مدارات موتور و معرفی اسنپ موتورها

• موتور و مدارات مربوط به آن:

در اين پروژه از استپ موتور بعنوان تامين گننده گشتاور لازم براي جابجا كردن آسانسور استفاده شده است. همچنين بدليل استفاده از استپ موتور با قطع نكردن جريان موتور در حالت ايستادن ميتوان از آن به عنوان ترمز استفاده كرد.
استپ موتورها بدليل ساختاري كه دارند عموما در تعيين موقعيت و جابجايي به اندازه معين كاربرد دارند. در اين پروژه نيز مي‌توانستيم از اين خاصيت استپ موتور استفاده كنيم. ولي بدليل اينكه مي‌خواستيم طرح شبيه تر به نمونه‌هاي معمولي باشد، از موتور تنها بعنوان يك توليد كننده گشتاور استفاده نموديم. و براي تعيين موقيت نيز از سنسورهاي نوري استفاده گرديد.

مختصري راجع به استپ موتور:

استپ موتورها به موتورهاي پله‌اي نيز معروفند. موتورهاي پله‌اي اغلب همراه با ميكروكنترولر براي ايجاد نيروي محركه قابل كنترل مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين موتورها حاوي سيم‌پيچ‌هايي مي‌باشند، و در هر مرحله پالس‌هاي خروجي به صورت الكتريكي به سيم‌پيچ مناسب اعمال مي‌شوند. به اين ترتيب در هر مرحله، موتور به اندازه زاويه تعيين شده مي‌چرخد. محور آن را مي‌توان به ميزان دقيق در جهت مستقيم يا معكوس چرخاند. همچنين مي‌توان آن را طوري برنامه‌ريزي كرد، كه در جهت دلخواه با سرعت مشخص بچرخد.

موتورهاي پله‌اي

موتورهاي پله‌اي دستگاه‌هايي هستند كه به ازاء هر پالس پله مقدار دقيقي بر حسب درجه گردش مي‌كند و از اين رو موتورها با موتورهاي عادي كه هنگام اعمال نيرو به صورت پيوسته مي‌چرخند متفاوتند. موتورهاي پله‌اي در هر حركت تعداد صحيحي پله را طي كرده و سپس مي‌ايستند و مانند موتورهاي DC و AC نياز به زماني براي رسيدن به لحظه توقف ندارند. بطور معمول موتورهاي پله‌اي در هر پله 1.8 درجه يا 7.5 درجه مي‌چرخند. اين موتورها معمولا با تعداد پله‌هايي كه براي كامل كردن يك چرخش 360 درجه طي مي‌كنند‌ مشخص مي‌شوند.

موتور مورد استفاده در اين پروژه در هر پله 0.9 درجه را طي مي‌كند. يعني 360 درجه را در 400 استپ مي‌پيمايد كه دقت خوبي براي كارهاي دقيق به شمار ميرود.به آساني مي‌توان موتورهاي پله اي را توسط ميكروكنترولرها و يا آي سي‌هاي اختصاصي براي راه اندازي موتورهاي پله اي راه اندازي كرد. اين آي سي‌ها، مانند SSA1027 يا SSA1024 در مدارهايي كه حركت با زاويه دقيق ضروري مي‌باشد، به ميزان زياد مورد استفاده قرار مي‌گيرد. از موارد مصرف آن مي‌توان حركت بازوي ربات، انتخاب كاراكتر در چاپگرهاي آفتابگرداني، كنترل حركت هد چاپگر، بار گذاري كاغذ در ماشين تايپ الكترونيكي، و غيره نام برد.

چگونه یک موتور پله ای راه اندازی کنیم؟

براي راه‌اندازي يك موتور پله‌اي بايد يك تعداد پالس به چهار سيم پيچ موتور اعمال شود. يك و يا دو سيم پيچ در هر لحظه تحريك شده و موتور را به اندازه يك پله مي‌چرخاند. الگويي كه طبق آن بايد سيم پيچ‌ها تحريك شوند، بايد به دقت تعقيب شود تا موتور درست كار كند. اين الگو با توجه به حالتي كه موتور مورد استفاده قرار مي‌گيرد تغيير مي‌كند. حالت عادي براي كاربردهاي گشتاور پائين، حالت نيم پله‌اي (half step) است كه در آن يك موتور 200 پله‌اي براي چرخش كامل در واقع 400 نيم پله را طي مي‌كند.

موتورهاي پله اي به دو صورت اصلي ارائه شده‌اند، كه عبارتند از: نوع تركيبي (Hybrid) و نوع مبتني بر مقاومت مغناطيسي متغيير (Variable-Reluctance).چون در اين پروژه از موتور پله‌اي تركيبي استفاده شده،مختصري را راجع به آن ذكر ميكنم.

موتور پله ای ترکیبی

متداولترين نوع موتورهاي پله‌اي از نوع تركيبي هستند. در اين نوع موتورها بخش چرخان حاوي آهنرباي دائم مي‌باشد و فلوي مغناطيسي انرژي دار شده با محور مرزي آن موازي است. معمولا اين موتورها چهار فاز (يا سيم پيچ) دارند كه يا مانند شكل 7 با استفاده از هشت پايه مستقل و يا مانند شكل 8 به صورت 2 مجموعه پايه‌هاي سه تايي در دسترس قرار مي‌گيرند. اين فازها معمولا به صورت يك قطبي طراحي مي‌شوند و بايد با قطبيت صحيح متصل شوند.

براي چرخش موتور ميكروكنترولر چه باید کرد؟

براي چرخش موتور ميكروكنترولر بايد الگوي راه‌اندازي را به خروجي بفرستد. الگوي راه‌اندازي نيم پله در جدول 1 ارائه شده است. براي كاربردهاي با گشتاور بالاتر، از الگوي پله‌اي معمولي (Full step) استفاده مي‌شود. اين الگو در جدول 2 آمده است. براي كنترل موتور پله‌اي ميكروكنترولر بايد مقادير نشان داده شده در اين جدول را با همان ترتيب ارائه شده به خروجي ارسال نمايد.

جدول 1 و 2 مشابه يك حلقه هستند. يعني پس از پله آخر خروجي بايد پله اول باشد. اين مقادير اگر بترتيب نشان داده شده ارسال شوند موتور در يك جهت ميچرخد و اگر ترتيب ارسال آن‌ها بر عكس شود جهت چرخش موتور نيز عكس خواهد شد. رعايت اين ترتيب، حتي اگر موتور براي يك لحظه متوقف باشد، ضروري است. پله بعدي براي راه اندازي مجدد موتور بايد دنباله الگو باشد. با توجه به اينرسي مكانيكي موتور و براي اينكه هيچ پله‌اي از دست نرود بايد بين هر دو پله متوالي يك تاخير زماني كوتاه معمولا حدود 5 تا 15 ميلي ثانيه اعمال شود.

ضمنا در موتورهاي پله‌اي موقع ايستادن اگر الگوي موقعيت موجود همچنان به موتور اعمال گردد موتور به عنوان ترمز عمل خواهد كرد. و نسبت به جابجايي مقاومت نشان خواهد داد.در اين پروژه به جاي ترمز از اين خاصيت استپ موتور استفاده گرديده و مدار را نسبت به افزودن سخت افزار اضافي جهت انجام ترمز و همچنين نگه داشتن آسانسور در موقعيت خود بي‌نياز كرده است.