Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Превращаем шаговый двигатель в энкодер

В электромеханике одним из интересных моментов является то, что обычный двигатель постоянного тока может играть роль также генератора. Вы можете использовать электричество для вращения вала или использовать вращающийся вал для выработки электроэнергии. На основе этого принципа можно сделать немало полезных вещей. И в данном материале мы покажем, как использовать шаговый двигатель в качестве датчика.

Применение шагового мотора в качестве датчика имеет смысл. Если катушки в двигателе могут перемещать вал, то перемещение вала должно вызвать ток в катушках. Однако следует заметить, что при низких скоростях вы можете пропустить импульсы. Опять же, устройство не оптимизировано для этого типа операций.

В схеме используется дифференциальный усилитель на основе двух ОУ для считывания импульсов от катушки. Два операционных усилителя с двух катушек создают квадратурный сигнал, как обычный энкодер.

Когда вал поворачивается в одном направлении, один импульс будет следовать за другим. При вращении в другом направлении последовательность импульсов будет реверсирована.

Для проверки работоспособности концепции можно собрать схему из Arduino, двух двигателей и драйвера A4988.

А можно с одним двигателем и светодиодным кольцом AdaFruit NeoPixel в качестве индикатора, как на видео ниже.

В любом случае считывать импульсы с датчика/двигателя поможет следующий код:

Валкодер шаговый двигатель схема

Предлагается использовать в качестве валкодера шаговый двигатель от старых 5-ти дюймовых дисководов.

Двигатель имеет две обмотки. При вращении вала на выводах этих обмоток будут появляться импульсы ,сдвинутые по фазе, которые можно усилить до уровня логической «1». Для этого предлагается схема , разработанная VK6BRO .

С подобным двигателем получается около 200 импульсов на оборот . Ненужную алюминиевую втулку с оси двигателя проще всего снять, предварительно слегка разогрев ее.

Вид печатной платы валкодера	Общий вид валкодера
Печатная плата размером 35х35 мм приклеивается к задней части двигателя.

Рисунок печатной платы в формате Sprint-Layout

Добавления от EW2CE

Валкодер из шаговика сначала не пошел, но после доработки схемы и подключении двух лишних проводов в противофазе все пошло отлично.

У двигателя 6 проводов:
Белый	1
Голубой	2
Красный	3
Желтый	4

И остаются 2 провода, черный и коричневый или в некоторых движках 2-черных.Их нужно подключить к 1 и 4 выводам в противофазе, тоесть так что бы движок начал вращаться с большем усилием.

На выходе схемы я поставил последовательно по резистору 4,7ком. Обязательно нужно поставить резисторы по 1 МОм в цепях обратной связи микросхемы LM358. После этих переделок все пошло отлично, даже на малых скоростях. Вобщем при любых манипуляциях валкодер сбоев не дает и не пропускает импульсы. Я думаю что все описал. У нас уже многие повторили с этими переделками, и во всех все получилось.

Рисунок печатной платы в формате Sprint-Layout

Вечный энкодер (валкодер) с устойчивыми положениями из шагового двигателя

Механический энкодер — вещь удобная в использовании, но он имеет некоторые досадные недостатки. В частности, контакты со временем изнашиваются и приходят в негодность, появляется дребезг. Оптические энкодеры гораздо надежнее, но они дороже, многие из них боятся пыли, и они редко встречаются в таком виде, в котором их удобно было бы использовать в радиотехнике.

Короче, когда я узнал о том, что шаговый двигатель можно использовать как энкодер, эта идея мне очень понравилась.
Практически вечный энкодер! Замучить его невозможно: соберешь раз и можешь энкодить всю жизнь.

Содержание / Contents

↑ Шаговый двигатель и схема

Я разобрал несколько дисководов, везде двигатели были разные. Встречались на шлейфе, встречались с косой цветных проводов. На шлейфе общий провод — крайний. Всё остальное находится прозвонкой. По сопротивлению понятно: с выхода на выход сопротивление вдвое больше, чем с выхода на общую точку. А можно даже не прозванивать. Если открутить четыре винта, внутри коммутационная плата, на ней видно, где общий провод.

