Обзор драйвера шагового двигателя A4988
Автор: Сергей · Опубликовано 11.04.2019 · Обновлено 13.04.2020
Сегодня расскажу о драйвере A4988, данный драйвер подойдет тем, кто планирует создать свой собственный 3D-принтер или станок ЧПУ с управлением шаговым двигателям.
Технические параметры
► Напряжения питания: от 8 до 35 В
► Установка шага: 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16
► Напряжение логики: 3 В или 5.5 В
► Защита от перегрева: Есть
► Максимальный ток на фазу: 1 А без радиатора, 2 А с радиатором.
► Габариты модуля: 20 мм х 15 мм х 10 мм
► Габариты радиатора: 9 мм х 5 мм х 9 мм
Общие сведения о драйвере A4988
Основная микросхема модуля это драйвер от Allegro — A4988, которая имеет небольшие размеры (всего 8 мм х 6 мм), хоть микросхема и маленькая, но она может работать с выходным напряжение до 35 В с током до 1 А на катушку без радиатора и до 2 А с радиатором (дополнительным охлаждением). Для управления шаговым двигателем, необходимо всего два управляющих контакта (по сравнению с L298N необходимо четыре), один используется для управления шагами, второй для управления вращения двигателем.
Драйвер позволяет использовать пять вариантов шага, полный шаг, полшага, четверть шага, восьмой шаг и шестнадцатый шаг.
Распиновка драйвера A4988:
На драйвере A4988 расположено 16 контактов, назначение каждого можно посмотреть ниже:
► EN — включение и выключение модуля (0 — включен, 5 В — выключен).
► MS1, MS2 и MS3 — выбор режима микро шаг (смотрите таблицу ниже).
► RST — сброс драйвера.
► SLP — вывод включения спящего режима, если подтянуть его к низкому состоянию драйвер перейдет в спящий режим.
► STEP — управляющий вывод, при каждом положительном импульсе, двигатель делает шаг (в зависимости от настройки микро шага), чем быстрее импульсы, тем быстрее вращаться двигатель.
► DIR — управляющий вывод, если подать +5 В двигатель будет вращается по часовой стрелке, а если подать 0 В против часовой стрелки.
► VMOT & GND — питание шагового двигателя двигателя от 8 до 35 В (обязательное наличие конденсатора на 100 мкФ ).
► 2B, 2A, 1B, и 1A — подключение обмоток двигателя.
► VDD & GND — питание внутренней логики от 3 В до 5,5 В.
Если не планируете использовать вывод RST необходимо подключить его к выводу SLP, чтобы подтянуть его к питанию, тем самым включить драйвер.
Настройка микрошага
Драйвер A4988 может работать микрошаговом режиме, то есть может подавать питание на катушки с промежуточным уровням. Например, если взять двигатель NEMA17 с шагом 1.8 или 200 оборотов, в режиме 1/4, двигатель будет выдавать 800 шагов за оборот
Дня настройки микрошагов, драйвер A4988 имеет три выхода, а именно MS1, MS2 и MS3. Установив соответствующие логические уровни для этих выводов, можно выбрать режим микрошага.
Вывода MS1, MS2 и MS3 в микросхеме A4988 подтянуты резистором к земле, поэтому, если не подключать их, двигатель будет работать в режиме полного шага.
Система охлаждения A4988
При интенсивной работе микросхемы A4988 начинает сильно греется и если температура превысит придельные значение, может сгореть. По документации A4988 может работать с током до 2 А на катушку, но на практике микросхема не греется если ток не превышает 1 А на катушку. Поэтому если ток выше 1 А необходимо устанавливать радиатор охлаждения, который идет в комплекте.
Настройка тока A4988
Перед использованием мотора нужно сделать небольшую настройку, необходимо ограничить максимальную величину тока, протекающего через катушки шагового двигателя и ограничить его превышение номинального тока двигателя, регулировка осуществляется с помощью небольшого потенциометра.
Существует два способа настройки:
1. Замерить ток, для этого возьмем амперметр и подключим его в разрыв любой из обмоток (двигатель должен работать в полношаговом режиме), так же, при настройки ток должен составлять 70% от номинального тока двигателя.
2. Расчет значение напряжения Vref, согласно документации на A4988, есть формула I_TripMax = Vref / (8 × Rs), из которой мы можем получить формулу.
