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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Control por ordenador de los mecanismos de los equipos de medida. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición Un dispositivo hardware-software para el control de motores paso a paso, diseñado para proporcionar mediciones de los parámetros de equipos electroacústicos utilizando herramientas de software del complejo de medición. Cuando se miden las características espaciales (patrones de radiación del edificio) de los transductores electroacústicos y electroacústicos utilizando el complejo de medición computarizado en tiempo real descrito anteriormente [1], es necesario posicionar remotamente con precisión el ángulo del receptor y el emisor acústicos. Este problema se resuelve de manera más efectiva con la ayuda de motores paso a paso. La ventaja de los motores paso a paso es que le permiten convertir una señal de control eléctrica en un movimiento angular del rotor fijándolo en una posición determinada sin ningún dispositivo de retroalimentación. Esta circunstancia simplifica enormemente el diseño de las respectivas unidades y el montaje de medida en su conjunto. El dispositivo hardware-software propuesto está diseñado para el control interactivo, independiente y simultáneo de dos motores paso a paso. El dispositivo le permite configurar en forma digital la magnitud y la dirección de rotación de los rotores de los motores paso a paso. El área principal de aplicación es el control de unidades mecánicas de equipos de medición e instalaciones experimentales. El dispositivo consiste en una unidad de interfaz de hardware y un programa de control de computadora original. La velocidad máxima de rotación de los rotores del motor es de 100 pasos por segundo. La unidad de interfaz de hardware está conectada a la computadora a través de un puerto de interfaz paralelo estándar (impresora). El programa de control está diseñado para funcionar en el sistema operativo Windows 95/98/Me/NT/2000/2003/XR y tiene un tamaño de sólo 320 KB. Cabe señalar que se requieren derechos de administrador para ejecutar el programa en Windows NT/2000/2003/XP. La unidad de interfaz está diseñada con la mayor sencillez posible sobre los componentes domésticos más económicos y habituales. Esto hace que sea posible repetirlo. Para simplificar el dispositivo, todo el algoritmo de control se implementa en software. Solo las funciones de emparejamiento eléctrico de la computadora y el motor están asignadas al hardware.
El diagrama de bloques de la interfaz de hardware de los motores paso a paso con una computadora se muestra en la fig. 1. El chip DD1 realiza simultáneamente las funciones de una memoria intermedia y un preamplificador. La información suministrada desde el puerto paralelo de la computadora [2] se escribe en el registro de almacenamiento del microcircuito DD1 mediante un pulso negativo generado por el software en la entrada CS1 (pin 1). La amplificación final de la señal para alimentar el devanado de control del motor paso a paso la realiza el nodo en los transistores 1VT1 y 1VT2 (solo uno de los ocho se muestra en el diagrama del circuito, resaltado por una línea de puntos y guiones; los siete restantes son conectados, respectivamente, a las salidas Q2-Q8 del registro DD1). Tal esquema de conmutación permite que todos los transistores potentes se ubiquen en un disipador de calor común sin el uso de aislamiento eléctrico adicional de sus cajas, generalmente conectadas al colector del transistor. Esto hace posible simplificar significativamente el diseño mecánico de la unidad de interfaz. En ausencia de ventilación forzada, el área del disipador de calor debe ser de aproximadamente 50 cm2 para cada uno de los ocho transistores de salida de alta potencia. El diodo 1VD1 realiza las funciones de amortiguación de las oscilaciones parásitas que se producen al cambiar la corriente en el devanado de control de un motor paso a paso. Esta unidad de interfaz está diseñada para trabajar con motores paso a paso de cuatro fases DSHI200-3(1) con un paso nominal de 1,8±0,05° (el paso se indica sin usar una caja de cambios). Se pueden utilizar otros motores; para trabajar con trifásico en el programa de control, se proporciona un interruptor correspondiente. El encendido y apagado alternativo de los devanados del motor, necesarios para su rotación, se realiza mediante software. Los diagramas de conmutación de devanados se seleccionan al configurar el programa según el tipo de motor y los requisitos para el modo de operación. Los pulsos de voltaje se aplican alternativamente a los devanados de un solo estator oa sus pares adyacentes con una compensación de uno durante cada paso. Estos modos se seleccionan en la ventana de configuración del programa y se designan como "1-1-1-1" y "2-2-2-2" respectivamente. En el segundo caso, aumentan el par y los pares de mantenimiento del motor (al menos para DShI200), pero la potencia consumida por el dispositivo y el calentamiento de los motores eléctricos aumentan en consecuencia. El menú principal del programa se llama presionando el botón derecho del mouse en el título de la ventana del programa. La ventana de configuración del programa se abre con el elemento de menú "Configuración del