کنترلر درایور موتور استپر و سرو تک محوره AMC11

۱- مقدمه

کنترلر AMC11 یک کنترل‌کننده حرکت تک محوره می‌باشد. این کنترلر قادر است فرمان‌های لازم برای کنترل یک محور سرو یا استپر را صادر نماید. رابط کاربری (GUI) این کنترلر کار با آن و تنظیم پارامترهایش را بسیار آسان کرده است. از این کنترلر می‌توان برای هدایت و فرمان دادن به درایورهای استپر موتور، درایورهای سرو موتور، اسپیندل، بوبین رله، شیر برقی و … استفاده نمود.

۲- مشخصات اجمالی کنترلر تک محوره AMC11

• ولتاژ کاری: ۱۲ تا ۳۶ ولت دی سی (ولتاژ پیشنهادی ۲۴ ولت دی سی)
• تعداد محورهای قابل هدایت: یک محور
• حداکثر فرکانس پالس: ۱۰۰ کیلوهرتز
• ورودی‌های ایزوله: ۳ عدد
• خروجی‌های اوپن درین: ۳ عدد خروجی ۱۰۰ میلی آمپر
• ورودی‌های آنالوگ: ۲ عدد ورودی آنالوگ ۰ تا ۱۰ ولت
• خروجی‌های آنالوگ: ۱ عدد خروجی آنالوگ ۰ تا ۱۰ ولت
• دارای ورودی‌های کنترلی ایزوله RUN، STOP و PAUSE
• محافظت‌ها: پلاریته معکوس، محافظت ESD در ورودی‌های USB و RS485

۳- کاربردهای کنترلر تک محوره AMC11

• سوراخکاری‌های خطی
• میزهای ایندکس دوار صنعتی
• فیدرهای برش
• تجهیزات ساخت فنر
• برش پروفیل
• جوش نقطه‌ای
• میز عکاسی ۳۶۰ درجه

۴- مشخصات الکتریکی، دمایی و مکانیکی کنترلر AMC11

۴ – ۱- جدول مشخصات الکتریکی کنترلر تک محوره AMC11

جدول ‏۴ -۱: مشخصات الکتریکی کنترلر تک محوره AMC11

۴ -۲- جدول مشخصات دمایی کنترلر تک محوره AMC11

جدول ‏۴ -۲: مشخصات دمایی کنترلر تک محوره AMC11

۴ -۳- جدول مشخصات مکانیکی کنترلر تک محوره AMC11

جدول ‏۴ -۳: مشخصات مکانیکی کنترلر تک محوره AMC11

۵- ورودی خروجی‌های کنترلر تک محوره AMC11

در شکل ۱ ورودی‌ها و خروجی‌های کنترلر AMC11 نمایش داده شده است. کنترلر دارای ورودی تغذیه +24 VDC، سه عدد خروجی +5V، خروجی‌های پوش پول O1 تا O3، ورودی‌های فرمان هم به صورت کلید فشاری (RUN، STOP، PAUSE، JOG+ و JOG-) و هم به صورت فرمان پذیر خارجی (OPTO، RUN، STOP و PAUSE)، خروجی‌های اوپن درین O13 تا O15، ورودی‌های ایزوله I1 تا I3، ورودی‌ها و خروجی آنالوگ AI1، AI2 و AO1، و درنهایت پورت USB و RS485 می‌باشد. در ادامه به توضیح هر کدام از ورودی‌های و خروجی‌های موشن کنترلر می‌پردازیم.

شکل ۱: ورودی‌ها و خروجی‌های کنترلر AMC11

ورودی تغذیه: تغذیه کنترلر ولتاژ دی سی مثبت ۲۴ ولت می‌باشد.

خروجی‌های مثبت ۵ ولت: کنترلر دارای سه عدد خروجی مثبت ۵ ولت می‌باشد.

خروجی‌های پوش پول O1 تا O3: خرجی‌های O1 تا O3 خروجی‌های کنترلی کنترلر AMC11 هستند که به درایور استپ موتور و یا درایو سرو موتور متصل می‌گردند. منطق این خروجی‌ها ۵ ولت می‌باشد. عملکرد هر یک از این خروجی‌ها در جدول ۴ نمایش داده شده است.

جدول ۴: عملکرد خروجی‌های O1 تا O3

خروجی‌های O1 تا O3 به درایور استپ موتور (استپر موتور) و یا درایور سرو موتور (اینورتر) متصل می‌شوند.

خروجی‌های اوپن درین O13 تا O15: این خروجی‌ها به صورت اوپن درین با منطق ۲۴ ولت می‌باشند. از این خروجی‌ها می‌توان برای راه‌اندازی بوبین رله، شیر برقی، و یا فرمان دادن به PLC استفاده کرد. شکل ۲ مدار داخلی این خروجی‌های اوپن درین را در کنترلر نشان می‌دهد.

شکل ۲: مدار داخلی خروجی‌های اوپن درین

عملکرد این خروجی‌ها به این صورت می‌باشد که هر یک از این خروجی‌ها می‌توانند در حین حرکت شماره ۱ تا ۵ و یا در حین توقف حرکت شماره ۱ تا ۵ فعال شوند.

خروجی‌های پوش پول رزرو شده: خرجی‌هایی که با علامت Res. مشخص شده‌اند برای مصارف آینده در نظر گرفته شده‌اند و در این نسخه از کنترلر هیچ عملکردی برای آنها تعریف نشده است.

ورودی‌های ایزوله I1 تا I3: از ورودی‌های ایزوله I1 تا I3 جهت اتصال به مدارهای فرمان خارجی استفاده می‌شود. سطح ولتاژ اعمالی به این ورودی‌ها ولتاژ مثبت ۵ ولت می‌باشد. برای اتصال به سطح ولتاژ ۱۲ و یا ۲۴ ولت باید از مقاومت خارجی مناسب استفاده نمود. شکل ۳-الف مدار داخلی این ورودی‌های ایزوله را در کنترلر نشان می‌دهد.

