Arduino - De stappenmotor - Revision history

WikiAdmin: /* Werking */

2018-02-18T10:15:38Z

‎Werking

WikiAdmin at 15:18, 17 February 2018

2018-02-17T15:18:46Z

WikiAdmin: /* 28BYJ-48 */

2018-02-04T22:55:04Z

‎28BYJ-48

WikiAdmin: /* Werking */

2018-02-04T22:17:13Z

‎Werking

WikiAdmin: /* 28BYJ-48 */

2018-02-04T17:27:02Z

‎28BYJ-48

WikiAdmin: /* Het programma */

2018-02-04T17:26:26Z

‎Het programma

WikiAdmin: /* De schakeling */

2018-02-04T17:05:40Z

‎De schakeling

WikiAdmin: /* De schakeling */

2018-02-04T16:53:51Z

‎De schakeling

WikiAdmin: /* De schakeling */

2018-02-04T16:52:42Z

‎De schakeling

WikiAdmin: /* De schakeling */

2018-02-04T16:52:26Z

‎De schakeling

@@ Line 28: / Line 28: @@
 |}
-Voor de aansturing van een bipolaire stappenmotor worden drivers gebruikt die voor weinig geld te koop zijn. Een bijkomend voordeel van zo'n driver is dat hij tevens veel meer stroom kan leveren dan met rechtstreekse aansluiting op de Arduino mogelijk zou zijn (<u>+</u>40mA). Ook unipolaire stappenmotoren kunnen beter via een (ander soort) driver worden aangesloten. Dankzij deze drivers kunnen we stappenmotoren gebruiken die behoorlijk wat sterker kunnen zijn dan de mini-motortjes in de servo's van een eerder project. Een ander voordeel is drivers de Arduino beschermen tegen piekspanningen die de spoelen van de motor kunnen geven. Spoelen verzetten zich namelijk tegen verandering van de stroom door de spoel en genereren een tegen-spanning bij het (snel) afsluiten van de stroom. Die piekspanning kan zo hoog zijn dat het gevoelige elektronica beschadigt.
+Voor de aansturing van een bipolaire stappenmotor worden drivers gebruikt die voor weinig geld te koop zijn. Een bijkomend voordeel van zo'n driver is dat hij tevens veel meer stroom kan leveren dan met rechtstreekse aansluiting op de Arduino mogelijk zou zijn (<u>+</u>40mA). Ook unipolaire stappenmotoren kunnen beter via een (ander soort) driver worden aangesloten. Dankzij deze drivers kunnen we stappenmotoren gebruiken die behoorlijk wat sterker kunnen zijn dan de mini-motortjes in de servo's van een eerder project. Een ander voordeel is dat drivers de Arduino beschermen tegen piekspanningen die de spoelen van de motor kunnen geven. Spoelen verzetten zich namelijk tegen verandering van de stroom door de spoel en genereren een tegen-spanning bij het (snel) afsluiten van de stroom. Die piekspanning kan zo hoog zijn dat het gevoelige elektronica beschadigt.
 ===De schakeling===

@@ Line 3: / Line 3: @@
 ===Werking===
 Het voert te ver voor hier om de werking van een [https://nl.wikipedia.org/wiki/Elektromotor elektromotor] uit te leggen, maar het basisprincipe is dat een elektromagneet een andere magneet (vaak een permanente magneet) afwisselend aantrekt en afstoot. Een elektromagneet bestaat uit een draad die om een kern is gewikkeld (een spoel). De richting van het magneetveld wordt bepaald door de stroomrichting en de sterkte van het veld door de stroomsterkte. Een stappenmotor is precies zo'n type elektromotor met permanente magneten en elektromagneten. Het verschil zit in de aansturing waarbij de elektromagneten zo geschakeld worden dat ze de dichtstbijzijnde permanente magneet aantrekken of juist afstoten. Met een slim uitgedachte opzet van permanente magneten en spoelen kan een stappenmotor een stapje maken door de juiste spoel in de juiste stroomrichting te bekrachtigen. Zo'n stapje komt dan overeen met een bepaalde draaihoek die afhankelijk is van de opzet van de stappenmotor.
 In het huis van sommige stappenmotoren zit ook een tandwielhuis dat voor extra vertraging zorgt en dus voor meer kracht, maar ook voor meer stappen per rotatie (en dus meer precisie). Daarbij kunnen stappenmotoren hun positie bevriezen en een extra tandwielvertraging vergemakkelijkt deze eigenschap.

