28BYJ-48 Информация и съвети за стъпков двигател
Стъпков двигател 28BYJ-48
На първо място: намерих тази интересна статия на https://grahamwideman.wikispaces.com/Motors-+28BYJ-48+Stepper+motor+notes.
За съжаление wikispaces.com съобщава, че ще прекратите услугата wiki през 2018/2019. За да не изчезне напълно тази страница, аз я взех тук и я преведох възможно най-добре.
Оригиналната страница като PDF на английски също може да бъде изтеглена в края на статията.
Много благодаря на Греъм Уайдман за неговата обширна информация за този стъпков двигател.
Тази статия има някои коментари за нискоценен стъпков двигател с редуктор, който се предлага в различни форми от различни доставчици, включително Adafruit, дилъри на роботика, eBay от американски продавачи и от Китай и т.н.
Очевидно те са на цена на стъпков двигател - 5VDC 32-Step 1/16 Gearing) направи използваната предавка номер 4 (втората отгоре вдясно с 16 зъба) съвсем малко вероятно. Този пъзел се обяснява чрез сравняване на каталожната картина на Adafruit с моята снимка от вътрешната страна на двигателя на Adafruit. Очевидно е, че каталожната картина на Adafruit всъщност съвпада с модела на двигателя, който RioRand (и много други производители) продава.
| Снимка на онлайн каталог на Adafruit (състояние: актуално) | Вътрешни органи от Adafruit | Двигател RioRand |
| Снимка на текущия двигател Adafruit 858. | Двигателят RioRand прилича на каталожната снимка от Adafruit! |
Различен изглед на всеки двигател
Действителни подробности за предавката
Адафрутно съоръжение [Фигурата е коригирана 28.01.2015] Скоростна кутия RioRand
Изчислете и сравнете предавките
| Адафрут | ||||||||
| вход | 1 въртене на мотора | 32 | 22-ри | 16. | 31 | 349184 | 513.0343 | |
| изход | 9 зъба | 11. | 22-ри | 10 | 1 оборот на вала | 21780 | 1/16.032 | 513 стъпки 0,999933 оборота |
| RioRand | ||||||||
| вход | 1 въртене на мотора | 32 | 22-ри | 26-ти | 31 | 567424 | 2037.886 | |
| изход | 9 зъба | 11. | 9 | 10 | 1 оборот на вала | 8910 | 1/63.68395 | 2038 стъпки 1.000056 оборота |
| 3. Двигателят на Петър | ||||||||
| вход | 1 въртене на мотора | 32 | 22-ри | 27 | 24 | 456192 | ||
| изход | 9 зъба | 11. | 9 | 8-ми | 1 оборот на вала | 7128 | 1/64 | 2048 стъпки 1,0 завъртания |
(Двигател №3, добавен по имейл от Petr в Чешката република, който купи „28BYJ-48“ от местен интернет дилър. Много интересно поради точното му съотношение.)
Bottom Line: Тези двигатели 28BYJ-48 споделят много от едни и същи предавки, само вариращи в една или две от тях.
Основните спецификации, които представляват интерес, се отнасят до съпротивлението на намотка, последващия ток на намотка и ограничението на тока, над което двигателят става нежелателно горещ.
Тези спецификации са склонни към объркване, защото:
- Има два кръга за навиване.
- Като „еднополюсен двигател“, всяка намотка има централен кран, двата централни крана са свързани помежду си в двигателя и трябва да бъдат общата връзка (V + щифт 5).
- За да активирате намотка, свържете проводника (щифтове 1.4) към земята.
Когато обсъждате съпротивлението на намотката, е важно дали говорите за цяла намотка или просто за съпротивлението от централния кран до крайна връзка. В следващата таблица стойностите на съпротивлението се отнасят до половин намотка; това е от пин (1.4) до обикновен пин 5.
| Адафрут | 5V | 26 ома | 42 ома (бележка 3) | 5V | 165mA | 330mA |
| RioRand | 5V | 27 ома | 5V | 165mA | 330mA | |
| Адафрут | 12V | 90 ома | 12V | 125mA | 250mA | |
| 7V | 70mA | 140mA | ||||
| 5V | 50mA | 100 mA |
Забележка 1: С типичния драйвер за Дарлингтън (L293D, ULN2003) драйверът поглъща около 0,75 V до 0,85 V от общото захранващо напрежение. Работата от 5V захранване дава приблизително 4,2V през намотките на двигателя (наполовина).
Забележка 2: Приема се, че винаги се задвижват два полуобръща. Това означава: четирифазен модел на стъпка.
Забележка 3: [В този момент от времето. Дано Adafruit се актуализира.] Adafruit spec не казва дали това е за половин оборот или пълен оборот. Adafruit не съдържа спецификация на резистор за 12V модел.
