درایور موتور دی سی و استپر MDC20

۱- درایور MDC20

درایور و کنترل کننده­ حرکت MDC20 یک درایور با قابلیت کنترل حرکت و درایو دو موتور دی سی یا یک موتور پله ای محصولی پلتفرم، تولیدی شرکت دانش بنیان ربات سازان مستقر در دانشگاه فردوسی مشهد است. این درایور با قابلیت­ های فراوان پاسخگوی نیاز قشر عظیمی از کاربران می باشد.

 

۱-۲- ویژگی های کلیدی درایور MDC20

از ویژگی های منحصر به فردی که درایور MDC20 را از سایر محصولات موجود در بازار متمایز می کند می ­توان به موارد زیر اشاره کرد:

• درایور MDC20 یک درایور پلتفرم با قابلیت اتصال به نرم ­افزارهایی هم­چون MATLAB، VISUAL STUDIO، LABVIEW و… می باشد و می توان با اتصال فقط یک کابل USB آن را راه ­اندازی و کنترل کرد.
• درایو دو دسته از مهم­ترین موتورهای پرکاربرد به طوری که با در اختیار داشتن این درایور قادر خواهید بود دو موتور DC و یا یک موتور پله ­ای را هدایت و کنترل کنید.
  امکان شبکه کردن درایور و کنترل تمامی آن­ها فقط با یک کابل USB (کاهش سرعت انتقال اطلاعات با افزایش تعداد بردها).
• پشتیبانی و وجود آموزش­ های گام به گام در سایت شرکت و بلاگ آموزشی ربات سازان

 

۱-۳- مشخصات درایور MDC20

• درایو و کنترل دو موتور DC یا یک موتور پله­ ای با ولتاژ بین ۵.۵ تا ۳۶ ولت و با جریان دهی دائمی ۵ آمپر و جریان دهی لحظه ­ای ۱۰ آمپر برای هر کانال خروجی (توان نامی ۱۸۰ وات برای هر کانال خروجی).
• محافظت در برابر جابجا زدن تغذیه بورد (Reverse Voltage Protection)، اتصال کوتاه در خروجی موتورها به مدت ۵ ثانیه، جریان کشی بیش از10 آمپر با قرار دادن فیوزدر ورودی تغذیه، دمای بیش از حد، قطع ناگهانی VCC و یا زمین.
• قابلیت اتصال مستقیم به کامپیوتر با استفاده از پورت USB.
• ارسال و دریافت فرمان ­ها با سرعت ۳۰۰ تا ۵۷۶۰۰ بیت در ثانیه.
• قابلیت شبکه شدن چند داریور به صورت همزمان و کنترل تمامی آن­ها فقط با یک کابل USB.
• توان مصرفی فوق العاده پایین در حالت استراحت (Standby).
• دارای دو ورودی ۳۲ بیتی شمارنده ­ی انکودر (Encoder Input) در دو مد کاری ساده و پیشرفته (quadrature)
• دارای پروتکل ­های USB و UART برای ارتباط با دیگر اجزای سیستم و کامپیوتر.
• قابلیت تنظیم شتاب موتورها برای جلوگیری از سرعت گرفتن سریع و امکان توقف نرم.
• قابلیت پیاده سازی الگوریتم ­های کنترل موتور(موقعیت، سرعت و شتاب) در نرم افزار هدف.
• محافظت موتورها در مقابل تغییر ناگهانی جهت موتورها و افزایش طول عمر آنها.
• دارای کدهای راه ­اندازی نمونه به زبان ­های برنامه نویسی مختلف از جمله زبان برنامه نویسی C++ , C# و همچنین نرم افزار MATLAB در بلاگ آموزشی شرکت.
• دارای یک خروجی 5 ولت یک آمپر برای راه ­اندازی مدارات متصل به درایور و همچنین تغذیه فن در صورت نیاز.

