28BYJ-48 Informácie o krokovom motore a tipy
Krokový motor 28BYJ-48
Najskôr: Tento zaujímavý článok som našiel na https://grahamwideman.wikispaces.com/Motors-+28BYJ-48+Stepper+motor+notes.
Stránka wikispaces.com, bohužiaľ, oznamuje, že službu wiki ukončíte v rokoch 2018/2019. Aby táto stránka nezmizla úplne, prebral som ju tu a preložil som ju ako som najlepšie vedel.
Originál stránky ako PDF v angličtine si môžete tiež stiahnuť na konci článku.
Veľká vďaka patrí Grahamovi Widemanovi za rozsiahle informácie o tomto krokovom motore.
Tento článok obsahuje niekoľko komentárov k nízkonákladovému krokovému motoru s reduktorom prevodovky, ktorý má rôzne tvary od rôznych dodávateľov vrátane spoločností Adafruit, predajcov robotiky, eBay od amerických predajcov a od Číny atď.
Je zrejmé, že sú za cenu krokového motora - 5VDC s 32-stupňovým prevodom 1/16), ktorý spôsobil, že použitý prevod číslo 4 (druhý vpravo hore so 16 zubami) bol dosť nepravdepodobný. Táto hádanka sa vysvetľuje porovnaním katalógového obrázka Adafruit s mojím obrázkom vnútornej strany motora Adafruit. Je zrejmé, že katalógový obrázok Adafruit sa skutočne zhoduje s modelom motora, ktorý RioRand (a mnoho ďalších výrobcov) predáva.
| Online katalóg fotografií Adafruit (stav: aktuálny) | Vnútorné strany Adafruit | Motor RioRand |
| Obrázok súčasného motora Adafruit 858. | Motor RioRand vyzerá ako katalógový obrázok od spoločnosti Adafruit! |
Iný pohľad na každý motor
Skutočné podrobnosti o prevodovom stupni
Výbava Adafruit [Obrázok opravený 2015-01-28] Prevodovka RioRand
Vypočítajte a porovnajte prevody
| Adafruit | ||||||||
| vchod | 1 otáčanie motora | 32 | 22 | 16 | 31 | 349184 | 513,0343 | |
| východ | 9 zubov | 11 | 22 | 10 | 1 otáčka hriadeľa | 21780 | 1/16,032 | 513 krokov 0,999933 otáčok |
| RioRand | ||||||||
| vchod | 1 otáčanie motora | 32 | 22 | 26 | 31 | 567424 | 2037,886 | |
| východ | 9 zubov | 11 | 9 | 10 | 1 otáčka hriadeľa | 8910 | 1/63,68395 | 2038 krokov, 1,000056 otáčok |
| 3. Petrov motor | ||||||||
| vchod | 1 otáčanie motora | 32 | 22 | 27 | 24 | 456192 | ||
| východ | 9 zubov | 11 | 9 | 8. | 1 otáčka hriadeľa | 7128 | 1/64 | 2048 krokov 1,0 zákruty |
(Motor č. 3 pridaný e-mailom od Petra z Českej republiky, ktorý kúpil model „28BYJ-48“ od miestneho internetového predajcu. Veľmi zaujímavý kvôli jeho presnému pomeru.)
Zrátané a podčiarknuté: Tieto motory 28BYJ-48 zdieľajú veľa rovnakých prevodových stupňov, len sa líšia v jednom alebo dvoch z nich.
Hlavné technické parametre, ktoré sa zaujímajú, sú odpor na vinutie, následný prúd na vinutie a prúdová hranica, po prekročení ktorej je motor nežiaduce horúci.
Tieto špecifikácie môžu byť zmätené, pretože:
- Sú dva navíjacie kruhy.
- Ako „unipolárny motor“ má každá cievka stredový kohútik, dva stredové kohútiky sú navzájom spojené v motore a mali by predstavovať spoločné pripojenie (V + pin 5).
- Na napájanie vinutia pripojte vodič (kolíky 1.4) k zemi.