Vref = I_TripMax x 8 x Rs
где,
I_TripMax — номинальный ток двигателя
Rs — сопротивление на резисторе.
В моем случаи на драйвере A4988 установлены резисторы Rs = 0,100 Ом (R100), а номинальный ток двигателя 17HS4401 равняется 1,7 А.
Vref = 1,7 х 8 х 0,100 = 1,36 В
Мы рассчитали максимальное значение для двигателя 17HS4401, но при таком напряжение двигатель будет греться в режиме ожидания, необходимо уменьшить это значение на 70%, то есть:
Vref х 0,7 = 0,952 В
Осталось только настроить, берем отвертку и вольтметр, плюсовой шуп вольтметра устанавливаем на потенциометр, а шуп заземления на вывод GND и выставляем нужное значение.
Подключение драйвера шагового двигателя A4988 к Arduino UNO
Необходимые детали:
► Arduino UNO R3 x 1 шт.
► Драйвер шагового двигателя A4988 x 1 шт.
► Шаговый двигатель 17HS4401 x 1 шт.
► Комплект проводов DuPont 2.54 мм, 20 см x 1 шт.
Подключение:
Теперь, можно приступить к сборке схемы. Первым делом, подключаем VDD и GND к 5 В и GND на Arduino. Контакты DIR и STEP подключим к цифровым контактам 2 и 3 на Arduino. Подключение шагового двигатель к контактам 2B, 2A, 1A и 1B.
Предупреждение: Подключение или отключение шагового двигателя при включенном приводе может привести к его повреждению.
Затем необходимо подключить контакт RST к соседнему контакту SLEEP, чтобы включить драйвер. Так-же контакты выбора микрошага необходимо оставить не подключенными, чтобы работал режим полный микрошаг. Теперь осталось подключить питание двигателя к контактам VMOT и GND, главное не забудьте подключить электролитический конденсатор на 100 мкФ, в противном случаи при скачке напряжение, модуль может выйти из строя.
Программа:
Теперь можно приступки к программной части и начать управлять шаговым двигателем с помощью драйвера A4988, загружайте данный скетч в Arduino.
Источник
CNC-DESIGN
В корзине пусто!
Сборка и настройка Arduino Uno и CNC Sheild v.3
Набор Arduino Uno и CNC Sheild v3 — это комплект электроники, позволяющий управлять шаговыми двигателями и различными периферийными устройствами для реализации проектов различных ЧПУ устройств, таких как фрезерные и токарные станки, лазерные граверы и т. п. Данный комплект позволяет реализовать параллельную работу шаговых двигателей, что необходимо для некоторых проектов, когда используются два мотора на одной оси, обычно это ось Y.
В комплект входят:
1. Плата Arduino Uno R3.0 ;
2. Плата расширения CNC Shield V3.0 ;
3. Четыре драйвера А4988 или DRV8825 для шаговых двигателей, с радиаторами;
4. Кабель для связи с компьютером USB.
Характеристики комплекта:
— совместим с прошивкой GRBL и стандартным G-кодом;
— к оличество осей: до 4 (X, Y, Z, A);
— до 6-ти концевых выключателей;
— управление шпинделем (включение, направление вращения, охлаждение) или другим исполнительным устройством;
— драйверы шаговых двигателей: A4988, DRV8825 или аналогичные;
— интерфейсы: UART, I2C
— напряжение питания: 12…36В;
— размеры — 65×55×20 мм;
С чего начать?
Для базовой настройки набора понадобится:
— компьютер для загрузки прошивки;
— шаговые двигатели NEMA17 с разъемом Dupont с 4 контактами;
— блок питания для моторов, обычно это 12В и не менее 3А;
Шаг первый.
Сборка «бутерброда» из плат Arduino Uno и CNC Sheild v. 3.
На фотографии показана установка платы CNC Sheild v. 3 на Arduino Uno. Перепутать достаточно сложно.
Шаг второй.
Плата CNC Sheild V.3 интересна тем, что позволяет распараллеливание шаговых двигателей для любой из осей. Это позволяет реализовывать проекты с двумя шаговыми двигателями на одну ось без дополнительных проблем.
Для реализации данной функции необходимо установить 2 джемпера в соответствующие выводы, напротив нужной оси.