 

 

بخش های مختلف درایور MDC20 در شکل ۱ به نمایش درآمده که به شرح زیر است:

۱) درگاه USB

۲) سوئیچ های تنظیم مد – به کمک سوئیج ها مد عملیاتی درایور تنظیم می گردد

۳) جعبه فیوز درایور

۴) ورودی تغذیه

۵) کلید ریست

۶) LED وضعیت فعال، ارسال اطلاعات و دریافت اطلاعات از درگاه USB

۷) سوکت پروتکل UART / RX-TX-GND

۸) سوکت انکودر ۲

۹) سوکت انکودر ۱

۱۰) LED پاور درایور

۱۱) خروجی 5 ولت

۱۲) خروجی موتور ۱

۱۳) خروجی موتور ۲

 

۲- آماده به کار کردن درایور MDC20

برای ارتباط با درایور بایستی ابتدا اقدام به نصب درایورهای مورد نیاز نموده و سپس توسط کابل USB یا درگاه UART به روش زیر با آن ارتباط برقرار نمایید.

 

۲-۱- نصب درایور و نرم افزارهای مورد نیاز

برای ارتباط با درایور MDC20 باید درایور FTDI را بر روی سیستم خود نصب کنید پس از نصب درایورهای مورد نیاز در صورت اتصال درایور از طریق پورت USB به کامپیوتر درایور شناسایی شده و سپس تنظیمات درگاه شناخته شده از جمله نرخ ارسال اطلاعات را در کامپیوتر منطبق با درایور انجام دهید. (برای دریافت راهنمای نصب درایور FTDI و کسب اطلاعات راجع به تنظیمات پورت USB در ویندوز به این مطلب آموزشی مراجعه فرمایید).

 

۲-۲- ارتباط با درایور از دو درگاه USB و UART

از درگاه USB زمانی استفاده می­ شود که قصد دارید درایور را به وسیله­ ی کامپیوتر کنترل و هدایت کنید. چنانچه بخواهید از طریق یک بورد کنترلی دیگر، این درایور را کنترل کنید یا چندین درایور را با یک­دیگر شبکه کنید از طریق درگاه UART می توانید این کار را انجام دهید.

 

۲-۳- نحوه ­ی روشن کردن درایور

درایور MDC20 را می­ توانید با ولتاژی از ۵.۵ تا ۳.۶ ولت راه اندازی کنید. مطابق شکل ۱ از طریق درگاه ورودی توان می ­توانید درایور را تغذیه کنید. سپس در صورتی که تغذیه بورد را درست متصل کرده باشید چراغ Power’s LED که مطابق شکل ۱ در قسمت میانی بورد قرار دارد روشن خواهد شد.

توجه: در صورتی که تغذیه ­ی بورد را جابجا وصل کنید ( VCC و GND را جابجا متصل کنید)، درایور MDC20 مجهز به مدار محافظت در برابر جابجا زدن ولتاژ ورودی بوده و از صدمه دیدن بورد جلوگیری می­ کند.

 

۳- کنترل MDC20 در حالت درایو دو موتور DC

در این قسمت قصد داریم راه اندازی دو موتور DC توسط درایور MDC20 را آموزش دهیم. ابتدا بایستی تنظیمات اولیه درایور که در ادامه شرح داده شده است را انجام دهید.

 

۳-۱- انجام تنظیمات اولیه – DC

برای این منظور تغذیه درایور را وصل کرده و کابل USB را متصل نمایید. سوئیچ های ۱ و ۲ به هنگام شبکه کردن چند بورد با یکدیگر مورد استفاده قرار می گیرند و در حالتی که می خواهید تنها یک بورد را از طریق پورت USB کنترل کنید باید همواره در حالت ON قرار داشته باشند. مطابق شکل زیر سوئیچ های ۱ و ۲ و ۴ را در حالت ON و سوئیچ ۳ را در حالت OFF قرار دهید. جدول زیر چهار مد عملیاتی درایور MDC20 را نشان می­ دهد.