Pri diskusii o odpore vinutia je dôležité, či už hovoríte o celom vinutí, alebo iba o odporu stredového kohútika ku koncovému spojeniu. V nasledujúcej tabuľke sa údaje o odpore vzťahujú na polovicu vinutia; toto je od kolíka (1.4) po obyčajný kolík 5.
| Adafruit | 5V | 26 ohmov | 42 ohmov (poznámka 3) | 5V | 165mA | 330mA |
| RioRand | 5V | 27 ohmov | 5V | 165mA | 330mA | |
| Adafruit | 12V | 90 ohmov | 12V | 125mA | 250mA | |
| 7V | 70 mA | 140mA | ||||
| 5V | 50 mA | 100 mA |
Poznámka 1: Typický budič Darlington (L293D, ULN2003) absorbuje zhruba 0,75 V až 0,85 V z celkového napájacieho napätia. Prevádzka z napájacieho zdroja 5 V poskytuje približne 4,2 V naprieč vinutiami motora.
Poznámka 2: Predpokladá, že sú vždy jazdené dve polovičné otáčky. To znamená: štvorfázový krokový vzor.
Poznámka 3: [V tomto okamihu. Dúfajme, že sa Adafruit aktualizuje.] Špecifikácia Adafruit nehovorí, či je to na polovičné alebo úplné otočenie. Spoločnosť Adafruit neuvádza špecifikáciu rezistora pre model 12V.
Aktivujte motor
Zdá sa, že obvyklý spôsob riadenia tohto motora 28BYJ-48 je bežiaci s ovládačom Quad Darlington ULN2003, pre ktorý existuje veľa lacno dostupných výstupných dosiek (niektoré s LED, ktoré sa programujú veľmi pohodlne), často s motorom ako napríklad RioRand.
Tento ovládač je pripojený k ovládaču ako je Arduino cez štyri vodiče, a jednotlivé kroky sú riadené softvérom.
Keď špecifikácia motora špecifikuje „513 krokov na otáčku výstupného hriadeľa“, znamená to použitie nasledujúcej štvorfázovej sekvencie, kde jeden krok zodpovedá posunutiu o jeden riadok v tabuľke. Takže 128,25 cyklov úplnej postupnosti krokov.
ULN2003 Komentáre rady vodiča
Problém: Táto populárna doska ovládača má sériu 4 vstupných pinov pre štyri fázy a dva samostatné piny pre napájanie pochádzajúce z iného zdroja energie ako Arduino (alebo iného radiča). Nie je vhodné položiť zem medzi Arduino a túto dosku vodiča. Ostatné podobné karty vodiča sa tejto chybe vyhýbajú (poskytujú uzemňovací kolík vedľa vstupných signálov).
Riešením na tejto doske by bolo spájkovanie ďalšieho kolíka zástrčky pre uzemnenie v bode „IN5“ a pod doskou spájkujte kábel z tohto kolíka do uzemňovacieho vodiča (napríklad kolík 8 ULN2003). Uzemnenie nepoužitého vstupu ULN2003 nemá žiadne negatívne účinky.
Vysvetlenie napájacích pinov a prepojok
- Ak prepojka chýba, kladné napájanie na kolíku 2 sa napája iba na kladný napájací kolík UNL2003 („bežné“).
- S nainštalovanou prepojkou sa rovnaké kladné napájanie posiela aj na spoločný motor (na zásuvke motora) a na LED diódy.
Predajcovia, ktorí poskytnú prepojke vysvetlenie, hovoria, že by mala motor pohodlne deaktivovať. (Prepojku nainštalujte alebo odstráňte iba vtedy, keď je napájanie vypnuté, aby sa zabránilo prechodným javom z indukčnosti motora, ktoré poškodia ULN2003.)
Napríklad prepojka nie je spôsob samostatného napájania ULN2003 a motora. Toto nie je potrebné a nebude fungovať správne. Všimnite si interný obvod ULN2003, najmä ochrannú diódu, ktorá je jedinou funkciou pripojenou k terminálu COM ULN2003.
| 1 | mínus | Uzemnenie napájacieho zdroja |
| 2 | plus | Kladné napájanie pre ULN2003 a tiež LED diódy a motor, ak je nainštalovaná prepojka |
| 3 | plus | Na použitie s jumperom |
| 4 | Napájanie motora | Pomocou prepojky aktivujte motor a LED diódy (bežný prípad). |
Tu je interná schéma časti ULN2003 z údajového listu TI: Jediné pripojenie ULN2003 k plusovému napájaniu (tu označenému ako „COM“, ako pri bežnom kladnom napájaní) je cez ochrannú diódu.
