upravljanje koracnim motorima

MEĐIMURSKO VELEUČILIŠTE U ČAKOVCU

SEMINARSKI RAD

UPRAVLJANJE KORAČNIM MOTORIMA

Kolegij: Uredsko poslovanje Student: Mesarić Danijel

Čakovec, lipanj 2011

Sadržaj

1. Uvod

2. Izolirano CNC sučelje - PBX-RF

3. Koračni motori - engl. (stepper motors)

4. ProboStep IV –Uni polar Microstepping Chopper Driver

5. Spajanje komponenti

6. Izgled gotovog uređaja za upravljanje koračnim motorima

7. Priprema za izradu programskog rješenja

8. Programsko rješenje za upravljanje koračnim motorima

9. Source kod programa za upravljanje koračnim motorima

10. Literatura

2

1. Uvod

Cilj ovog seminara je objasniti spajanje i upravljanje koračnim motorima putem računala.

Sam zadatak je krenuo sa idejom da izradimo upravljivu ˝humanoidnu˝ robotsku ruku što

vjernijih pokreta i dimenzija. Nakon dugotrajnije analize zaključili smo da se u prvom

projektu baziramo na upravljanje osnovna tri zgloba ruke : zglob u ramenu, laktu i zglobu

šake, tj. izrade elektroničkog dijela upravljanja. Samo upravljanje šake tj. prstiju bi se radilo u

naknadnom projektu. Odabravši broj zglobova koji želimo upravljati također smo definirali i

broj koračnih motora kojim ćemo upravljati tj. simulirati rad zglobova. Pretragom po

internetu zaključili smo da postoje već neka gotova rješenja za upravljanje koračnim

motorima koja se najčešće koriste kod upravljanja CNC strojevima. Jedan od takvih

proizvođača koja nudi kompletno rješenje je i tvrtka ˝PROBOTIX˝ na web adresi

www.probotix.com.

Sl. 1. Web stranica ˝www.probotix.com˝

3

http://www.probotix.com/

Nakon odluke da projekt odrađujemo sa gotovim komponentama koje se nalaze na tržištu

trebalo je odlučiti koje ćemo komponente odabrati jer postoji više tipova komponenti koje se

razlikuju prema kvaliteti i cijeni. Na početku je trebalo odabrati kontroler za upravljanje

putem paralenog porta. Treba spomenuti da tek nakon naše narudžbe komponenti ta ista tvrtka

na tržište izbacuje novi kontroler kojim se upravlja putem USB sučelja što predstavlja bolju

opciju jer sva nova računala nemaju više paralelni port već USB sučelje.

2. Izolirano CNC sučelje - PBX-RF

Sl. 2. PBX-RF kontroler

Paralelni priključak,

DB25 ženski konektor,

fleksibilan dizajn,

dvostruki integrirani LM-317 sa 1.5 A

logičkim naponskim regulatorom,

USB Napajanje za PC stranu,

LED indikator napajanja,

PBX-RF Izolirani paralelni port dizajniran

posebno za hobi CNC strojeve,

izolacijski sloj štiti računalo od mogućih

oštećenja od kratkog spoja,

RF izolacijski čipovi se koriste u PBX-RF a

rade slično kao optički-izolator, osim što oni

koriste radio valove za slanje signala preko

izolacije, a ne svjetlost.

4

Sl. 3. Shematski prikaz PBX-RF kontrolera

Sl. 4. Shematski prikaz paralelnog porta PBX-RF kontrolera

3. Koračni motori - engl. (stepper motors)

Koračni motori su elektromehanički pretvornici energije, koji

pulsnu, odnosno koračnu električnu pobudu pretvaraju u koračni

mehanički pomak. Izrađuju se u rotacijskoj i translacijskoj izvedbi

5

(prevladava rotacijska). Na malim koračnim brzinama rotor se

zaustavlja na svakom koračnom položaju.

Sl. 5. Izgled i spajanje koračnog motora

60 Oz In. Hybrid

1.8° /200 koraka po punom okretu.

