Control de Motor a pasos utilizando dispositivos TTL
Proyecto Final
Integrantes:
Salmón Angel Adrian Gerardo
Villarreal Félix Carlos
López López Víctor Raúl
Sainz Ortega Eduardo
Introducción:
Para la realización de esta práctica se necesitaron los conocimientos previos de la materia de Digitales 1, puesto que se maneja el control de un motor a pasos por medio de diseño digital por medio de la familia de C.I. TTL.
Se utilizó la reducción de términos por medio del método de mapas de karnaugh, haciendo anteriormente una tabla de entrada de datos en la cual se plasma el comportamiento que se espera en la polarización de las terminales de un motor a pasos, esto, en forma general por medio de un pulso controlado con el software LabView, un contador (74LS193), una combinación de compuertas lógicas TTL y una etapa de potencia para poder activar las bobinas del motor a pasos con una corriente adecuada que no dañe al sistema digital.
Objetivos:
Ø Diseñar un circuito digital con características específicas para controlar un motor a pasos de paso completo y dirección seleccionada.
Ø Acoplar un sistema digital con un motor a pasos por medio de una etapa de potencia.
Objetivo general es diseñar un circuito capaz de controlar un motor en dirección, velocidad y secuencia.
1.1. Motor Paso a Paso.
Los motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos. En la Fig. 1 se puede observar un motor a pasos físicamente.
La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90° hasta pequeños movimientos de tan solo 1.8°, es decir, que se necesitarán 4 pasos en el primer caso (90°) y 200 para el segundo caso (1.8°), para completar un giro completo de 360°.
Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posición o bien totalmente libres. Si una o más de sus bobinas está energizada, el motor estará enclavado en la posición correspondiente y por el contrario quedará completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas.
Secuencias para manejar motores paso a paso Unipolares
Todas las secuencias comienzan por el paso 1 una vez alcanzado el paso final (4 u 8). Para revertir el sentido de giro, simplemente se deben ejecutar las secuencias en modo inverso
En esta secuencia se activa solo una bobina a la vez, esto es paso completo. En algunos motores esto brinda un funcionamiento más suave. La contrapartida es que al estar solo una bobina activada, el torque de paso y retención es menor.
Desarrollo del proyecto
Se realizo el diseño lógico e implementación en conjunto con la etapa de potencia para controlar las posibles secuencias de un motor a pasos.
Materiales
a) Motor a pasos (1)
b) C.I. TTL para la implementación del diseño lógico. (7)
c) Diodos Led’s. (4)
d) Resistores / variables
e) Alambre calibre 22. (3 m)
f) Interruptor 2 polos. (2)
Equipo
a) Protoboard
b) Pinzas
c) Fuente de poder de 5 V.
d) Multimetro
e) LabView
Procedimiento y Metodología Experimental
Paso 1) Pulsador
Se comenzó por sacar un pulso de oscilación constante mediante el puerto paralelo, mediante el cual se controlaba la velocidad del giro del motor.
Figura 2. Control por medio de LabView
Paso 2) Control de ascendencia y descendencia del conteo
Para el control del sentido del conteo se utilizan las terminales (4 y 5) del circuito integrado que funcionan de la siguiente manera, cuando una de ellas tiene en su entrada el pulso la otra tiene que estar a positivo para que solo se active el conteo en un solo sentido.
Para poder hacer este circuito solo se utilizo un interruptor para poder controlar el sentido de la dirección del motor, para esto se realizo el siguiente circuito de la Fig.3.
Fig 3. Circuito controlador del sentido.
Para ver cómo funciona el circuito de la Fig.7 Solo se analiza en los dos estados en positivo y tierra, cuando el interruptor se encuentra a tierra en la entrada ascendente se invierte el cero por un uno y multiplicada por el pulso seguirá obteniéndose pulsos a la salida, mientras que cuando entra la señal de cero a la salida descendente cualquier entrada multiplicada por cero da como resultado cero e invertida da uno eso hace que en la salida desencante se tenga un uno y en la salida ascendente el pulso eso significa cuenta hacia arriba.
Para el caso cuando se tiene el interruptor en positivo sucede exactamente lo mismo solo que ahora la salida ascendente tendrá salida siempre en positivo que desactiva el conteo ascendente mientras que la salida descendente tendrá un pulso activando el conteo descendente.
Paso 3) Contador Hexadecimal (74LS193)
Se empleo el contador síncrono Hexadecimal de cuatro Bits, el hecho de utilizar este integrad es que facilita al momento de elegir el sentido del conteo por su configuración de conexión Fig. , donde solo se utilizo el conteo hacia arriba, abajo y sus cuatro salidas QA, QB, QC y QD y se elaboro la tabla de verdad con las 16 combinaciones.
Figura 4. C.I. 74LS193
Paso 4) diseño del circuito para los movimientos del motor a pasos.
El siguiente paso fue investigar el funcionamiento del motor a pasos, de esta investigación se obtuvieron las siguientes tablas secuenciales que muestran a la salida las cuatro bobinas del motor, las cuales al tener un 1 representan la activación de una bobina en el motor, lo cual al hacerlo secuencialmente define un comportamiento en el motor. Estas tablas se obtuvieron de la referencia [2].
Para reducir estas expresiones se utilizo el método de mapas de karnaugh, en el cual se realizo un mapa por cada bobina activada.
Etapa de potencia
Para la etapa de potencia se utilizo el circuito ya establecido en el manual de prácticas de instrumentación (Fig.11), el hecho de utilizar una etapa de potencia es para no dañar la salida de los circuitos TTL, como el motor demanda una corriente mínima de 200mA y salida de los integrados solo alcanza los 16mA se agrega la etapa de potencia.
Donde A, B, C y D son las salidas de los integrados conforme a la tabla de verdad que se implemento, se utiliza un opto acoplador donde su salida de corriente es de 200mA, acoplada a un transistor que hace que se eleve la corriente a 600mA aproximadamente para hacer que el motor actué.
Fig. 5 Etapa de potencia
Resultados Experimentales.
Conclusiones
Para concluir se obtuvo que es importante el uso de las tecnologías digitales en un proceso de control; Se logro poder controlar un motor en sentido posición-velocidad. La elección de haber utilizado compuertas simples en vez de flip-flop u otro tipo de circuitos integrados fue que el análisis es más sencillo pero si un poco más extenso para la elaboración física y otro requerimiento es que uno mismo diseñara su decodificador. Se comprendió principalmente el control digital por medio de un software, en este caso, LabView.
Referencias
[2] http://www.todorobot.com.ar/informacion/tutorial%20stepper/stepper-tutorial.htm
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