Manejar un motor stepper con un driver DRV8825 y una Raspberry Pi

Para un proyecto que tengo entre manos (un scanner 3D por fotogrametría, ver esta entrada), quiero controlar un motor a pasos (stepper) con una Raspberry Pi. En esta entrada ya expliqué cómo hacerlo con Arduino, pero ahora lo voy a hacer con la Rapsberry Pi, y voy a emplear un driver DRV8825.

En teoría, al no ser linux un sistema de “tiempo real”, no es muy indicado para manejar directamente elementos que requieren un control preciso del tiempo. Para mis propósitos, como no necesito controlar de forma muy precisa la velocidad, sino la posición, me sirve sin problemas.

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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 tengo es un motor NEMA 17 JK42HS40-1704 13A, comprado aquí por 12.50 €.

Características:

  • Número de parte: JK42HS40-1704 13A
  • Tamaño de marco: NEMA17
  • Ángulo del paso: 1,8 grados
  • Voltaje: 3.4V
  • Corriente: 1,7 A/phase
  • 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):

El esquema Fritzing sería así:

Manejar un motor paso a paso con DRV8825 y Raspberry Pi

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.

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.

 

En la Raspberry Pi voy a emplear código en Python. He conectado el pin de STEP del DRV8825 en el pin GPIO7 de la Raspberry Pi (pin 26), y el de DIR en el pin GPIO8 (pin 26). Mandando señales a estos pines podré indicar que se avance un paso (pin STEP), y cambio de dirección en en pin DIR. Por como tengo conectado todo, son pasos completos, nada de micropasos, que no me hacen falta por el momento.

Con el código siguiente en Python el motor da una vuelta completa en una dirección, y luego cambia de dirección y da otra vuelta:

# -*- coding: utf-8 -*-

import time                     #Para las pausas
import RPi.GPIO as GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)        #Usar la numeración de pines de la placa

pinDir = 24                     #Pin DIR
pinStep = 26                    #Pin Step
numSteps = 200                  #Número de pasos del motor
microPausa = 0.005              #Número de segundos de pausa


GPIO.setup(pinDir,GPIO.OUT)
GPIO.setup(pinStep,GPIO.OUT)

while True:

        GPIO.output(pinDir,0)           #Establezco una dirección (0 o 1)

        for x in range(0,numSteps):
                GPIO.output(pinStep, True)
                time.sleep(microPausa)
                GPIO.output(pinStep, False)
                time.sleep(microPausa)

        time.sleep(microPausa)

        GPIO.output(pinDir, 1)          #Cambio de dirección

        for x in range(0,numSteps):
                GPIO.output(pinStep, True)
                time.sleep(microPausa)
                GPIO.output(pinStep, False)
                time.sleep(microPausa)

GPIO.cleanup()          #Para acabar correctamente

Y aquí un vídeo mostrando el motor en funcionamiento:

 

Referencias

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

 

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

Raspberry Pi Stepper Motor Tutorial

Un pensamiento en “Manejar un motor stepper con un driver DRV8825 y una Raspberry Pi

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