شکل ۳-الف: مدار داخلی ورودی‌های ایزوله

عملکرد این ورودی‌های ایزوله به این صورت می‌باشد که هر یک از حرکت‌های ۱ تا ۵ در موشن کنترلر می‌توانند منتظر رسیدن یکی از این ورودی‌ها به منظور شروع شدن بمانند.

ورودی‌های فرمان: کلیدهای فشاری روی کنترلر و ورودی‌های OPTO، RUN، STOP و PUASE ورودی‌های فرمان می‌باشند. با فشار دادن کلید RUN (و یا فرمان دادن به ورودی RUN) کنترلر شروع به انجام حرکت‌های تنظیم شده می‌کند. چانچه کلید STOP فشار داده شود (و یا فرمان دادن به ورودی STOP) کنترلر کلا ریست شده و با فشار دادن مجدد کلید RUN حرکت‌ها مجدد شروع به آغاز خواهند کرد. همچنین هر زمان در حین حرکت‌ها کلید PAUSE فشار داده شود (و یا فرمان دادن به ورودی PAUSE) کنترلر متوقف خواهد شد و با فشار دادن مجدد کلید PASUE ادامه حرکت‌ها از سر گرفته خواهد شد. از کلیدهای JOG+ و JOG- نیز به منظور حرکت دادن محور به صورت دستی استفاده می‌شود.

مدار داخلی ورودی‌های فرمان RUN، STOP و PAUSE به صورت ایزوله اپتوکوپلری با سر مشترک مثبت به صورت شکل ۳-ب می‌باشد.

شکل ۳-ب: مدار داخلی ورودی‌های فرمان

ورودی خروجی‌های آنالوگ: کنترلر AMC11 دارای دو ورودی آنالوگ ۰ تا ۱۰ ولت و یک خروجی آنالوگ ۰ تا ۱۰ ولت می‌باشد. عملکرد ورودی‌های آنالوگ به صورت این می‌باشد که هر یک از موشن‌های شماره ۱ تا ۵ می‌توانند منتظر اعمال ولتاژ آنالوگ به این ورودی‌ها بمانند، چنانچه سطح ولتاژ اعمالی بیشتر از سطح فعال‌سازی تنظیم شده باشد حرکت مورد نظر اجرا خواهد شد. همچنین عملکرد خروجی آنالوگ نیز به این صورت می‌باشد که این خروجی می‌تواند در حین حرکت هر یک از موشن‌های شماره ۱ تا ۵ و یا در حین توقف آنها فعال شود و ولتاژی متناظر با ولتاژ تنظیم شده تولید نماید. از خروجی آنالوگ می‌توان برای فرمان دادن به اینورتر به منظور تنظیم دور اسپیندل استفاده نمود.

۶- اتصال کنترلر AMC11 به مدارهای فرمان

در این قسمت نحوه اتصال کنترلر AMC11 به درایور استپ موتور و یا سرو موتور و سایر مدارهای فرمان ترسیم و توضیح داده شده است.

۶ -۱- راه‌اندازی کنترلر با حداقل سیم کشی

در شکل ۴ نحوه اتصال کنترلر به درایور استپ موتور MSD02 نمایش داده شده است. از آنجایی‌که منطق خروجی‌های پوش پول O1 تا O3 کنترلر و ورودی‌های OPTO، DIR، PUL و ENA درایور استپر موتور MSD02 هر دو یکسان می‌باشند (منطق ۵ ولت) نیازی به مقاومت سری نبوده و اتصال به طور مستقیم صورت گرفته است.

شکل ۴: راه‌اندازی کنترلر با حداقل سیم کشی

۶ -۲- اتصال کنترلر به درایور استپ موتور با ورودی‌های اپتوکوپلری با سرهای مجزا

در شکل ۵ نحوه اتصال کنترلر به درایور استپ موتور با ورودی‌های اپتوکوپلری با سرهای مجزا نمایش داده شده است. ورودی‌های PUL-، DIR- و ENA- به صورت مشترک به GND کنترلر و ورودی‌های PUL+، DIR+ و ENA+ نیز به ترتیب به خروجی های O1، O2 و O3 وصل شده‌اند.

شکل ۵: اتصال کنترلر به درایور استپ موتور با ورودی‌های اپتوکوپلری با سرهای مجزا

۶ -۳- اتصالات کنترلر به PLC و سایر مدارهای خارجی

در شکل ۶ اتصالات کنترلر به PLC و سایر مدارهی خارجی نمایش داده شده است. از خروجی AO1 به منظور فرمان دادن به اسپیندل استفاده شده است. فرامین RUN، STOP و PAUSE هم از طریق کلیدهای روی موشن کنترلر و هم به صورت خارجی قابل اعمال می‌باشند.

شکل ۶: اتصالات موشن کنترلر در یک سیستم ۴ محوره

۶ -۴- اتصال کنترلر به PLC با خروجی NPN

در شکل ۷ نحوه اتصال کنترلر به PLC با خروجی NPN نمایش داده شده است. به منظور تطبیق منطق ۲۴ ولت پی ال سی با منطق ۵ ولت کنترلر از مقاومت‌های سری ۲/۲ کیلواهم استفاده شده است.

شکل ۷: اتصال کنترلر به پی ال سی با خروجی منفی (NPN)

۶ -۵- استفاده از خروجی‌های اوپن درین جهت تحریک بوبین رله

در شکل ۸ نحوه اتصال خروجی‌های اوپن درین به رله با تحریک ۲۴ ولت نشان داده شده است. نظر به اینکه خروجی‌های O13، O14 و O15 از داخل توسط یک دیود شاتکی به ولتاژ مثبت ۲۴ ولت متصل شده‌اند، باید یک سر بوبین رله به هر یک از خروجی‌های O13، O14 و O15 و سر دیگر آن به لاین مثبت ۲۴ ولت متصل شود. نقش دیودهای شاتکی محافظت از ترانزیستورهای داخلی در مقابل جریان‌های برگشتی بوبین رله می‌باشد.