Исходная схема многократно встречается в Сети в вариациях. Я оттолкнулся от статьи Thomas (OZ2CPU) .

У неё есть достоинства, но есть и недостатки, об этом далее. Собрал пробный вариант в виде макета, и понял, что ничего не понял
Для начала хотелось бы сразу видеть, в какую сторону происходит шаг. Схема выдавала квадратурный код, как и обычный энкодер. Этот код надо было каким-то образом превратить в мигание светодиода — «правый» или «левый».

Разработал и протестировал вот такую схему:

Кстати, эту схему на логике можно использовать и для обычного энкодера, я её и отрабатывал на нём.

Для сборки понадобятся 8 элементов «2И-НЕ», я использовал два чипа 74HC00.
Элемент U2A, диод, конденсатор и U2B создают короткий импульс в момент положительного фронта. Элемент U6D, U4D и U2D — мультиплексор, который пересылает этот испульс либо на один, либо на другой светодиод.

Разумеется, этот же функционал можно сделать на единственном микроконтроллере, но это далеко не для всех доступно и удобно. Всё-таки элементы 2И-НЕ можно найти где угодно, в т. ч. советские (74хх00, К155ЛА3, К555ЛА3).
Последние два инвертора (U5D и U3D) можно выкинуть, ведь ничто нам не мешает подключить светодиоды не к земле, а к плюсу питания. Если крепко пошевелить мозгом, схему можно было бы ещё упростить, но эту задачу оставляем на будущее.
Печатки нет, поскольку всё собиралось только на макетке.

↑ Недостатки схемы и их преодоление

↑ Видео в работе

Жалко, что видео не передает тактильные ощущения на валу!

↑ Итого

В целом работа энкодера меня устраивает. Крутить такую «ручку громкости» необычно приятно.
Работа над устройством будет продолжена.

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке. Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

Тема: Валкодер из шагового двигателя

Опции темы

Поиск по теме

Валкодер из шагового двигателя

Собрал эту схемку http://ru3ga.qrz.ru/UZLY/encod.htm , работает великолепно, но перестраивает частоту через один импульс. Получилось примерно 100 импульсов вместо 200. Как сделать чтобы было 200.

Вот это дааааа. Читал форумы по этим темам, там столько людей собирало их, а никто не испытывал похоже. У одного меня проблема с ним что ли?

Проблема не с шаговым двигателем и схемой, а с ПРОГРАММОЙ!

А они разве не одинаковые. На входе синтеза формируется 10, 11, 01, 00. Это 4 щелчка двигателя. При этом происходит два шага наверх. Как можно получить два импульса за 1 щелчок.

Возмите упрощенную модель для оптовалкодера с оптюратором с четырьмя прорезями (Мальтийский крест). Это четыре «щелчка». За один оборот вы получите восемь изменеий состояния оптопары, а на двух фотоприемниках — шестнадцать.

Ну так с оптопарой понятно. У неё 2 фотоприёмника и 8 состояний. У шаговика 2 обмотки и . состояний. Я кстати разобрал двигатель и вывел все выводы обмоток отдельно. Получилось 2 пары обмоток совмещенных под 90 град. Можно ли включить 4 обмотки как нибудь. Я написал письмо RD3AY по поводу этой проблемы, но пока ответа нет.

С валкодером из шагового двигателя то же, что и с оптовалкодером. Посмотрите на схему, ссылку на которую Вы приводите ранее. И там и там на выходе два сигнала сдвинутые на 90 град. с цифровыми уровнями. Есть, правда, еще один нюанс. В валкодере из шагового двигателя Вы имеете именно ЩЕЛЧКИ — механическую фиксацию угла поворота. Один щелчек, как мы выяснили, это два перехода. Т.е. сдвинуть валкодер только на один переход НЕ ПОЛУЧИТСЯ! Это можно сделать только используя оптический валкодер. Заодно отпадет надобность в операционниках, значительно снижается вес и габариты.
Вот пример реализации валкодера из компьютерной мыши. Такие валкодеры прменяются в моем DDS синтезаторе.

