Ein-Achsen Schrittmotor Controller

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1 Seite 1 von 12 Ein-Achsen Schrittmotor Controller Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Eigenschaften Optionale Eigenschaften zusätzlich benötigte Komponenten Steuerung Steuerbefehle Einstellungen des COM-Ports Steuerung per Tastatur Hardware Prozessor A4988 Treiber Anschluss des PCs an den Prozessor Anschluss der Tastatur Preise und Zubehör Sicherheitshinweise und Garantie...12

2 Seite 2 von Einleitung Mit dieser Schaltung bipolare 4-Draht Schrittmotore (z.b. Nema 17 Stepper Motor 59Ncm) angesteuert werden. Schrittmotore drehen sich nur, wenn die beiden Spulenpaare (bipolar) mit einer bestimmten Impulsfolge angesteuert werden, im Gegensatz zu normalen Motoren, die beim Anlegen der Versorgungsspannung laufen. Die Impulsfolge (digitale Rechteckimpulse) bestimmt die Drehrichtung und, über den zeitlichen Abstand der HIGH- und Low-Level die Geschwindigkeit. Bei jedem Puls dreht sich die Welle des Motors um einen bauartabhängigen Winkel. Schrittmotore eignen sich daher sehr gut, um bestimmte Positionen exakt anzufahren, wie z.b. beim CNC-Fräsen. Demo-Video: Stepper.MOV Die Schaltung besteht aus zwei Komponenten: - Microprozessor: er erzeugt die Steuerimpulse nach Eingabe des Users über PC - A4988 Treiber: er setzt die Steuerimpulse in Leistungsimpulse für den Motor um Der Treiber begrenzt auch den maximal möglicen Strom durch die Motorspulen und schützt den Motor somit gegen Überlastung 2. Eigenschaften Ansteuerung bipolarer 4-Draht Schrittmotore Max. Spulen Strom 2 A pro Spule, Dauerstrom 1 A Motorspannung 8 35 V Steuerung über serielle Schnittstelle via PC Einfache Eingabe der Drehrichtung, der Geschwindigkeit und der Anzahl der Schritte Versorgungsspannung des Controllers 5 V Abschaltung der Motorspannung, wenn Motor nicht läuft

3 Seite 3 von Optionale Eigenschaften Steuerung auch drahtlos über Android Smartphone/Tablet möglich Generierung der Controller-Versorgungsspannung aus der Motorspannung Steuerung des Links/Rechts-Laufs mittels Tastatur mit verschiedenen Geschwindigkeiten Manuelle Steuerung per Tastatur mit verschiedenen Geschwindigkeitsstufen 2.2 zusätzlich benötigte Komponenten Motorversorgungsspannung V /mind. 2A DC 5V DC Versorgungsspannung für Controller (kann optional aus der Motorspannung, wenn Steuerung nicht über den USB des PCs erfolgt

4 Seite 4 von Steuerung 3.1 Steuerbefehle Folgende Befehle stehen zur Verfügung: a Einstellen der Potispannung zur Begrenzung des Maximalstroms (s. Punkt 4.2) ACHTUNG: die Spannung bleibt nur für 10 Sek bestehen. Falls das nicht ausreicht, muss a erneut gedrückt werden p xxxxxxx : xxxxxxx = P min ; Zeitintervall in µsek beim Wechsel von High nach Low, bzw. Low nach High pro Schritt des Motors; pro Schritt wird die Zeit zweimal Gebraucht; P min ist die minimal erforderliche Pausenzeit (typ. 350 µsek) Wird ein Wert < P min eingegeben, wird die Pausenzeit auf P min gesetzt. Beispiel p 400 : 400 µsek Pause zwischen HL und LH-Übergang l xxxxxxx : xxxxxxx = ; Anzahl der Schritte in Richtung links mit der aktuellen Pausenzeit (siehe Befehl pxxxxx); Beispiel l 4000 lässt den Motor 4000 Schritte Nach links drehen r xxxxxxx : xxxxxxx = ; Anzahl der Schritte in Richtung rechts mit der aktuellen Pausenzeit (siehe Befehl p xxxxx); Beispiel r 4000 lässt den Motor 4000 Schritte Nach rechts drehen m xxxxxx xxxxx = ; Mindestpausenzeit in µsek beim H/L und L/H-Übergang des Schrittimpulses. Achtung: wenn die Pausenzeit zu kurz gewählt wird, kann der Motor des Ansteuerung nicht mehr folgen und dreht sich nicht mehr. Typ. Wert für NEMA 17

5 Seite 5 von 12 Motoren liegt bei 500 µsek. v zeigt die aktuelle Versionsnummer der Firmware an 3.2 Einstellungen des COM-Ports Die serielle Schnittstelle wird mit folgenden Parametern betrieben: Baudrate: (USB)/ 9600 (Bluetooth) Databits: 8 Stopbits: 1 Handshake: none 3.3 Steuerung per Tastatur Der Schrittmotor kann auch mittels einer optionalen Tastatur gesteuert werden. Durch Drücken auf die UP- bzw DOWN Taste wird der Motor mit der aktuellen Pausenzeit nach links bzw. rechts gedreht. Durch Drücken auf die PROG Taste wird die Pausenzeit halbiert. Falls die minimale Pausenzeit unterschritten wird, wird diese auf 1 Sek/Schritt gesetzt.

6 Seite 6 von Hardware 4.1 Prozessor

7 Seite 7 von A4988 Treiber Prinzipschaltbild; Achtung Anschluss an Microcontroller ist unterschiedlich (s. unten) ACHTUNG: wird der Stecker des Motors um 180 gedreht, so wird die Drehrichtung getauscht. Anschluss des Treibers an den Mikroprozessor:

8 Seite 8 von 12 A4988 GND an Microcontroller GND VDD an +5V SLEEP an STEP an D5 D4 DIR an D3 ACHTUNG: der Treiber kann nur mit Kühlkörper auf voller Leistung (2 A Strom) betrieben werden. Einstellung des maximalen Motorstroms: Schließen sie den Motor an Schließen sie die Motorspannungsversorgung an Schließen sie die Microcontroller Spannungsversorgung an (LED der Prozessorplatine blinkt im 2 Hz-Takt) Verbinden sie die Prozessorplatine mit dem PC, bzw. stellen sie eine Bluetoothverbindung her. Senden sie den Befehl a <ENTER> an den Prozessor. Er aktiviert für 10 Sekunden den Stromfluss durch die Motorspulen. Der maximale Motorstrom wird über das Sub- Miniaturpoti auf der Treiberplatine eingestellt nach der Formel: I max [in Ampere] = 2 x U Poti [in Volt]. Messen sie die Spannung mit einem Voltmeter zwischen GND und der Oberseite des Potis. Stellen sie z.b. durch Drehen des Potis einen Wert von 0,6 V ein. Das begrenzt den max. Strom auf 1,2 A. Fall sie Zeit nicht reichen sollte, drücken sie erneut a <ENTER>

9 Seite 9 von Anschluss des PCs an den Prozessor Die Prozessorplatine verfügt über einen USB-Mini-Anschluss (typabhängig kann es auch ein Micro- Anschluss sein). - Laden sie den USB Treiber herunter (Typ: CH340/CH341) sps.haraldmeissner.de / Software / Arduino Uno Treiber - Installieren sie den USB-Treiber sps.haraldmeissner.de / Software / Konfiguration serielle Schnittstelle für Arduino (CH340/341); hier finden sie auch Hinweise für ein Terminal Programm, mit dem Sie dann die Befehle an den Microcontroller senden können. Befehle können danach über die Eingabezeile an den Prozessor versandt werden. Dort werden auch die Rückmeldungen des Prozessors angezeigt. 4.4 Anschluss der Tastatur Falls eine optionale Tastatur mitbestellt wird, erfolgt der Anschluss wie folgt: Anschlüsse:

10 Seite 10 von Spannungsversorgung Der Motor wird mit einer Spannung von 8-32 V / 2 A versorgt. Über die Spanning am Poti wird der maximale Spulenstrom begrenzt (s. Punkt 4.2). Wird der Controller nicht an einen PC über die serielle Schnittstelle verbunden, sondern über Bluetooth oder nut mit Tastatur gesteuert, so ist eine 5 V Spannungsversorgung erforderlich. Optional kann die 5 V Spannung aus der Motorspannung generiert werden.

11 Seite 11 von 12 5 Preise und Zubehör Bestell-Nr. Bezeichnung Preis STEP-002 Basis-Ausstattung - Prozessorplatine - A4988 Treiber bis 2 A Spulenstrom - Serielle Schnittstelle 21,95 SN-004 SN-001 SCH-001 Zubehör Schaltnetzteil 19V/ > 2 A zur Spannungsversorgung des Motors Steckernetzteil 5 V/0,8 A zur Spannungsversorgung des Controllers Gewinnung der Versorgungsspannung aus der Motorspannungsversorgung mittels Schaltregler 19,95 5,95 4,50 GEH-040 Gehäuse, ungebohrt, schwarz, 120 x 70 x 40 mm 4,95 BLUE-001 Bluetooth-Modul, HC05 oder HC-06 kompatibel 12,00 NEMA NEMA bipolarer Schrittmotor Drehmoment 59 Ncm, 200 Schritte / Umdrehung 18,95 TA-001 Tastatur zur manuellen Steuerung des Schrittmotors 4,00 Fertiggerät Montagepauschale 12,00

12 Seite 12 von 12 Porto/Versand (DHL-Paket) 6,00 *) siehe Sicherheitshinweise am Ende diese Anleitung Hinweis: Als Kleinunternehmer im Sinne von 19 Abs. 1 UStG wird Umsatzsteuer nicht ausgewiesen. 6 Sicherheitshinweise und Garantie Die vorgestellte Hard- und Software wurde gewissenhaft erstellt und geprüft. Dennoch kann keine Garantie für eine fehlerfreie Funktion in allen Einsatzbereichen gegeben werden. Eine Verwendung der Hard- und Software, insbesondere in sicherheitsrelevanten Bereichen, z.b. Schutz von Leben und Sachwerten, erfolgt somit auf eigene Gefahr. Aus dem Gebrauch der Hard- und Software können keine Garantie- und/oder Schadensersatzansprüche abgeleitet werden. Manche Geräte können prinzipiell mit Netzspannung betrieben werden (230 V). Da für die Komponenten jedoch keine CE-Zulassung vorliegt, wird nur der Betrieb bis 24 V autorisiert. Die Verwendung höherer Spannungen erfolgt auf eigene Gefahr.