 

جدول1: مودهای عملیاتی درایور MDC20

Operating Mode	DIP Switch 4	DIP Switch 3
DC Mode	ON	ON
Stepper Mode	OFF	ON
Setting Mode	ON	OFF
Factory Reset Mode	OFF	OFF

 

بعد از قرار دادن درایور در حالت مود انجام تنظیمات (Setting Mode) دکمه ریست که دقیقا در پشت سوئیچ­ ها قرار دارد را به مدت یک ثانیه فشار دهید تا درایور وارد مد تنظیمات ­شود. قالب دستورات ارسالی برای درایور در این حالت از چپ به راست به صورت زیر می ­باشد:

Encoder Mode	Baud Rate	Board Address

 

از آنجایی که نحوه­ ی ارتباط با درایور MDC20 از طریق پروتکل­ های ارتباطی USB و UART می­ باشد بنابراین در این نوع از پروتکل­ ها اطلاعات به صورت سریال در بسته ­های ۸ بیتی منتقل می­ شوند (در ارتباط سریال علاوه بر داده­ ها معمولا یک یا دو بیت توقف (Stop Bit) و یک بیت Parity به همراه داه ­ها منتقل می ­گردند). بنابراین در قالب دستورات فوق هر یک از رشته ­ها باید اعدادی در مبنای ۱۶ (هگزادسیمال) که حداکثر ۸ بیت را اشغال می­ کنند، باشند.

به عنوان مثال عدد ۵۰ در مبنای ۱۶ به صورت 0X32 نمایش داده می ­شود که فرم باینری آن به صورت زیر می­ باشد:

0	1	0	0	1	1	0	0

 

حال به توضیح قالب دستورات فوق می ­پردازیم. از آنجایی که هر بورد MDC20 می­­ تواند یک آدرس از ۰ تا ۹۹ داشته باشد باید آدرس بورد (Board Address) مورد نظر خود را قبل از کار با آن تنظیم کنید.

توجه: آدرس بورد پیش فرض کارخانه صفر می‌باشد.

در درایور MDC20 نرخ ارسال اطلاعات (Baud Rate) می­ تواند از ۳۰۰ تا ۵۷۶۰۰ بیت در ثانیه تنظیم گردد. برای این منظور متناظر با نرخ ارسال اطلاعات مورد نظر رشته مربوطه طبق جدول زیر باید بعد از آدرس بورد ارسال گردد.

جدول ۲: رشته متناظر با نرخ ارسال اطلاعات

رشته ارسالی (هگزا دسیمال)	0x00	0x01	0x02	0x03	0x04	0x05
نرخ ارسال اطلاعات (bps)	300	600	1200	2400	4800	9600

ادامه جدول ۲

رشته ارسالی (هگزا دسیمال)	0x06	0x07	0x08	0x09	0x0A
نرخ ارسال اطلاعات (bps)	14400	19200	38400	56000	57600

 

توجه: نرخ ارسال اطلاعات پیش فرض کارخانه ۹۶۰۰ می­ باشد. هم­چنین در صورتی که رشته ارسالی یکی از ۱۱ حالت فوق را شامل نشود نرخ ارسال اطلاعات همان ۹۶۰۰ تنظیم می‌گردد.

آخرین رشته ارسالی مربوط به تنظیمات مد کاری موتور DC، مد انکودر (Encoder Mode) می­ باشد در صورت ارسال 0X00 مد انکودر در حالت شمارش ساده (معمولی) قرار می­ گیرد، این مد زمانی کاربرد دارد که شما انکودری در اختیار دارید که تنها یک پالس خروجی دارد و این گونه از انکودرها را می ­توانید به راحتی خودتان بسازید (به بخش مقالات آموزشی در سایت شرکت به این نشانی مراجعه کنید). این مد عملیاتی در مواردی خاص بسته به کاربرد کارایی نداشته که برای حل این مشکل باید از انکودری استفاده نمایید که دو پالس خروجی با اختلاف فاز ۹۰ درجه تولید نماید (quadrature encoder). در صورت استفاده از این گونه از انکودرها باید مد انکودر را 0X01 تنظیم نمایید.

توجه: مد عملیاتی انکودر پیش فرض کارخانه مد شمارش معمولی می ­باشد.