24 Volti

0.18 Ampera

5-žičani Uni-polarni

NEMA 23 Frame

4. ProboStep IV –Uni polar Microstepping Chopper Driver

Sl. 6. Upravljač koračnih motora ˝Probostep˝

Maksimalna struja 3 Ampera

Protekcija od kratkog spoja

Cijeli, 1/4, 1/2, 8th & 16th rezolucija koraka

Hardversko i softwersko određivanje

rezolucije

LED indikator napajanja

Veliki raspon napajanja koračnih motora od

10V do 44V

6

Sl. 7. Detaljan shematski prikaz ˝Probostep IV˝ upravljača

5. Spajanje komponenti

Nakon što smo kupili sve potrebne komponente trebalo je pristupiti spajanju svih tih

komponenti. Ideja je bila da komponente stavimo na pleksiglas i da ih pričvrstimo sa malim

šarafima i maticama. Izvor napajanja od 12 V uzeli smo od klasičnog napajanja koje se koristi

7

u računalima. Komponente smo spojili prema donjoj shemi te treba napomenuti da nismo

koristili zaštitne osigurače jer već postoji zaštita od kratkog spoja unutar postojećeg napajanja.

Sl. 8. Shematski prikaz spajanja probotix komponenata

Sl. 9. Prikaz ugrađenih probotix komponenti na pleksiglas ploči

6. Izgled gotovog uređaja za upravljanje koračnim motorima

8

Sl. 10. Izgled uređaja za upravljanje koračnim motorima

7. Priprema za izradu programskog rješenja

9

Nakon izrade hardwerskog dijela bilo je potrebno pristupiti izradi programskog rješenja za

upravljanje koračnim motorima. Odluka je pala da koristimo Visual Studio 2010 i da

programsko rješenje bude napisano u C# programskom jeziku. Da bi izradili program prvo

smo morali naći način da upravljamo paralelnim portom. Tu je postojalo nekoliko rješenja ali

na kraju smo odlučili raditi sa jednom komponentom koja omogućava potpunu kontrolu nad

paralelnim portom. Komponenta se zove TvicPort i može se skinuti na web adresi

http://www.entechtaiwan.com/dev/port/index.shtm te se mora obavezno instalirati prije

pokretanja programa čiji će kod biti objašnjen dalje u nastavku teksta.

Osim komponente za upravljanje paralelnim portom potrebno je znati i osnove o

paralelnom portu tj. njegovim pinovima kao što je prikazano slici 11.

Sl. 11. Detaljan prikaz rasporeda pinova paralelnog porta

Tablica 1. Opis bitova data registra paralelnog porta

10

http://www.entechtaiwan.com/dev/port/index.shtm

Signal Pin Opis Vrsta Signala

D0 2 1. bit byta podataka Izlazni






D6 8 7. bit byta podataka IzlazniD7 9 8. bit byta podataka Izlazni

Tablica 2. Opis bitova status registra paralelnog porta


S0 Ne koristi se

S1 Ne koristi se

S2 Ne koristi se

S3 15 Impuls niskog nova koji signalizira grešku Ulazni

S4 13 Potvrđuje prisutnost printera Ulazni

S5 12 Paper Empty Ulazni

S6 10 ACK – Potvrdi impuls Ulazni

S7 11 Busy – Printer zauzet Ulazni

Tablica 3. Opis bitova control registra paralelnog porta


C0 1 Strobe Izlazni

C1 14 Auto Linefeed Izlazni

C2 16 Initialize Printer (Reset) Izlazni

C3 17 Select Printer Izlazni

C4 Enable IRQ Via Ack Line Izlazni

C5 Enable bi-directiona Port Izlazni

C6 Ne koristi se

C7 Ne koristi se

11

8. Programsko rješenje za upravljanje koračnim motorima

Sl. 12. Sučelje programa za upravljanje koračnim motorima

9. Source kod programa za upravljanje koračnim motorima

using System;using System.Collections.Generic;using System.ComponentModel;using System.Data;using System.Drawing;using System.Linq;using System.Text;using System.Windows.Forms;using TVicPort_Cs;using System.Threading;

namespace StepMotori{ public partial class StepMotor : Form

12

{ bool DriverOpened = false; //boolean varijabla da znamo kad je otvoren paralelni port public StepMotor() { InitializeComponent(); }

/// <summary> /// The main entry point for the application. /// </summary> [STAThread] static void Main() { Application.Run(new StepMotor()); }

/// <summary> /// Kontrola za ukljucivanje gumba za otvaranje i zatvaranje paralelnog porta /// </summary> private void LockControls() { Open_Driver.Enabled = !DriverOpened; Close_Driver.Enabled = DriverOpened; }

/// <summary> /// Otvaramo paralelni port /// </summary> /// <param name="sender"></param> /// <param name="e"></param> private void Open_Driver_Click(object sender, System.EventArgs e) { TVicPort.OpenTVicPort(); //otvaramo paralelni port DriverOpened = TVicPort.IsDriverOpened() != 0; //postavljanje boolean varijable da znamo kasnije dali je otvoren paralelni port LockControls(); //zakljucavamo gumbe za otvaranje paralelnog porta Set_LPT();

