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Schrittmotor 28BYJ-48 ansteuern / testen

F├╝r einen unglaublichen Preis von unter 2 Euro bekommt man den Schrittmotor 28BYJ-48 inklusive der ULN2003A-Treiber-Platine aus Fernost. Nachfolgend wird vorgestellt, wie man sie mit einem Microcontroller ansteuern und testen kann. Mit Schrittfolge und bebilderter Anleitung.

Bild: Schrittmotor 28BYJ-48 mit ULN2003-Treiber-Platine
Der Schrittmotor 28BYJ-48 ist als 5V- und 12V-Ausf├╝hrung erh├Ąltlich. Die meist mitgelieferte ULN2003A-Treiber-Platine gibt es ebenfalls in zwei Ausf├╝hrungen.

Schrittmotor-Ausf├╝hrungen

Beschaltet und angesteuert werden die 5V und 12V Ausf├╝hrungen zwar identisch, ihre Leistung ist aber unterschiedlich.

Bei den von Afug-Info.de getesteten Schrittmotoren hat sich die 12V-Variante als deutlich kr├Ąftigere Ausf├╝hrung herausgestellt. Die Achse l├Ąsst sich mit der blo├čen Hand nicht aufhalten. Die Stromaufnahme betr├Ągt ca. 140mA bei maximaler Drehzahl und ca. 210mA bei minimaler Drehzahl. Bei ca. 120Hz arbeitet der 12V-Motor am effektivsten.

Die 5V-Variante hat im Vergleich nicht nur weniger Kraft, sondern auch die h├Âhere Stromaufnahme von ca. 170 bis 300mA. Bei ca. 70 Hz hat die 5V-Ausf├╝hrung die meiste Kraft, jedoch auch die h├Âchste Stromaufnahme.

Beide Varianten sind mit einem Getriebe aus Kunststoff-Zahnr├Ądern mit einer ├ťbersetzung von 1:64 ausgestattet.

Bild: Technische Daten Schrittmotor 28BYJ-48

Die Treiber-Platine

Die zugeh├Ârigen Treiber-Module gibt es ebenfalls in zwei Ausf├╝hrungen. Funktion und Ansteuerung sind identisch, jedoch wurde im Test die SMD-Variante w├Ąrmer, und hat zudem den Nachteil, dass man den fest verl├Âteten SMD-Chip ULN2003A bei Defekt nur schlecht tauschen kann, w├Ąhrend die zweite, nur unwesentlich gr├Â├čere Ausf├╝hrung gesockelt ist.

Die Treiber-Platine fungiert eigentlich nur als Verst├Ąrker und ist deshalb vonn├Âten, weil der PIC nur mit maximal 25mA belastet werden kann, der Schrittmotor aber - je nach Ausf├╝hrung - zwischen ca. 140 und 300mA ben├Âtigt. Man k├Ânnte das Modul auch durch eine Reihe von Transistoren oder Operationsverst├Ąrkern ersetzen. Der Aufwand lohnt sich aber kaum, da die Schrittmotore meist schon zusammen mit dem Treiber-Modul verkauft werden.

Zwischen Microcontroller und Treiber-Platine flie├čen ├╝brigens im Betrieb lediglich 700┬ÁA.

Bitte beachten: Die Treiber-Platine invertiert die Polarit├Ąt. Wird vom Microcontroller her Plus eingespeist, dann liegt am Ausgang des ULN2003-Moduls Minus an.


Die Schaltung

Mit folgender Schaltung k├Ânnen die Motore angesteuert werden.

Bild: Schaltplan: Ansteuerung des 28BYJ-48 Schrittmotors
Schaltplan zur Ansteuerung des 28BYJ-48 Schrittmotors.

Funktionsweise

Der Schrittmotor dreht sich, wenn die 4 Steuerleitungen entsprechend der Schrittfolge mit Spannung versorgt werden. Der 5. Anschluss des Motors (rotes Kabel) ist eine gemeinsame Dauer-Plus-Leitung.

Bild: Schrittmotor 28BYJ-48
So ist der Schrittmotor aufgebaut.

Um den Motor anzusteuern, m├╝ssen also 4 Ausg├Ąnge des Microcontrollers die entsprechende Schrittfolge ausgeben - siehe nachfolgende Tabelle. Diese 4 Pins des Microcontrollers werden mit der ULN2003-Treiber-Platine verbunden, an die wiederum der Schrittmotor angeschlossen ist. Zwischen den einzelnen Schritten liegt jeweils eine Pause zwischen 1000 und 4000┬ÁS (= 1 bis 4mS), die die Drehgeschwindigkeit/Frequenz festlegt.


Bild: Schrittfolge f├╝r Schrittmotor 28BYJ-48
Mit diesen Schrittfolgen kann der 28BYJ-48 angesteuert werden.

Ein Beispiel f├╝r ein simples Ablauf-Schema f├╝r Vollschritte k├Ânnte so aussehen:

PORTB = 12     // oder PortB = %1100 (bin├Ąr 1100 = dezimal 12)
Pause in ┬ÁS
PORTB = 6      // oder PortB = %0110 (bin├Ąr 0110 = dezimal  6)
Pause in ┬ÁS
PORTB = 3      // oder PortB = %0011 (bin├Ąr 0011 = dezimal  6)
Pause in ┬ÁS
PORTB = 9      // oder PortB = %1001 (bin├Ąr 1001 = dezimal  9)
Pause in ┬ÁS


F├╝r die entgegengesetzte Richtung wird einfach die umgekehrte Reihenfolge verwendet.