به عنوان مثال فرض کنید می ­خواهید آدرس بورد را ۲۰، نرخ ارسال اطلاعات را ۳۸۴۰۰ و مد انکودر را در حالت شمارش ترکیبی (quadrature) قرار دهید. بنابراین باید رشته زیر را ارسال نمایید:

0X14 0X08 0X01

رشته فوق باید از چپ به راست ارسال گردد. توجه کنید که 0X14 در واقع همان معادل مبنای ۱۶ عدد ۲۰ می ­باشد. دقت شود که عبارت 0X در ابتدای هر رشته بیان کننده عدد در مبنای ۱۶ بوده که تنها یک نماد می­ باشد و نباید ارسال گردد.

توجه: آدرس بورد، نرخ ارسال اطلاعات و مد انکودر بعد از تنظیم آن­ها در حافظه­ ی EEPROM درایور قرار می ­گیرند، بدین معنا که با قطع تغذیه ­ی بورد MDC20 دیگر به مقادیر پیش فرض کارخانه برنمی ­گردند.

 

توجه: در صورتی که مطابق جدول ۱ سوئیچ­ های ۳ و ۴ را در حالت OFF قرار داده و دکمه ریست را به مدت یک ثانیه فشار دهید آدرس بورد، نرخ ارسال اطلاعات و مد انکودر به ترتیب به مقادیر ۰ ، ۵ و ۰ که همان تنظیمات پیش فرض کارخانه می ­باشند، برگردانده می ­شوند.

 

۳-۲- قرار دادن درایور در حالت کنترل دو موتور دی سی

بعد از انجام تنظیمات اولیه مطابق جدول ۱ سوئیچ­ های ۳ و ۴ را در حالت ON قرار داده و دکمه ریست را به مدت یک ثانیه فشار دهید تا وارد مد کنترل موتور DC شوید.

توجه: به طور کلی پس از هر بار تغییر مد عملیاتی برای ورود به آن مد باید دکمه ریست را به مدت یک ثانیه فشار دهید.

 

۳-۳- جدول دستورات

جدول ۳: جدول دستورات در حالت درایور دو یا یک موتور DC

توضیحات	تعداد بایت دریافتی	تعداد بایت ارسالی	نام دستور	آدرس دستور (Instruction)
دستور تنظیم سرعت موتور یک در جهت ساعت گرد	– –	3	تنظیم سرعت موتور یک	0x64
دستور تنظیم سرعت موتور دو در جهت ساعت گرد	– –	3	تنظیم سرعت موتور دو	0x65
دستور تنظیم سرعت موتور یک در جهت پاد ساعت گرد	– –	3	تنظیم سرعت موتور یک	0x66
دستور تنظیم سرعت موتور دو در جهت پاد ساعت گرد	– –	3	تنظیم سرعت موتور دو	0x67
– –	– –	2	تنظیم شتاب موتورها	0x68
در حالتی که مد انکودر 0X00 باشد استفاده می گردد	4	2	دریافت مقدار انکودر کانال 1 موتور یک	0x69
در حالتی که مد انکودر 0X00 باشد استفاده می گردد	4	2	دریافت مقدار انکودر کانال 2 موتور یک	0x6A
در حالتی که مد انکودر 0X00 باشد استفاده می گردد	4	2	دریافت مقدار انکودر کانال 1 موتور دو	0x6B
در حالتی که مد انکودر 0X00 باشد استفاده می گردد	4	2	دریافت مقدار انکودر کانال 2 موتور دو	0x6C
در حالتی که مد انکودر 0X01 باشد استفاده می گردد	4	2	دریافت مقدار انکودر موتور یک در مد quadrature	0x6D
در حالتی که مد انکودر 0X01 باشد استفاده می گردد	4	2	دریافت مقدار انکودر موتور یک در مد quadrature	0x6E
دریافت سرعت موتور اول	1	2	دریافت سرعت موتور اول	0x6F
دریافت سرعت موتور دوم	1	2	دریافت سرعت موتور دوم	0x70
دریافت شتاب موتورها	1	2	دریافت شتاب موتورها	0x71
ریست کردن مقدار انکودرها	– –	2	مقدار شمارنده صفر خواهد شد	0x72
مقدار ID درایور ارسال می گردد	1	2	دریافت آدرس بورد	0x73
دریافت مدل بورد (MDC20)	– –	2	دریافت مدل بورد	0x74
مقادیر 0 یا 1 از سوی بورد ارسال می گردند	1	2	دریافت مد انکودر	0x75
نرخ ارسال اطلاعات از سوی بورد ارسال می گردد	1	2	دریافت baud rate	0x76
دریافت نسخه نرم افزار بورد	– –	2	دریافت نسخه نرم افزار بورد	0x77

