استپ موتور - موتور پله ای

موتور پله ای یک موتور الکتریکی هست که حرکت آن کاملا دقیق و از پیش تعریف شده می باشد که ورودی الکتریکی دیجیتال را به یک حرکت مکانیکی تبدیل می کند و با ارسال بیتهای 0 و 1 به سیم پیچهای آن ٬می توان آنرا حرکت داد.

 دانلود د ر  ادامه مطلب  

 در واقع یک موتور پله ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونویید است. موتورهای پله ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده ای در حالت های موقعیتی معین قرار می گیرند، اما موتورهای پله ای نسبتا کنترل شده، می توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله ای کنترل شده با کامپیوتر یکی از فرمهای سیستم های تنظیم موقعیت هستند، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان بار باشند. این موتورها به صورت درجه ای دوران می کنند و با درجه های مختلف در بازار موجود هستند.

در واقع واژه پله به معنی چرخش به اندازه درجه تعریف شده موتور است. مثلا استپ موتوری با درجه ۱.۸ باید ۲۰۰ پله انجام بدهد تا ۳۶۰ درجه یا یک دور کامل بچرخد (۱.۸X۲۰۰ = ۳۶۰ ) و یک استپ با درجه ۱۵ فقط باید ۲۴ پله برای یک دور کامل انجام بدهد (۲۴ X۱۵ =۳۶۰ ) . این ویژگی فوائد بسیار زیادی دارد از جمله امکان کنترل سرعت.

ساختار موتور پله ای

این موتور عموما دارای چهار قطب میباشد که سیم پیچها بر روی این چهار قطب قرار می گیرند و شما با ارسال بیتهای 0و1به این سیم پیچها در واقع میدان مغناطیسی ایجاد می کنید که این میدان باعث حرکت روتورمغناطیسی موجود در داخل موتور پله ای می شود. البته میبایست این سیم پیچها را به توالی 0 و 1 کرد و گرنه موتور مطابق میل شما نخواهد چرخید. یکی از مشخصه های این موتور زاویه حرکت آن می باشد و هر موتوری زاویه حرکتی مخصوص به خودش را دارد. مثلا اگر موتوری زاویه حرکتش 7درجه باشد٬ این موتور در هر بار ی که سیم پیچهایش حاوی ولتاژ می شوند٬ 7 درجه در سمت حرکت عقربه های ساعت یا خلاف جهت آن بسته - به اینکه سیم پیچها با چه ترتیبی ولتاژ دار می شوند- خو اهد چرخید. این 7 درجه چرخش برای این موتور پله ای نمونه یک پله یا یک step محسوب می شود . پس یک موتور پله ای در یک دور کامل ممکن است.،100تا 200 پله کمتر یا بیشتر بسته به نوع موتور داشته باشد . شما حتی می توانید یک موتور پله ای را به صورت نیم پله یعنی با نصف زاویه حرکت راه اندازی کنید . این موتورها به صورت میکرو پله نیز حرکت می کنند . در واقع منظور ٬ حرکت خیلی ریز ودقیق است. وقتیکه شما یک موتور پله ای را از نزدیک می بینید متوجه تعدادی سیم رنگی می شوید که از موتور پله ای بیرون آمده در واقع این سیم ها هر کدام به سر یک سیم پیج متصل هستند و یک سیم بین تمام سیم ها مشترک است.

نحوه کنترل

این موتور به صورت 1 بیتی یا دو بیتی حرکت می کند. در حالت یک بیتی در هر لحظه تنها یک سیم پیچ پالس 1 را دریافت می کند ودر حالت دو بیتی دو سیم پیچ در هر لحظه پالس 1 را دریا فت می کنند. اگر این دریافت پالس به صورت منظم و پشت سر هم انجام شو د٬ موتور نیز به صورت صحیح به سمت جهت حرکت عقربه های ساعت یا خلاف جهت آن حرکت خواهد کرد.

حال نحو ه کنترل موتور پله ای را در دو حالت یک بیتی یا دو بیتی بررسی می کنیم .

نحوه کنترل 1 بیتی

در حالت یک بیتی اگر اول سیم پیچ 1 را تحریک کنیم ٬ باید سیم پیچ 2 و3 و4 بدون تحریک باشند . جهت حرکت موتور پله ای در جهت حرکت عقربه های ساعت است . بعد از سیم پیچ 1 نوبت سیم پیچ 2 است که تحریک شود.، و در این حالت نیز بقیه سیم پیچها بدون تحریک هستند. بعد از آن نوبت سیم پیچ 3 و سپس نوبت سیم پیچ شماره 4 است . دقت کنید که در هر لحظه یک سیم پیچ تحریک شود ٬اگر بعد از سیم پیچ 1 سیم پیچ 4 را تحریک کنیم و سپس به سراغ 3و2 برویم موتور در جهت عکس عقربه های ساعت خواهد چرخید.

نحوه کنترل 2 بیتی

در حالت دو بیتی در لحظه دو سیم پیچ باردار می شوند . مثلا اگر اول سیم پیچ 1 و2 تحریک شوند ٬بعد سیم پیچ 2و3 ٬ سپس 3و4 و در نهایت 4 و 1 .برای حرکت موتور پله ای بایست همین ترتیب را تا وقتیکه می خوا هید موتور حرکت داشته باشد ادامه دهید . حال اگر این ترتیب را عوض کنید موتور در خلاف جهت فعلی حرکت می کند .

نحوه حرکت موتورهای الکتریکی

حالا ببینیم چه اتفاق می افتد که موتور پله ای حرکت می کند.

کلید فهمیدن اینکه موتورهای الکتریکی چگونه کار می کنند ٬فهمیدن نحوه عملکرد آهنربای الکتریکی است . آهن ربای الکتریکی مبنای کار موتورهای الکتریکی است.

اگر سیمی حدود 10 سانتی متر بردارید و به دور میخی بپیچید و دو سر آنرا به دو سر یک باطری وصل کنید٬ زمانیکه جریان از سیم عبور می کند یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم ایجاد می شود و آن میخ تبدیل به آهنربا می شود . این میدان تا زمانی که جریان از سیم عبور میکند وجود دارد . یعنی تا زمانی که دو سر سیم به باطری متصل باشد و زمانی که این اتصال قطع شود٬ این میدان نیز از بین می رود . آن سر میخ که به قطب مثبت باطری وصل شدهS وسر دیگر را که به قطب منفی باطری وصل شده N می نامیم. حال اگر یک آهن ربای نعلی شکل بردارید و این میخ را به صورت معلق در وسط این آهنربا قرار دهید به طوری که میخ کاملا افقی قرار گیرد . در صورتیکه قطب N میخ در مقابل قطب N آهنربا ی نعلی شکل قرار بگیرد و قطب دیگر میخ نیز به همین صورت . در این وضعیت میخ 180 درجه خواهد چرخد تا قطب N میخ در مقابل قطب S آهنربا و قطب S میخ در مقابل قطب N آهنربا قرار بگیرد . همانطور که میدانید دو قطب متضاد همدیگر را جذب و دو قطب همسان همدیگر را دفع می کنند ٬ که حرکت میخ نیز در آهنربای نعلی شکل به همین صورت است .

حرکت موتورهای الکتریکی نیز در واقع از همین قانون پیروی می کند . ما هر بار که در یک موتور پله ای یک سیم پیچ را تحریک می کنیم در واقع قطبهای N , S را در داخل موتور ایجاد می کنیم و روتور نیز مثل آن میخ و با استفاده از قانون جذب ودفع قطبها به حرکت در می آید واین حرکت همان چیزی است که ما به صورت فیزیکی از موتور مشاهده می کنیم

. مقایسه بین سرو موتور و موتور پله ایی ( Servo motor و Stepper motor )

سروو موتور یک سیستم کنترل بسته ( Close loop ) است در حالی که Stepper motor یک سیستم حلقه باز است ( open loop ) یعنی سیستم بدون فید بک ، بنابر این احتمال خطا در آن زیاد است ولی در سروو موتور مدارات فید بک بکار رفته در آن تشکیل یک سیستم حلقه بسته می دهد . فید بک سروو موتور یک انکدر نوری است که محور آن به سقف موتور کوبل شده است . هر انکدر در ازای دوری مشخص قطار پالس تولید می کند برای مثال یک انکدر ۲۵۰۰ پالس در ازای گردش یک دور محور آن پالس۲۵۰۰ تولید می کند که درایو سروو موتور این پالس را دریافت می کند و شمارش تعداد آن موقعیت محوری موتور را تشخیص می دهد

عدم وجود انکدر در موتور پله اییStepper motor باعث می شود که کنترل خط به سیم فرمان بدهد و درک عینی از موقعیت محوری موتور نداشته باشد . امروزه در اکثر سیستم های خطی استفاده ازسروو موتور به جای موتور پله اییStepper motor رایج تر شده و کاربرد بیشتری دارد

دانلود اموزش کامل استپ موتور  اینجا کلیک کنید 

موتور های DC دارای مدارات درایو گوناگون و الگوریتم های مختلفی برای کنترل می باشند و هدف از این قسمت نشان دادن چگونگی استفاده از این درایورها برای کنترل موتور DC از طریق میکرو کنترلر می باشد .

از مزایای موتورهای DC نسبت به سایر موتورها می توان به ارزان بودن و ساده بودن مدارات راه انداز آنها اشاره کرد . موتورهای DC دو ویزگی بسیار مهم دارند که با استفاده از این دو ویزگی می توان سرعت موتور و همچنین جهت چرخش موتور را کنترل نمود .

۱- سرعت موتور بوسیله ولتاز اعمالی به دو سر آن تامین می شود .

۲- گشتاور موتور بوسیله جریانی که از باطری می کشد تعیین می شود .

از موتورهای پله ای می توان برای جابجایی ، حرکت ، تعیین موقعیت ، و بسیاری از کارهای دیگر که در آنها کنترل دفیق موقعیت یک محور ، اهرم و . . . مورد نیاز باشد استفاده کرد . موتور پله ای وسیله پر مصرفی است که پالس های الکتریکی را به مکانیکی تبدیل می کند و در بسیاری از وسایل از جمله دیسک ها ، چاپگرهای ماتریسی و رباتیک کاربرد دارد . نحوه عملکرد یک موتور پله ای تفاوت زیادی با موتور DC ندارد و تنها تفوت این دو موتور در نحوه حرکت محور است .

در این مقاله شما نحوه را اندازی موتورهای DC و پله ای توسط میکرو کنترلر AVR و همچنین نحوه اتصال موتورها به درایورهای مربوطه را فرا حواهید گرفت . 

 آموزش مذکور سرفصل های زیر را شامل می شود :

موتورهای DC

کنترل جهت موتورهای DC

بررسی IC های درایو موتور DC

کنترل سرعت در موتورهای DC

تولید پالس PWM از طریق میکروکنترلر

موتورهای پله ای

راه اندازی موتور به صورت نیم پله

مدارهای درایو موتورهای پله ای

برای دانلود این مطلب اینجا کلیک کنید