बिना माइक्रोकंट्रोलर के स्टेपर मोटर चलाना: 7 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

इस निर्देशयोग्य में, मैं एक 28-BYJ-48 स्टेप मोटर चलाऊंगा, जिसमें UNL2003 डार्लिंगटन एरे बोर्ड, जिसे कभी-कभी x113647 नाम दिया जाता है, बिना माइक्रो कंट्रोलर के।

इसमें स्टार्ट/स्टॉप, फॉरवर्ड/बैकवर्ड और स्पीड कंट्रोल होगा।

मोटर एक यूनी-पोलर स्टेप मोटर है जिसमें फुल स्टेप मोड में 2048 स्टेप्स प्रति रेवोल्यूशन होता है। मोटर के लिए डेटाशीट https://robocraft.ru/files/datasheet/28BYJ-48.pdf पर पाई जाती है

दोनों उपकरणों को कई विक्रेताओं से एक साथ खरीदा जा सकता है। मुझे kjell.com से मेरा मिला है

अपने आस-पास के विक्रेता को खोजने के लिए इसे बिंग या गूगल करें।

मैं पहले इसे चलाने के लिए आवश्यक कुछ चरणों और भागों से गुजरूंगा, और फिर कुछ और नियंत्रण के लिए कुछ चरणों और भागों को जोड़ूंगा।

आपको चेतावनी दी जानी चाहिए कि मैं जिन भागों का उपयोग करता हूं, वे वे हैं जो मेरे खजाने की छाती में होते हैं, और जरूरी नहीं कि वे भाग इस उद्देश्य के लिए सबसे उपयुक्त हों।

इसके अलावा, आपको चेतावनी दी जानी चाहिए, कि यह मेरा पहला निर्देश है, और यह कि मैं इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए काफी नया हूं।

कृपया टिप्पणी जोड़ें यदि आपको लगता है कि मैंने कुछ ऐसा किया है जो मुझे नहीं करना चाहिए, या यदि आपके पास सुधार के लिए सुझाव हैं, या बेहतर उपयुक्त भागों के लिए सुझाव हैं।

चरण 1: भाग सूची

इस परियोजना के लिए उपयोग किए जाने वाले भाग हैं

• ब्रेड बोर्ड
• स्टेपर मोटर 28byj-48
• डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर सरणी ULN2003 बोर्ड (x113647)
• 74HC595 शिफ्ट रजिस्टर
• 74HC393 बाइनरी रिपल काउंटर
• DS1809-100 डलासस्टैट डिजिटल पोटेंशियोमीटर
• 74HC241 ऑक्टल बफर
• 3 × स्पर्शनीय बटन
• 3 × 10kΩ प्रतिरोधक
• 2 × 0.1μF सिरेमिक कैपेसिटर
• 1 × 0.01 μF सिरेमिक कैपेसिटर
• कनेक्शन तार
• 5 वी बिजली की आपूर्ति

चरण 2: मुख्य भाग

74HC595 शिफ्ट रजिस्टर

UNL2003 बोर्ड के चार इनपुट पिनों को बार-बार इस क्रम में देकर मोटर को स्थानांतरित किया जाता है:

1100-0110-0011-1001

यह मोटर को फुल स्टेप मोड में चलाएगा। पैटर्न 1100 को बार-बार दाईं ओर स्थानांतरित किया जाता है। यह एक शिफ्ट रजिस्टर का सुझाव देता है। जिस तरह से एक शिफ्ट रजिस्टर काम करता है, हर घड़ी चक्र में, रजिस्टर में बिट्स एक स्थान पर दाईं ओर शिफ्ट हो जाते हैं, उस समय के इनपुट पिन के मूल्य के साथ सबसे बाएं बिट को बदल देते हैं। इसलिए, इसे 1 के दो घड़ी चक्र और फिर 0 के दो घड़ी चक्रों के साथ मोटर डाइविंग के लिए पैटर्न उत्पन्न करना चाहिए।