motor". Hay dos modos de parada de motor conmutables en el programa de control de motor. En la primera variante, la tensión se elimina de los devanados del motor después de un intervalo de tiempo establecido (0...99 s) después de la parada. Esto facilita en gran medida el régimen térmico del motor eléctrico y de la unidad de interfaz, pero posteriormente puede dar lugar a un movimiento espontáneo del mecanismo asociado al rotor. En el segundo modo, después de detenerse, el voltaje del devanado del motor no se elimina; este es el llamado modo de fijación. Tal modo puede provocar un calentamiento excesivo del motor eléctrico, pero después de detenerse asegura una inmovilidad confiable del rotor y el dispositivo mecánico asociado con él. El modo de parada del motor necesario se selecciona en función de las condiciones de la tarea. Por ejemplo, si se utiliza un tornillo sinfín para transmitir la rotación, la inmovilidad del dispositivo en reposo, por regla general, se garantizará incluso sin fijación electromagnética del rotor del motor paso a paso. Estos modos se seleccionan en la ventana de configuración del programa con el botón Auto Release. El programa prevé la introducción de factores de escala (Rate en la ventana de ajustes) y el offset inicial por separado para cada uno de los motores eléctricos. Esto le permite configurar y mostrar en la pantalla de la computadora los valores reales de los parámetros ajustables de los dispositivos conectados mecánicamente a los motores paso a paso. Por ejemplo, el ángulo de giro directamente en grados, o el movimiento en milímetros. Para establecer el desplazamiento inicial requerido, mueva el dispositivo mecánico a la posición requerida utilizando un motor paso a paso o de otra manera (por ejemplo, manualmente). Luego, debe ingresar al modo de calibración presionando el botón correspondiente (signo de exclamación en un triángulo) en el panel de control. El color del indicador de movimiento digital se volverá rojo. Después de eso, debe establecer el valor verdadero del parámetro correspondiente en el indicador de desplazamiento y presionar el botón "Calibración" nuevamente, luego cerrar la ventana. Los factores de escala se determinan en función del diseño (teniendo en cuenta la posible presencia de una caja de cambios) del dispositivo reparado y el paso nominal del motor eléctrico. La ventana de configuración brinda la posibilidad de editar el nombre que se muestra en el programa y la dimensión de los parámetros de dispositivos específicos regulados por motores paso a paso. Hay dos flujos de comandos independientes en el programa de control del motor: el flujo de entrada de comandos de control y el flujo de salida de datos a la unidad de interfaz de hardware. En el flujo de entrada, la posición de los rotores del motor se establece y se muestra en unidades reducidas a los valores reales de los parámetros de los dispositivos conectados mecánicamente. En el flujo de salida, la posición real (actual) de los rotores del motor se compara continuamente con el valor requerido y se emite una acción en la unidad de interfaz para evitar una posible falta de coincidencia. Tal construcción del programa de control le permite establecer un nuevo valor para el ángulo de rotación de los rotores del motor, independientemente de si se alcanzó o no el valor ingresado anteriormente. En este último caso, el rotor del motor continuará girando (posiblemente cambiando de dirección) para alcanzar la nueva posición establecida. Para ingresar y mostrar valores numéricos con nombre en el programa, se utiliza el elemento de control e indicación original "Panel digital". Los valores numéricos se ingresan poco a poco usando el mouse. Coloque el cursor en el dígito indicador requerido y establezca el valor requerido presionando el botón izquierdo o derecho del mouse. El botón izquierdo disminuye y el botón derecho aumenta el número. La transferencia al rango más alto se produce automáticamente. Si pasa el cursor sobre los símbolos de dimensión, al presionar el botón izquierdo o derecho del mouse, puede disminuir o aumentar respectivamente el valor en el indicador diez veces. El signo del número (si se muestra en el indicador) se cambia presionando los botones del mouse de la misma manera. Cuando se mantiene pulsado el botón durante más de 0,5 s, la acción se repite automáticamente. Si aleja el cursor del indicador mientras mantiene presionado el botón del mouse, la repetición automática continuará independientemente del estado posterior del mouse. Para detener la repetición automática, mueva el cursor sobre el indicador nuevamente y haga clic en cualquier botón del mouse; si usa un mouse con rueda, puede usarlo. Al girar la rueda hacia el lado opuesto aumenta el valor del dígito indicador y viceversa, al girarla hacia usted. El modo de repetición automática en los dígitos menos significativos le permite configurar la rotación continua de los motores paso a paso a una velocidad inferior a la nominal. Para el funcionamiento del dispositivo como parte de los sistemas de software, se proporciona un control externo (desde otros programas) del funcionamiento de los motores. Los comandos de control se transmiten mediante el envío de mensajes especiales del sistema operativo Windows que contienen