Активирайте двигателя
Обичайният начин на управление на този двигател 28BYJ-48 изглежда работи с драйвер ULN2003 Quad Darlington, за който има много евтино достъпни платки (някои със светодиоди, които са много удобни за програмиране), често с двигателя като RioRand.
Този драйвер е свързан към контролер като Arduino чрез четири проводника и отделните стъпки се контролират от софтуера.
Когато спецификацията на двигателя определя „513 стъпки на оборот на изходния вал“, това се отнася до използването на следната четирифазна последователност, където една стъпка съответства на напредването на един ред в таблицата. Така че 128,25 цикъла от пълната последователност от стъпки.
Коментари на борда на драйверите ULN2003
Проблем: Тази популярна платка за драйвери има серия от 4 входни щифта за четирите фази и два отделни щифта за захранването, които идват от източник на захранване, различен от Arduino (или друг контролер). Няма удобен смисъл да се постави земя между Arduino и тази платка за драйвери. Други подобни карти на водача избягват тази грешка (те осигуряват заземен щифт до входните сигнали).
Заобиколно решение на тази платка би било да спойкате в допълнителен щифт на заглавката за заземяване при „IN5“, а под платката да запоявате кабел от този щифт към заземителен проводник (например щифт 8 от ULN2003). Заземяването на неизползван вход ULN2003 няма отрицателни ефекти.
Обяснение на захранващите щифтове и джъмперите
- Ако няма джъмпер, положителното захранване на щифт 2 се подава само към положителното захранващо щифтче UNL2003 („Общо“).
- С монтиран джъмпер, същото положително захранване се изпраща и към общия двигател (на гнездото на двигателя) и към светодиодите.
Доставчиците, които предоставят обяснение за джъмпера, казват, че трябва удобно да деактивира двигателя. (Инсталирайте или премахнете джъмпера само когато захранването е изключено, за да се избегнат преходни процеси от индуктивността на двигателя, които увреждат ULN2003.)
Например, джъмперът не е начин за отделно захранване на ULN2003 и мотора. Това не е необходимо и няма да работи правилно. Обърнете внимание на вътрешната схема ULN2003, особено на защитния диод, който е единствената функция, свързана към COM терминала ULN2003.
| 1 | минус | Захранване земя |
| 2 | плюс | Положително захранване за ULN2003, както и светодиодите и мотора, ако е монтиран джъмперът |
| 3 | плюс | За използване с джъмпер |
| 4-ти | Захранване на мотора | Използвайте джъмпера, за да активирате двигателя и светодиодите (често срещан случай). |
Ето вътрешната схема за раздел на ULN2003, от TI лист с данни: Единствената връзка на ULN2003 към плюс захранването (тук обозначено „COM“, както при общото положително захранване) е чрез защитния диод.
Четири или осем фази
Има някои дискусии, че двигателят работи по-добре, когато работи с осем фази (редуващи се 2 намотки, 1 намотка ...), но аз не възприемам последователността от 8 фази като подобрение. Всъщност имах впечатлението, че 8-фазовата последователност всъщност произвежда по-малко въртящ момент, въпреки че не съм изследвал това изчерпателно.
Последователности срещу окабеляване
Следната последователност работи за четири фази:
И за осем фази:
ШИМ управление на двигателя
Разсейване на топлината
- 12V мотор с 12V PS: 12V * 0,25A = 3W
- Температура на околната среда
23 ° С Двигателят се стабилизира на около
23 ° С
Въртящият момент е относително труден за измерване, което може да доведе до разпространение на спецификации в Интернет, които са непълни и много разнообразни. Настроих суров апарат, за да получа оценка на въртящия момент от тези двигатели, работещи при различни захранващи напрежения. Устройството се състои от скоба за двигателя, рамо, което е прикрепено към вала на двигателя, и в края на рамото (на 10 см от вала) кош, в който могат да се поставят тежести. Използвах най-новите американски монети от един цент, тежащи 2,5 грама, и претеглих различните товари в цифров мащаб. С това можем да направим две измервания:
- Характеристика за стартиране, зависима от натоварването: Максимален въртящ момент, който двигателят може да упражни, когато се управлява от едно положение в следващото. За да тестваме това, поставяме товар в коша с хоризонтално рамо и казваме на двигателя да го повдигне. Увеличаваме товара, докато двигателят спре да предприема стъпки при повдигане.
- Задържане на въртящ момент: Когато двигателят е спрян и рамото е хоризонтално, ние поставяме толкова голямо тегло в клетката, че двигателят вече не може да го поддържа. Това обикновено е много по-висока стойност на въртящия момент от момента на затягане.
Стойностите на въртящия момент са дадени в единици грам сила * cm (gf * cm). Тъй като кошницата е на рамото на 10 см от вала на двигателя, тегло от 15 g съответства на въртящ момент 10 * 15 = 150 gf * cm.
