Parliamo dei motori passo passo - 1à parte

Ciao e ben ritrovato sul blog Aspettando il bus. Oggi vi propongo una chiacchierata sui motori passo passo così da rendere più chiari gli sketch e farvi vedere come passare da un problema alla sua realizzazione.

Ho scelto questo argomento perché è uno dei temi "caldi" di questo blog: infatti l'articolo più visto riguarda il motorino passo passo 28BYJ-48. Di questo motore ne approfondiremo alcuni aspetti in un prossimo articolo, oggi preferisco parlare in via teorica dei motori passo passo.

Iniziamo dal primo punto: Come riconoscere (esternamente) un motore passo passo?

Fig.1 - Motore passo passo (sinistra) e a Corrente Continua a destra- foto di Paolo Luongo

Nella Fig. 1 vediamo due motori elettrici: a sinistra della moneta da 50 centesimi c'è un motore passo passo bipolare e a destra della moneta un normale motore in Corrente Continua (C.C.) Come riconoscerli?

Se il motore ha solo 2 fili è probabile che sia a corrente continua (potrebbe anche essere a Corrente Alternata), se ne ha 4 è probabile che sia un motore passo passo BIPOLARE, se ne ha 5 o 6 è probabile che sia un motore passo passo UNIPOLARE (come il 28BYJ-48). 

Ma come essere sicuri?  L'unica possibilità è avere i dati di targa del motore.

In questo articolo mi occuperò dei motori UNIPOLARI e vi spiegherò come pilotarli in modo corretto nei tre modi più usati: Wave Mode, Two Phase ON e Half Step. 

Io preferisco utilizzare solo la modalità Half Step perché è praticamente impossibile che il motore rimanga fermo e immobile.
Apro una parentesi, le cose che dico le troverete tranquillamente in ogni libro che, parlando di macchine elettriche, parli di motori passo passo: non ho inventato nulla, cerco solo di aiutarvi.

Perché utilizzare un motore passo passo al posto di uno in C.C. ?

Alla fine degli anni '70, inizio anni '80, i motori passo passo si potevano trovare quasi solo nelle stampanti ... guaste, perché il loro prezzo era improponibile per un hobbista. Poi furono usati anche negli HardDisk, ma sperare di trovarne uno guasto da cui recuperare lo stepper era un'ardua impresa.

Il modo più semplice,   per avere dei posizionamenti "accettabili", era utilizzare un motore in corrente continua su cui montare un disco con dei fori in punti precisi. Mettendo delle fotocellule e "contando" i fori si fermava il motore al momento giusto. In questo caso bisognava realizzare un circuito completo di feedback (retroazione). Quindi progetti più complicati e tante seccature. 

Quando diminuirono i prezzi dei motori passo passo (evviva) si poteva finalmente evitare la retroazione avendo la ragionevole certezza che il motore si sarebbe trovato al posto giusto.
Restava il problema di come "pilotarli". Le strade erano due: via Hardware o Software. In molti si preferiva la via Hardware, sicura e semplice.

In conclusione, conviene utilizzare un motore passo passo quando la precisione di posizionamento è un aspetto fondamentale e non si ha voglia di fare una "retroazione".

Ma il motore passo passo "gira" veloce come un motore in C.C.?
Per me, questa domanda non ha senso. Se mi serve la precisione, senza troppi problemi uso un passo passo. Poi se la sua velocità è un fattore critico, visto che costa molto di più, meglio un motore in c.c. e un circuito di feedback.

Come si "comanda" un motore passo passo UNIPOLARE ?
In tre modi, facendosi aiutare da tre tabelle, una per ogni modo.

Fig. 2 - Schema di massima di un motore passo passo - di Paolo Luongo

Nella Fig.2 abbiamo lo schema di un motore passo passo UNIPOLARE a 5 fili. Il comune degli avvolgimenti ha il simbolo C. Gli altri capi hanno, in ordine arbitrario, la sigla Fase 1, Fase 2, Fase 3, Fase 4.

Vediamo ora la tabella per comandare un motore passo passo UNIPOLARE.

Fig. 3 - Tabella di comando motori passo passo UNIPOLARI in Wave Mode - di Paolo Luongo

Dalla Fig.3 si nota che, in modalita Wave Mode,  solo una fase alla volta è attiva (il valore 1). Come si usa?
Si deve immaginare che la tabella sia ripiegata su se stessa in questo modo: dopo il passo 3 si ricomincia col passo 0 e viceversa.
Se il motore si trova nel passo 2 e lo sposto nel passo 1 avrò una rotazione in senso antiorario. Se dal passo 2 vado al 3 avrò una rotazione in senso orario.

Ma se inverto i fili di due fasi , cosa succede?
Nulla, semplicemente il motore non gira o gira nel verso contrario al previsto. Comunque è meglio non esagerare  e restare fermi senza sistemare tutto per giorni interi, per vedere cosa succede !

Da quale passo iniziare?
Di solito si inizia dal passo 0, ma non è indispensabile. E' importante la circolarità.

Fig. 4 - Tabella di comando motori passo passo UNIPOLARI in Two Phase ON - di Paolo Luongo

Per utilizzare la modalità Two Phase ON si deve utilizzare la tabella di Fig. 4. 

In questa tabella sono attive 2 fasi alla volta. Avremo maggior "potenza" ma anche un maggior consumo elettrico. Per far ruotare il motore passo passo si usa lo stesso procedimento usato nel Wave Mode.

Fig. 5 - Tabella di comando motori passo passo UNIPOLARI in Half Step - di Paolo Luongo

Nella Fig. 5 ecco la tabella che usa anche il "mezzo passo" (Half Step) per un posizionamento più preciso. Per me, ma non solo per me, è il metodo migliore di comandare un motore passo passo UNIPOLARE.

Anche questa tabella è circolare ossia dopo il passo 7 si ricomincia col passo 0 e viceversa.

Bene per ora è tutto, continueremo nella prossima parte dove, utilizzando il motorino 28BYJ-48 con Arduino UNO R3,  faremo uno sketch per ogni modo di controllo. Ora mi merito un caffè ;-)

Se vuoi, qui trovi gli altri articoli.

Ciao 

Paolo :-)