شکل ۸: راه اندازی رله با خروجی‌های اوپن درین

۷- انجام تنظیمات کنترلر از طریق USB و یا RS485

در کنترلر AMC11 تمامی تنظیمات کنترلر از جمله: میزان جابه‌جایی، سرعت، شتاب شروع و توقف حرکت، میزان توقف پس از هر حرکت، تعداد تکرار هر حرکت و … از طریق پروتکل‌های USB و RS485 قابل تنظیم می‌باشند.

۷ -۱- ساختار فریم‌های ارسالی، تصدیق و فیدبک

در این قسمت ساختار فریم‌های ارسالی، تصدیق و فیدبک توضیح داده شده است.

۷ -۱- ۱- ساختار فریم ارسالی

ساختار فریم ارسالی در پروتکل‌های USB و RS485 مشابه هم هستند. در جدول ۵ ساختار فریم ارسالی نمایش داده شده است. همانطورکه مشاهده می‌کنید فریم متشکل از ۱۱ بایت است. در ادامه به توضیح هر قسمت از فریم می‌پردازیم.

جدول ۵: ساختار فریم ارسالی

۷ -۱- ۱-۱- بایت‌های شروع فریم (Start Bytes)

بایت‌های شروع فریم (Start Bytes) متشکل از ۲ بایت هستند. مقدار هر بایت برحسب هگزادسمیال 0xFF و برحسب دسیمال ۲۵۵ است. این دو بایت در ابتدای فریم قرار می‌گیرند و همواره مقدارشان ثابت است.

۷ -۱- ۲-۱- بایت آدرس کنترلر (Address)

آدرس کنترلر شامل یک بایت است که می‌تواند مقداری بین ۱ تا ۲۵۲ تنظیم شود.

۷ -۱- ۳-۱- بایت فرمان (Command)

این بایت فرمان عملیاتی که باید کنترلر به آن عمل نماید می‌باشد. در جدول ۶ تمامی فرمان‌های کنترلر آورده شده است.

جدول ۶: جدول دستورات کنترلر

۷ -۱- ۴-۱- توضیحات تکمیلی راجع به فرامین مهم

فرمان‌های 0x01 و 0xFF: با فرمان 0x01 می‌توان آدرس کنترلر را تنظیم کرد. همچنین در صورتی که آدرس کنترلر را فراموش کرده باشید با استفاده از فرمان 0xFF آدرس کنترلر به مقدار 0x01 بازگردانی خواهد شد.

فرمان 0x02: این فرمان تنها از طریق ارتباط USB قابل اجرا می‌باشد.

فرمان‌های 0x27، 0x37، 0x47، 0x57 و 0x67: این فرامین طبق جدول ۷ ورودی انتظار برای یک موشن را مشخص می‌کنند.

جدول ۷: تعیین ورودی انتظار در هر موشن

فرمان‌های (0x28، 0x29)، (0x38، 0x39)، (0x48، 0x49)، (0x58، 0x59)، (0x68، 0x69): این فرامین مطابق جدول ۸ خروجی فعال در حین حرکت و توقف در یک موشن را مشخص می‌کنند.

جدول ۸: تعیین خروجی فعال در حین حرکت و توقف

فرمان 0xFC: با استفاده از این فرمان می‌توان تمامی تنظیمات انجام شده را به مقادیر پیش فرض کارخانه بازگردانی کرد. برای این منظور باید فریم [FF FF 01 FC 01 00 00 00 00 FE 50] را برای کنترلر ارسال نمود.

۷ -۱- ۵-۱- بایت عملیات (Action)

توسط این بایت تعیین می‌کنیم که قصد خواندن و یا نوشتن یک Command را داریم. اگر مقدار این بایت عدد ۱ باشد هدف از فرمان نوشتن یک مقدار بر روی حافظه کنترلر می‌باشد. ولی چنانچه مقدار این بایت عدد ۲ باشد هدف از فرمان خواندن مقدار نوشته شده از روی حافظه کنترلر است.

۷ -۱- ۶-۱- بایت‌های داده (Data)

بایت‌های داده که شامل ۴ بایت است دیتاهای ارسالی یا دریافتی از کنترلر می‌باشند. داده‌ها باید براساس استاندارد IEEE754 منتقل شوند. به عنوان مثال چنانچه هدف تنظیم سرعت موشن ۱ برحسب RPM باشد، ابتدا باید عدد سرعت به صورت استاندارد IEEE754 تبدیل شود و سپس مقدار حاصل شده در این ۴ بایت قرار گیرد.

۷ -۱- ۷-۱- بایت‌ پایان فریم (Stop Byte)

بایت‌ پایان فریم (Stop Byte) شامل یک بایت می‌باشد. مقدار این بایت برحسب هگزادسمیال 0xFE و برحسب دسیمال ۲۵۴ می‌باشد. این بایت در انتهای فریم و قبل از بایت CRC قرار می‌گیرد و همواره مقدار آن ثابت می‌باشد.

۷ -۱- ۸-۱- بایت‌ چک خطا (CRC)

این بایت که در انتهای فریم قرار می‌گیرد وظیفه تشخیص خطا در کل فریم را برعهده دارد. روش تشخیص خطا به این صورت می‌باشد که مقدار بایت CRC از روی بایت‌های قبلی براساس یک قاعده مشخصی محاسبه می‌شود و سپس فریم ارسال می‌گردد. در سمت گیرنده مجدد بایت CRC از روی داده‌های ارسال شده محاسبه شده و با بایت CRC خود فریم مقایسه می‌شود. در صورتی که با هم تفاوت داشته باشند یعنی خطایی به هنگام ارسال داده‌ها رخ داده است.

۷ -۱- ۲- ساختار فریم تصدیق (Acknowledgment)

چنانچه هدف فریم ارسالی تنظیم یکی از پارامترها باشد (مقدار بایت Action عدد ۱ باشد) یک فریم از سمت کنترلر ارسال می‌شود که مشخص کننده صحت ارسال می‌باشد. ساختار فریم تصدیق مشابه فریم ارسالی بوده تنها به جای بایت فرمان (Command) مقدار 0xFD جایگزین خواهد شد. به عبارتی همان فریم ارسالی به عنوان فریم تصدیق از سمت کنترلر ارسال می‌شوند و تنها بایت فرمان با مقدار 0xFD جایگزین شده است.

