» » Микрошаговый контроллер шагового двигателя на базе PIC18F2320 V4.1
Информация к новости
  • Просмотров: 223896
  • 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.
<
YurkaM

24 марта 2009 20:48

Информация к комментарию
  • Группа: Гости
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: --
  • Статус:
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 0
Данная схема без особых проблем переделывается под мостовую, с использованием драйверов верхнего и нижнего плеча, например IR2101

А был-ли на практике опробован данный вариант? Ибо терзают смутные сомнения. Ведь при данной логике работы возможны ситуации, когда бутсрепный кондёр не будет подзаряжаться длительное время...
<
Sergey_r

25 марта 2009 08:46

Информация к комментарию
  • Группа: Журналисты
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: 13.07.2008
  • Статус: Пользователь offline
  • Публикаций: 10
  • Комментариев: 181
YurkaM,
Данный вариант был испробован немного с другим контроллером, но логика работы была именно эта. Ну и написано вроде что это просто пример...
А на счет заряда бутс. кондера в принцепе можно не переживать, т.к. верхнее плече проработает в линейном режиме (после относительно длительного простоя) сущие микросекунды, на практике один такт ШИМа, проверено.
Другое дело, что данный вариант не является законченным решением. Поэтому полный вариант разработанной схемы под мост и не приводим.
<
YurkaM

25 марта 2009 10:25

Информация к комментарию
  • Группа: Гости
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: --
  • Статус:
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 0
Хм.. Ну если проверено в железе - и работало, значит я чего-то недопонимаю.
Диагонали мота работают поочерёдно:
Одна полностью выключена, а вторая периодически включается и по току выключается. Т.е. пока верхний транзистор молотит, нижний (того же драйвера) закрыт!!! За счёт чего зарядится бтс. кондёр??
Где я ошибаюсь?
Да, допускаю, что при вращении его ёмкости может хватать. А если вращение медленное? А при остановке?
Я бы конечно сам проверил и нашёл где ошибаюсь, - да не на чем пока...
<
Sergey_r

25 марта 2009 12:40

Информация к комментарию
  • Группа: Журналисты
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: 13.07.2008
  • Статус: Пользователь offline
  • Публикаций: 10
  • Комментариев: 181
YurkaM,
Скорость вращения значения вообще не имеет, ШИМ то идет всегда. Все плечи могут быть выключены только когда по Enable работа запрещена, еще случай когда в ноле одна обмотка остановилась. Вобщем гемороя небыло, просто лично мне такой "огород" не понравился.
Если вдруг соберешся повторять имей в виду что по питанию драйверов обязательно емкостя надо ставить, причем емкость должна быть больше чем C бутс. Ну и диоды с малым временем восстановления.
<
YurkaM

25 марта 2009 14:33

Информация к комментарию
  • Группа: Гости
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: --
  • Статус:
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 0
лично мне такой "огород" не понравился

Дык, и мне не нравиться, - да деваться некуда, в наличии только биполярные ШД.
Про емкостя и шутрые диоды спасибо. Я в курсе, - игрался как-то с УНЧ класса D....
<
Tahmasibs

2 апреля 2009 14:49

Информация к комментарию
  • Группа: Гости
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: --
  • Статус:
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 0
Здравствуйте Все. Почему в архиве "cnc_v41.rar" на плате маркировка V4.0?!!
<
administrator

2 апреля 2009 14:55

Информация к комментарию
  • Группа: Администраторы
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: 26.02.2008
  • Статус: Пользователь offline
  • Публикаций: 66
  • Комментариев: 747
Tahmasibs, ну забыли циферку поменять smile на работу то не влияет
<
Tahmasibs

2 апреля 2009 15:14

Информация к комментарию
  • Группа: Гости
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: --
  • Статус:
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 0
Большое спасибо за оперативные ответы! Очень Вам благодарен.
<
avr123

3 апреля 2009 23:35

Информация к комментарию
  • Группа: Гости
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: --
  • Статус:
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 0
Сделал часть схемы в PROTEUS - микрошаг контроллер ШД на PIC18F2320 V4.1.rar

Очень интересно посимулировать ! В архиве проект для PROTEUS и качественная схема в .PDF

---------------------------------------------

Скриншоты:

http://radikal.ru/F/i033.radikal.ru/0904/ba/e467b1493357.png.html

http://radikal.ru/F/s43.radikal.ru/i099/0904/7c/fab029495d21.png.html

Прошивка и качественная схема имется в данном материале
admin
<
avr123

4 апреля 2009 00:46

Информация к комментарию
  • Группа: Гости
  • ICQ: {icq}
  • Регистрация: --
  • Статус:
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 0
А проект для PROTEUS ?
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.