}

/// <summary> /// Setiranje paralelnog porta sve izlazne pinove od D0-D7 postavljamo na nulu /// </summary> private void Set_LPT() { if (DriverOpened) { TVicPort.SetLPTNumber(1); LockControls(); TVicPort.SetPin((byte)2, 0); //D0 TVicPort.SetPin((byte)3, 0); //D1 TVicPort.SetPin((byte)4, 0); //D2 TVicPort.SetPin((byte)5, 0); //D3 TVicPort.SetPin((byte)6, 0); //D4 TVicPort.SetPin((byte)7, 0); //D5 TVicPort.SetPin((byte)8, 0); //D6 TVicPort.SetPin((byte)9, 0); //D7

TVicPort.SetPin((byte)14, 0); //Control 14 TVicPort.SetPin((byte)16, 0); //Control 16 TVicPort.SetPin((byte)17, 0); //Control 17 } }

13

/// <summary> /// zatvarnje paralelnog porta /// </summary> /// <param name="sender"></param> /// <param name="e"></param> private void Close_Driver_Click(object sender, System.EventArgs e) { Set_LPT(); TVicPort.CloseTVicPort(); //zatvaramo paralelni port DriverOpened = false; //status otvorenosti paralelnog porta stavljamo na false LockControls(); //otkljucavamo gubme za otvaranje paralelnog porta }

/// <summary> /// Load forme /// </summary> /// <param name="sender"></param> /// <param name="e"></param> private void StepMotor_Load(object sender, System.EventArgs e) { DriverOpened = false; //postavljamo boolean varijablu otvorenosti paralelnog porta na false LockControls(); //otkljucavamo gumbe }

/// <summary> /// Zatvaranje forme StepMotori /// </summary> /// <param name="sender"></param> /// <param name="e"></param> private void StepMotor_Closed(object sender, System.EventArgs e) { TVicPort.CloseTVicPort(); //zatvaramo paralelni port }

/// <summary> /// zatvaramo formu /// </summary> /// <param name="sender"></param> /// <param name="e"></param> private void Command1_Click(object sender, System.EventArgs e) { Close(); }

/// <summary> /// Koracni motor 1 lijevi smjer /// </summary> /// <param name="sender"></param> /// <param name="e"></param> private void chkMotor1_Left_CheckedChanged(object sender, EventArgs e) { Motor1_lijevo(); }

/// <summary> /// Koracni motor 1 desni smjer /// </summary> /// <param name="sender"></param> /// <param name="e"></param> private void chkMotor1_Rght_CheckedChanged(object sender, EventArgs e) { Motor1_desno();

14

}


/// <summary> /// Koracni motor 2 desni smjer /// </summary> /// <param name="sender"></param> /// <param name="e"></param> private void chkMotor2_Rght_CheckedChanged(object sender, EventArgs e) { Motor2_desno(); }


/// <summary> /// Koracni motor 3 desni smjer /// </summary> /// <param name="sender"></param> /// <param name="e"></param> private void chkMotor3_Rght_CheckedChanged(object sender, EventArgs e) { Motor3_desno(); }

/// <summary> /// Koracni motor 1 lijevi smjer /// </summary> private void Motor1_lijevo() { bool Motor1_Left = false; byte Index3 = 3; byte Index2 = 2; int Sleep = 10; while (Motor1_Left == false) //vrtimo u petlji tako dugo dok je ukljucen Motor1 u lijevi smjer { Sleep = Math.Abs(trSpeed1.Value); //uzimamo apsolutnu vrijednost slidera za vrijeme cekanja tj .brzine Application.DoEvents(); //postavljamo kontrolu eventa na formi TVicPort.SetPin(Index3, 1); //setiramo vrijednost pina 3 tj D1 na 1 Thread.Sleep(Sleep); //cekamo odredjeno vrijeme definirano preko varijable Sleep TVicPort.SetPin(Index3, 0); //setiramo vrijednost pina 3 tj D1 na 0 TVicPort.SetPin(Index2, 1); //setiramo vrijednost pina 2 tj D0 na 1 Thread.Sleep(Sleep); //cekamo odredjeno vrijeme definirano preko varijable Sleep TVicPort.SetPin(Index2, 0); //setiramo vrijednost pina 2 tj D0 na 0