Шаг третий.
Настройка тока драйверов шаговых двигателей.
Драйвера шаговых двигателей A4988 являются наиболее дешевыми и распространенными, но имеют два основных недостатка:
— шум при работе моторов;
— максимальное значение микрошага 1/16.
Замечательно подходят для построения максимально дешевой системы управления оборудованием.
Драйвера DRV8825 немного дороже, но позволяют реализовать более точную систему с микрошагом 1/32, с более низкими шумами при работе моторов.
При использовании драйверов шаговых двигателей А4988 или DRV8825 необходимо помнить, что драйвера при установке необходимо ориентировать по разному. Ориентиром может служить подстроечный резистор.
Настройку тока драйверов мы рассматривали в статье « Настройка тока драйвера шагового двигателя ».
Для настройки тока необходимо:
— установить драйвера в соответствующие слоты CNC Sheild v. 3;
— подключить плату к компьютеру при помощи USB кабеля;
Напомним основные моменты при настройке тока:
— настройка тока важна для правильной работы шагового двигателя, снижения нагрева моторов при работе и снижения вероятности пропуска шагов;
— настройка происходит при полном шаге, т. е. джемперы настройки микрошага нельзя устанавливать;
— настройка происходит для каждого драйвера отдельно, в том слоте, в котором он будет дальше использоваться.
После настройки тока необходимо удалить драйвера шаговых двигателей, чтобы перейти к следующему этапу.
Шаг четвертый.
Выбор и настройку микрошага для шагового двигателя мы описывали в статье « Микрошаг — выбор и применение ».
Напомним основные моменты:
— повышение значения микрошага ведет к потере крутящего момента на шаговом двигателе;
— высокие значения микрошага не ведет к кратному увеличению точности работы оборудования, из-за наличия люфта в подвижных элементах конструкции.
Например, при использовании ЧПУ станках трапецеидальных винтов с ходом 2 мм. Рассчитаем точность позиционирования при основном шаге. Двигатель Nema17 имеет 200 шагов на оборот.
Точность позиционирования получается следующая:
— перемещение на один оборот — 2 мм;
— шагов на оборот — 200 шагов;
2 мм/ 200 шагов = 0,01 мм/шаг
Подобная точность достаточна для самостоятельных проектов.
При использовании шкивов GT2 20 зубьев (дать ссылку) в приводе, получим следующие значения:
— перемещение на один оборот — 40 мм;
— шагов на оборот — 200 шагов;
40 мм/ (200 шагов * 16) = 0,0125 мм/шаг
После настройки микрошага необходимо установить драйвера шаговых двигателей.
Шаг пятый.
Помимо подключения к компьютеру кабелем USB необходимо подать силовое напряжение 12 В.
На CNC Sheild v. 3 это можно реализовать двумя путями:
— подключить блок питания с помощью разъема DC;
— подключит блок питания к клеммной колодке проводами.
Первый случай подходит для небольших проектов, типа мини лазерного гравера , второй для более энергоемких проектов, типа фрезерных станков.
При выборе мощности источника питания необходимо помнить, что его мощность должна быть больше суммарной энергоемкости устройства. Под энергоемкостью проекта надо понимать потребную мощность всех компонентов системы, таких как шаговые двигатели, исполнительный механизм (лазерный модуль или шпиндель).
Шаг шестой.
Подключение шаговых двигателей.
Подключение шаговых двигателей происходит посредством разъемов Dupont на 4 контакта, шаг разъема 2,54 мм.
Если вы купили двигатели без таких разъемов, то необходимо самостоятельно обжать их, соблюдая соответствие проводов вашего двигателя и выводом на плате CNC Sheild v.3.
На рисунке выделены подписанные контакты для подключения шагового мотора.
Они должны совпадать с описанием к выбранным шаговым двигателям.
Шаговый двигатель ноебходимо подключать в слот рядом с драйвером.
Шаг седьмой.
После подключения блока питания и шаговых двигателей необходимо залить в контроллер прошивку GRBL. Мы описывали это в статье «Прошивка GRBL — скачиваем, прошиваем» .
После того как вы убедитесь, что все двигатели вращаются можно приступать к установке двигателей и контроллера на устройстве и переходить к настройке параметров прошивки GRBL для конкретного проекта.
Источник
