پروژه ی نمایش دورموتور در LabVIEW

موتور پله ای نوعی ماشین الکتریکی است که محور آن به صورت گسسته حرکت دورانی دارد .این موتور ها را میتوان جزو گروه سیستم های محرکه  بدون جاروبک به حساب آورد. این موتور ها پالس های الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل مکنند .

موتور های پله ای به طور روزافزون در سیستم های تثبیت یا تنظیم موقعیت حلقه باز به کار گرفته میشوند کابرد های بیشماری را میتوان برای موتور های پله ای برشمرد. از جمله کاربردهای این موتور ها دردستگاه هایی از قبیل  پرینترها , دستگاهای فتوکپی , اسکنرها و… وسایلی ازاین دست همه دارای یک یا چند موتور پله ای هستند.موتور های پله ای در صنعت و ربات های صنعتی نیز کابرد فراوانی دارد برای مثال : ماشینهای  تراش CNC , بازوی رباتهای صنعتی , کارت خوان ها , فلاپی درایورها و دیسکت درایورها , پلاترها,  غلتکها تنها بخش کوچکی از کاربرد این موتور ها میباشدکه در تمامی این موارد از موتورهای پله ای برای کنترل موقعیت استفاده میشود . امروزه به وفور از این موتور ها در صنایع خودرو سازی و هوانوردی استفاده میشود برای مثال میتوان به دریچه ی سوخت اشاره کرد که در اتومبیل های امروزی توسط یک موتور پله ای کنترل میشود .

این موتور ها به شکل وسیعی در کاربرد های کنترلی استفاده میشوند نمونه های از کابرد آن ها در تاسیسات ساختمانی از جمله در فروشگاه ها بیمارستان ها و درب پارکینگ ها و درب اتوبوس ها  و تغییر و تنظیم محل موقعیت لنز های دیجیتال و چرخش آنتن ها به مقدار مشخص و تغییر محل سر مغناطیس دیسک موارد بسیاری در اتوماسیون میباشد پس به طور کلی در هر جا که نیاز به کنترل مکانیکی دقیق داریم میتوان از موتور پله ای برای این منظور استفاده کرد.

وضعیت های پایدار در موتور های پله ای دارای فواصل مساوی از هم است و حرکت موتور ها از هر وضعیت پایدار به وضعیت پایدار بعدی یک پله نامیده میشود .

عدم نیاز به فیدبک از مزیت های موتور ها پله ای به حساب میاد . در این موتور ها فرمان لازم برای چرخش موتور به مقدار معین ودر جهت معین و با سرعت معین داده میشود. و موتور پس ازاجرای فرمان متوقف میشود. اما در موتور هایی از قبیل سروموتورها برای تثبیت موقعیت به فیدبک نیاز دارند .بدین معنی که اگرقرار باشد یک سیستم  کنترل وضعیت یک محور را در زاویه خاص نگاه دارد استفاده  از یک حس کننده ی موقعیت نیز اجتناب ناپذیراست. در چنین سیستمی یک “حس کننده ی موقعیت محور” موقعیت زاویه ی محور را به طور مداوم حس میکند و به تابع زاویه ی محور تبدیل میکند. این ولتاژ بایک ولتاژ که متناظر با موقعیت مورد نظر محور است مقایسه میگردد.ودرصورت مغایرت باآن ” ولتاژ خطا ” حاصل میشود. ولتاژ فوق پس از تقویت به طور مناسب  به سیم پیچی کنترل یک سروموتور که با محور مورد کنترل به طور مکانیکی کوپله شده است اعمال میشود. و محور را در جهت اصلاح وضعیتش میچرخاند. بنابراین در این حالت لازم است وضعیت خروجی سیستم به طریقی در اختیار باشد تا به محض رسیدن سیستم به وضعیت مطلوب فرمان توقف سروموتور داده شود و این مستلزم فیدبک از خروجی به ورودی است .اما برخلاف موتور های سنتی موتور های پله ای تعداد معینی وضعیت پایدار در هر دور چرخش خود دارند و به تبعیت از فرمان های داده شده قادرند پس از چرخش به مقدار مورد نظر در هر یک از آنها توقف کنند و بار متصل به خود را در آن موقعیت نگه دارند . از مزایای دیگر موتور های پله ای افزایشی نبودن خطا در آنها و نیز سازگاری آنها با اکثردستگاه های دیجیتالی پیشرفته است .

