cwiczenie 4.pdf

Hit roku 2000

BASCOM Co l l l lege

Ćwiczenie 4

Nawijarka cewek,

czyli napędy silników krokowych

W tym artykule chciałbym pokazać Wam, jak

posiadając tylko płytkę testową AVT−2500,

procesor '2051 i kilka drobnych elementów

możemy rozwiązać niejednokrotnie skompli−

kowane problemy przygotować sobie po−

trzebne narzędzia.

Chciałbym podać Wam pierwszy, ale nie

ostatni przykład rozwiązywania za pomocą

naszej płytki i zaprogramowanego procesora

problemów mechanicznych, które zwykle

sprawiają nam najwięcej kłopotów. Nawija−

nie cewek, czy może być coś bardziej okrop−

nego, szczególnie jeżeli mamy do wykonania

kilka sztuk tych powszechnie nie lubianych

przez elektroników elementów? Pokażę

Wam zatem, jak nawet tę okropną czynność

możemy zautomatyzować i wykonać prostą

nawijarkę do cewek.

Celowo piszę: "nawijarka do cewek", a nie

"nawijarka transformatorów", ponieważ wy−

konane, a właściwie zaprogramowane prze−

ze mnie urządzenie nie bardzo nadaje się do

nawijania cięższych lub wykonywanych

grubszym drutem cewek. Powód jest prosty:

stosunkowo mała moc silnika krokowego.

Zadanie było dość proste: napisać program

wprawiający w ruch silnik krokowy, a na−

stępnie uzupełnić go o możliwość programo−

wania liczby obrotów, jaką silnik ma jednora−

zowo wykonać. Mechanika jest zupełnie ba−

nalna: cewkę o niewielkich rozmiarach moż−

na osadzić "na wcisk" na wale silnika, w ra−

zie potrzeby zwiększając jego średnicę za po−

mocą odpowiedniej liczby zwojów taśmy

izolacyjnej. Z układu prowadzącego nawija−

ny przewód na razie zrezygnowałem, pomi−

mo że jego wykonanie byłoby dość proste.

Przy odrobinie wprawy można nawijany

przewód trzymać po prostu w palcach.

Temat silników krokowych był już przeze

mnie poruszany wielokrotnie i mam nadzie−

ję, że wszyscy Czytelnicy pamiętają podsta−

wowe zasady posługiwania się tymi elemen−

tami. Do naszej konstrukcji wykorzystamy

typowy silnik krokowy, najczęściej pocho−

dzący z demontażu przestarzałych stacji dys−

ków 5". Musi to być silnik czterofazowy

(posiadający cztery niezależne cewki). Za−

stosowanie silnika dwufazowego, wymaga−

jącego odwracania kierunku przepływu

prądu w cewkach w przypadku współpra−

cy z naszą płytką testową nie jest możliwe.

Montujemy układ zgodnie z rysunkiem

1 , na którym pokazano tylko połączenia prze−

wodowe, które musimy wykonać na płytce

testowej (możemy także wzorować się na fo−

tografii przedstawiającej naszą nawijarkę)

i bierzemy się za pisanie programu. Z zasady

działania silnika krokowego wynika, że aby

wprawić go w ruch, musimy cyklicznie włą−

czać zasilanie kolejnych jego cewek.

Wynika z tego, że na wyjściach P3.0, P3.1,

P3.2 i P3.3 procesora, do których dołączone

Rys. 1

Elektronika dla Wszystkich

BASCOM

są drivery mocy zasilające cewki silnika, mu−

si kolejno pojawiać się stan wysoki. Przerwa

pomiędzy kolejnymi zmianami stanów decy−

duje o prędkości obrotowej silnika. Przerwa

ta nie może być zbyt krótka, ponieważ silnik

krokowy ma ściśle określoną maksymalną

prędkość obrotową, powyżej której silnik

raptownie traci moc, a wreszcie się zatrzy−

muje. Nie ma natomiast jakichkolwiek ogra−

niczeń "w dół" − silnik krokowy, w przeci−

wieństwie do silników DC, może obracać się

dowolnie wolno.

Napiszmy zatem podprogram powodują−

cy obrót wału silnika o cztery kroki, czyli je−

den cykl:

nie ma ograniczeń co do prędkości mini−

malnej. Zmienna X decyduje właśnie o tej

prędkości i w przypadku nawijarki powinna

być dobrana tak, aby silnik obracał się moż−

liwie szybko. W przypadku silnika, którego

używałem podczas prób wartość X wynio−

sła 10, czyli czas przerwy pomiędzy kolej−

nymi krokami wynosił 0,01 sekundy. Są−

dzę, że taka sama wartość X będzie odpo−

wiednia dla większości typowych silników

krokowych, zastosowanych w Waszych

konstrukcjach, jednak najlepiej ustalić tę

wartość doświadczalnie.

