1

7.6. Oheisrautaa. Stepper 17.11.2007, pva Sisältö Tähän tulee erilaisia askelmoottoreiden ohjaus-esimerkkejä. Yleistä Askelmoottori poikkeaa rakenteeltaan ja toiminnaltaan tavallisesta tasavirtamoottorista. DC-moottorissa on yksi käämi ja kun siihen kytketään jännite, moottori pyörii vapaasti. Askelmoottori ei pyöri vapaasti, vaan sille on kerrottava mihin suuntaan sen on pyörittävä ja kuinka paljon. Askelmoottorissa on useita käämejä, joihin kytketään jännite tietyssä järjestyksessä. Siten määrätään akselin (roottori) askeleen suunta. Jokaisella jännitteen kytkentähetkellä moottorin akseli kääntyy yhden askeleen verran. Kytkentähetkeä ohjaa tavallisesti mikro-ohjain, joten voidaan sanoa, että askelmoottori muuttaa digitaalisen informaation mekaaniseksi liikkeeksi, askeleeksi. Askeleen välillä pitää olla riittävä taukoaika, jotta moottori ehtii asettua askelta vastaavaan asentoon. Moottorin askelpituus riippuu sen rakenteesta. Askelmoottoreita käytetään laitteissa joissa tarvitaan tarkkoja liikkeitä pienillä ohjaustehoilla. Käyttö mm. erilaiset XY-ohjaukset, kuten scanneri, jyrsinkone tms., kameran jalka, koordinaattiporakoneet, kirjoittimet, levykeaseman ja kiintolevyn lukuvarren ohjaus (vanhat koneet), jne. Unipolaarisella askelmoottorilla on yleensä 6 liitäntäjohtoa, käämien keskiulosotto on kytketty käyttöjännitteeseen, tässä tapauksessa + 5V, mutta yleensä se on suurempi, +12 V, tai + 24 V. Puskurina toimivan ULN2803-piirin kautta kytketään haluttu käämin pää maihin, jolloin käämissä virta kulkee ja moottori askeltaa yhden askeleen. Mikro-ohjain ei kykene ohjaamaan suoraan askelmoottoria, vaan väliin tarvitaan vahvistin, joko riittävän virtakestoisuuden omaava transistori, FET tai erikois-IC-piiri. PV-EMOlla oleva ULN2803 sisältää 8 kpl invertoivia puskuripiirejä, jotka kykenevät kukin käsittelemään 500 mA virran. Se riittää tämän moottorin ohjauksen hyvin.

2

Askelmoottorin ohjausesimerkki Esimerkkiohjelma on muunnos alunperin Jari Koskisen suunnittelemasta Taitaja 2003 kilpailutehtävästä.

ELFA koodi 54-507-39 Kytke PFC25-48D1 askelmoottori PV-EMO:lle seuraavasti. Stepperin kytkentä PV-EMO-kortille: keltainen out1 oranssi out2 ruskea out3 musta out4 punaiset +5 V

Totea toiminta painelemalla vuorotellen kortin painokytkimiä. Moottori askeltaa vain niin kauan kuin kytkintä painetaan. Askelmoottorin demo-ohjelma /************************************************** ******** Project : stepper_32.c Date : 15.09.2007 Author : pva Software: WinAVR-20070525 + ConTEXT + avrdude Hardware: PV-M32 + PV-EMO Comments: pyörittää askelmoottoria vastapäivään Stepperin kytkentä PV-EMO-kortille: keltainen out1 oranssi out2 ruskea out3 musta out4 punaiset +5 V *************************************************** *******/ #include <avr/io.h> #include <util/delay.h> // *** Primitive wait() *** void wait(unsigned int time)

3

{ volatile unsigned int i; for(i=0;i<2000;i++) _delay_loop_2(time); } int main(void) { DDRD = 0xFF; // D-portti lähdöksi PORTD = 0x00; unsigned char step[] = {0x00, 0x02, 0x08, 0x04, 0x10 }; unsigned char i = 1; // taulukon indeksi while(1) { PORTD = step[i]; // stepperin ohjaus if(i > 4) i = 0; wait(50); } }

Analysointi Komentorivillä PORTD = step[i]; // stepperin ohjaus

haetaan taulukosta indeksiä i vastaava lukuarvo, esim. 0x02. Kun tuo luku on mikro-ohjaimen D-portissa, sen neljä alinta bittiä viedään edelleen ULN2803-puskurivahvistimen input-pinneihin. Piiri on invertoiva, joten pinniin 8 viety ykkönen näkyy lähdössä nollana. Täten piiri maadoittaa askelmoottorin ’mustan käämin’ ja moottori askeltaa yhden askeleen. Se missä järjestyksessä käämeihin johdetaan virtaa, kerrotaan moottorin datalehdessä. Kommenteissa on kaikki muu oleellinen. Harjoitus 1. Muuta ohjelmaa siten, että painamalla nappia moottori askeltaa yhden täyden kierroksen. 2. Kokeile, mikä voi olla pienin viive, jolla moottori vielä askeltaa vakaasti. ISO-teho-stepper Liitteenä on Visio-Askelmoottorinohjain01.pdf, josta rakentuu seuraava mallijuttu ohjelmineen.