Štyri alebo osem fáz
Diskutuje sa o tom, že motor pracuje lepšie, keď pracuje s ôsmimi fázami (striedavé 2 vinutia zapnuté, 1 vinutie zapnuté ...), ale 8fázovú postupnosť som nevnímal ako zlepšenie. V skutočnosti som mal dojem, že 8-fázová sekvencia v skutočnosti vytvára menší krútiaci moment, aj keď som to neskúmal vyčerpávajúco.
Sekvencie vs. zapojenie
Nasledujúca postupnosť funguje pre štyri fázy:
A pre osem fáz:
Ovládanie motora PWM
Odvod tepla
- 12V motor s 12V PS: 12V * 0,25A = 3W
- Teplota okolia
23 ° C Motor sa stabilizuje na približne
23 ° C
Krútiaci moment je pomerne ťažké zmerať, čo môže viesť k rozšíreniu špecifikácií na internete, ktoré nie sú úplné a veľmi rozmanité. Nastavil som surový prístroj, aby som získal odhad krútiaceho momentu z týchto motorov pracujúcich pri rôznych napájacích napätiach. Zariadenie sa skladá z úchytky pre motor, ramena pripevneného k hriadeli motora a na konci ramena (10 cm od hriadeľa) koša, do ktorého je možné umiestniť závažia. Použil som najnovšie americké centové mince, ktoré vážili 2,5 gramu, a vážil som rôzne bremená v digitálnej váhe. S týmto môžeme urobiť dve merania:
- Štartovacia charakteristika závislá od zaťaženia: Maximálny krútiaci moment, ktorý môže motor vyvinúť, keď je riadený z jednej polohy do druhej. Aby sme to otestovali, do košíka vložíme bremeno s ramenom vodorovne a povieme motoru, aby ho zdvihol. Zvyšujeme zaťaženie, kým motor pri zdvíhaní neprestane robiť kroky.
- Prídržný moment: Pri stojacom motore a vodorovnom ramene vložíme do koša toľko závažia, že ho už motor nedokáže udržať. Toto je zvyčajne oveľa vyššia hodnota krútiaceho momentu ako uťahovací moment.
Hodnoty krútiaceho momentu sú uvedené v jednotkách gram-sila * cm (gf * cm). Pretože je kôš na ramene 10 cm od hriadeľa motora, hmotnosť 15 g zodpovedá krútiacemu momentu 10 * 15 = 150 gf * cm.
Merania som opakoval niekoľkokrát v oboch smeroch (váha na jednom alebo druhom konci ramena). Výsledky uvedené nižšie nie sú štatisticky spoľahlivé (iba jeden motor na vzorkovanie 5 V a dva 12V), ale sú možno reprezentatívne a sú určite zaujímavé na porovnanie so špecifikáciou uvedenou spoločnosťou Adafruit.
Upozorňujeme, že ide o merania pri veľmi nízkej rýchlosti. Pri vyšších rýchlostiach sa uťahovací moment znižuje kvôli kratšiemu času na krok pre zmenu prúdu, aby sa „prekonala“ indukčnosť vinutia a dosiahla sa jeho plná hodnota.
Výsledky krútiaceho momentu
Všetky krútiace momenty v gramovej sile * cm.
| Adafruit | 5V | 5V | 170-190 | 950-1050 | 150 |
| RioRand | 5V | 5V | 740-820 | 2000 (poznámka 1) | |
| Adafruit | 12V | 12V | 370-400 | 1450-1550 | 250 |
| 10 V | 310-340 | 1350-1450 | |||
| 9V | 270-300 | 1200-1300 | |||
| 7V | 190-220 | 900 - 1000 | |||
| 5V | 120-140 | 690-800 |
Poznámky:
- Poznámka 1: Môj test na vytiahnutie zasiahol približne 200 g x 10 cm a v tomto okamihu sa zuby prevodovky zlomili. Pozri obrázky nižšie.
- Poznámka 2: Ani Adafruit, ani RioRand [v tomto okamihu] neuvádzajú špecifikáciu pull-in, špecifikáciu, ktorá je kritická pre skutočné presunutie nákladu.