15

if (trMotor1.Value == 0) //ako je vrijednost slidera za Motor1 postavljamo boolean varijablu na false { Motor1_Left = true; //postavljamo boolean varijablu na false } } }

/// <summary> /// Koracni motor 1 desni smjer /// </summary> private void Motor1_desno() { bool Motor1_Rght = false; byte Index3 = 3; byte Index2 = 2; int Sleep = 10;

while (Motor1_Rght == false) //vrtimo u petlji tako dugo dok je ukljucen Motor1 u desni smjer {

Sleep = Math.Abs(trSpeed1.Value); //uzimamo apsolutnu vrijednost slidera za vrijeme cekanja tj .brzine Application.DoEvents(); //postavljamo kontrolu eventa na formi TVicPort.SetPin(Index3, 0); //setiramo vrijednost pina 3 tj D1 na 0 Thread.Sleep(Sleep); //cekamo odredjeno vrijeme definirano preko varijable Sleep TVicPort.SetPin(Index3, 1); //setiramo vrijednost pina 3 tj D1 na 1 TVicPort.SetPin(Index2, 0); //setiramo vrijednost pina 2 tj D0 na 0 Thread.Sleep(Sleep); //cekamo odredjeno vrijeme definirano preko varijable Sleep TVicPort.SetPin(Index2, 1); //setiramo vrijednost pina 2 tj D0 na 1 if (trMotor1.Value == 0) //ako je vrijednost slidera za Motor1 postavljamo boolean varijablu na false { Motor1_Rght = true; //postavljamo boolean varijablu na false } } }

/// <summary> /// Koracni motor 2 lijevi smjer /// </summary> private void Motor2_lijevo() { bool Motor2_Left = false; byte Index5 = 5; byte Index4 = 4; int Sleep = 10;

while (Motor2_Left == false) //vrtimo u petlji tako dugo dok je ukljucen Motor2 u lijevi smjer {

Sleep = Math.Abs(trSpeed2.Value); //uzimamo apsolutnu vrijednost slidera za vrijeme cekanja tj .brzine Application.DoEvents(); //postavljamo kontrolu eventa na formi TVicPort.SetPin(Index5, 1); //setiramo vrijednost pina 5 tj D3 na 1 Thread.Sleep(Sleep); //cekamo odredjeno vrijeme definirano preko varijable Sleep TVicPort.SetPin(Index5, 0);//setiramo vrijednost pina 5 tj D3 na 0 TVicPort.SetPin(Index4, 1); //setiramo vrijednost pina 4 tj D2 na 1 Thread.Sleep(Sleep); //cekamo odredjeno vrijeme definirano preko varijable Sleep TVicPort.SetPin(Index4, 0); //setiramo vrijednost pina 4 tj D2 na 0 if (trMotor2.Value == 0) //ako je vrijednost slidera za Motor2 postavljamo boolean varijablu na false { Motor2_Left = true; //postavljamo boolean varijablu na false } } }

16

/// <summary> /// Koracni motor 2 desni smjer /// </summary> private void Motor2_desno() { bool Motor2_Rght = false; byte Index5 = 5; byte Index4 = 4; int Sleep = 10;


Sleep = Math.Abs(trSpeed2.Value); //uzimamo apsolutnu vrijednost slidera za vrijeme cekanja tj .brzine Application.DoEvents(); //postavljamo kontrolu eventa na formi TVicPort.SetPin(Index5, 0); //setiramo vrijednost pina 5 tj D3 na 0 Thread.Sleep(Sleep);//cekamo odredjeno vrijeme definirano preko varijable Sleep TVicPort.SetPin(Index5, 1); //setiramo vrijednost pina 5 tj D3 na 1 TVicPort.SetPin(Index4, 0); //setiramo vrijednost pina 4 tj D2 na 0 Thread.Sleep(Sleep); //cekamo odredjeno vrijeme definirano preko varijable Sleep TVicPort.SetPin(Index4, 1); //setiramo vrijednost pina 4 tj D2 na 1 if (trMotor2.Value == 0) //ako je vrijednost slidera za Motor2 postavljamo boolean varijablu na false { Motor2_Rght = true; //postavljamo boolean varijablu na false } } }

/// <summary> /// Koracni motor 2 lijevi smjer /// </summary> private void Motor3_lijevo() //vrtimo u petlji tako dugo dok je ukljucen Motor1 u lijevi smjer { bool Motor3_Left = false; byte Index7 = 7; byte Index6 = 6; int Sleep = 10;

while (Motor3_Left == false) //vrtimo u petlji tako dugo dok je ukljucen Motor 3 u lijevi smjer {