No dobrze, wiemy już jak obrócić wał sil−

nika o cztery kroki, ale w nawijarce będzie−

my raczej liczyć pełne obroty wału silnika.

I znowu pojawia się problem, który rozwią−

zać możemy jedynie drogą empiryczną.

Większość, ale tylko większość silników od

stacji dysków, z którymi miałem do czynie−

nia wykonywała sto kroków na jeden pełny

obrót wału napędowego. A zatem, w celu

wykonania pełnego obrotu przymocowanej

do wału napędowego cewki, musimy pod−

program FOURSTEPS powtórzyć 25 razy.

Jednak i to musicie sprawdzić doświadczal−

nie, ponieważ spotykałem się już z silnikami

o 90 i 120 krokach na obrót.

A zatem, wykonanie kolejnego podpro−

gramu:

komentować. Jest to Wasza praca domowa:

przeanalizujcie ten program, wypróbujcie go

i postarajcie się znaleźć inne jeszcze zastoso−

wania dla silników krokowych sterowanych

z naszej płytki testowej.

'Nawijarka do cewek

'$sim

Config Lcd = 16 * 1a

Cursor Off

Declare Sub Mainprogram

Declare Sub Foursteps

Declare Sub Ddelay

Dim R As Word

Dim 4Steps As Byte

Dim Rotations As Word

Dim X As Byte

S1 Alias P3.4

S2 Alias P3.5

S3 Alias P3.7

Rotations = 100

Steps = 25

Reset P3.0 : Reset P3.1 : Reset P3.2 : Reset P3.3

Sub Foursteps

Set P3.0 : Reset P3.1 : Reset P3.2 : Reset P3.3

Call Ddelay

Reset P3.0 : Set P3.1 : Reset P3.2 : Reset P3.3

Call Ddelay

Reset P3.0 : Reset P3.1 : Set P3.2 : Reset P3.3

Call Ddelay

Reset P3.0 : Reset P3.1 : Reset P3.2 : Set P3.3

Call Ddelay

End Sub

Sub Mainprogram

Cls

Lcd "Turns: " ; Rotations

Debounce S1 , 0 , Decrturns ,

Sub

Debounce S2 , 0 , Incrturns ,

Sub

Debounce S3 , 0 , Go_on , Sub

Loop

End Sub

Decrturns:

Decr Rotations

Każdorazowe wywołanie tego podprogra−

mu powodować będzie wykonanie przez sil−

nik czterech kroków, w czasie zależnym od

opóźnienia wnoszonego przez podprogram

DDELAY. Takie rozwiązanie ogranicza nie−

co precyzję sterowania silnikiem, ale w przy−

padku nawijarki, którą mamy zbudować, nie

ma to znaczenia. Pamiętajmy jednak, że sil−

nikiem krokowym możemy w prosty sposób

sterować z precyzją do połowy kroku. Jak?

No to popatrzcie:

If Rotations = 0 Then

Rotations = 1

End If

Locate 1 , 8

Lcd " "

Locate 1 , 8

Lcd Rotations

Waitms 50

Return

For R = 1 To Rotations ' z m ienna

ROTATIONS określa liczbę obrotów silnika,

które chcemy wykonać

For X = 1 To 4Steps ' z m ienna

4STEPS określa liczbę "poczwórnych", kroków

potrzebnych do 'obrócenia wału silnika o

360 stopni

Incrturns:

Incr Rotations

If Rotations = 65536 Then

Rotations = 65535

End If

Set P3.0 : Reset P3.1 : Reset P3.2 : Reset P3.3

'prąd płynie tylko przez

Call Foursteps

Next X

Locate 1 , 8

Lcd " "

Locate 1 , 8

Lcd Rotations

Waitms 50

Return

Next R

pierwszą cewkę

Call Ddelay

Set P3.0 : Set P3.1 : Reset P3.2 : Reset P3.3

'prąd płynie przez cewkę 1

i 2, wał silnika zatrzymał 'się w środkowym

położeniu, czyli wykonał pół kroku

Call Ddelay

Reset P3.0 : Set P3.1 : Reset P3.2 : Reset P3.3

' dokończenie kroku

spowoduje wykonanie określonej zmienną

ROTATIONS liczby obrotów silnika, czyli

nawinięcie takiej samej liczby zwojów na na−

szej cewce.