- Poznámka 3: Špecifikácia spoločnosti Adafruit pre krútiaci moment je príliš nízka až o šesťnásobok! To znamená, že motor je šesťkrát výkonnejší (za súčasného držania), ako tvrdí Adafruit.
- Poznámka 4: Prídržný krútiaci moment motora RioRand 5V bol možno neprekvapujúci a bol asi štvornásobný oproti krútiacemu momentu motora Adafruit 5V, čo je štvornásobne väčší prevod s redukciou.
Zlomené zuby pri skúške prídržného momentu
Motor 28BYJ-48 RioRand. Pretože má motor RioRand väčší prevodový pomer, dokáže absorbovať väčší krútiaci moment bez straty svojej polohy. Aplikácia tohto väčšieho krútiaceho momentu je však zjavne pre zuby príliš veľká. Účinný maximálny krútiaci moment, ktorý vydrží, preto nie je určený prídržným momentom krokového motora, ale silou zuba.
| 4. prevodový stupeň | Prevodovka 5 |
Ratingové obmedzenia
- Pri vykonávaní týchto základných testov krútiaceho momentu sa mi zdalo, že niektoré fázy motora 28BYJ-48 sú silnejšie ako iné. Pre každý motor sa neustále javili určité fázy alebo polohy, ktoré produkovali najmenší krútiaci moment. Toto platilo pre krútiaci moment aj prídržný moment.
- Je dosť pravdepodobné, že tlak na výstupný hriadeľ prevodovky, aby vyvinula bočnú silu (nielen rotačnú), prinesie s ním určité väzobné trenie. (Niektorá bočná sila je pri použití prevodových stupňov nevyhnutná.) Toto trenie bude pravdepodobne pôsobiť proti krútiacemu momentu a v prospech udržania krútiaceho momentu.
Postrehy; Návrhy na použitie
5V? alebo 12V motor na 7V?
V prípade aplikácií, ktoré obsahujú dosku Arduino alebo inú malú dosku radiča, je pravdepodobné, že používateľ nebude chcieť spustiť motor z napájania dosky + 5 V, ale bude ho chcieť pripojiť k zdroju napájania +7 V alebo vyššiemu. Stojí za zmienku, že 12V motor bežiaci na zdroj> 7V poskytne lepší krútiaci moment ako 5V zdroj pri 5V a pri nižšom odbere prúdu.
smola
Z dôvodu použitej prevodovky existuje
- Naklonenie rotácie v polohe výstupného hriadeľa, približne +/- 3 stupne (spolu 6 stupňov)
- okrem stúpania niektoré ďalšie zákruty pri zaťažení. Napríklad 12V motor napájaný z 12V PSU spôsobil zaťaženie o niečo menšie ako prídržný moment, ďalšie otáčanie približne o 9 stupňov.
Aj keď reduktor otáčok vytvára rýchlosť otáčania, ktorá je oveľa pomalšia ako rýchlosť základného krokového motora, a pri vyššom krútiacom momente neprodukuje proporcionálne zvýšenie pozičnej presnosti. Porovnajte sklon a použite čísla pre veľkosť kroku typického krokového motora s 200 krokmi na otáčku (1,8 stupňa - lepšie s mikroprocesorom).
Aj napriek tomu tieto motory 28BYJ-48 nachádzajú užitočné aplikácie. Možné by bolo napríklad:
- Umiestňujte svetelné objekty, napríklad na animovanom mechanickom displeji, napríklad na ciferníku hodín,
- Pohybujte páčkami alebo tyčami (ako na serve), ktoré sú neustále zaťažené,
- Otáčajte závitovou tyčou tam, kde má presná poloha otáčania malý význam
Ďalšie osoby skúmajúce 28BYJ-48:
- Prevodový krokový motor
- Objavili sme rovnakú prevodovku, ako je popísaná vyššie pre model RioRand, ale niektoré plagáty tvrdia, že existuje presný model prevodovky 1:64.
- http://42bots.com/tutorials/28byj-48-stepper-motor-with-uln2003-driver-and-arduino-uno/
Stiahnite si pôvodnú stránku v angličtine vo formáte PDF