جدول ۹: ساختار فریم تصدیق

۷ -۱- ۳- ساختار فریم فیدبک (Feedback)

چنانچه هدف از فریم ارسالی درخواست ارسال مقدار یک پارامتر باشد (مقدار بایت Action عدد ۲ باشد)، فریم فیدبک از سمت کنترلر ارسال می‌شود. ساختار فریم فیدبک نیز مشابه ساختار فریم ارسالی می‌باشد با این تفاوت که مقدار پارامتر درخواست شده به جای ۴ بایت دیتا قرار داده شده است.

جدول ۱۰: ساختار فریم فیدبک

۷ -۲- تبدیل عدد دسیمال به فرمت IEEE754 و برعکس به کمک مبدل‌های تحت وب

راحت ترین راه جهت تبدیل عدد دسیمال به فرمت IEEE754 استفاده از مبدل‌های تحت وب می‌باشد. یکی از این مبدل‌های آنلاین سایت binaryconvert است. مطابق شکل ۹ به منظور تبدیل عدد دسیمال به فرمت IEEE754 عدد مورد نظر را در قسمت Decimal تایپ کرده و روی Convert to binary کلیک کنید. برعکس جهت تبدیل عدد با فرمت IEEE754 به دسیمال عدد مورد نظر را در قسمت Binary تایپ کرده و روی Convert to decimal کلیک نمایید.

شکل ۹: مبدل تحت وب تبدیل عدد دسیمال به فرمت IEEE754 و برعکس

در شکل ۱۰ عدد دسیمال ۷۵/۱۹ به فرمت IEEE754 تبدیل شده است که مقدار آن 0x419E0000 می‌باشد. در شکل 11 نیز مجدد عدد با فرمت IEEE754 به معادل دسیمال تبدیل شده است.

شکل ۱۰: تبدیل عدد دسیمال به فرمت IEE754 توسط مبدل تحت وب

شکل ۱۱: تبدیل عدد با فرمت IEE754 معادل دسیمال توسط مبدل تحت وب

۷ -۳- تئوری تبدیل عدد دسیمال به فرمت IEEE754 و برعکس (روش علمی)

در موشن کنترلر AMC11 از استاندارد IEEE754 جهت ارسال و دریافت داده‌ها از طریق پروتکل‌های USB و RS485 استفاده شده است.

۷ -۳ -۱ – تبدیل عدد دسیمال به فرمت IEEE754

استاندارد IEEE754 دارای ۲ دقت Single و Double می‌باشد. در موشن کنترلر AMC11 از استاندارد IEEE754 با دقت Single استفاده شده است. ساختار استاندارد IEEE754 با دقت Single در شکل ۱۲ نشان داده شده است.

شکل ۱۲: استانداردIEEE754 با دقت Single

مطابق شکل ۱۲ فرمت IEEE754 با دقت Single دارای ۳۲ بیت (۴ بایت) می‌باشد که از سه بخش تشکیل شده است. بخش اول که شامل یک بیت می‌باشد Sign نام دارد. به بخش دوم که دارای ۸ بیت است Exponent می‌گویند. بخش Mantissa یا Fraction نیز از ۲۳ بیت تشکیل شده است. در ادامه روند تبدیل عدد دسیمال ۱۲۵/۲۴ به فرمت IEEE754 با دقت Single توضیح داده شده است.

مرحله ۱: جداسازی قسمت‌های صحیح و اعشار از یکدیگر

ابتدا قسمت صحیح و اعشار عدد مورد نظر را جدا نمایید. مطابق شکل ۱۳ قسمت‌های صحیح و اعشار عدد ۱۲۵/۲۴ به ترتیب ۲۴ و ۱۲۵/۰ می‌باشند.

شکل ۱۳: جداسازی قسمت صحیح و اعشار

مرحله ۲: تبدیل قسمت صحیح به باینری

قسمت صحیح را به معادل باینری آن تبدیل نمایید. در این مثال معادل باینری ۲۴ مقدار ۱۱۰۰۰ می‌باشد. روند تبدیل در جدول ۱۱ نشان داده شده است.

جدول ۱۱: تبدیل قسمت صحیح به باینری

مرحله ۳: تبدیل قسمت اعشار به باینری

قسمت اعشاری عدد ۱۲۵/۲۴ یعنی ۱۲۵/۰ را به معادل باینری آن تبدیل نمایید.روند تبدیل در جدول ۱۲ نمایش داده شده است. حاصل این تبدیل ۰۰۱/۰ می‌باشد.

جدول ۱۲: تبدیل قسمت اعشار به باینری

مرحله ۴: ترکیب معادل باینری قسمت صحیح و اعشار با یکدیگر

قسمت صحیح و اعشاری را با یدیگر ترکیب نمایید. برای عدد عدد ۱۲۵/۲۴ معادل باینری آن عدد ۰۰۱/۱۱۰۰۰ خواهد شد.

مرحله ۵: تبدیل عدد حاصل شده به صورت نمایش علمی مبنای ۲

اکنون عدد ۱۱۰۰۰٫۰۰۱ را به صورت نماد علمی مبنای ۲ نمایش دهید. حاصل عبارت است از:

1.1000001×2⁴

مرحله ۶: تعیین علامت عدد و نمایش به صورت باینری

با توجه به علامت عدد ۱۲۵/۲۴ بیت علامت رو تعیین نمایید. مطابق شکل ۱۴ چنانچه عدد مثبت باشد بیت علامت ۰ و چنانچه عدد منفی باشد بیت علامت ۱ می‌باشد.

