Điều khiển module động cơ step 2 pha và thư viện

L293D thực chất chỉ là ic gồm 2 mạch cầu.

Mỗi mạch cầu lại gồm 2 bộ chuyển mạch.

Mình minh họa một bộ chuyển mạch như hình sau:

• Khi cấp một điện áp logic mức cao vào cực input (5v) thì ở output sẽ được nối lên điện áp nguồn dương.
• Khi cấp một điện áp logic mức thấp vào cực input (0v) thì ở output sẽ được nối xuống 0v.

Trên thực tế, các khóa điện tử làm từ vật liệu bán dẫn được phân cực, nên chiều dòng điện qua khóa điện là một chiều.

IC l293d có tổng cộng 4 bộ chuyển mạch như vậy với pinout như hình vẽ.

Đối với 2 chân Enable 1 và Enable 2:

• Nối chân này lên 5v để điều khiển.
• Nôi xuống 0v để ngăn không cho điều khiển. (Bất cứ sự thay đổi nào trên đầu IN đều không làm OUT thay đổi)

2  đoạn code vừa rồi chỉ để chứng minh là lý thuyết đã đúng.

Điều khiển như vậy còn được gọi là điều khiển đối xứng.

Đồ thị điện áp đặt lên pha:

Như đã biết, arduino sẽ cấp một xung điều khiển để chuyển trạng thái step, tuy nhiên sau khi roto đã quay đến vị trí cân bằng thì xung điều khiển vẫn còn đó, dòng điện đi qua cuộn dây stato lúc này là dòng có hại và không sinh công ,

Nó làm ngắn mạch đầu ra của ic, sinh nhiệt rất lớn và làm hỏng ic.

(2 ví dụ trên mình chỉ moto quay khoảng 3 phút (chạy không tải ) là ic đã phát nhiệt rất lớn rồi).

Hướng giải quyết:

Sau khi cấp xung điều khiển, đợi cho roto quay tới vị trí cân bằng (time_level), ta sẽ tắt xung điều khiển trong toàn bộ thời gian còn lại.

#define in_A_1 4
#define in_A_2 5
#define in_B_1 6
#define in_B_2 7

void setup()
{
    pinMode(in_A_1, OUTPUT);
    pinMode(in_A_2, OUTPUT);
    pinMode(in_B_1, OUTPUT);
    pinMode(in_B_2, OUTPUT);
}
unsigned int time_delay = 10;
unsigned int time_level = 5;
void loop()
{

    delay(time_delay);
    step_1();
    delay(time_level);
    tat_xung();
    delay(time_delay);
    step_2();
    delay(time_level);
    tat_xung();
    delay(time_delay);
    step_3();
    delay(time_level);
    tat_xung();
    delay(time_delay);
    step_4();
    delay(time_level);
    tat_xung();
}
void tat_xung()
{

    digitalWrite(in_A_1, 0);
    digitalWrite(in_A_2, 0);
    digitalWrite(in_B_1, 0);
    digitalWrite(in_B_2, 0);
}
void step_1()
{

    //step1
    //A+,B+
    digitalWrite(in_A_1, 1);
    digitalWrite(in_A_2, 0);
    digitalWrite(in_B_1, 1);
    digitalWrite(in_B_2, 0);
}
void step_2()
{

    //step2
    //A+,B-
    digitalWrite(in_A_1, 1);
    digitalWrite(in_A_2, 0);
    digitalWrite(in_B_1, 0);
    digitalWrite(in_B_2, 1);
}
void step_3()
{

    //step3
    //A-,B-
    digitalWrite(in_A_1, 0);
    digitalWrite(in_A_2, 1);
    digitalWrite(in_B_1, 0);
    digitalWrite(in_B_2, 1);
}
void step_4()
{

    //step4
    //A-,B+
    digitalWrite(in_A_1, 0);
    digitalWrite(in_A_2, 1);
    digitalWrite(in_B_1, 1);
    digitalWrite(in_B_2, 0);
}

Với code này, mình đã cho motor quay không tải liên tục trong 20 phút, kết quả là nhiệt độ của ic l923d chỉ nhỉnh hơn nhiệt độ trên chip AVR của arduino một chút mà thôi.