موتور های پله ای دارای تعدادی سیم پیچی مجزا از هم است که تغذیه ی آنها توسط میکروکنترلر کنترل میشود. فرمان ورودی به این موتور به شکل پالسهای الکتریکی است . هر پالس تولید شده توسط مدار کنترل موتور را به اندازه ی یک پله در جهت پیشبینی شده می چرخاند.در عمل میتوان موتور را به عنوان یک “وسیله ی الکترو مکانیکی دیجیتال “در نظر گرفت که اطلاعات دیجیتال ورودی به شکل پالسهای الکتریکی را به پله های گسسته دوران محور تبدیل میکند . در کاربردهای کنترل موقعیت اگر تعداد پالس های ورودی فرستاده شده به موتور معلوم باشد میتوان موقعیت نهایی قطعه ی به حرکت درآمده را به دست آورد . لذا یک سیستم کنترل موقعیت دیجیتال که از یک موتور پله ای  استفاده میکند در حالت عادی به ابزار حس کننده ی موقعیت روتور و حلقه فیدبک نیاز ندارد.

با کنترل سرعت اعمال پالس ها به موتور پله ای میتوان به سرعت های کند مثلا یک پله در زمان نسبتا زیاد تا سرعت های بالا ی 4000 دور در دقیقه البته به صورت پله ای دست یافت. موتور پله ای بسته با این که پالس هایی که به سیم پیچی های آن اعمال میشود درجهت مثلثاتی یا در خلاف جهت آن میچرخد.

پس به طور خلاصه میتوان گفت که اصلی ترین ویژگی موتور های پله ای که آن را از سایر موتورها متمایز می کند این است که میتوان محور اینگونه موتور ها را با اعمال پالس هایی مناسب الکترونیکی به صورت گسسته به حرکت درآورد ودر محل مورد نظر قرار دادو همان طور که گفته شد برای این گونه موتور ها برای چرخیدن محورشان به اندازه ی دلخواه نیازی به گرفتن فیدبک از موقعیت محورنیست .

• مزایای موتور پله ای :
• موتور های پله ای عموما نیاز به حلقه ی فید بک ندارند به همین دلیل مدار کنترل این موتور ها ساده است.
• بامدار کنترلی ساده ای به مکانیابی دقیقی میتوان دست یافت .
• به دلیل نداشتن جاروبک عمر طولانی دارند.
• دستیابی به سرعت های پایین
• معایب موتور های پله ای :
• محور موتور های سنتی به صورت پیوسته میچرخد در صورتی که موتورهای پله ای بطور گسسته میچرخد از این روی در مواردی که به سرعت پیوسته ای نیاز داشته باشیم بهتر است از موتور پله ای استفاده نکنیم .البته اگر پالس ها ی اعمالی به موتور پله ای به طور مداوم باشند موتور پله ای تقریبا پیوسته و باسرعت ثابت و متناسب با فرکانس پالس میچرخد.
• با موتور های پله ای نمیتوان به سرعت های بالا دست یافت .
• در صورت کنترل نادرست ممکن است موتور به حالت تشدید درآید. دراین حالت محورموتور به جای چرخش شروع به لرزیدن میکند.
• مقایسه موتور پله ای با موتور های سنتی :
• موتور پله ای وسیله الکترومکانیکی دیجیتالی (گسسته) است در حالی که موتور سنتی یک وسیله ی الکترومکانیکی آنالوگ (پیوسته) است . و هرکدام کاربرد خاص خود را دارا میباشد. و به هیچ وجه موتور پله ای نمیتواند به جای موتور های سنتی استفاده شود . و اگر استفاده شود کیفیت کنترلی مناسبی نخواهد داشت . ولی میتوان از موتور های سنتی به جای موتور پله ای استفاده کرد که خیلی به صرفه نخواهد بود کما اینکه سیستم کنترلی پیچیده تری نیز خواهد داشت .
• انواع موتور پله ای :
• موتور های پله ای با روتور مغناطیس شونده : دقت نسبتا خوب دارند اما گشتاور کمتری نسبت به سایر موتور پله ای ها دارند .
• موتور های پله ای مغناطیس دائم : دقت پایینی دارند اما از آنجایی که روتور این موتور ها آهنربای دائمی است شار مغناطیسی به وجود آمده در هنگام عبور از سیم پیچ افزایش می یابد. در نتیجه این گونه موتورها در مقایسه با موتورهای پله ای با روتور مغناطیس شونده ی مشابه قادر به تولید گشتاور بیشتری هستند. به عبارت دیگر قدرت بیشتری دارند.
• موتورهای پله ای هیبرید : این موتور ها شبیه به موتور های پله ای با روتور مغناطیس شونده هستند اما با دقت پله ای بهتر و نیز گشتاور و سرعت بیشتری دارا میباشند .