شکل ۱۴: تعیین مقدار بیت علامت

مرحله ۷: تعیین قسمت Exponent

در استاندارد IEEE754 با دقت Single و Double یک مقدار بایاس تعریف می‌شود. این مقدار بایاس برای دقت Single عدد ۱۲۷ می‌باشد. برای تعیین قسمت Exponent توان عدد ۲ که در مرحله ۵ بدست آوردیم (یعنی عدد ۴) را با عدد بایاس ۱۲۷ جمع کرده (۱۳۱ = ۱۲۷ + ۴) و حاصل را پس از تبدیل به باینری در قسمت Exponent مطابق شکل ۱۵ قرار می‌دهیم.

شکل ۱۵: تعیین مقدار Exponent

مرحله ۸: تعیین قسمت Mantissa

مقدار Mantissa قسمت اعشار نمایش مبنای علمی ۲ که در مرحله ۵ حاصل شد میباشد. مطابق شکل ۱‍۶ قسمت Mantissa در جایگاه مربوطه قرار داده شده است.

شکل ۱۶: تعیین مقدار Mantissa

مرحله ۹: ترکیب سه قسمت حاصل شده به صورت یک عدد

به جای بیت‌های باقیمانده مقدار “۰” قرار دهید. مطابق شکل ۱۷ معادل IEEE754 عدد دسیمال ۱۲۵/۲۴ در نمایش باینری عدد “0 10000011 10000010000000000000000” و در نمایش هگزادسیمال عدد “0x41C10000” می‌باشد.

شکل ۱۷: عدد IEEE754 تبدیل شده نهایی

۷ -۳ -۲ – تبدیل عدد با فرمت IEEE754 به معادل دسیمال

در این قسمت عدد “0 10000011 10000010000000000000000” با فرمت IEEE754 را به معادل دسیمال آن تبدیل می‌کنیم.

مرحله یک: بیت‌ها را به سه قسمت دسته بندی نمایید.

• بیت ۳۱ یا آخرین بیت سمت چپ علامت عدد را نشان می‌دهد.
• بیت‌های ۲۳ تا ۳۰ قسمت Exponent می‌باشد.
• بیت های ۰ تا ۲۲ قسمت Mantissa می‌باشد.

مرحله دو: بیت علامت را در نظر بگیرید.

اگر بیت علامت ۱ باشد عدد منفی و اگر صفر باشد عدد مثبت می‌باشد. از آنجایی که بیت علامت ۰ است پس علامت عدد مورد نظر مثبت خواهد بود.

مرحله سه: قسمت Exponent را در نظر گرفته و معادل دسیمال آن را حساب نمایید.

بیت‌های ۲۳ تا ۳۰ عدد “10000011” می‌باشد که اگر آن را به دسیمال تبدیل نماییم عدد ‍۱۳۱ حاصل می‌شود.

مرحله چهار: قسمت Mantissa را به مبنای ۱۰ تبدیل کنید.

قسمت Mantissa عدد “10000010000000000000000” می‌باشد بنابراین:

مرحله پنج: با استفاده از رابطه زیر معادل دسیمال را محاسبه کنید.

۷ -۴- تئوری محاسبه بایت CRC

در انتقال داده‌ها به صورت دیجیتال از CRC جهت تشخیص خطا در فریم ارسالی یا دریافتی استفاده می‌شود. در موشن کنترلر AMC11 از یک بایت CRC استفاده شده‌ است. این بایت به انتهای فریم متصل شده و به دریافت‌کننده کمک می‌کند تا خطای احتمالی رخ داده در فریم را تشخیص دهد. الگوریتم‌های مختلفی برای محاسبه CRC وجود دارند که در موشن کنترلر AMC11 از الگوریتم CRC-8 استفاده شده است. در این الگوریتم فریم در یک چند جمله‌ای از پیش تعیین شده XOR می‌شود. نحوه عملکرد XOR در جدول ۱۳ نمایش داده شده است.

جدول ۱۳: عملگرد XOR

چند جمله‌ای مورد استفاده برای محاسب بایت CRC به صورت زیر می‌باشد.

x⁸+x⁴+x³+x²+1

برای استفاده از چند جمله‌ای فوق جهت محاسبه بایت CRC باید آن را به صورت باینری نمایش دهیم. در نمایش باینری هر توانی که وجود دارد معادل یک و هر توانی که وجود ندارد معادل صفر در نظر می‌گیریم. نمایش باینری چند جمله‌ای فوق عدد “0b100011101” می‌باشد. برای ایجاد بایت CRC توسط الگوریتم CRC-8 مراحل زیر را انجام دهید:

• ابتدا ۸ بیت صفر به انتهای فریم اضافه کنید.
• مطابق شکل ۱۸ در هر مرحله اولین ۱ در چند جمله‌ای را با اولین ۱ از فریم ورودی در یک راستا قرار دهید و عملیاد XOR رو انجام دهید.
• عملیات را تا جایی ادامه دهید که حاصل XOR از فریم ورودی خارج شود.
• مطابق شکل ۱۸ هشت بیت زیر بیت‌های صفر اضافه شده به فریم در ابتدای کار همان بایت CRC می‌باشند. که در این مثال عدد 0x76 می‌باشد.

در شکل ۱۸ مراحل محاسبه بایت CRC توسط الگوریتم CRC-8 به صورت مرحله به مرحله نمایش داده شده است.

شکل ۱۸: محاسبه بایت CRC توسط روش CRC-8

همچنین جهت محاسبه بایت CRC توسط الگوریتم CRC-8 با چند جمله‌ای “0b100011101” در زبان C می‌توانید از کد شکل ۱۹ استفاده نمایید.

uint8_t Compute_CRC8(uint8_t Data_Input[], uint8_t Length){
uint8_t generator = 0x1D;
uint8_t crc = 0x00;
for(int i = 0; i < Length; i++){
crc ^= Data_Input[i]; 
for (int i = 0; i < 8; i++){
if ((crc & 0x80) != 0){
crc = ((crc << 1) ^ generator);
}
else{
crc <<= 1;
}
}
}
return crc;
}

شکل ۱۹: کد زبان C جهت محاسبه CRC در یک فریم

۷ -۵- محاسبه بایت CRC توسط مبدل‌های آنلاین

آسان‌ترین راه جهت محاسبه بایت CRC استفاده از مبدل‌های آنلاین است. یکی از این مبدل‌های آنلاین سایت GHSI می‌باشد. به عنوان مثال فرض کنید بخواهیم سرعت حرکت در موشن شماره ۱ را بر روی ۴۷۰ دور بر دقیقه تنظیم کنیم.

ابتدا باید عدد ۴۷۰ را به صورت استاندارد IEEE754 تبدیل کنیم که می‌توانیم از مبدل آنلاین معرفی شده در بخش‌های قبل استفاده کنیم. سپس مطابق جدول دستورات کنترلر باید از فرمان 0x22 به منظور تنظیم سرعت موشن شماره ۱ برحسب دور بر دقیقه استفاده کنیم. فریم ارسالی به صورت زیر خواهد بود:

FF FF 01 22 01 43 EB 00 00 FE (CRC)

در فریم فوق باید مقدار بایت CRC محاسبه شود. ابتدا مطابق شکل ۲۰ چند جمله “0b100011101” را در قسمت مشخص شده وارد نمایید سپس تمامی ۱۰ بایت قبل از CRC را وارد نموده و در نهایت دکمه Calculate را بزنید تا بایت CRC محاسبه شود.

شکل ۲۰: محاسبه بایت CRC توسط مبدل آنلاین

همانطور که در شکل ۲۰ مشاهده می‌کنید مقدار CRC عدد 0x7B می‌باشد. بنابراین فریم ارسالی باید به صورت زیر تشکیل شود.

FF FF 01 22 01 43 EB 00 00 FE 7B

۸- نحوه کار با GUI موشن کنترلر AMC11

کنترلر AMC11 دارای یک محیط گرافیکی مخصوص به خود می‌باشد که از طریق آن می‌توانید پارامترهای کنترلر را به راحتی تنظیم نمایید. در شکل ۲۱ نمای کلی محیط گرافیکی یا GUI کنترلر AMC11 نمایش داده شده است.

شکل۲۱: رابط گرافیکی کنترلر AMC11

رابط گرافیکی دارای ۵ قسمت اصلی می‌باشد که عبارت‌اند از:

• سربرگ Connection
• سربرگ Axis Setting
• سربرگ Motion Parameters
• سربرگ Help
• سربرگ About Us

در ادامه به توضیح هر یک از سربرگ‌ها می‌پردازیم.

۸ -۱- سربرگ Connection

پس از وصل کردن تغذیه کنترلر و اتصال آن به کامپیوتر وارد این سربرگ شده و تنظیمات مربوط به پورت و نرخ ارسال اطلاعات را انتخاب نمایید. سپس بر روی دکمه Connect کلیک نمایید.

شکل۲۲: تنظیمات سربرگ Connection

اتصال کنترلر به کامپیوتر زمانی به درستی برقرار خواهد شد که وضعیت دکمه Connect به Connected تغییر نام دهد.

۸ -۲- سربرگ Axis Setting

تنظیمات سربرگ Axis Setting در شکل ۲۳ نشان داده شده است. در این قسمت تنظیمات مربوط به محور حرکتی کنترلر قابل انجام می‌باشد.

شکل۲۳: تنظیمات سربرگ Axis Setting

پالس بر دور (Pulse/Revolution): در درایورهای استپ موتور پارامتر Pulse/Revolution به این معنی می‌باشد که درایور به ازای دریافت چند پالس منجر به حرکت یک دور کامل شفت موتور خواهد شد. هر مقداری که بر روی درایور استپ موتور برای این پارامتر تنظیم نموده‌اید را در این قسمت وارد کنید.

نسبت گیربکس (Gear Ratio): در برخی از کاربردها به منظور رسیدن به سرعت و گشتاور مطلوب از گیربکس استفاده می‌کنند. گیربکس‌ها به دو صورت کاهنده و افزاینده وجود دارند. در گیربکس کاهنده (سرعت شفت خروجی کمتر از سرعت شفت ورودی) نسبت گیربکس عددی بزرگتر از یک می‌باشد ولی در گیربکس افزاینده (سرعت شفت خروجی بیشتر از سرعت شفت ورودی) نسبت گیربکس کمتر از یک است. همچنین در شرایطی که کوپلینگ به صورت مستقیم می‌باشد و از گیربکس استفاده نمی‌شود نسبت گیربکس عدد ۱ خواهد بود.

مکانیزم حرکتی (Degree/Millimeter): چنانچه عملکرد دستگاه به صورت دورانی می‌باشد (به عنوان مثال میزها و سکوهای دوار) این پارامتر را بر روی Degree تنظیم نمایید. اما در صورتیکه حرکت دستگاه به صورت خطی است (کاربردهایی مثل سوراخکاری‌های خطی) این پارامتر باید بر روی Millimeter تنظیم شود.

گام حرکت خطی (mm/rev): چنانچه حرکت دستگاه به صورت خطی می‌باشد این پارامتر تعیین می‌کند که یک دوران در شفت ورودی منجر به چند میلیمتر حرکت خطی در خروجی خواهد شد. به عنوان مثال اگر مقدار این پارامتر را عدد 10 تنظیم نمایید به این معنی است که با یک دور کامل شفت ورودی، محور خطی به اندازه 10 میلیمتر جابجا خواهد شد.

سرعت جاگ (Jog Speed): کلیدهای JOG+ و JOG- بر روی کنترلر کلیدهای مربوط به جاگ مد می‌باشند. با فشار دادن و نگه‌داشتن هر یک از این کلیدها موتور با سرعتی ثابت مادامی که کلید رو فشار داده‌ایم در جهت مورد نظر شروع به حرکت می‌نماید. پارامتر Jog Speed سرعت حرکت بر حسب دور بر دقیقه را تعیین می‌نماید.

