Tutorial sul Motore Stepper 28BYJ-48 Illustrando le Caratteristiche Elettriche e Meccaniche e i Segnali di Controllo con Circuito…

 

 

 
 

 

INTRO

I motori stepper sono usati per compiere movimenti di rotazione con angoli precisi, in modo tale da conoscere la posizione istante per istante. Essi sono usati in stampanti 3D, scanner e molte altre applicazioni. I motori servo possono compiere movimenti interni e continui, in questa applicazione garantiscono una velocità costante e precisa.

Il modello 28BYJ-48 non identifica una specifica versione di motore, ma ci sono diversi motori stepper con diverse caratteristiche ma stessa sigla. Questo Il motore ha il seguente aspetto:

Nel seguente articolo vengono mostrate le caratteristiche elettriche e le caratteristiche meccaniche, illustrando inoltre la sequenza di controllo del motore.

 

CARATTERISTICHE ELETTRICHE E MECCANICHE

Il motore ha 4 fasi, e utilizza 5 fili con la seguente connessione:

Vi è un contatto comune tra le due bobine mentre gli altri 4 fili servono per le bobine.  Dal punto di vista meccanico vi è un motore stepper con un motoriduttore, come da figura:

Il motoriduttore ha una riduzione 1:64, quindi il motore fa un giro mentre l’asse di uscita ne fa solo 1/64.

Le caratteristiche elettriche e meccaniche salienti sono:

• Tensione di alimentazione: 5V oppure 12V per alcuni modelli
• Resistenza per ogni fase: 70 Ohm per i motori a 5V e da 200 a 380 per quelli a 12V
• Angolo per ogni step: 0.08789° nella modalità mezzo step, 0.17578° in modalità step intero
• Frequenza: Intorno ai 100Hz, può arrivare fino a 600Hz a 12V
• Coppia: 34.3mN a 120Hz
• Corrente: 160mA in modalità mezzo step, 320 in modalità step intero.

 

Come detto in precedenza vi sono vari motori con stessa sigla che possono avere una tensione da a 5V oppure a 12V, ovviamente la resistenza della bobina varia in base alla tensione del motore. Per quelli a 5V la resistenza è 70 Ohm, per quelli a 12V la resistenza è maggiore e va da 200 a 380 Ohm in base al motore e al produttore. Il motore stepper ha un angolo di 5.625° ma essendoci un motoriduttore che aumenta la coppia ma riduce la velocità l’asse esterno fa si che si abbiano 0.08789°. Se si utilizza la sequenza di angolo interno si avrà un angolo di 11.25° che ridotto di 64 farà si che l’asse si muova di 0.17578.

Nella modalità a mezzo step sono necessari 4096 step per un giro, mentre nella modalità a step intero servono la metà degli step, ovvero 2048. Quindi con una frequenza di 100HZ servono circa 4 secondi per un giro a mezzi step e due secondi per un giro con step interi. Il motore ha una velocità massima di circa 35 giri al minuto.

La corrente assorbita dal motore a da un minimo di 160mA quando si usa la modalità mezzo step, mentre arriva a 320mA nel caso di step interi. Se si lavora alla frequenza massima si arriva a 200mA e 400mA per i rispettivi casi. Questi correnti sono misurate senza carico. La corrente ovviamente dipende dalla tensione di alimentazione e dalla resistenza della bobina.

 

PILOTAGGIO DEL MOTORE

Per essere pilotato il motore ha bisogno di un Arduino, Rasberry PI o microcontrollore PIC. Le uscite di questi microcontrollori non possono erogare le correnti necessarie per il motore, quindi si utilizza un driver di potenza come un ULN2003 o ULN2002.

Questo integrato ha all’interno 7 driver così connessi:

La tensione di alimentazione (con il positivo al pin 9 e il negativo al pin 8) può arrivare ad un massimo di 50V, con corrente di uscita di 500mA per ogni driver e tensione di ingresso a 5V per l’integrato ULN2004 mentre è 3.3V per l’integrato ULN2003. La corrente di ingresso arriva fino a 25mA anche se bastano pochi mA per attivare l’uscita.

Solitamente questo integrato è montato su un pcb e viene venduto insieme al motore stepper.  Si può usare un qualsiasi driver con 4 uscite e 4 ingressi. Gli ingressi sono IN1, IN2, IN3 e IN4 e la configurazione per effettuare un mezzo passo rispettivamente è la seguente:

IN1-IN2-IN3-IN4: “1000”, “1100”, ”0100”, ”0110, ”0010”, ”0011”, “0001”, “1001”

Per eseguire uno step invece, la configurazione è la seguente:

IN1-IN2-IN3-IN4: “1100”, “0110”, ”0011”, ”1001”

Quindi in base a quante volte si esegue la sequenza si avrà un certo spostamento angolare molto preciso.