» » Микрошаговый контроллер шагового двигателя на базе PIC18F2320 V4.1
Информация к новости
  • Просмотров: 224908
  • Автор: Sergey_r
  • Дата: 7 января 2009
Изменил: administrator
Причина: Можно заказать в собранном и настроенном виде.
  • 100
7 января 2009

Микрошаговый контроллер шагового двигателя на базе PIC18F2320 V4.1

Категория: Домашнее ЧПУ (CNC)

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.

Микрошаговый контроллер шагового двигателя на базе PIC18F2320 V4.1

Особенности контроллера униполярного двигателя PIC BINAR CNC 4.1:

  • Аппаратная ШИМ регулировка ограничения тока фаз

  • Режим удержания при отсутствии сигнала STEP более 2-х секунд (при указанных номиналах ~ 30% от номинала)

  • Реализован режим "fixed time off”.

  • Большой диапазон напряжения и тока фаз (зависит от силовой части контроллера)

  • Использование универсальных управляющих сигналов STEP, DIR, ENABLE.

  • Работа в режимах «полный шаг», «полушаг» и «микрошаг» (FULL STEP/ HALF STEP/MICRO STEP)

Микрошаговый контроллер шагового двигателя на базе PIC18F2320 V4.1

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

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

Только в коммерческой версии прошивки:

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.

 

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.

 

Контроллер тестировался 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 контроллера разведена в двухстороннем варианте под «ЛУТ». 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). Изоляция транзисторов через теплопроводящие прокладки от радиатора ОБЯЗАТЕЛЬНА!!! Транзисторы не менее чем с двойным запасом по подаваемому напряжению на силовую часть.

Печатная плата контроллера

 

При использовании мощных ШД нужно уделить особое внимание блоку питания, он должен хорошо выдерживать импульсную нагрузку и иметь небольшие 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.

 

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

 

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.

Формы сигналов в контрольных точках схемы:

Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера

 

Схема контроллера в формате sPlan 6.0, разводка печатной платы под ЛУТ в формате Sprint-Layout 5.0 и файл прошивки в формате *.hex вы можете скачать ниже:

Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера

 

Прошивка для "некультурных" программаторов:

Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера

 

Вариант прошивки со следующими изменениями:

1. Введен контроль пропуска шагов, т.е. если частота сигнала STEP превысит скорость обработки шагов контроллером, при этом на 28-м выводе PIC контроллера устанавливается 1, далее, если установлена перемычка обозначенная на схеме как "Удержание", то дальнейшая работа блокируется и двигатель обесточивается, если нет, то работа продолжится, но на 28-м выводе логическая 1 так и останется.

2. Введен режим защиты от сбоев (к примеру по питанию), если по каким либо причинам контроллер глюканул, то через ~ 0,5 сек. контроллер обесточит двигатель и на 28-м выводе PIC контроллера с периодичностью 1 сек. будет поочередно устанавливаться 1, 0 и т.д. по циклу.

3. В данном варианте для того чтобы не использовать вариант с понижением тока в режиме "удержание" просто не впаиваем резисторы R11 и R14.

p.s. Удобно для контроля работы к 28-му выводу PICа подключить светодиод, который будет индицировать ошибку.

При включении контроллера на ~ 0,5 сек. на данном выводе устанавливается 1 и работа силовой части заблокирована (удобно для нормального старта импульсного БП), далее контроллер переходит в штатный режим работы.

Прошивка: Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера

Видео-ролик работы электронной части управления шаговыми двигателями. Деление шага 1/16, программа управления Mach3.

 

Печатная плата контроллера промышленного изготовления

 

P.S. Данная схема без особых проблем переделывается под мостовую, с использованием драйверов верхнего и нижнего плеча, например IR2101 (мостовой вариант вы делаете на свой страх и риск).

