Cita de Charles Babbage

Cita

On two occasions I have been asked (by members of Parliament!), “Pray, Mr. Babbage, if you put into the machine wrong figures, will the right answers come out?” I am not able rightly to apprehend the kind of confusion of ideas that could provoke such a question.

Charles Babbage (1791-1871), diseñador de la máquina analítica, precursora del ordenador.

Inventors and Inventions, Volume 1. Marshall Cavendish, 2007

Manejar un motor stepper con un driver A4988 y Arduino

Voy a contar cómo manejar un motor paso a paso (stepper) con Arduino a través de un driver A4988. En esta otra entrada ya expliqué cómo hacerlo con un controlador DRV8825, que es una versión mejorada del A4988 (el DRV8825 admite microstepping has 1/32, frente al 1/16 del A4988, 45V frente a 35V, y 2.5A frente a 2A).

Pololu driver A4988

 

Características principales del driver A4988:

  • Para motores bipolares
  • Permite microstepping de hasta 1/16
  • 2A
  • Interfaz casi idéntica al DRV8825
  • 35 V máximo
  • Control de corriente máxima con un potenciómetro

Nota importantísima: los datos anteriores, en especial el del límite de 2A es para los A4988 en los módulos Pololu (algo más caros). Hay una variante muy común que son los StepStick (más baratos, y seguramente es este el que tienes si lo has comprado de China). y la principal diferencia es que su límite es de 1A. Así que mucho ojito.

Stepstick driver A4988

El motor que voy a usar es un motor NEMA 17 GZGW09, comprado aquí por 13.50 €, pero valdría cualquier motor bipolar de 4 cables.

gzgw09

Características:

  • Step angle: 1.8 degree
  • Rated voltage: DC 4.83V
  • Rated current: 0.84A
  • Phase impedance: 5.75 Ohm + / – 10 degree centigrade
  • Phase inductance: 9.3 mH + / – 20 degree centigrade (1kHz 1V RMA)
  • Holding torque: 0.48Nm Min
  • Shaft diameter: 5mm / 0.188 (3/16)
  • Shaft length: 20mm
  • Motor height: 34mm
  • Number of lead wire: 4 wires
  • Driven X-axis and Y-axis movement, sprinkler wire wheel to scroll
  • Great for DIY project
  • Dimensions: 5.8 cm x 4.2 cm x 4.2 cm
  • Weight: 220 g

 

Para alimentar el motor empleo una fuente de alimentación de un ordenador (ver esta entrada).

Siguiendo las instrucciones de Pololu, voy a emplear el siguiente esquema de conexión, con paso completo (sin microstepping):

Empleo un Arduino Nano, pero valdría cualquier otro. Uso el pin 8 para la dirección y el 9 para el step. El esquema Fritzing sería así:

La conexión de los cables del motor al StepStick A4988 la hago así:

  • 1A: rojo (morado)
  • 1B: gris (gris)
  • 2A: amarillo (blanco)
  • 2B: verde (negro)

 

(Reemplazar imagen)

Para no dañar el motor tenemos que regular inicialmente el potenciómetro a la mínima potencia, girando el potenciómetro en sentido antihorario hasta el final, y más adelante ajustarlo hasta la capacidad del motor. En este vídeo se explica cómo regular adecuadamente la intensidad.

Lo primero es determinar el chip que realmente tenemos, pues cambia mucho si es un Pololu o un StepStick.

En la hoja de especificaciones se dice:

El Pololu tiene un valor de para la resistencia de censado SMD de 0.05 Ω (si se fabricó a partir de enero de 2017, entonces 0.068 Ω), mientras que en el StepStick es de 0.2 Ω. Lo mejor es mirarlo en la propia placa.

Así pues, en mi caso, tengo un StepStick (Rs= 0.2 Ω), y la intensidad máxima para mi motor de 0.84 A.

VREF = ItripMAX · 8 · Rs = 0.84 · 8 · 0.2 = 1.34 V

Así que debería limitar a 1.34 V.

Pero ojo, el valor de la intensidad que hemos empleado antes es la máxima. En función de qué configuración de microstepping vayamos a usar, se podrá emplear otro valor.