Да, но некоторые шаговички имеют функцию так называемую режым полушагов. и при этом как раз таки имеют место быть промежуточные числа, которые не воспринимаются PIC-ом трансивера. При поключении шаговика с двумя обмотками, но с 50-ю щелчками, всё ровно, переключает при каждом щелчке. это скорее дело в движке.

Тогда смотри сообщение номер три.

Изначально непонятно о чем идет речь? Что за конструкция? Какой контроллер? Кто писал программу? Есть ли возможность ее изменить?
Если валкодер с формирователем исправно работает в статическом режиме (медленное вращение с контролем состояний по обоим каналам) то очевидно, что неувязки в управляемом устройстве.

Тема: Валкодер из шагового двигателя

Опции темы

Поиск по теме

Идея давно реализована. Лет 40 назад. Лучше взять на 400 Гц бесконтактный. Перестройку можно сделать плавную. Будет плавный синтезатор, как ГПД, но это будет настоящий синтезатор с опорной стабильностью.

Да, давно реализовано. От кварцевого генератора формируется 3 фазное напряжение с низкой частотой (можно при помощи 3-х dds) и подается на техфазную обмотку (чаше статорную). С однофазной снимается напряжение с фазой, пропорциональной углу поворота ротора. Это напря жение по фазе сравнивается с напряжением одной из фаз и разность времен перехода через 0 заполняется кварцованной частотой. Можно получить любое значение «имп\оборот».

Это в системах с ЧПУ и других, где нужна обратная связь по положению.

Но их в современных системах вытеснили оптические и магнитные енкодеры.

Стал вопрос повторить валкодер из шаговика потому как фирменный не купить, мышек с оптикой не найти они кончились. Шаговик был удачно куплен на барахолке. С него наружу торчит 5 выводов. Красный желтый белый синий и зеленый. Подозреваю что 4 обмотки соеденены звездой и имеют общий центральный вывод. давайте его определим. Насамом деле это не сложно.

1 Промеряем Оммическое сопротивление всех возможных сочетаний пар проводов. Для этого берем наугад первый и промеряем его со всеми остальными ( мы получим 4 пары). Затем второй и уже с первым не промеряем а только с оставшимися тремя( получаем 3 пары) Потом следующий и так до конца.

Мои результаты
красный — желтый 164 Ом
красный — зеленый 140 Ом
красный — белый 264 Ом
красный синий 264 Ом.

желтый — зеленый 140 Ом
желтый — белый 262 Ом
желтый — синий 262 Ом

зеленый — белый 140 Ом
зеленый — синий 140 Ом

белый — синий 262 Ом.

Итак очевидно что Все пары которые имеют 140 Ом имеют зеленый вывод. это говорит о том что Зеленый это середина креста из 4х обмоток.

Схема формирователя импульсов с оригинальной статьи http://ru3ga.qrz.ru/UZLY/encod.htm
Но с добавками-доделками. Резисторы в обратной цепи ОУ и резисторы в выходных цепях.

Полчаса упражнений с паяльником на макетке и о чудо синтезатор реагирует на поворот вала шаговика будь то резкое вращение будь то попытка провернуть вал настолько нежно чтобы схема не отреагировала. Но это невозможно. Работает на все 100 %. Колво импульсов на оборот 100 штук. Это конструктивная особенность шаговика и с этим прийдется мириться.ю Незнаю плохо это или хорошо. у меня нет пока опыта работы с синтезатором. Построю свой MiniYes раскажу.

Последний раз редактировалось UT5ULJ; 11.04.2013 в 00:35 .

Вот из прикрепленного материала ниже можно взять данные по применению валкодера по кр. мере в двух вариантах. Автор какие то данные по их работе в сравнении привел, теоретически указано «начало» их применения, приводятся схема, фото и ссылки на исходные материалы.