1 Umdrehung besteht aus 2048 Vollschritten oder 4096 Halbschritten.

F├╝r eine Umdrehung muss der obige Code also 512 Mal wiederholt werden. Dies gilt gleicherma├čen f├╝r Halbschritte (4 x 512 = 2048) und Vollschritte (8 x 512 = 4096).

Das w├Ąre das Grundprinzip zum Ansteuern des 28-BYJ-48-Schrittmotors in der 5V- und 12V-Ausf├╝hrung.

Zus├Ątzlich wurden in diesem Beispiel noch ein Schalter zum Umschalten der Drehrichtung hinzugef├╝gt.

Die Geschwindigkeit (langsamer, schneller) kann - je nach Position von Schalter S1 - wahlweise ├╝ber zwei Tasten oder 1 Poti eingestellt werden.

Schalter S1 auf Plus:       Geschwindigkeit wird ├╝ber das Poti eingestellt
Schalter S1 auf Masse:    Geschwindigkeit wird ├╝ber die 2 Tasten eingestellt

Es kann auch w├Ąhrend des Betriebs umgeschaltet und so zwischen Poti und Tasten gewechselt werden. Beim Wechsel von Poti auf Tasten wird die mit dem Poti eingestellte Geschwindigkeit ├╝bernommen.

Werden nur die Tasten verwendet (kein Poti): Pin 4 auf Masse legen.
Wird nur das Poti verwendet (keine Tasten): Pin 4 auf Plus legen.

Wird immer nur eine bestimmte Geschwindigkeitsstufe ben├Âtigt, Pin 4 auf Plus legen und das Poti durch einen Fest-Widerstand mit entsprechendem Wert ersetzen.


Test-Funktionen

Grunds├Ątzlich kann man den Microcontroller so programmieren, dass er alle gew├╝nschten Funktionen f├╝r Steuerungen umsetzt. Das vorliegende Beispiel ist hier nur zum Testen der Grundfunktionen.

Wenn alle Bauteile entsprechend dem obigen Schaltbild aufgebaut worden sind, stehen verschiedene Funktionen zur Verf├╝gung.

Vollschritte / Halbschritte
Der Microcontroller kann sowohl Vollschritte als auch Halbschritte ausgeben. Beim normalen Einschalten sind standardm├Ą├čig Vollschritte vorgegeben.
Zum Umschalten auf Halbschritte, trennt man den Aufbau zun├Ąchst kurz von der Spannungsversorgung. Dann schaltet man bei gedr├╝cktem Taster f├╝r langsamere Geschwindigkeit die Spannung wieder zu. Sobald der Aufbau Spannung hat, kann man die Taste loslassen und dann ganz normal zum Regeln der Geschwindigkeit verwenden. Der Microcontroller gibt dann Halbschritte aus, bis zum Ausschalten. Beim n├Ąchsten normalen Einschalten sind standardm├Ą├čig wieder Vollschritte eingestellt - oder beim Gedr├╝ckt-Halten der Langsamer-Taste wiederum Halbschritte.

Geschwindigkeit ├Ąndern
Wenn die Schaltung - im Halb- oder Vollschritt-Modus - l├Ąuft, kann man durch Dr├╝cken der jeweiligen Taster (schneller, langsamer) bzw. ├╝ber das Poti die Drehgeschwindigkeit erh├Âhen oder verringern.

├ťber das Poti kann die Geschwindigkeit unterbrechungslos eingestellt werden. Erfolgt die Einstellung ├╝ber die Taster, bleibt der Motor zur besseren Kontrolle pro Tastendruck kurz stehen und l├Ąuft erst beim Loslassen der Taste mit der neu eingestellten Geschwindigkeit weiter. Bleibt der Motor beim Dr├╝cken nicht stehen und l├Ąuft stattdessen ohne Unterbrechnung weiter, ist die Minimum- oder Maximum-Geschwindigkeit erreicht - dann bitte die jeweils andere Taste zum Regeln der Geschwindigkeit verwenden.

Es ist vom jeweiligen Motor abh├Ąngig, welche H├Âchstgeschwindigkeit er vertr├Ągt. Wurde die Geschwindigkeit zu hoch gew├Ąhlt, dann ├╝ber Tasten oder Poti die Geschwindigkeit verringern, so dass sich der Motor wieder dreht.

Drehrichtung
Mit einem Schalter (Pin 8) l├Ąsst sich w├Ąhrend des Betriebs die Drehrichtung des Motors ├Ąndern - vor/zur├╝ck bzw. links/rechts (je nach Motorposition).


Microcontroller

Aus Missbrauchsgr├╝nden sind hex-Codes nicht zug├Ąnglich und werden nicht auch nicht per eMail versandt. Bei Interesse an einem beschriebenen Microcontroller bitte Anfrage per eMail senden.



Mai 2023



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