@@ Line 37: / Line 37: @@
 ====28BYJ-48====
-Zoals gezegd is dit een unipolaire stappenmotor met vijf aansluitdraden. Om de Arduino te beschermen en ook om meer stroom te kunnen leveren wordt hij aangesloten via een driver module met de ULN2003 chip als basis. Die driver module laat met LEDjes vaak zien welke spoel-groepen bekrachtigd zijn en welke niet. De motor heeft een vertragingshuis met tandwielen (de as zit niet in het midden - dan moet er wel iets tussen zitten). De vertraging hiervan is bijna 1:64 (preciezer: 1:63.68395). Hij kan zo'n 15 toeren per minuut maken en levert, vanwege de ingebouwde vertraging, een behoorlijke kracht. Omdat we een Arduino gebruiken zal hij meestal draaien op 5 Volt, maar er zijn ook versies, met hetzelfde nummer, die tot 12 Volt gaan.
+Dit stappenmotortje is vrij populair, vooral vanwege zijn lage prijs: minder dan €5 (en dat is dan inclusief driver module). Hoewel het vaak prima motortjes zijn moet je wel een beetje oppassen. Ondanks dat ze steevast worden aangeduidt met hetzelfde typenummer ''28BYJ-48'' en je van buiten weinig verschil zult zien, gaat het in dit geval bepaald niet steeds om hetzelfde ding. Er bestaan versies met behoorlijk afwijkende specificaties. De meeste versies zijn voor 5 Volt, maar sommige lopen op 12 Volt. Er zijn, ook voor een gegeven voltage, verschillen in de weerstand van de spoelen en dus in stroomverbruik en kracht. Daarnaast zijn er grote verschillen en de ingebouwde tandwielvertraging. Hoewel de versies sterk op elkaar lijken hebben sommige meer dan 4000 stappen per rotatie, terwijl andere slechts 32 stappen per rotatie vragen. Gegevens op Internet zijn erg onbetrouwbaar. Vaak kun je in tabellen vinden dat de 12 Volt versie evenveel torque (kracht) geeft als een 5 Volt versie, terwijl dat erg onwaarschijnlijk is. [https://grahamwideman.wikispaces.com/Motors-+28BYJ-48+Stepper+motor+notes Hier] een uitgebried rapport van iemand die het e.e.a. heeft proberen na te gaan. Boodschap: onderzoek je eigen motor en vertrouw niet blindelings op de specs.
 Voor een motor is ook de kracht die hij kan leveren een belangrijk gegeven. De 28BYJ-48 levert volgens specificatie een moment-kracht van zo'n 30 mN∙m (milli Newton-meter). Dit betekent dat het een kracht levert van 30 milli Newton op een afstand van een meter van de as. Op 1 cm afstand is die kracht dan 100x groter: 3 Newton, ofwel ongeveer 300 gram. De kracht wordt dus groter naarmate de afstand kleiner wordt. De gegeven kracht hangt overigens wel af van de frequentie waarmee de motor wordt aangestuurd en de voedingsspanning die wordt gebruikt. Als je teveel kracht vraagt, zal de motor nog wel stappen maken, maar neemt de kans toe dat hij stappen gaat overslaan. Dit geldt ook als je de stappen te snel wilt maken en dus een te grote stap-frequentie gebruikt.

@@ Line 11: / Line 11: @@
 * twee dragen: normale elektromotor
 * vier draden: bipolaire stappenmotor
-* vijf draden: unipolaire stappenmotor
+* vijf of zes draden: unipolaire stappenmotor
 Door de juiste afwisseling van aansturing kan de stappenmotor stapje voor stapje zetten: de spoelen trekken het anker van de motor dwingend in een bepaalde richting. Als dit met hoge frequentie gebeurt kan de motor zelfs behoorlijk wat toeren maken. Het aansturen van unipolaire stappenmotoren komt erop neer dat de spoelen in de juiste volgorde bekrachtigd moeten worden. Dat is een betrekkelijk eenvoudig klusje voor een Arduino. Maar voor bipolaire stappenmotoren moet dus de stroom''richting'' worden omgedraaid. Dat kan een Arduino niet. Daarvoor moet gebruik worden gemaakt van een brug-schakeling met vier (elektronische) schakelaars die tegelijk omschakelen. Dit is aanzienlijk lastiger maar met de moderne elektronica toch goed uit te voeren. Daarom raakt de unipolaire stappenmotor - die duurder is aan spoelen - langzaamaan in onbruik.