Последний раз редактировалось Exmaxine; 11.04.2013 в 07:15 . Причина: продублировал текст

может я туповаый но из схемы обмоток шаговика я ничего понять не могу. Я эту схему встречал и раньше но так и не понял что с чем соединять. В моем шаговике как я писал есть 4 обмотки с общим выводом. Тоесть я так полагаю что внутри они расположены «МАЛЬТИЙСКИМ КРЕСТОМ» Для работы использовал 2 обмотки которые между собой дают сдвиг фазы 90 грд. Остальные не трогал.

Вот побыстрому в фотошопе схема подключения такая.

Последний раз редактировалось UT5ULJ; 11.04.2013 в 08:53 .

У нас этих мышек на базаре по 5-6грм много, плюс отдельные платы с двумя парами по 2грв.Диск бесплатно как приложение.

Не знаю насчет «мальтийского креста», но схема точно такая, как на рисунке в посте. И я делал точно так, как написано в статье (прикреплена *.doc ниже рисунков в посте №35):

«. Как указывает К.Иванов, единственное, что нужно учесть, это то, что у некоторых шаговых двигателей средние точки обеих обмоток, соединены внутри двигателя и имеют один вывод от этого соединения наружу. Поэтому, потребуется аккуратная разборка и модернизация двигателя. То есть, потребуется добавление отдельного вывода от середины каждой обмотки. Обычно обмотки внутри двигателя имеют разный цвет эмали покрывающие провода. Следует рассоединить точку соединения четырех проводов, так чтобы остались соединенными по два провода одного цвета эмали. Это и будут два отвода от средних точек (каждый вывод от двух проводов обмотки, покрытых одинаковой эмалью).
Если у экземпляра применяемого ШД шесть выводов, то ничего переделывать не надо. С выводами надо разобраться, измеряя сопротивление между крайними выводами обмоток (около 180 Ом). Ориентироваться на цвет пластиковой изоляции выводов не рекомендуется».

И все прекрасно работает (и переделанный ШД и не переделанный — с шестью выводами).

Последний раз редактировалось Exmaxine; 11.04.2013 в 09:14 .

Добавлено через 8 минут(ы) :

Ничего не требуется разбирать. Яже видео писал и ссылки давал. Общий провод от всех обмоток и подбираем пару обмоток которые дают сдвиг 90грд. В КРЕСТЕ шаговика такие 2 пары потому что 4 обмотки разнесены между собой на 90 грд. Все работает без разборок и добавлений выводов. Иванов RD3AY намудрил. Практика показывает что нет необходимости разбирать японцами сделанный шаговик. Вчем и прелесть всей конструкции. Мы имеем ось с двумя подшипниками сделано все в честной Японии в 80ты. Китай тогда такого не делал. И эта конструкция безлюфтовая и не обслуживаемая. У меня синтезатор Иванова реагирует на самые мелкие попытки тихонько провернуть вал шаговика. И реагирует правильно и без пропусков или еще каких то ошибок. Я на ютуб выложил видео и описал как подобрать пару обмоток для тех кто боится рискнуть чегото разбирать о допаивать внутри шаговика.

Последний раз редактировалось UT5ULJ; 11.04.2013 в 09:27 .

[QUOTE=UT5ULJ;795019]
Ничего не требуется разбирать. Яже видео писал и ссылки давал./QUOTE]
А зачем тогда вопрос задавали?

[QUOTE=UT5ULJ;795019]Общий провод от всех обмоток и подбираем пару обмоток которые дают сдвиг 90грд. В КРЕСТЕ шаговика такие 2 пары потому что 4 обмотки разнесены между собой на 90 грд. Все работает без разборок и добавлений выводов. Иванов RD3AY намудрил. Практика показывает что нет необходимости разбирать японцами сделанный шаговик. Вчем и прелесть всей конструкции. Мы имеем ось с двумя подшипниками сделано все в честной Японии в 80ты. Китай тогда такого не делал. И эта конструкция безлюфтовая и не обслуживаемая. У меня синтезатор Иванова реагирует на самые мелкие попытки тихонько провернуть вал шаговика. И реагирует правильно и без пропусков или еще каких то ошибок. Я на ютуб выложил видео и описал как подобрать пару обмоток для тех кто боится рискнуть чегото разбирать о допаивать внутри шаговика./QUOTE]