Повторих измерванията няколко пъти в двете посоки (тежестта в единия или другия край на ръката). Показаните по-долу резултати не са статистически стабилни (само един 5V и два 12V моторни мотора), но може би са представителни и със сигурност са интересни за сравнение със спецификацията, изброена от Adafruit.
Имайте предвид, че това са измервания с много ниска скорост. При по-високи обороти моментът на затягане намалява поради по-краткото време на стъпка за промяна на тока, за да „преодолее” индуктивността на намотката и да постигне пълната си стойност.
Резултати от въртящия момент
Всички въртящи моменти в грамово усилие * cm.
| Адафрут | 5V | 5V | 170-190 | 950-1050 | 150 |
| RioRand | 5V | 5V | 740-820 | 2000 (бележка 1) | |
| Адафрут | 12V | 12V | 370-400 | 1450-1550 | 250 |
| 10V | 310-340 | 1350-1450 | |||
| 9V | 270-300 | 1200-1300 | |||
| 7V | 190-220 | 900-1000 | |||
| 5V | 120-140 | 690-800 |
Забележки:
- Забележка 1: Моят тест за изтегляне удари приблизително 200g x 10cm и в този момент зъбите в зъбното колело се счупиха. Вижте снимките по-долу.
- Забележка 2: Нито Adafruit, нито RioRand [към настоящия момент] изброяват спецификация за изтегляне, спецификация, която е критична за действителното преместване на товар.
- Забележка 3: Спецификацията на Adafruit за въртящия момент е твърде ниска с коефициент шест! Въпреки това двигателят е шест пъти по-мощен (докато държи), отколкото според Adafruit.
- Забележка 4: Задържащият въртящ момент на мотора RioRand 5V може би не е изненадващ и е около четири пъти по-голям от този на мотора Adafruit 5V, което е 4 пъти по-голямото редуктор.
Счупени зъби при тестване на задържащия момент
28BYJ-48 двигател RioRand. Тъй като двигателят RioRand има по-голямо предавателно число, той може да поеме повече въртящ момент, без да губи позицията си. Прилагането на този по-голям въртящ момент обаче очевидно е твърде много за зъбите. Следователно ефективният максимален въртящ момент, който той може да издържи, не се определя от задържащия момент на стъпка, а от здравината на зъба.
| Съоръжение 4 | Съоръжение 5 |
Ограничения за оценка
- При извършването на тези елементарни тестове за въртящ момент ми се струваше, че някои фази на двигателя 28BYJ-48 са по-силни от други. За всеки двигател определени фази или положения последователно изглеждаха тези, които произвеждат най-малък въртящ момент. Това се отнася както за въртящия момент, така и за задържащия момент.
- Съвсем вероятно е натискът върху изходния вал на трансмисията да приложи странична сила (не само ротационна) да доведе до известно триене на свързване със себе си. (Някои странични сили са неизбежни, когато се използват зъбни колела.) Това триене вероятно ще работи срещу въртящия момент и в полза на задържането на въртящия момент.
Наблюдения; Предложения за употреба
5V? или 12V мотор при 7V?
За приложения, които включват платка Arduino или друга малка платка на контролера, вероятно потребителят ще предпочете да не пуска двигателя от захранването + 5V на платката, а вместо това да иска да го свърже към източника на захранване + 7V или по-висок. Струва си да се отбележи, че 12V мотор, работещ на> 7V захранване, ще осигури по-добър въртящ момент от 5V захранване при 5V и при по-ниска консумация.
терена
Заради използваните съоръжения има
- Наклон на въртене в положението на изходящия вал, приблизително +/- 3 градуса (общо 6 градуса)
- в допълнение към наклона, някои допълнителни завои под товар. Например, 12V мотор, захранван от 12V PSU, произвежда товар, малко по-малък от задържащия момент, допълнително завъртане от приблизително 9 градуса.
Въпреки че редукторът на скоростта произвежда скорост на въртене, която е много по-бавна от тази на основния стъпков двигател и при по-висок въртящ момент, той не води до пропорционално увеличение на позиционната точност. Сравнете наклона и използвайте числата за размера на стъпката на типичен стъпков двигател с 200 стъпки на оборот (1,8 градуса - по-добре с микро стъпков драйвер).
Въпреки това тези двигатели 28BYJ-48 намират полезни приложения. Например, възможно е следното:
- Позиционирайте светлинни обекти, например в анимиран механичен дисплей, като циферблат на часовника,
- Преместете лостове или пръти (като на серво), които имат постоянно натоварване,
- Завъртете пръта с резба там, където точното положение на въртене е от малко значение
Други хора, изследващи 28BYJ-48:
- Редукторен стъпков мотор
- Откриха същата скоростна кутия, както е описана по-горе за RioRand, но някои плакати твърдят, че има точно 1:64 модел на зъбни колела.
- http://42bots.com/tutorials/28byj-48-stepper-motor-with-uln2003-driver-and-arduino-uno/
Изтеглете оригиналната страница на английски като PDF формат