घड़ी के संकेतों को उत्पन्न करने के लिए, एक थरथरानवाला की आवश्यकता होती है, जो दालों की एक स्थिर श्रृंखला को अधिमानतः एक स्वच्छ वर्ग तरंग उत्पन्न करता है। यह मोटर को सिग्नल के शिफ्टिंग पैटन का आधार बनाएगा।

"एक के दो चक्र और फिर 0 के दो चक्र" उत्पन्न करने के लिए, फ्लिप-फ्लॉप का उपयोग किया जाता है।

मेरे पास 74HC595 शिफ्ट रजिस्टर है। यह एक बहुत ही लोकप्रिय चिप है, जिसका वर्णन कई इंस्ट्रक्शंस और यूट्यूब वीडियो में किया गया है।

डेटा शीट https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74hc595.pdf पर देखी जा सकती है।

एक अच्छा निर्देश 74HC595-Shift-Register-Demistified by bweaver6 है, 74HC595 शिफ्ट रजिस्टर काम करता है ताकि हर घड़ी चक्र में, इसके 8 बिट रजिस्टर में डेटा को दाईं ओर स्थानांतरित किया जाए, और सबसे बाईं स्थिति में इनपुट पिन के मूल्य में शिफ्ट किया जाए। इसलिए, इसे 1 के दो घड़ी चक्र और फिर 0 के दो घड़ी चक्र खिलाए जाने चाहिए।

डेटा को क्लॉक पल्स के बढ़ते किनारे पर स्थानांतरित किया जाता है। इसलिए फ्लिप-फ्लॉप को घड़ी के गिरते किनारे पर टॉगल करना चाहिए, इसलिए 74HC595 में राइजिंग क्लॉक एज पर स्थिर डेटा इनपुट होगा।

74HC595 को इस तरह से तार-तार किया जा सकता है:

पिन 8 (जीएनडी) -> जीएनडी

पिन 16 (वीसीसी) -> 5वी पिन 14 (एसईआर) -> पिन 12 में डेटा (आरसीएलके) -> क्लॉक इनपुट पिन 11 (एसआरसीएलके) -> क्लॉक इनपुट पिन 13 (ओई) -> जीएनडी पिन 10 (एसआरसीआरएल) -> 5V पिन 15, और 1-3 मोटर चलाने के लिए पैटर्न को आउटपुट करेंगे।

RCLK और SRCLK को जोड़ने से यह सुनिश्चित होता है कि चिप डेटा रजिस्टर हमेशा आउटपुट रजिस्टर के साथ समन्वयित रहता है। पिन 13 को जमीन पर रखने से आउटपुट रजिस्टर की सामग्री तुरंत आउटपुट पिन (Q0 - Q7) को दिखाई देती है।

555 टाइमर

क्लॉक पल्स जेनरेट करने के लिए 555 टाइमर चिप का इस्तेमाल किया जा सकता है। यह भी एक बहुत लोकप्रिय चिप है, और शिफ्ट रजिस्टर की तुलना में और भी अधिक वर्णित और चर्चा की गई है। विकिपीडिया का https://en.wikipedia.org/wiki/555_timer_IC पर एक अच्छा लेख है।

डेटा शीट यहाँ है:

यह चिप, अन्य बातों के अलावा, स्क्वायर वेव क्लॉक पल्स उत्पन्न कर सकती है। बाहरी प्रतिरोधों और कैपेसिटर का उपयोग आवृत्ति और कर्तव्य चक्र (अंश पर) को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है।

जब बार-बार पल्स उत्पन्न करने के लिए सेट किया जाता है, तो 555 चिप को एस्टेबल मोड में कहा जाता है। यह ऊपर की तस्वीर की तरह इसे वायरिंग करके किया जाता है। (विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से jjbeard [सार्वजनिक डोमेन] द्वारा चित्र):

पिन 1 -> जीएनडी

पिन 2 -> R1 (10kΩ) -> पिन 7 पिन 2 -> पिन 6 पिन 3 आउटपुट पिन 4 (रीसेट) है -> 5V पिन 5 -> 0.01μF -> GND पिन 6 -> 0.1μF -> GND पिन 7 -> R2 (10kΩ) -> 5V पिन 8 -> 5V

पिन 3 का आउटपुट 74HC595 शिफ्ट रजिस्टर के इनपुट क्लॉक पिन (पिन 11 और पिन 12) से जुड़ा होगा।

आउटपुट सिग्नल की आवृत्ति (और इसलिए स्टेप मोटर की गति) को रोकनेवाला R1 और R2 के मानों और कैपेसिटर C के मान द्वारा निर्धारित किया जाता है।

चक्र समय T ln(2) C (R1 + 2 R2) या लगभग 0.7 C (R1 + 2 R2) होगा। आवृत्ति 1 / टी है।

कर्तव्य चक्र, चक्र समय का अंश जो संकेत उच्च है, (R1 + R2) / (R1 + 2R2) है। इस परियोजना के लिए कर्तव्य चक्र बहुत महत्वपूर्ण नहीं है।

मैं R1 और R2, और C = 0.1μF दोनों के लिए 10kΩ का उपयोग करता हूं।

यह लगभग 480 हर्ट्ज की आवृत्ति देता है, और अधिकतम आवृत्ति के करीब है जो मैंने पाया कि स्टेप मोटर बिना रुके संभाल सकता है।

74HC595 से 1100 शिफ्ट किए गए, दोहराए गए पैटर्न को उत्पन्न करने के लिए, पिन 14 (SER) को दो घड़ी चक्रों के लिए उच्च रखा जाना चाहिए, और फिर दो घड़ी चक्रों के लिए बार-बार कम होना चाहिए। यानी पिन को घड़ी की आधी आवृत्ति के साथ दोलन करना चाहिए।

74HC393 दोहरी बाइनरी रिपल काउंटर

74HC393 बाइनरी में गिना जाता है, और इसका मतलब यह भी है कि इसका उपयोग पल्स आवृत्तियों को दो की शक्तियों से विभाजित करने के लिए किया जा सकता है, इसकी डेटा शीट यहाँ है:

74HC393 दोहरी है, इसमें प्रत्येक तरफ एक 4 बिट काउंटर है।

क्लॉक पल्स के गिरते किनारे पर, पहला आउटपुट पिन चालू और बंद होता है। इसलिए, आउटपुट पिन वन इनपुट क्लॉक की आधी आवृत्ति के साथ दोलन करेगा। आउटपुट पिन वन के गिरते किनारे पर, आउटपुट पिन दो टॉगल ऑन और ऑफ करता है। और इसी तरह सभी चार आउटपुट पिन के लिए। जब भी पिन n बंद हो जाए, तो n+1 टॉगल पिन करें।

पिन n+1 पिन n जितनी बार आधा बदलता है। यह बाइनरी काउंटिंग है। काउंटर फिर से शून्य पर शुरू होने से पहले 15 (सभी चार बिट्स 1) तक गिन सकता है। यदि काउंटर 1 का अंतिम आउटपुट पिन काउंटर 2 की घड़ी के रूप में जुड़ा है, तो यह 255 (8 बिट) तक गिना जा सकता है।

इनपुट घड़ी की आधी आवृत्ति के साथ एक पल्स बनाने के लिए, केवल आउटपुट पिन 1 की आवश्यकता होती है। यानी केवल शून्य से एक तक गिनती।

इसलिए, यदि गिनती 555 से घड़ी की पल्स द्वारा की जाती है, तो 74HC393 काउंटर पर पिन जो बिट 2 का प्रतिनिधित्व करता है, घड़ी की आधी आवृत्ति के साथ दोलन करेगा। इसलिए इसे 74HC595 शिफ्ट रजिस्टर के SER पिन से जोड़ा जा सकता है, जिससे यह वांछित पैटर्न उत्पन्न कर सके।

74HC393 बाइनरी काउंटर की वायरिंग होनी चाहिए:

पिन 1 (1CLK) -> 74HC595 पिन 11, 12 और 555 पिन 3

पिन 2 (1CLR) -> GND पिन 4 (1QB) -> 74HC595 पिन 14 पिन 7 (GND) -> GND पिन 14 (VCC) -> 5V पिन 13 (2CLK) -> GND (उपयोग नहीं किया गया) पिन 12 (2CLR)) -> 5V (इस्तेमाल नहीं किया गया)

चरण 3: इसे चलाएं

अब हम मोटर चला सकते हैं, यदि 74HC595 के पिन 0-3 क्रमशः ULN2003 बोर्ड के पिन 1-4 से जुड़े हैं।

अभी के लिए, 555 टाइमर के पिन 6 पर 0.1μF कैपेसिटर को 10μF से बदलें। इससे घड़ी का चक्र सौ गुना लंबा हो जाएगा, और व्यक्ति देख पाएगा कि क्या हो रहा है।

इसके लिए ULN2003 बोर्ड पर लगे LED का उपयोग किया जा सकता है। ULN2003 बोर्ड से मोटर को अनप्लग करें। बोर्ड के पिन 1 से 4 को 74HC595 के आउटपुट QA-QD (पिन 7, 9, 10 और 11) से कनेक्ट करें। ULN2003 बोर्ड के - और + को जमीन से और 5V से कनेक्ट करें। यदि बिजली चालू है, तो आपको एलईडी पर वांछित पैटर्न देखना चाहिए।

यदि आप यह देखना चाहते हैं कि 74HC393 बाइनरी काउंटर में क्या चल रहा है, तो उस एक के 3-6 पिन से कनेक्ट करें।

यदि पैटर्न सही लगता है, तो पावर डाउन करें, कैपेसिटर को फिर से 0.1μF से बदलें, ULN2003 बोर्ड के इनपुट पिन 1 - 4 को 74HC595 के आउटपुट पिन QA - QD से कनेक्ट करें, और फिर से मोटर में प्लग करें।

बिजली चालू होने के साथ, मोटर को अब चलना चाहिए।

चरण 4: गति नियंत्रण

स्टेप मोटर की गति 555 टाइमर के आउटपुट की आवृत्ति द्वारा नियंत्रित होती है। यह फिर से, प्रतिरोधों R1 और R2 और इससे जुड़े कैपेसिटर C1 के मूल्यों द्वारा नियंत्रित होता है। एक 100kΩ पोटेंशियोमीटर को R2 के साथ श्रृंखला में जोड़ने पर, आवृत्ति 480Hz और 63Hz के बीच हो सकती है। कदम पीआर. मोटर का दूसरा, 555 टाइमर आवृत्ति का आधा होगा।

मैंने एक DS1809-100 डिजिटल पोटेंशियोमीटर का उपयोग किया, जो पुश बटन के उपयोग के लिए बनाया गया है। पिन 2 (UC) और पिन 7 (DC) को 5V से जोड़ने वाले पुश बटन, RH (पिन 1) या RL (पिन 4) टर्मिनलों और वाइपर पिन 6 (RW) के बीच प्रतिरोध को बढ़ाते/घटते हैं। किसी बटन को एक सेकंड से अधिक समय तक दबाए रखने से बटन ऑटो-रिपीट हो जाता है।

डेटाशीट यहां पाई जा सकती है:

वायरिंग इस प्रकार है:

पिन 1 (आरएच) अप्रयुक्त

पिन 2 (यूसी) -> स्पर्श बटन 1 पिन 3 (एसटीआर) -> जीएनडी पिन 4 (आरएल) -> 555 पिन 2 पिन 5 -> जीएनडी पिन 6 (आरडब्ल्यू) -> 10kΩ -> 555 पिन 7 पिन 7 (डीसी)) -> स्पर्श बटन 2 पिन 8 -> 5V

स्पर्श बटन 1 के लिए वायरिंग:

पिन 1/2 -> DS1809 पिन 2

पिन 3/4 -> 5V

स्पर्श बटन 2 के लिए वायरिंग:

पिन 1/2 -> DS1809 पिन 7

पिन 3/4 -> 5V

अब, गति को विनियमित किया जा सकता है।

चरण 5: प्रारंभ / रोकें

स्टेपर मोटर को चालू और बंद करने के लिए, 555 टाइमर के पिन 4 (रीसेट पिन) का उपयोग किया जा सकता है। यदि इसे कम खींचा जाता है, तो पिन 3 से कोई आउटपुट पल्स नहीं होगा।

स्टार्ट और स्टॉप को टॉगल करने के लिए एक स्पर्श बटन का उपयोग किया जाएगा। बटन को एक बार दबाने पर मोटर चालू कर देनी चाहिए, फिर से दबाकर बंद कर देनी चाहिए। इस व्यवहार को प्राप्त करने के लिए, एक फ्लिप-फ्लॉप की आवश्यकता होती है। लेकिन 74HC393 जो पहले से मौजूद है, उसका भी उपयोग किया जा सकता है। 74HC393 में दो भाग होते हैं, और केवल एक आधे का उपयोग क्लॉक पल्स के लिए आवृत्ति विभक्त के रूप में किया जाता है।

चूंकि बाइनरी काउंटर वास्तव में श्रृंखला में फ्लिप-फ्लॉप को टॉगल करने का एक सेट है, इसलिए दूसरे भाग के पहले फ्लिप-फ्लॉप का उपयोग किया जा सकता है। एक स्पर्शनीय बटन को इस तरह कनेक्ट करके कि बटन दबाए जाने पर पिन 13 (2CLK) कम हो, और यदि ऐसा न हो तो उच्च, पिन 12 प्रत्येक निम्न पर टॉगल करेगा। पिन १२ को ५५५ के पिन ४ से जोड़ने से, इसका आउटपुट शुरू और बंद हो जाएगा, और इसलिए मोटर।

स्पर्श करने वाले बटन थोड़े पेचीदा होते हैं, क्योंकि वे यांत्रिक होते हैं। वे 'उछाल' कर सकते हैं, यानी वे प्रत्येक धक्का पर कई संकेत भेज सकते हैं। बटन के ऊपर 0.1 µF कैपेसिटर कनेक्ट करने से इससे बचने में मदद मिलती है।

तो एक स्पर्श बटन (बटन 3 जोड़ा जाता है, और 555 के पिन 4 से कनेक्शन बदल जाता है।

बटन की वायरिंग:

पिन 1/2 -> 10kΩ -> 5V

पिन 1/2 -> 0.1μF -> पिन पिन 3/4 -> 74HC393 पिन 13 (2CLK)

555 में निम्नलिखित परिवर्तन किए गए हैं:

पिन 4 (रीसेट) -> 74HC393 पिन 11 (2QA)

बटन 3 को अब स्टार्ट/स्टॉप टॉगल के रूप में काम करना चाहिए।

ध्यान दें कि एक मोटर इस तरह रुक गई, फिर भी बिजली की खपत करेगी।

चरण 6: दिशा नियंत्रण

मोटर की दिशा को नियंत्रित करने के लिए, एक और पुश बटन की आवश्यकता होती है, और फिर दूसरा फ्लिप-फ्लॉप। हालांकि, मैं 74HC393 के अगले फ्लिप-फ्लॉप का उपयोग करके, चालू/बंद फ्लिप-फ्लॉप और ऑन/ऑफ बटन के बाद धोखा दूंगा।

जब दिशा पिन (पिन 2क्यूए) कम हो जाती है, तो अगला पिन (पिन 2क्यूबी) चालू हो जाता है। इसलिए बार-बार पुश बटन को दबाने से ऑफ - ऑन फॉरवर्ड - ऑफ - ऑन बैकवर्ड - ऑफ - ऑन फॉरवर्ड आदि का परिणाम होगा।

मोटर को पीछे की ओर चलाने के लिए, ULN2003 को खिलाए गए पैटर्न को उलट दिया जाना चाहिए। यह एक द्वि-दिशात्मक शिफ्ट रजिस्टर के साथ किया जा सकता है, लेकिन मेरे पास एक नहीं है। 74HC595 द्वि-दिशात्मक नहीं है।