Ý nghĩa của time_level:

• Nhiệt độ sẽ giảm hơn so với phương pháp điều khiển đối xứng theo tỷ lệ: g=time_high/time_level. Với time_high là thời gian xung cao của phương pháp đối xứng,
• Nếu thời gian kích từ quá ngắn thì động cơ sẽ không quay được nếu có thêm tải. Đối với tải nhỏ như đầu đọc laser thì time_level vào cỡ 5ms, với các dự án CNC mini thì time_level khoảng 5-15ms.
• Time_level càng cao thì càng khỏe, nhanh nóng ic. Time_level càng thấp thì bảo vệ được ic driver, tuy nhiên momen xoắn nhỏ, dễ bị hụt step, gây sai lệch. 

Stepper.cpp:

Hiện (27/12/2016) thư viện Stepper.cpp được arduino.cc chọn làm thư viện. Nhưng khá buồn khi chính nó cũng đang mắc phải lỗi điều khiển đối xứng, hẳn là sẽ làm giảm tuổi thọ hàng tá ic trong thời gian tới.

Mình đã test thử thư viện Stepper.cpp, cho dừng delay để đo tín hiệu các chân, thậm chí lục ra mã nguồn trong desktop của mình để xem họ viết gì. Kết quả mình dự đoán là đúng.

Nó đây: https://github.com/arduino/Arduino/blob/master/libraries/Stepper/src/Stepper.cpp

Có thể dễ thông cảm vì mọi thứ đều là do bàn tay khối óc của cộng đồng xây dựng lên, cái nào chưa hoàn thiện thì mọi người lại chung tay vun đắp thêm.

Code 1

#include "STEP_2_PHASE.h"

STEP_2_PHASE moto(4, 5, 6, 7); //(A+,A-,B+,B-)
//set pin
void setup()
{
    moto.set(10, 5);
}
void loop()
{
    // quay thuận kim đồng hồ (tiến về trước) 90 step
    moto.go_front(90);
    delay(100);
    moto.go_back(90); // quay ngược 90 step
    delay(100);

    // tự tìm đến step(x)
    moto.goto_step(60);
    delay(100);
    moto.goto_step(0);
    delay(100);

    // quay thuận 20 step
    moto.step(20);
    delay(100);
    moto.step(-20); // quay ngược 20 step
    delay(100);
}

Code 2: Điều khiển đồng bộ 2 moto

//chú ý: truy cập phương thức với tên : " TWO_MOTORS"
#include "STEP_2_PHASE.h"
//(A+,A-,B+,B-)
STEP_2_PHASE moto_y(8, 9, 10, 11); // pha A(8,9), pha B(10,11)
STEP_2_PHASE moto_x(4, 5, 6, 7); //A(4,5) , B(6,7)
//set pin
void setup()
{
    moto_x.set(5, 10);
    moto_y.set(10, 10);
}
void loop()
{
    //vẽ tam giác
    TWO_MOTORS.goto_xy(moto_x, 50, moto_y, 50);
    TWO_MOTORS.goto_xy(moto_x, 100, moto_y, 0);
    TWO_MOTORS.goto_xy(moto_x, 0, moto_y, 0);
}

Bạn có thể tìm các code ví dụ trong thư mục Example của thư viện nhé.

Tất cả các trường hợp code (4 dây và 3 dây) đều đã được mình test nhiều lần, hiệu suất của 3 dây cao hơn.  Các bạn chú ý nối dây cho chắc chắn nhé. 

Mình sẽ làm mạch cầu đơn giản từ các transistor.

Sơ đồ mạch được mình lấy lại từ mạch lái mô-tơ của ô tô điều khiển từ xa.

Hai loại transitor là NPN  và PNP. Ở đây mình chọn là npn 8050 và pnp 8550.

Phía trên là mạch đơn giản, nó cần có thêm cổng AND trước 4 cổng IN để sử dụng chức năng Anable, cần mắc thêm 2 diode ở mỗi đầu ra để dập tắt dòng ngược do hiện tượng cảm ứng từ và cộng hưởng từ gây ra bởi cuộn stato ( có tính cảm lớn).

Bạn hãy xem datasheet để xem mạch tương đương của họ nhé.

Tuy vậy mạch này cũng khá bền khi chỉ dùng để lái moto  chạy pin. ^^.

Test thực tế

Hệt như dùng ic. Nhiệt độ ổn định.

Hehe, sau vụ này chế thêm vài ic cho đỡ tốn!