Примерно так: Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера

 
Полная версия прошивки (бывшая коммерческая) -  Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера
Так как производства больше не будет  - пользуйтесь бесплатно  fellow  

 

Метки к статье: cnc, чпу, драйвер двигателя, контроллер шагового, микрошаг, шаговый двигатель, PIC18F2320

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
<
omega

5 февраля 2009 14:39

Информация к комментарию
  • Группа: Гости
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: --
  • Статус:
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 0
Sergey_r, как ты и сказал проблема в монтаже была. Собрал также интерфейсную плату с опторазвязкой (здесь на сайте есть в этом разделе), единственное поменял там распиновку выходов на контроллеры, чтобы удобнее было шлейфики сделать. Все работает супер !
Ребята Спасибо!
Теперь приступаю к механике :)
<
AvrDmitriy

9 февраля 2009 12:28

Информация к комментарию
  • Группа: Гости
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: --
  • Статус:
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 0
Здравствуйте! Можно узнать что происходит с опорным напряжением
в режиме полного шага при 0 частоте на входе и выключенном режиме
понижения тока фаз. Пробовал собрать схемку на другом контроллере
использовав внешний компаратор, на опорный вход подавал постоянку 1-2в но получается что при регулировке тока фаз меняется частота а не
скважность. Заранее спасибо.
<
Sergey_r

9 февраля 2009 17:35

Информация к комментарию
  • Группа: Журналисты
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: 13.07.2008
  • Статус: Пользователь offline
  • Публикаций: 10
  • Комментариев: 181
Какие внешние компараторы пробовал использовать? К примеру с LM339 ничего путнего не получается, поэтому пиковские и использовал. У тебя я так понимаю при уменьшении тока частота ШИМ резко уменьшается, проблему можно решить только существенным усложнением обвязки компараторов.
А так принцип простой: подали ток в обмотку, он начинает нарастать, как только достигнет уровня опорного, компаратор срабатывает, открывается транзистор к примеру T1 и разряжает конденсатор C5, полевик на выходе закрывается и с небольшой задержкой определяемой постоянной цепи R25, C7 (это для T1) компаратор опять разрешает работу, но т.к. С5 моментально зарядиться не может до уровня отпирания логики IC2 то соответствующий полевик все еще закрыт, как только напряжение на С5 достигнет порогового напряжения срабатывания логики IC2, полевик открывается и процесс повторяется... Вот как раз время заряда C5 и определяет время выключенного состояния ключа (Fixed time off).
<
Sergey1234

9 февраля 2009 20:57

Информация к комментарию
  • Группа: Гости
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: --
  • Статус:
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 0
Зачем Т1-Т2 или проблема с компиляцией CMCON REGISTER bit 4-5?
<
Andrey22Grygorev

10 февраля 2009 09:38

Информация к комментарию
  • Группа: Гости
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: --
  • Статус:
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 0
ваш контроллер может работать как в полношаговым, так и в микрошаговом режиме?
<
Sergey_r

10 февраля 2009 09:45

Информация к комментарию
  • Группа: Журналисты
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: 13.07.2008
  • Статус: Пользователь offline
  • Публикаций: 10
  • Комментариев: 181
Sergey1234,
А сам-то пробовал компаратор по прерываниям опрашивать, где то в постах по 4-й версии уже писал, что заявленное в документации неустойчивое состояние компараторов именно в программной обработке и выскакивает, ну это в принципе решаемо. Второй момент, какая максимальная частота тактирования сигнала STEP получится, не считал? Ну и в третьих, внешними элементами каждый может под себя Toff настроить.

Andrey22Grygorev,
А в описании что неясно написано? "Перемычками Jmp1-Jmp3 на плате переключаются режимы работы «шаг», «полушаг» и «микрошаг»"
<
Andrey22Grygorev

19 февраля 2009 13:45

Информация к комментарию
  • Группа: Гости
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: --
  • Статус:
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 0
На схеме не видны значения емкости конденсаторов С1, С2. Прошу уточнить.
<
Sergey_r

19 февраля 2009 14:27

Информация к комментарию
  • Группа: Журналисты
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: 13.07.2008
  • Статус: Пользователь offline
  • Публикаций: 10
  • Комментариев: 181
Andrey22Grygorev,
С1 и С2 - 6,8 nF. В архиве же лежит схема с нормальным качеством...
<
JohNN

4 марта 2009 15:39

Информация к комментарию
  • Группа: Гости
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: --
  • Статус:
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 0
вопрос: микросхему надо в любом случае прошивать, если я захочу повторить схему? если просто купить контроллер он работать не будет?
<
Sergey_r

4 марта 2009 16:02

Информация к комментарию
  • Группа: Журналисты
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: 13.07.2008
  • Статус: Пользователь offline
  • Публикаций: 10
  • Комментариев: 181
JohNN,
Конечно надо прошивать. Компьютер же у тебя без операционки не работает.
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.