Sleep = Math.Abs(trSpeed3.Value); //uzimamo apsolutnu vrijednost slidera za vrijeme cekanja tj .brzine Application.DoEvents(); //postavljamo kontrolu eventa na formi TVicPort.SetPin(Index7, 1); //setiramo vrijednost pina 7 tj D5 na 1 Thread.Sleep(Sleep); //cekamo odredjeno vrijeme definirano preko varijable Sleep TVicPort.SetPin(Index7, 0); //setiramo vrijednost pina 7 tj D5 na 0 TVicPort.SetPin(Index6, 1); //setiramo vrijednost pina 6 tj D4 na 1 Thread.Sleep(Sleep); //cekamo odredjeno vrijeme definirano preko varijable Sleep TVicPort.SetPin(Index6, 0); //setiramo vrijednost pina 6 tj D4 na 0 if (trMotor3.Value == 0) //ako je vrijednost slidera za Motor3 postavljamo boolean varijablu na false { Motor3_Left = true; //postavljamo boolean varijablu na false } } }

/// <summary> /// Koracni motor 3 desni smjer /// </summary> private void Motor3_desno()

17

{ bool Motor3_Rght = false; byte Index7 = 7; byte Index6 = 6; int Sleep = 10;


Sleep = Math.Abs(trSpeed3.Value); //uzimamo apsolutnu vrijednost slidera za vrijeme cekanja tj .brzine Application.DoEvents(); //postavljamo kontrolu eventa na formi TVicPort.SetPin(Index7, 0); //setiramo vrijednost pina 7 tj D5 na 0 Thread.Sleep(Sleep); //cekamo odredjeno vrijeme definirano preko varijable Sleep TVicPort.SetPin(Index7, 1); //setiramo vrijednost pina 7 tj D5 na 1 TVicPort.SetPin(Index6, 0); //setiramo vrijednost pina 6 tj D4 na 0 Thread.Sleep(Sleep); //cekamo odredjeno vrijeme definirano preko varijable Sleep TVicPort.SetPin(Index6, 1); //setiramo vrijednost pina 6 tj D4 na 1

if (trMotor3.Value == 0) //ako je vrijednost slidera za Motor3 postavljamo boolean varijablu na false { Motor3_Rght = true; //postavljamo boolean varijablu na false } } }

private void trMotor1_Scroll(object sender, EventArgs e) { trMotor2.Value = 0; trMotor3.Value = 0; //LIJEVO if (trMotor1.Value == -1) { Motor1_lijevo(); //pokrecem metodu za motor 1 u lijevu stranu } //DESNO if (trMotor1.Value == 1) { Motor1_desno(); //pokrecem metodu za motor 1 u desnu stranu }

//STOP if (trMotor1.Value == 0) //ako je status motora 1 iskljucen postavljam sve izlazne pinove na vrijednost 0 { TVicPort.SetPin((byte)2, 0); //D0 TVicPort.SetPin((byte)3, 0); //D1 TVicPort.SetPin((byte)4, 0); //D2 TVicPort.SetPin((byte)5, 0); //D3 TVicPort.SetPin((byte)6, 0); //D4 TVicPort.SetPin((byte)7, 0); //D5 TVicPort.SetPin((byte)8, 0); //D6 TVicPort.SetPin((byte)9, 0); //D7


private void trMotor2_Scroll(object sender, EventArgs e) { trMotor1.Value = 0; trMotor3.Value = 0; //LIJEVO

18

if (trMotor2.Value == -1) { Motor2_lijevo(); //pokrecem metodu za motor 2 u lijevu stranu } //DESNO if (trMotor2.Value == 1) { Motor2_desno(); //pokrecem metodu za motor 2 u desnu stranu }



private void trMotor3_Scroll(object sender, EventArgs e) { trMotor1.Value = 0; trMotor2.Value = 0; //LIJEVO if (trMotor3.Value == -1) { Motor3_lijevo(); //pokrecem metodu za motor 3 u lijevu stranu } //DESNO if (trMotor3.Value == 1) { Motor3_desno(); //pokrecem metodu za motor 3 u desnu stranu }


TVicPort.SetPin((byte)14, 1); //Control 14 TVicPort.SetPin((byte)16, 1); //Control 16 TVicPort.SetPin((byte)17, 1); //Control 17 } } }}

19

10. Literatura

[1] http://www.probotix.com

20

upravljanje koracnim motorima

Documents