschappelijke draad (gemeenschappelijk punt) genoemd. Over het algemeen zijn er twee gemeenschappelijke draden, gevormd door het verbinden van een uiteinde van de twee-twee spoelen zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding. Unipolaire stappenmotor is heel gebruikelijk en populair vanwege het gebruiksgemak.
Bij een bipolaire stappenmotor komen er slechts vier draden uit twee sets spoelen, wat betekent dat er geen gemeenschappelijke draad is.
Stappenmotor bestaat uit een stator en een rotator. Stator vertegenwoordigt de vier elektromagneetspoelen die stationair rond de rotator blijven, en rotator vertegenwoordigt permanente magneet die roteert. Telkens wanneer de spoelen worden bekrachtigd door het aanleggen van de stroom, wordt het elektromagnetische veld gecreëerd, resulterend in de rotatie van de rotator (permanente magneet). Spoelen moeten in een bepaalde volgorde worden bekrachtigd om de rotator te laten draaien. Op basis van deze “sequentie” kunnen we de werkwijze van Unipolaire stappenmotor verdelen in drie modi: Wave drive mode, full step drive mode en half step drive mode.
Golfaandrijfmodus: in deze modus wordt één spoel tegelijk bekrachtigd, alle vier de spoelen worden na elkaar bekrachtigd. Het produceert minder koppel in vergelijking met de rijmodus met volledige stap, maar het stroomverbruik is lager. Hieronder volgt de tabel voor het produceren van deze modus met behulp van een microcontroller, wat betekent dat we Logica 1 op de sequentiële manier aan de spoelen moeten geven.
|
Stappen |
EEN |
B. |
C |
D |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
4 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Volledige aandrijfmodus: hierin worden twee spoelen tegelijkertijd bekrachtigd en produceren ze een hoog koppel. Het stroomverbruik is hoger. We moeten Logica 1 aan twee spoelen tegelijk geven, dan aan de volgende twee spoelen, enzovoort.
|
Stappen |
EEN |
B. |
C |
D |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Halve aandrijfmodus: in deze modus worden een en twee spoelen afwisselend bekrachtigd, wat betekent dat eerst één spoel wordt bekrachtigd, vervolgens twee spoelen worden bekrachtigd, dan wordt weer één spoel bekrachtigd, dan weer twee, enzovoort. Dit is een combinatie van volledige en golfaandrijfmodus en wordt gebruikt om de hoekrotatie van de motor te vergroten.
|
Stappen |
EEN |
B. |
C |
D |
|
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 |
Interfacestappenmotor met 8051 Microcontroller
Koppeling met 8051 is heel eenvoudig, we hoeven alleen de 0 en 1 aan de vier draden van de stappenmotor te geven volgens de bovenstaande tabellen, afhankelijk van de modus waarin we de stappenmotor willen laten draaien. En rust twee draden moeten worden aangesloten op een goede 12v-voeding (afhankelijk van de stappenmotor). Hier hebben we de unipolaire stappenmotor gebruikt. We hebben vier uiteinden van de spoelen verbonden met de eerste vier pinnen van poort 2 van 8051 via de ULN2003A.
8051 levert niet genoeg stroom om de spoelen aan te drijven, dus we moeten een stroomstuur-IC gebruiken die ULN2003A is. ULN2003A is de reeks van zeven NPN Darlington-transistorparen. Darlington-paar wordt geconstrueerd door twee bipolaire transistors met elkaar te verbinden om een hoge stroomversterking te bereiken. In ULN2003A zijn 7 pinnen input pinnen en 7 pinnen zijn output pinnen, twee pinnen zijn voor Vcc (voeding) en aarde. Hier gebruiken we vier invoer- en vier uitvoerpinnen. We kunnen ook L293D IC gebruiken in plaats van ULN2003A voor stroomversterking.
U moet vier spoeldraden en twee gemeenschappelijke draden heel voorzichtig vinden, anders zal de motor niet draaien. U kunt het achterhalen door de weerstand te meten met een multimeter, de multimeter zal geen metingen weergeven tussen de draden van twee fasen. Gemeenschappelijke draad en de andere twee draden in dezelfde fase moeten dezelfde weerstand vertonen, en de twee eindpunten van de twee spoelen in dezelfde fase zullen de dubbele weerstand vertonen in vergelijking met de weerstand tussen gemeenschappelijk punt en één eindpunt.
Probleemoplossen
Als uw motor niet draait OF trilt maar niet roteert, moet u de volgende checklist controleren:
- Controleer eerst de circuitverbindingen en code.
- Als het circuit en de code in orde zijn, controleer dan of de stappenmotor de juiste voedingsspanning krijgt (meestal 12v), anders trilt hij maar draait hij niet.
- Als de toevoer in orde is, controleer dan de vier eindpunten van de spoel die zijn aangesloten op ULN2003A. Zoek eerst de twee gemeenschappelijke eindpunten en sluit ze aan op 12v, sluit vervolgens de resterende vier draden aan op ULN2003A en probeer elke mogelijke combinatie totdat de motor start. Als je ze niet in de juiste volgorde zou aansluiten, trilt de motor gewoon in plaats van te draaien.
Hier is de code voor de golfstapmodus en volledige golfstapmodus, u kunt eenvoudig de waarde voor PORT P2 voor de halve golfmodus berekenen.