Sono utilizzati nelle stampanti a getto d’inchiostro, stampanti laser, stampanti 3D, negli scanner, nei CNC, nei robot industriali e in tutti i dispositivi che necessitano di un movimento preciso e stabile.
A differenza dei motori DC, che girano velocemente in una direzione o nell’altra, i motori passo-passo, si spostano lentamente con precisione e forza; questi spostamenti si chiamano passi (step).
Ci sono due tipi di motori passo-passo (stepping motor): unipolari e bipolari, si riconoscono dal numero di fili collegati al motore, 5 o 6 fili è unipolare, 4 fili è bipolare, quest’ultimi sono più potenti; si spostano con precisione e ripetibilità da un punto al successivo, rimanendo saldamente fermi, nella posizione in cui si trovano.
I motori passo-passo, sono caratterizzati dal movimento che avviene per passi; un tipico motore passo-passo ha 200 passi (step) per giro (360°), pertanto si sposterà di 1,8 gradi ogni passo.
Il numero di step dipende dal numero dei magneti e delle bobine.
per pilotare un motore stepper unipolare, servono solo 4 resistenze, 4 transistor in configurazione Darlington e altrettanti diodi di protezione.
I motori passo-passo bipolari, sono difficili da gestire, perché per farli muovere è necessario invertire la polarità di alimentazione delle bobine seguendo una precisa sequenza.
Generazione dello “step”
Quando una bobina è alimentata, il magnete del rotore sarà attratto in questa direzione, togliendo l’alimentazione a questa bobina e alimentando l’altra, il magnete sarà attratto verso quest’ultima. Alimentando nuovamente la prima bobina con polarità invertita, il magnete sarà attratto da questa, di seguito si toglie l’alimentazione alla bobina e si alimenta la seconda con polarità invertita, di nuovo il magnete seguirà quest’ultima, così di seguito passo dopo passo.
Oltre ai driver H-bridge, ci sono diversi circuiti integrati progettati per controllare i motori passo-passo che contengono all’interno transistor in configurazione Darlington (serie ULN 2002,2003,2004)
Senza utilizzare un microprocessore o Arduino, queste operazioni si possono fare utilizzando la coppia di circuiti integrati L297 (logica di controllo) e L298 (driver di potenza).
Seguendo opportune sequenze è possibile muovere il motore di mezzo passo, ad esempio alimentando le bobine contemporaneamente, il magnete si sposterà al centro delle due bobine.
Controllo della velocità di un motore passo-passo che cambia la direzione del movimento quando la barra rossa, tocca un microswitch.
Variabili di progetto.
- ADC: variabile di tipo Byte, controlla il Delay, che fa aumentare o diminuire la velocità del motore.
- SW1: variabile di tipo Bool, che contiene il valore, vero o falso, del microswitch 1.
- SW2: variabile di tipo Bool, che contiene il valore, vero o falso, del microswitch 2.
Proprietà degli oggetti inseriti nel 3D System panel.
- Stepper_generic: il collegamento delle bobine del motore passo-passo, è controllato dai pin 0,1,2 e 3 della porta B.
- SW_micro_roller1: il microswitch 1 è connesso al pin 6 della porta B.
- SW_micro_roller2: il microswitch 2 è connesso al pin 7 della porta B.
- Pot_trim_finger1: il trimmer che regola la velocità è connesso all’ingresso analogico An0.
- Shape1: la barra rossa è connessa, con target_object :shape1 nel pannello proprietà del motore passo-passo
Diagramma di flusso
Per utilizzare il motore passo-passo è necessario abilitarlo, inserendo, all’inizio del programma, il Component Macro con la funzione EnableMotor.
Ciclo principale.
Inserisco il Component Macro ADC=pot_trim_finger1::GetByte funzione della variabile ADC, che controlla il Delay della ripetizione del ciclo principale, che a sua volta controlla la velocità del motore, incrementando la rotazione di un passo in senso orario con il Component Macro, IncrementStep .
ADC + 5, serve per evitare la velocità eccessiva della simulazione del motore quando il trimmer è a zero.
Se è premuto, B6->SW1, controlla se il microswitch collegato al pin 6 della porta B è premuto, e la funzione if SW1 fa eseguire il ciclo secondario.
La funzione Delay, controlla la velocità di rotazione del motore; qualora fosse necessario avere una velocità di ritorno, maggiore o minore rispetto alla rotazione in senso orario, è necessario introdurre una nuova variabile ADC2 da collegare a un secondo trimmer.
Ciclo secondario: inversione del movimento.
Il Component Macro, stepper_generic::DecrementStep, inverte il senso di ritazione del motore passo_passo, ad ogni esecuzione del ciclo secondario.
B7-> SW2: controlla se il microswitch 2 è premuto, in tal caso la funzione if SW2, con la funzione goto Connection Point, rimanda il programma al Connection Point, invertendo il senso di rotazione.
Riccardo Monti