I na tym moglibyśmy już właściwie za−

kończyć pracę. Posklejać te wszystkie pod−

programy razem, zadeklarować zmienne

i podprogramy i zamiast zmiennej ROTA−

TIONS wstawić stałą, określającą liczbę

zwojów naszej cewki. Tak też postąpimy, je−

żeli mamy do wykonania tylko kilka iden−

tycznych cewek i nie zamierzamy korzystać

z nawijarki w przyszłości. Jeżeli jednak ma−

my zamiar nawijać wiele różnych cewek

o rozmaitej liczbie zwojów, to warto jeszcze

trochę popracować i napisać program, który

umożliwi programowe wprowadzanie liczby

zwojów i obsługuje wyświetlacz LCD, na

którym prezentowane są aktualnie wprowa−

dzone wartości a następnie postępy w pracy.

Napisałem taki programik i przetestowałem

go na naszej płytce. Jego listing zamieszczo−

ny jest poniżej, ale celowo nie będziemy go

Go_on:

Cls

Lcd "Waiting..."

Wait 3

Cls

Lcd "Working..."

For R = 1 To Rotations

For X = 1 To 4Steps

Call Foursteps

Next X

Locate 2 , 4

Lcd R

Next R

Reset P3.0 : Reset P3.1 : Reset P3.2 : Reset P3.3

Cls

Call Mainprogram

Return

Call Ddelay

Zostawmy jednak te dygresje i wracajmy

do naszej nawijarki. Kolejnym podprogra−

mem, który musimy napisać, jest realizacja

opóźnienia pomiędzy kolejnymi krokami:

Sub Foursteps

Set P3.0 : Reset P3.1 : Reset P3.2 : Reset P3.3

Call Ddelay

Reset P3.0 : Set P3.1 : Reset P3.2 : Reset P3.3

Call Ddelay

Reset P3.0 : Reset P3.1 : Set P3.2 : Reset P3.3

Call Ddelay

Reset P3.0 : Reset P3.1 : Reset P3.2 : Set P3.3

Call Ddelay

End Sub

Sub Ddelay

Waitms X '10 lub inna wartość, patrz tekst

dalej

End sub

Jak już wspomniałem, dla silnika kroko−

wego istnieje ściśle określona wartość ma−

ksymalnej prędkości obrotowej, natomiast

Sub Ddelay

Waitms 10

End Sub

Elektronika dla Wszystkich

BASCOM

Chciałbym nawet podsunąć Wam parę po−

mysłów, a właściwie tematów do przemyślenia.

Wróćmy jeszcze do naszej nawijarki, która jest

urządzeniem bardzo prostym i nie posiadającym

możliwości automatycznego prowadzenia nawi−

janego przewodu. A może by tak dodać do niej

drugi silnik krokowy, na którego wale zamoco−

wana by była zwyczajna śruba, M5 lub M6, ja−

kakolwiek, byle można by było łatwo połączyć

ją z wałem za pomocą kawałka rurki. Ten drugi

silnik musiałby obracać się synchronicznie

z pierwszym lub nieco wolniej, lub szybciej,

w zależności od średnicy nawijanego drutu,

zmieniając po nawinięciu każdej warstwy kieru−

nek obrotów. Gwint śruby mógłby służyć jako

prowadnica przewodu i w ten sposób otrzymali−

byśmy całkowicie zautomatyzowaną nawijarkę!

Pójdźmy dalej: wyobraźmy sobie urządze−

nie, którego szkic (szkic, a nie rysunek tech−

niczny!) został pokazany na rysunku 2 . Dwa

silniki krokowe z nasadzonymi na ich wałach

śrubami. Pierwszy silnik zamocowany jest do

podstawy, a drugi umieszczony został przesuw−

nie, na wózku lub jakichś szynach... Śruba,

a właściwie długi nagwintowany pręt (do naby−

cia w każdym sklepie ze śrubami i artykułami

budowlanymi), zamocowana do wału drugiego

silnika przesuwa jakiś element, do którego

przymocowany jest podnoszony i opuszczany

za pomocą elektromagnesu pisak wodoodpor−

ny. Amoże nie pisak, tylko mały silniczek z mi−

niaturowym frezem dentystycznym ...?

Rys. 2

ny do sterowania ploterem. Problem jest je−

dynie z "przetłumaczeniem" przez procesor

kodu HPGL i odpowiednim wysterowaniu

silników plotera. No cóż, jest to temat dla

BARDZO ambitnych programistów!

Jednak ci bardzo ambitni mogą natrafić na

poważny problem: braku wystarczającej ilości

nóżek w małych procesorach 'X051. Dwa sil−

niki krokowe to 8 pinów, zostaje tylko siedem.