@@ Line 39: / Line 39: @@
 Zoals gezegd is dit een unipolaire stappenmotor met vijf aansluitdraden. Om de Arduino te beschermen en ook om meer stroom te kunnen leveren wordt hij aangesloten via een driver module met de ULN2003 chip als basis. Die driver module laat met LEDjes vaak zien welke spoel-groepen bekrachtigd zijn en welke niet. De motor heeft een vertragingshuis met tandwielen (de as zit niet in het midden - dan moet er wel iets tussen zitten). De vertraging hiervan is bijna 1:64 (preciezer: 1:63.68395). Hij kan zo'n 15 toeren per minuut maken en levert, vanwege de ingebouwde vertraging, een behoorlijke kracht. Omdat we een Arduino gebruiken zal hij meestal draaien op 5 Volt, maar er zijn ook versies, met hetzelfde nummer, die tot 12 Volt gaan.
-Voor een motor is ook de kracht die hij kan leveren een belangrijk gegeven. De 28BYJ-48 levert volgens specificatie een moment-kracht van zo'n 30 mN∙m (milli Newton-meter). Dit betekent dat het een kracht levert van 30 milli Newton op een meter afstand van de as. Op 1 cm afstand is die kracht dan 100x groter: 3 Newton, ofwel ongeveer 300 gram. De kracht wordt dus groter naarmate de afstand kleiner wordt. De gegeven kracht hangt overigens wel af van de frequentie waarmee de motor wordt aangestuurd en de voedingsspanning die wordt gebruikt. Als je teveel kracht vraagt, zal de motor nog wel stappen maken, maar neemt de kans toe dat hij stappen gaat overslaan. Dit geldt ook als je de stappen te snel wilt maken en dus een te grote stap-frequentie gebruikt.
+Voor een motor is ook de kracht die hij kan leveren een belangrijk gegeven. De 28BYJ-48 levert volgens specificatie een moment-kracht van zo'n 30 mN∙m (milli Newton-meter). Dit betekent dat het een kracht levert van 30 milli Newton op een afstand van een meter van de as. Op 1 cm afstand is die kracht dan 100x groter: 3 Newton, ofwel ongeveer 300 gram. De kracht wordt dus groter naarmate de afstand kleiner wordt. De gegeven kracht hangt overigens wel af van de frequentie waarmee de motor wordt aangestuurd en de voedingsspanning die wordt gebruikt. Als je teveel kracht vraagt, zal de motor nog wel stappen maken, maar neemt de kans toe dat hij stappen gaat overslaan. Dit geldt ook als je de stappen te snel wilt maken en dus een te grote stap-frequentie gebruikt.
 Omdat de ingebouwde motor al 64 stappen nodig heeft om een ronde te maken en de 28BYJ-48 daarnaast een tandwielvertraging heeft van 1:63.68395 zijn er (ongeveer) 4076 stappen nodig voor een hele ronde van de as. Met ''stappen'' bedoelen we hier eigenlijk ''halve stappen''. Bij een hele stap gaat een magneet van het anker van de ene spoel naar de volgende, maar door twee naast elkaar liggende spoelen tegelijk te bekrachtigen, beweegt het anker zich naar een positie tussen de beide spoelen. Dit is geen bijzonderheid, maar wordt juist veel gebruikt voor extra precisie.

@@ Line 53: / Line 53: @@
 <pre>
-Hier de broncode van het programma
+#include <Stepper.h>
 </pre>

← Older revision		Revision as of 17:05, 4 February 2018
Line 42:		Line 42:

	Omdat de ingebouwde motor al 64 stappen nodig heeft om een ronde te maken en de 28BYJ-48 daarnaast een tandwielvertraging heeft van 1:63.68395 zijn er (ongeveer) 4076 stappen nodig voor een hele ronde van de as. Met ''stappen'' bedoelen we hier eigenlijk ''halve stappen''. Bij een hele stap gaat een magneet van het anker van de ene spoel naar de volgende, maar door twee naast elkaar liggende spoelen tegelijk te bekrachtigen, beweegt het anker zich naar een positie tussen de beide spoelen. Dit is geen bijzonderheid, maar wordt juist veel gebruikt voor extra precisie.		Omdat de ingebouwde motor al 64 stappen nodig heeft om een ronde te maken en de 28BYJ-48 daarnaast een tandwielvertraging heeft van 1:63.68395 zijn er (ongeveer) 4076 stappen nodig voor een hele ronde van de as. Met ''stappen'' bedoelen we hier eigenlijk ''halve stappen''. Bij een hele stap gaat een magneet van het anker van de ene spoel naar de volgende, maar door twee naast elkaar liggende spoelen tegelijk te bekrachtigen, beweegt het anker zich naar een positie tussen de beide spoelen. Dit is geen bijzonderheid, maar wordt juist veel gebruikt voor extra precisie.
		+
		+	{\|class="wikitable"
		+	\|-
		+	\|[[File:28byj-48_schakeling.png]]
		+	\|-
		+	\|Aansluiten 28BYJ-48 met ULN2003
		+	\|}

	===Het programma===		===Het programma===

@@ Line 31: / Line 31: @@
 {|class="wikitable"
 |-
-|[[File:28BYJ-48.jpg]]
+|[[File:28byj-48.jpg]]
 |-
 |De 28BYJ-48 unipolaire stappenmotor met driver

@@ Line 26: / Line 26: @@
 Extra benodigdheden:
-*1 (bipolaire) stappenmotor
+*1 stappenmotor ([http://42bots.com/tutorials/28byj-48-stepper-motor-with-uln2003-driver-and-arduino-uno/ 28BYJ-48] - unipolaire stappenmotor)
-*1 stappenmotor driver module
+*1 stappenmotor driver module (ULN2003)
 {|class="wikitable"
 |-
-|[[Bestand:naam bestand.png]]
+|[[Bestand:28BYJ-48.jpg]]
 |-
-|Beschrijving bovenstaande figuur
+|De 28BYJ-48 unipolaire stappenmotor met driver
 |}
 ===Het programma===