پس از آنجایی که AVR  نمیتواند جریان لازم برای راه اندازی موتور پله ای را فراهم کند باید از راه اندازی مانند ULN2003  برای فرمان دادن به استاتور استفاده کنیم . توجه کنید که میتوان از چند ترانزیستور بعنوان راه انداز استفاده کنیم . که در این صورت باید از دیود برای مراقبت از جریان القایی  در هنگام قطع سیم پیچ بکار برد . اما داخل ULN2003  هفت زوج ترانزیستور BJT از نوع دارلینگتون وجود دارد که دارای دیود داخلی برای مقابله با EMF برگشتی میباشد. هر دارلینگتون توانایی جریان دهی تا 500mA  را دارا میباشد .

مراحل راه ندازی و اتصال AVR  به موتور پله ای :

• ابتدا با استفاده یک اهم متر مقاومت سیم ها را اندازه میگیریم. دلیل این کار این است که باید تعیین کنیم که کدام سیم مشترک (COM)  به کدام سیم پیچ وصل است. همانطور که میدانید مقاومت بین زوج سیم های A – A’  و B – B’  محدود بوده که این مقاومت بستگی به نوع موتور دارد.(به عنوان مثال 200  اهم). اما مقاومت بین هر کدام از سیم پیچ های A ,B  بینهایت است .هم چنین توجه دارید که مقاومت بین سرمشترک و هریک از فازهای A , B    نصف مقاومت بین دو سر فاز است.
• سیم های مشترک را به تغذیه مثبت موتور وصل می کنیم.
• چهار سیم مربوط به سیم پیچ های استاتور رابا استفاده از ULN2003 به چهار بیت از پورتهای میکروکنترلر وصل میکنیم.

نحوه ی اتصال میکروکنترلر AVR  به کامپیوتر :

AVR  بلوکی به اسم USART  دارد و کامپیوتر ها نیز مجهز به واحد مشابهی نام UART  میباشند.که تفاوتشان در این است که UART  برخلافUSART  تنها قابلیت ارتباط به صورت غیر همزمان رادارد. بنابراین میکروکنترلر AVR  از این طریق میتواند با کامپیوتر تبادل داده داشته باشند.کامپیوتر ها برای تبادل داده از طریق UART  خود با دنیای خارج از استاندارد RS232  بهره میبرند. RS232  یک استاندارد است که درآن مشخصات فیزیکی ارتباط مانند سطح ولتاژ نوع کانکتور رفتار اتصال کوتاه و غیره تعریف میشود.

یکی از ویژگی های RS232  که در ارتباط PC  با میکروکنترلر اهمیت دارد سطح ولتاژ آن است. ولتاژ خط RS232  در حالت صفر و یک منطقی با TTL  متفاوت است .در واقع سطح منطقی  RS232  به صورت زیر است :

صفر منطقی : -3   تا -15  ولت تلقی میشود.

یک منطقی : +3  تا +15  ولت تلقی میشود.

و بین -3  تا  +3  نامعین است.

از این روی وسیله ی گیرنده بایستی توانایی تحمل ولتاژ اعمال شده از -25  ولت تا +25  ولت را داشته باشد. بنابراین از آن جایی که میکروکنترلر توانایی کار با این سطح ولتاژ را ندارد برای ارتباط دهی پورت سریال PC  با میکروکنترلر نیاز به یک مبدل ولتاژ است. در این پروژه از MAX 233  استفاده شده است .این IC  شامل دو مبدل مجزا است.

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.