Wyświetlacz alfanumeryczny to dalsze 6 pi−

nów i już pozostała nam tylko jedna wolna

nóżka! W przypadku budowy plotera, frezarki

czy też innego urządzenia sterowanego z kom−

putera nie ma to większego znaczenia, bo i tak

nie będziemy w nich raczej wykorzystywać

wyświetlacza. Ale w innych projektach te 15

aktywnych pinów może być problemem. Po−

myślimy nad jakimś rozwiązaniem na potrze−

by BASCOM College, a na razie mogę polecić

Wam prosty, opracowany przeze mnie układ,

opublikowany w numerze 4/00 Elektroniki

Praktycznej (AVT−860). Jest to sterownik

dwóch silników krokowych, cztero− lub dwu−

fazowych, lub czterech silników prądu stałego

średniej mocy. Sterownik ten dołączany jest do

procesora za pomocą magistrali I2C, która bę−

dzie tematem jednej z następnych lekcji.

Zbigniew Raabe

e−mail: zbigniew.raabe@edw.com.pl

Konsultacje: Sławomir Surowiński

e−mai: slawomir.surowinski@edw.com.pl

Chyba już wiecie, do czego zmierzam:

wykorzystując dwa silniki krokowe i garść

elementów mechanicznych moglibyśmy zbu−

dować ploter, który mógłby rysować ścieżki

bezpośrednio na laminacie albo nawet usu−

wać zbędny laminat za pomocą frezu. Nicze−

go nowego nie wymyśliłem, takie urządzenia

są od dawna produkowane i umożliwiają wy−

konanie prototypowej płytki obwodu druko−

wanego w ciągu paru minut, bez konieczno−

ści taplania się w chlorku czy innych pa−

skudztwach. Tylko że cena tych urządzeń ...

no, lepiej zmieńmy temat.

Wykonanie w amatorskich warunkach

frezarki do płytek jest całkowicie możliwe.

Prawie każdy program inżynierski, w tym

także EASY i AUTOTRAX, potrafią wyge−

nerować kod w formacie HPGL przeznaczo−

REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA

ZWROTNICE I FILTRY GŁOŚNIKOWE FIRMY JANBO

Z OFERTY AVT

KOD TYP

CZĘSTOTLIIWOŚCII

PODZIIAŁU ((Hz))

MOC

((VA))

IIMPEDANCJE

OBCIIĄŻEŃ

((OHM))

UWAGII

CENA

NETTO

ZWROTN01 B−2

5000

2 x 8

Dwudrożna 12/6 dB/okt.

11.89 zł

ZWROTN02 B−2

5000

2 x 8

Dwudrożna 12/6 dB/okt.

11.89 zł

ZWROTN03 BOT−2

1800

140

2 x 8 lub 2 x 4

Dwudrożna, polecana przy mocnym głośniku wysokotonowym

31.97 zł

ZWROTN04 P−2−18

2700 lub 4200

220

2 x 8 lub 2 x 4

Dwudrożna, profesjonalna − 18 dB/okt.

54.10 zł

ZWROTN05 SŁ−OT−8

800 / 6500

110

3 x 8

Trójdrożna, odpowiednik fabrycznych zwrotnic typu ALTUS

25.41 zł

ZWROTN06 SŁ−OT−U

850 / 6600

110

3 x 8 lub 3 x 4

Trójdrożna, ulepszony ALTUS

31.97 zł

ZWROTN07 BOTES−8

520 / 5400

110

3 x 8

Trójdrożna, z korekcją fizjologiczną − 4 dB

47.54 zł

ZWROTN08 J−3P/2

1160 / 6000

160

3 x 8 lub 3 x 4

Trójdrożna, do głośników TONSIL − cewka powietrzna

41.80 zł

ZWROTN09 A−BW226

220 / 2350

210

3 x 8 lub 3 x 4

Trójdrożna, do głośników TESLA ARN 226

59.84 zł

ZWROTN10 J−SB−FE

125

120

8 + 8 lub 4 + 4

Odgałęźnikowa, do zestawu superbasowego + satelity

63.93 zł

ZWROTN11 J−3AN

700 / 4600

160

3 x 8 lub 3 x 4

Trójdrożna, z korektorem impedancji ( GDN i GDM )

55.74 zł

ZWROTN12 X−3

400 / 5000

300

3 x 8 lub 3 x 4

Trójdrożna, do zestawów estradowych

78.69 zł

ZWROTN13 Z−F130

130

120

Samochodowy fitr basowy − jeden kanał w obudowie

38.52 zł

FILTR01

F−8

125 lub 400

300

Samochodowy filtr basowy do dodatkowego subwoofer'a

40.98 zł

FILTR02

F−4

85,130 lub 400

300

Samochodowy filtr basowy do dodatkowego subwoofer'a

40.98 zł

FILTR03

X−1H−PI

5000

160

8 lub 4

Filtr górnoprzepustowy do zestawów z głośnikami PIEZO

13.11 zł

Ceny netto bez 22% VAT. Prezentowane artykuły dostępne są w sprzedaży wysyłkowej i sklepach firmowych AVT,

bliższe informacje na stronach z ofertą.

Elektronika dla Wszystkich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: