Главная » Статьи » Блок управления


Блок контроллера униполярного шагового двигателя на PIC18F2320 V4.1

 В данном материале представлен, используемый в блоке управления CNC Controller, контроллер униполярного шагового двигателя на основе микроконтроллера PIC18F2320. Контроллер поддерживает управляющие сигналы STEP, DIR и ENABLE. В контроллере реализован микрошаговый режим и режим удержания с понижением тока фаз. Информация была взята с сайта RoboZone.

 

Блок контроллера шагового двигателя

Особенности контроллера униполярного двигателя PIC BINAR CNC 4.1:
  1. Аппаратная ШИМ регулировка ограничения тока фаз
  2. Режим удержания при отсутствии сигнала STEP более 2-х секунд (при указанных номиналах ~ 30% от номинала)
  3. Реализован режим "fixed time off”.
  4. Большой диапазон напряжения и тока фаз (зависит от силовой части контроллера)
  5. Использование универсальных управляющих сигналов STEP, DIR, ENABLE.
  6. Работа в режимах «полный шаг», «полушаг» и «микрошаг» (FULL STEP/ HALF STEP/MICRO STEP)
Схема блока контроллера шагового двигателя
 
Регулировка тока фаз осуществляется с помощью подстроечных резисторов R2 и R4.
 
Перемычками Jmp1-Jmp3 на плате переключаются режимы работы «шаг», «полушаг» и «микрошаг»:
 

Режимы работы     Jmp1      Jmp2        Jmp3

Доступны в стандартной прошивке drv2320.hex

1                                off            off            off

1 m                            on             off            off

1/2                             off            on            off

1/2  m                        on             on            off

1/4                             off            off            on

Эти режимы доступны в прошивке driver41_18F2320.hex

1/8                             on            off            on

1/16                           off             on           on

1/32                           on             on            on

 

В режиме 1 m двигатель развивает большую мощность, чем в режиме 1.

Режим 1/2 имеет стандартную реализацию полушага.

Режим 1/2 m – с компенсацией момента на валу двигателя.

 

   Прошивка driver41_18F2320.hex с поддержкой режима дробления шага 1, 1m, 1/2, 1/2m, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 была предоставлена пользователем FlashBack нашего сайта.

 

   Режим удержания с понижением тока фаз будет работать при установленной перемычке «Удержание». Ток удержания зависит от номиналов R11 и R14, с уменьшением их номиналов уменьшится и ток удержания. Любое изменение в конфигурации перемычек, требует перезапуск контроллера.

 
     Для записи программного кода в МК PIC18F2320 использовался внутрисхемный программатор отладчик PICkit 2.

    Создатели контроллера униполярного шагового двигателя с сайта RoboZone, тестировали его с униполярным шаговым двигателем PL57H76-3.0-6 (1 Ом, 3 А),  нагрев двигателя был в пределах рабочего режима, нагрев контроллера минимальный (подаваемое напряжение 42 В, ток 2,7 А), но радиатор для силовой части крайне рекомендуется (габариты зависят от мощности двигателя). Максимальная частота следования сигнала STEP - 65 кГц. При тестах с выше указанными параметрами и двигателем получили максимальную скорость 1600 оборотов в минуту. В течении 10 минут (дальше просто двигатель рисковали перегреть) на данном двигателе тестировали при токе 5 А.
 
Печатная плата блока контроллера шагового двигателя
 
Верх         Низ

     Печатная плата контроллера разведена в двухстороннем варианте, изготовлена по технологии "ЛУТ", был использован лазерный принтер HP 1010, утюг и прозрачная пленка для лазерных принтеров (пленку желательно брать ту у которой есть белая подложка например XEROX). Силовые транзисторы T3 – T6 и стабилизатор VR1 монтируются на плату с нижней стороны печатной платы (пластиком к плате) для удобства крепления радиатора (как на фото ниже). Изоляция транзисторов через теплопроводящие прокладки от радиатора ОБЯЗАТЕЛЬНА!!! Транзисторы не менее чем с двойным запасом по подаваемому напряжению на силовую часть.
 

   При использовании мощных ШД нужно уделить особое внимание блоку питания, он должен хорошо выдерживать импульсную нагрузку и иметь небольшую выходную индуктивность и сопротивление. Питание силовой части подают после того как подали напряжение 12 В. Если питание на силовую часть и на логику подаются одновременно, то необходимо установить резисторы с выводов 15 – 18 IC1 на массу, номиналом 10 – 47 кОм.

    Так же стоит обратить внимание на то, что данная схема предполагает использование IC2 именно 74HC08, т.к. временные характеристики работы схемы имеют прямую зависимость от данного типа микросхемы. Эксперименты с другими типами полевых транзисторов тоже ни к чему хорошему не приведут.


 

НАСТРОЙКА

1. До включения установить подстроечные резисторы R2 и R4 в одинаковое положение, рассчитав нужное сопротивление исходя из требуемого тока фазы: Rп = 27000 / ( 3,17 / ( R * I ) – 1 ))

      где R = R27 и R28, I = требуемый ток фазы. Формула под конкретные номиналы указанные в схеме!!!

2.    При наличии осциллографа проконтролировать напряжение и частоту на резисторах R27 и R28 в режиме 1 m, без сигнала STEP на входе и без перемычки «Удержание». При этом нас интересует только верхняя часть осциллограммы (выше ноля). Если напряжение отличается от расчетного значения (U = I*R), произвести подстройку резисторами R2 и R4. Частота ШИМ должна быть как минимум в два раза выше от максимальной частоты, которая будет подаваться по входу STEP. С выбором максимальной частоты ШИМ главное не переусердствовать, т.к. при частотах выше 200 кГц полевые транзисторы начинают ощутимо греться. Частота ШИМ зависит от индуктивности обмоток двигателя и номиналов R19, C5 и R20, C6 которые определяют время Toff.

Toff = - Ln(1 - Vm/Vp) * R * C    [Ln - это натуральный логарифм]

где:

Vm - пороговое напряжение срабатывания логической 1 по входу IC2

Vp - напряжение питания логики (в данном случае 5 вольт)

R - номинал R19, R20

C - номинал C5, C6

Т.е. к примеру Vm = 3,6 вольта и номиналы указанные в схеме: Toff = -Ln(1 - 3,6/5)*39000*0,00000000033 = 0,00001638 сек.

Время включенного состояния Ton в данном варианте можно регулировать только напряжением питания силовой части.

Хотя в большинстве случаев данное напряжение соответствует именно указанному в т.х. на ШД - source voltage.



 
Процес изготовления блока контроллера шагового двигателя
 
             

           

           
 

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СБОРКЕ

Порядок монтажа, для удобства пайки со стороны деталей:

1. Все резисторы кроме R2, R4, R27 и R28

2. Все конденсаторы кроме C9, C10 и C12

3. Диоды VD1 и VD2, все транзисторы

4. Все микросхемы

5. Стабилизатор VR1 и все разъемы

6. Резисторы R2, R4, R27 и R28

7. Конденсаторы C9, C10 и C12 

 
 

 

Скачать формы сигналов в контрольных точках блока, схема блока контроллера в формате sPlan 6.0, разводка печатной платы под "ЛУТ" в формате Sprint-Layout 5.0 и файлы прошивок в формате *.hex вы можете скачать здесь.
Категория: Блок управления | Добавил: BBB-Masters (04.06.2012) Просмотров: 43584 | Комментарии: 75 | Рейтинг: 5.0/6

75. архангел Спам 09.10.2017 11:06 Понедельник
Благодарю за подсказку. Сам виноват, не внимательно читал shy .
74. BBB-Masters 08.10.2017 02:02 Воскресенье
Здравствуйте, Спасибо что посетили наш сайт. В статье описано чем отличаются эти две прошивки.

73. архангел Спам 07.10.2017 21:14 Суббота
Добрый вечер. Смотрю тема немножко при заглохла, но все таки спрошу. В архиве два хекса, а поясните пожалуйста почему их два?
72. ЧеПаЕв Спам 15.12.2016 10:17 Четверг
Здравствуйте!
1. Подскажите, нужны ли защитные диоды на выходах схемы управления?
2. На печатке  точка соединения R10 и R11 идет на выв.2, а по схеме на выв.3, так должно быть?
71. albatros Спам 15.08.2016 18:23 Понедельник
Добрый вечер. Подскажите, если поставить IRL540L нужно ли что нибудь менять в схеме, и какой лучше применить блок питания? шд 57HS112-4004.
70. BBB-Masters 26.04.2016 13:27 Вторник
В зависимости от напряжения подаваемого на ШД
69. Stesnjashka Спам 21.02.2016 11:21 Воскресенье
Доброго времени суток. Подскажите напряжение С12. Спасибо
68. BBB-Masters 15.03.2015 16:18 Воскресенье
Да подойдет, буква N означает тип корпуса, в данном случае это DIP14
67. stafeevih88 Спам 15.03.2015 10:05 Воскресенье
Скажите пойдёт микро схема 74HC08N?
66. BBB-Masters 02.02.2015 20:30 Понедельник
В принципе можно использовать и 48 вольт, если есть альтернативный источник питания на 80В то можно использовать и выпрямитель данного типа, главное что бы источник питания хорошо выдерживал импульсную нагрузку.
65. нонейм Спам 02.02.2015 14:57 Понедельник
С боками питания некоторое затруднение. 24В и 48В попадаются. Нестабилизированный может подойти? Выпрямитель сварочного трансформатора, например?
64. BBB-Masters 02.02.2015 14:38 Понедельник
Вы правильно поняли, поскольку один двигатель потреблять ток в 4.2А если три то 12,6А, расчетное напряжение составляет 78В для нормальной работы двигателя. Если вам нужно что бы двигатель работал на высоких оборотах, необходимо установить большее напряжение и меньший ток, если высокий момент, то наоборот, меньшее напряжение и больший ток.
Транзисторы IRL640 подойдут для данного применения.
63. нонейм Спам 02.02.2015 14:03 Понедельник
Добрый день. У меня двигатели FL86STH118-4208A (4,2 А) - 3 шт.
Будет ли достаточно для адаптации схемы установить Т3-Т6 IRL640 - +V до 86B?
И как мне правильно выбрать блок питания? Правильно я понимаю, что нужен 80 В и 15 А (для трех)? Может целесообразно с более высоким выходным напряжением выбирать?
62. BBB-Masters 12.12.2014 21:13 Пятница
Нету
61. azxbm1 Спам 11.12.2014 11:50 Четверг
Добрый день' а есть прошивка род pic18f2520
1 2 3 4 5 »

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.