Así, si empleamos pasos completos sin micro pasos, vemos que la tensión va variando en cada micropaso (también se puede consultar una tabla en las especificaciones):

Si emplease pasos completos y no micro pasos, entonces la tensión máxima que se entrega al motor es de un 70.71%.

Y entonces, si voy a emplear pasos completos tendré que ajustar el voltaje a:

 

VREF= 0.7071· ItripMAX · 8 · Rs = 0.7071 · 0.84 · 8 · 0.2 = 0.95 V

Para medir este voltaje, lo hacemos con el multímetro sobre el potenciómetro y sobre tierra, y ajustamos el potenciómetro hasta la VREF calculada antes (0.95 V).

Ya tengo el driver ajustado a mi motor para pasos completos, así que ya puedo conectarlo y empezar a utilizarlo.

Cargando el siguiente código a Arduino, el motor da una vuelta completa en una dirección, y luego cambia de dirección y da otra vuelta:

const int dirPin = 8;
const int stepPin = 9;
 
const int steps = 200;
int microPausa = 1000;
 
void setup() {
 pinMode(dirPin, OUTPUT);
 pinMode(stepPin, OUTPUT);
}
 
void loop() {
 digitalWrite(dirPin, HIGH);  // Establezco una dirección

 for (int x = 0; x < steps ; x++) {
   digitalWrite(stepPin, HIGH);
   delayMicroseconds(microPausa);
   digitalWrite(stepPin, LOW);
   delayMicroseconds(microPausa);
 }
 delay(1000);
 
 digitalWrite(dirPin, LOW);  // Cambio la dirección

 for (int x = 0; x < steps ; x++) {
   digitalWrite(stepPin, HIGH);
   delayMicroseconds(microPausa);
   digitalWrite(stepPin, LOW);
   delayMicroseconds(microPausa);
 }
 delay(1000);

}

Y un vídeo mostrando el motor en movimiento con el código anterior:

Referencias

https://www.pololu.com/product/2133

Motores paso a paso con Arduino y driver A4988 o DRV8825

http://www.instructables.com/id/Drive-a-Stepper-Motor-with-an-Arduino-and-a-A4988-/

https://www.spainlabs.com/foros/tema-Ajuste-de-los-pololus-en-caliente

Manejar un motor stepper con un driver DRV8825 y Arduino

Voy a contar cómo manejar un motor paso a paso (stepper) con Arduino a través de un controlador DRV8825. En esta otra entrada explico cómo hacerlo con una Raspberry Pi, de forma muy similar, y en esta hablo de varios motores y drivers.

0j42241200

Características principales del driver DRV8825:

  • Para motores bipolares
  • Permite microstepping de hasta 1/32
  • 1.5  por fase o 2.2A si se dispone de ventilación forzada de aire o disipadores
  • Interfaz casi idéntica al A4988
  • 45 V máximo
  • Control de corriente máxima con un potenciómetro

El motor que voy a usar es un motor NEMA 17 JK42HS40-1704 13A, comprado aquí por 12.50 €, pero valdría cualquier motor bipolar de 4 cables.

Características del motor:

  • Número de parte: JK42HS40-1704 13A
  • Tamaño de marco: NEMA17
  • Ángulo del paso: 1,8 grados
  • Voltaje: 3.4V
  • Corriente: 1,7 A/fase
  • Resistencia: 2,0 ohmios/fase
  • Inductancia: 3,0 mH/phase
  • Llevar a cabo el esfuerzo de torsión: 4000g-cm 58.30 OZ-IN
  • Inercia del rotor: 54 g-cm2
  • Esfuerzo de torsión de la muesca: 0,22 kilogramo-cm
  • Número de ventajas de alambre: 4
  • Peso: 0,24 kilogramos
  • Longitud: 40m m
  • Eje del motor: 5mm
  • Longitud del árbol delantero: 20 mm
  • Certificación: CE, ROHS, ISO9001

Para alimentar el motor empleo una fuente de alimentación de un ordenador (ver esta entrada).