हालांकि, मैंने पाया कि मैं अपने 74HC241 ऑक्टल बफर का उपयोग कर सकता हूं। इस बफर में दो 4 बिट भाग हैं, अलग OE (आउटपुट सक्षम) पिन के साथ। पहला ओई पिन चार पहले आउटपुट पिन को नियंत्रित करता है, और दूसरा अंतिम चार आउटपुट पिन को नियंत्रित करता है। जब OE आउटपुट पिन पर होता है, तो संबंधित इनपुट पिन के समान मान होता है, और जब यह बंद होता है, तो आउटपुट पिन उच्च प्रतिबाधा स्थिति में होंगे, जैसे कि वे जुड़े नहीं थे। इसके अलावा, ओई पिन में से एक सक्रिय कम है, और दूसरा सक्रिय उच्च है, इसलिए उन्हें एक साथ जोड़ने पर, उस समय केवल आधा बफर सक्रिय होगा।

तो, एक ही इनपुट के लिए, बफर का एक आधा मोटर आगे की ओर चला सकता है, और दूसरा आधा पीछे। कौन सा आधा सक्रिय हो रहा है, ओई पिन के मूल्य पर निर्भर करता है।

74HC241 के लिए डेटा शीट https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn54hc241.pdf पर पाई जाती है।

वायरिंग इस तरह हो सकती है:

पिन 1 (1OE) -> 74HC293 पिन 10 (2QB)

पिन 2 (1A1) -> 74HC595 पिन 15 पिन 3 (1Y4) -> ULN2003 पिन 1 पिन 4 (1A2) -> 74HC595 पिन 1 पिन 5 (1Y3) -> ULN2003 पिन 2 पिन 6 (1A3) -> 74HC595 पिन 2 पिन 7 (1Y2) -> ULN2003 पिन 3 पिन 8 (1A4) -> 74HC595 पिन 3 पिन 9 (1Y1) -> ULN2003 पिन 4 पिन 10 (GND) -> ग्राउंड पिन 11 (2A1) -> पिन 2 (1A1) पिन 12 (1Y4) -> पिन 9 (2Y1) पिन 13 (2A2) -> पिन 4 (1A2) पिन 14 (1Y3) -> पिन 7 (2Y2) पिन 15 (2A3) -> पिन 6 (1A3) पिन 16 (1Y2) -> पिन 5 (2Y3) पिन 17 (2A3) -> पिन 8 (1A4) पिन 18 (1Y2) -> पिन 3 (2Y4) पिन 19 (2OE) -> पिन 1 (1OE) पिन 20 (VCC)) -> 5V

अब, वायरिंग को केवल 5V के साथ पावर अप करके पूरा किया जाना चाहिए। सुनिश्चित करें कि बिजली की आपूर्ति मोटर और सर्किट दोनों को चलाने के लिए पर्याप्त करंट दे सकती है।

चरण 7: निष्कर्ष

स्टेप मोटर को बिना माइक्रोकंट्रोलर के नियंत्रित किया जा सकता है।

यहां इस्तेमाल किए गए आईसी कुछ ऐसे थे जो मेरे पास पहले से थे। उनमें से अधिकांश इसके लिए इष्टतम नहीं हैं, और कई विकल्पों का उपयोग किया जा सकता है।

• दालों को उत्पन्न करने के लिए, 555 टाइमर चिप एक अच्छा विकल्प है, लेकिन कई विकल्प मौजूद हैं, जैसे कि इस निर्देश में वर्णित है।
• गति नियंत्रण के लिए, केवल एक डिजिटल ही नहीं, किसी भी पोटेंशियोमीटर का उपयोग किया जा सकता है। यदि आपके पास 100kΩ के बजाय 10kΩ पोटेंशियोमीटर है, तो 10kΩ प्रतिरोधों को 1KΩ से बदला जा सकता है, और 0.1 μF संधारित्र को 1μF संधारित्र के साथ (सभी प्रतिरोधों को विभाजित करें और समय को बनाए रखने के लिए संधारित्र को समान संख्या से गुणा करें)।
• द्विदिश शिफ्ट रजिस्टर का उपयोग करना, उदा। 74HC194 दिशा नियंत्रण को आसान बना देगा।
• बटन नियंत्रण के लिए, 74HC393 को फ्लिप-फ्लॉप से बदला जा सकता है, उदा। ७४एचसी७३. टॉगल के रूप में कार्य करने के लिए 555 को भी तार-तार किया जा सकता है।