کلیدهای Read، Clear و Set: با کلیک بر روی دکمه Clear تمامی کاردهای مربوط به درج مقدار پارامتر پاک خواهند شد. با کلیک بر روی دکمه Read کنترلر مقادیر حال حاضر ذخیر شده بر روی کنترلر را باز خواهد گرداند. همچنین پس از تنظیم هر یک از پارامترهای فوق با کلیک بر روی دکمه Set مقدار مورد نظر بر روی حافظه کنترلر ذخیر خواهد شد.

حداکثر سرعت قابل دستیابی (Maximum Calculated Reachable Speed): در استپ موتورها با افزایش سرعت دورانی گشتاور کاهش می‌یابد به طوریکه از یک سرعتی به بعد شفت موتور دچار رزونانس شده و متوقف می‌شود. در این قسمت جریان موتور، اندوکتانس موتور، ولتاژ تغذیه و مقدار پالس بر دور را وارد نمایید و سپس دکمه Compute را زده تا حداکثر سرعت قابل دستیابی بر حسب دور بر دقیقه محاسبه شود.

۸ -۳- سربرگ Motion Parameters

پس از ورود به سربرگ Motion Parameters مطابق شکل24 یک علامت مثبت مشاهده خواهید کرد. با کلیک بر روی این علامت کادر مربوط به تنظیمات موشن شماره یک باز خواهد شد. با کلیک مجدد بر روی علامت مثبت کادر مربوط به تنظیمات موشن شماره دو باز خواهد شد (برای باز شدن موشن بعدی مجدد بر روی علامت مثبت کلیک نمایید). در کنترلر AMC11 تا پنج موشن مستقل از هم قابل تعریف می‌باشد.

شکل۲۴: سربرگ Motion Parameter

در شکل ۲۵ کادرهای باز شده پس از هر بار کلیک بر روی علامت مثبت نشان داده شده است.

شکل ۲۵: جزئیات سربرگ Motion Parameters

همچنین در شکل ۲۶ جزئیات مربوط به تنظیمات هر موشن را مشاهده می‌کنید.

شکل ۲۶: جزئیات تنظیمات هر موشن

تنظیم مقدار حرکت (Degree, mm): با توجه به مکانیزم حرکتی دستگاه در این قسمت میزان حرکت برحسب درجه و یا میلیمتر قابل تنظیم می‌باشد.

تنظیم سرعت حرکت (RPM, mm/S): با توجه به مکانیزم حرکتی دستگاه در این قسمت سرعت برحسب دور بر دقیقه و یا میلیمتر بر ثانیه قابل تنظیم می‌باشد.

شتاب شروع حرکت (ACC): با تنظیم شتاب حرکت می‌توان از ایجاد ضربه هنگام شروع حرکت جلوگیری کرد و حرکت نرم‌تری را ایجاد نمود. این پارامتر برحسب پالس می‌باشد. معمولا عددی بین 10 تا 1000 مناسب است.

شتاب توقف حرکت (DCC): با تنظیم شتاب توقف می‌توان از ایجاد ضربه هنگام توقف حرکت جلوگیری کرد و حرکت نرم‌تری را ایجاد نمود. این پارامتر برحسب پالس می‌باشد. معمولا عددی بین 10 تا 1000 مناسب می‌باشد.

مدت زمان توقف (Delay): این پارامتر که برحسب میلی ثانیه قابل تنظیم می‌باشد مدت زمان توقف موتور پس از اتمام حرکت را مشخص می‌کند.

جهت حرکت (Direction): این پارامتر جهت دوران موتور را تعیین می‌نماید و می‌تواند به دو صورت ساعتگرد و پادستگرد تنظیم شود.

تکرار حرکت (Repetition): در این قسمت می‌توانیم تعیین نماییم که حرکت مورد نظر چندبار تکرار شود.

فعال و غیرفعال سازی حرکت (Ena/Dis): با استفاده از این پارامتر می‌توان حرکت مورد نظر را فعال و یا غیرفعال کرد.

سطح فعال‌سازی ورودی‌های آنالوگ (AI1 Value, AI2 Value): در این قسمت می‌توان سطح فعال‌سازی ورودی‌های آنالوگ AI1 و AI2 را تعیین نمود. این سطح می‌تواند مقداری بین 0 تا 10 ولت باشد.

سطح ولتاژ خروجی آنالوگ (AO1 Value): این پارامتر سطح ولتاژ خروجی آنالوگ AO1 را مشخص می‌کند که عددی بین 0 تا 10 می‌باشد.

تعیین ورودی انتظار (Wait for Input): در کنترلر شروع حرکت می‌تواند منتظر یکی از ورودی‌های دیجیتال I1، I2 ، I3 و یا ورودی‌های آنالوگ AI1 و AI2 بماند. به طوریکه تا زمانیکه ورودی مد نظر اعمال نشده است کنترلر منتظر میماند. به عنوان مثال در شکل27 شروع موشن شماره ۳ مقید به اعمال ورودی دیجیتال I2 شده است.

شکل۲۷: تعیین ورودی انتظار موشن شماره ۳ برای ورودی دیجیتال شماره ۲

تعیین خروجی فعال در زمان توقف (Active Output in Stop): در کنترلر در زمان توقف (توقف به مدت زمان پارامتر Delay) می‌تواند یکی از خروجی‌های اوپن درین O13، O14، O15 و یا خروجی آنالوگ AO1 فعال شود.

تعیین خروجی فعال در زمان حرکت (Active Output in Motion): در کنترلر در زمان حرکت می‌تواند یکی از خروجی‌های اوپن درین O13، O14، O15 و یا خروجی آنالوگ AO1 فعال شود.

تعیین وضعیت خروجی O3 و مقدار تکرار کل: مطابق شکل۲۸ در قسمت مشخص شده می‌توان تعداد کل تکرار موشن شماره ۱ تا ۵ و وضعیت خروجی O3 را تنظیم نمود. به عنوان مثال چنانچه مقدار Total Repeat بر روی ۷ تنظیم شود کل موشن‌های شماره ۱ تا ۵ هفت مرتبه انجام خواهند شد.