parámetros de los programas del cliente al programa del servidor que controla directamente el funcionamiento de los motores. Durante los descansos entre sesiones de trabajo, el programa guarda automáticamente todos los parámetros establecidos y el estado actual en el disco duro de la computadora para su uso posterior. La unidad de interfaz de hardware debe recibir alimentación de una fuente de voltaje de CC con una potencia suficiente para operar los motores paso a paso aplicados (al menos 70 W para dos motores DShI200-3). Es inaceptable utilizar la fuente de alimentación integrada en la computadora de control para evitar el mal funcionamiento de este último. El chip DD1 debe ser alimentado por una fuente estabilizada, preferiblemente independiente de la fuente de alimentación de las teclas de salida potentes. La conexión de la unidad de hardware con el puerto paralelo (impresora) de la computadora se realiza mediante un cable plano sin blindaje de hasta 3 m de largo con conductores de señal alterna y "tierra". Para cables más largos, se recomienda utilizar un haz de cables blindados individuales. Si su computadora no tiene un puerto paralelo libre, debe instalar una tarjeta adicional. En la actualidad, las placas se producen comercialmente y normalmente contienen dos puertos paralelos. Están hechos para computadoras con un bus PCI, así como para computadoras más antiguas con un bus ISA. Estas placas suelen tener interruptores para seleccionar las direcciones base de los puertos. Por ejemplo, en la placa TS-020-EP utilizada por el autor (para el bus ISA), cada uno de los dos puertos paralelos en ella se puede configurar en las siguientes direcciones base: ZVSN, 378H, 278H, 27CH, 26CH o 268H. El programa de control permite configurar cualquiera de las direcciones anteriores como activas. No se requiere compatibilidad con puertos adicionales del BIOS o del sistema operativo para que funcione el programa de control. Solo necesita configurar la dirección de los puertos adicionales para que no haya conflicto con todos los puertos que ya están en el sistema (no solo los paralelos).
El diseño general del dispositivo puede ser arbitrario. El autor hizo un prototipo en una placa de circuito impreso hecha de lámina de fibra de vidrio con un espesor de 2 mm. Un dibujo de una placa de circuito impreso y la ubicación de las piezas se muestran en la fig. 2a b. Los conductores impresos deben ser lo más anchos posible. Los disipadores de calor más simples para transistores de salida se pueden hacer en forma de dos placas de duraluminio de 130x50x3 mm de tamaño; se fijan en la placa de circuito impreso utilizando esquinas de duraluminio a través de orificios especialmente previstos. El diseño resultante para los disipadores de calor se fija en la carcasa del dispositivo. En la fig. 3 muestra una fotografía de una de las variantes de este dispositivo, realizada por el autor. En el disipador de calor acanalado (a la derecha), además de los transistores, también se fijan potentes diodos del rectificador de la fuente de alimentación (a través de espaciadores de mica aislantes). A la izquierda están los condensadores de suavizado de la fuente de alimentación.
Los conectores de entrada y salida se pueden fijar en disipadores de calor o en la carcasa del dispositivo. El conector RPMM1-50SH1-V se utilizó como entrada (para conectar a una computadora). Dos conectores de salida (uno para cada motor) - RG1N-1-5, en cada uno de los cuales se conectan dos salidas adyacentes en paralelo para reducir la carga actual. En general, pueden existir otros conectores con contactos suficientemente potentes. Los contactos del conector están conectados a los conductores correspondientes de la placa de circuito impreso con un cable flexible convencional. Para los circuitos de salida, la sección transversal de los cables debe ser de al menos 1 mm2. Los transistores KT815 y KT818 se pueden usar con cualquier índice de letras o se pueden usar otros transistores potentes de la estructura correspondiente. Los diodos de la serie KD213 se pueden reemplazar con KD212 u otros diodos de pulso potentes. No importa el tipo y la potencia de las resistencias utilizadas. En lugar del registro K589IR12, es posible utilizar el KR580IR82 con la corrección de la placa de circuito impreso. La numeración de pines para esta opción se muestra en la fig. 1 entre paréntesis. Cabe señalar que el registro de datos suministrados desde el puerto paralelo de la computadora al registro de almacenamiento KR580IR82 debe realizarse de acuerdo con el borde positivo del pulso en la entrada STB (pin 11). Para cambiar la polaridad del pulso estroboscópico, el programa proporciona un interruptor correspondiente (elemento de menú Pendiente positiva). El dispositivo descrito no requiere ningún ajuste. Solo es necesario asegurarse de que los devanados de los motores paso a paso estén conectados a las salidas de los interruptores potentes en el orden correcto. Si esto no se proporciona, entonces el rotor del motor, en lugar de girar, lo más probable es que simplemente vibre en su lugar o gire a tirones. Los programas para el dispositivo se pueden descargar por lo tanto. Literatura
Autor: O. Shmelev, Moscú; Publicación: radioradar.net
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