Siguiendo las instrucciones de la página de Pololu, voy a emplear el siguiente modo de conexión, con paso completo (sin microstepping):

Empleo un Arduino Nano, pero valdría cualquier otro. Uso el pin 8 para la dirección y el 9 para el step. El esquema Fritzing de mi montaje es así:

Manejar un motor paso a paso con DRV8825 y Arduino

 

La conexión de los cables del motor al DRV8825 la hago así:

  • B2: azul
  • B1: rojo
  • A1: negro
  • A2: verde

Para no dañar el motor tenemos que regular inicialmente el potenciómetro a la mínima potencia, girando el potenciómetro en sentido antihorario hasta el final, y más adelante ajustarlo hasta la capacidad del motor. En este vídeo se explica cómo regular adecuadamente la intensidad, que cuento a continuación.

Empiezo con el motor desconectado. Lo primero, calculo el voltaje por cada fase. Para eso me fijo en las características de mi motor. Ahí me dicen que el motor es de 1.7 A / fase. Tendré que limitar el DRV8825 a este valor. Por encima de 1.5 A (y hasta 2.2A) el controlador DRV8825 debe tener ventilación forzada de aire o un disipador, así que le pego un disipador (me venía al comprarlo con el DRV8825), pues pretendo fijarlo en la capacidad máxima del motor.

Ahora tengo que ajustar la corriente del DRV8825 con el potenciómetro. Primero tengo que averiguar a cuánto he de limitar esa corriente. Para ello empleo la fórmula que viene en la hoja de especificaciones del driver:

Current Limit = VREF × 2

(Ojo, que por muchas páginas se ven otras fórmulas; hay que emplear la fórmula específica de nuestro driver).

Entonces:

1.7 = VREF x 2

VREF = 0.85 V

Pero ojo, este voltaje va asociado a la corriente máxima que recibirá el motor, y depende de la configuración de micropasos. Hay que consultar en la Tabla 2 de la hoja de especificaciones del DRV8825. En mi caso, con paso completo (full step), la corriente es un 71%, así que deberé multiplicar por este factor el resultado anterior:

VREF = 0.71 · 0.85 = 0.60 V

Así que el voltaje límite que debo ajustar es 0.60 V por fase.

Ahora tengo que ver dónde medir con el multímetro en el DRV8825:

Aunque es más fácil medir directamente desde el potenciómetro:

Desconecto el motor, pero alimento con 12V el DRV8825 y alimento también el Arduino a través del puerto USB. Con todo así, mido el voltaje y ajusto el potenciómetro hasta alcanzar mis VREF calculado antes (0.60 V).

Ya tengo el driver ajustado a mi motor, así que ya puedo conectarlo y empezar a utilizarlo.

Cargando el siguiente código a Arduino, el motor da una vuelta completa en una dirección, y luego cambia de dirección y da otra vuelta:

const int dirPin = 8;
const int stepPin = 9;
 
const int steps = 200;
int microPausa = 1000;
 
void setup() {
 pinMode(dirPin, OUTPUT);
 pinMode(stepPin, OUTPUT);
}
 
void loop() {
 digitalWrite(dirPin, HIGH);  // Establezco una dirección

 for (int x = 0; x < steps ; x++) {
   digitalWrite(stepPin, HIGH);
   delayMicroseconds(microPausa);
   digitalWrite(stepPin, LOW);
   delayMicroseconds(microPausa);
 }
 delay(1000);
 
 digitalWrite(dirPin, LOW);  // Cambio la dirección

 for (int x = 0; x < steps ; x++) {
   digitalWrite(stepPin, HIGH);
   delayMicroseconds(microPausa);
   digitalWrite(stepPin, LOW);
   delayMicroseconds(microPausa);
 }
 delay(1000);

}

 

Y un vídeo mostrando el motor en movimiento con el código anterior:

 

Referencias

https://www.pololu.com/product/2133

Controlador de motor a pasos DRV8825

Motores paso a paso con Arduino y driver A4988 o DRV8825

https://forum.pololu.com/t/drv-8825-stepper-motor-steps-and-delay-between-pulses/7530