شکل ۲۸: تعیین وضعیت خروجی O3 و مقدار تکرار کل

۹- راه‌اندازی سریع موشن کنترلر AMC11

به منظور راه‌اندازی سریع موشن کنترلر AMC11 مراحل زیر را به ترتیب انجام دهید.

مرحله ۱: مطابق شکل۲۹ حداقل سیم کشی لازم جهت راه‌اندازی کنترلر را برقرار کرده و تغذیه کنترلر را متصل نمایید. سپس کنترلر را از طریق کابل USB به کامپیوتر متصل کنید.

شکل ۲۹: حداقل سیم کشی جهت راه‌اندازی سریع کنترلر AMC11

مرحله ۲: پس از اتصال کنترلر به کامپیوتر به قسمت Device Manager کامپیوتر رفته و در صورتیکه درایورهای لازم را نصب داشته باشید باید پورت مجازی ایجاد شده توسط کنترلر را مطابق شکل30 مشاهده نمایید. در صورتی که کنترلر به درستی توسط کامپیوتر شناسایی نشده است بایستی درایور USB کنترلر رو از روی سایت شرکت در قسمت صفحه محصول AMC11 دانلود نمایید.

شکل ۳۰: پورت مجازی ایجاد شده توسط کنترلر در قسمت Device Manager

مرحله ۳: شماره پورت شناسایی شده توسط کامپیوتر را در سربرگ Connection رابط گرافیکی کنترلر وارد نموده و بر روی دکمه Connect کلیک نمایید. در صورتی که عبارت Connect به Connected تغییر نام دهد یعنی اتصال کنترلر به کامپیوتر به درستی انجام شده است.

مرحله ۴: تنظیمات لازم در سربرگ Axis Setting و Motion Parameters را متناسب با کاربرد خود انجام دهید و در هر مرحله با استفاده از دکمه‌های Set و Read مطمئن شوید که تنظیمات به درستی بر روی حافظه درایور ذخیر شده است.

مرحله ۵: با کلیک بر روی دکمه RUN در رابط گرافیکی یا فشار دادن دکمه RUN از روی کنترلر و یا اعمال فرمان RUN به صورت خارجی عملیات مورد نظر اجرا خواهد شد.

۱۰- نمونه مثال‌های کاربردی

در این قسمت نمونه مثال‌های کاربردی به مرور اضافه خواهند شد.

۱۰ -۱- میز عکاسی ۳۶۰ درجه

از میز عکاسی ۳۶۰ درجه به منظور عکس‌برداری از یک شئ از زاویه‌های مختلف استفاده می‌شود. شکل ۳۱ یک میز عکاسی ۳۶۰ درجه را نشان می‌دهد که با حداقل تجهیزات به صورتی ساده ساخته شده است تا کاربرد کنترلر AMC11 بهتر درک شود.

شکل ۳۱: میز عکاسی ۳۶۰ درجه

این تست ستاپ از اجزای زیر تشکیل شده است:

1. کنترلر AMC11
2. درایور استپ موتور MSD02
3. سکوی دوار متصل شده به یک استپ موتور ۲ فاز (استپ موتور در زیر سکو قرار دارد و در عکس قابل مشاهده نیست).
4. جسمی که قرار است از آن عکس برداری شود (مولد پالس PG48)
5. یک عدد نوار LED که بیانگر شاتر دوربین می‌باشد!

هدف این است که در زوایه‌های ۱۰ درجه‌ای از مولد پالس عکس برداری شده و اینکار در ۳۶۰ درجه تکرار شود (۳۶ عکس در یک دور کامل). اگر بخواهیم اینکار را به صورت دستی انجام دهیم هم دقت کافی را نخواهد داشت و هم کاری زمان‌بر و خسته کننده می‌باشد. تنظیمات سربرگ Axis Setting در شکل ۳۲ نشان داده شده است.

شکل ۳۲: تنظیمات سربرگ Axis Setting برای میز عکاسی ۳۶۰ درجه

مطابق شکل ۳۲ از آنجاییکه Pulse/Revolution درایور MSD02 را بر روی 6400 پالس بر دور قرار داده‌ایم در GUI نیز همین مقدار را تنظیم کرده‌ایم. چون کوپلینگ مستقیم است نسب گیربکس را یک تنظیم می‌کنیم. مکانیزم حرکتی از نوع دورانی بوده و بنابراین پارامتر Degree/Millimeter را بر روی Degree تنظیم کرده‌ایم. همچنین سرعت جاگ مد بر روی ۱۰ دور بر دقیقه تنظیم شده است.

در قسمت ماکزیمم سرعت قابل دستیابی جریان موتور، اندوکتانس موتور، ولتاژ تغذیه و پالس بر دور را وارد کرده و ماکزیمم سرعت قابل دستیابی ۱۱۲۵ دور بر دقیقه محاسبه شده است. این ماکزیمم سرعتی است که موتور می‌تواند در صورت تنظیم درست شتاب حرکت و توقف به آن سرعت برسد.

تنظیمات سربرگ Motion Parameters نیز در شکل ۳۳ نشان داده شده است. تنها از موشن شماره ۱ استفاده شده است و موشن‌های شماره ۲ تا ۵ باید در حالت غیرفعال قرار بگیرند. از خروجی اوپن درین O15 در قسمت Active Output in Stop جهت فرمان دادن با شاتر دوربین استفاده شده است.

شکل ۳۳: تنظیمات سربرگ Motion Parameters برای میز عکاسی ۳۶۰ درجه

اکنون با کلیک بر روی دکمه RUN عملیات عکس برداری آغاز خواهد شد. عکس برداری به این صورت خواهد بود میز 10 درجه دوران می‌کند و 500 میلی ثانیه متوقف می‌شود. در زمان توقف شاتر دوربین فعال شده و عکس برداری انجام می‌شود. این کار در 360 درجه 36 مرتبه تکرار خواهد شد.

۱۱- ابعاد مکانیکی موشن کنترلر AMC11

شکل ۳۴: ابعاد مکانیکی موشن کنترلر AMC11