در جدول فوق مقادیر ستون اول (آدرس دستور) هگزادسیمال (مبنای ۱۶) می باشند. دلیل استفاده از مبنای ۱۶ به ماهیت ارسال اطلاعات به صورت سریال برمی گردد (برای کسب اطلاعات بیشتر راجع به پروتکل سریال به بخش مقالات آموزشی در سایت شرکت به این نشانی مراجعه کنید).

 

۳-۴- تنظیم سرعت موتورها

قالب دستورات برای تنظیم سرعت موتورها به صورت زیر می باشد.

MOTOR’S SPEED	INSTRUCTION	Board Address

از آنجایی که هر بورد MDC20 می ­تواند یک آدرس از ۰ تا ۹۹ داشته باشد، اولین قدم برای شروع ارتباط با درایور ارسال آدرس بورد (Board Address) برای آن در ابتدای هر دستور عملیاتی می­ باشد. در واقع با ارسال آدرس بورد در ابتدای دستورات در صورت شبکه بودن درایورها، آن دایوری به دستورات عمل خواهد کرد که آدرسش با آدرس ارسالی یکسان باشد.

برای تعیین جهت هر یک از موتورها مطابق جدول ۳ دو عدد به نام آدرس دستور (INSTRUCTION) وجود دارد به طوری که اعداد 0X64 و 0X66 برای تعیین جهت موتور یک به ترتیب در جهت­ ساعت گرد و پادساعت گرد و اعداد 0X65 و 0X67 برای تعیین جهت موتور دو به ترتیب در جهت ساعت گرد و پاد ساعت گرد می ­باشند.

بعد از ارسال آدرس بورد (Board Address) و آدرس دستور (INSTRUCTION) درایور مورد نظر منتظر دریافت سرعت موتور می ­ماند. سرعت هر یک از موتورها در درایور MDC20 یک سرعت نسبی است که می ­تواند یک عدد از 0 تا 255 باشد (0X00 تا 0XFF). عدد 0 متناظر با سرعت صفر و عدد 255 متناظر با ماکزیمم سرعت موتور در جهت مورد نظر می ­باشد.

به عنوان مثال فرض کنید که می ­خواهید که موتور یک بوردی با آدرس 10 با حداکثر سرعت در جهت ساعت گرد شروع به حرکت کند، رشته ­ای که باید ارسال کنید مطابق زیر می‌باشد.

0X0A 0X64 0XFF

با ارسال رشته­ ی فوق از چپ به راست برای درایور یا شبکه ­ای از درایورهای MDC20 موتور یک بوردی که آدرس آن ۱۰ می­ باشد با سرعت ۲۵۵ شروع به حرکت می ­کند (برای مشاهده نمونه کدهای راه اندازی به زبان­های C# و MATLAB به بخش مقالات آموزشی در سایت شرکت به این نشانی مراجعه نمایید).

 

۳-۵- تنظیم شتاب موتورها

شتات موتورها پارامتری از لختی موتورها می ­باشد. در تنظیم شتاب دیگر نیازی به تنظیم شتاب جداگانه­ ی هر یک از موتورها نیست و شتاب هر دو موتور در یک بورد MDC20 به طور همزمان مساوی تنظیم می ­شود. شتاب دار بودن حرکت موتورها باعث افزایش طول عمر محسوس موتورها و درایور می ­شود چرا که از تغییر ناگهانی جریان در موتورها جلوگیری کرده و در دراز مدت باعث افزایش طول عمر موتورها می ­شود.

هم­چنین شتاب دار بودن حرکت موتورها علاوه بر افزایش طول عمر موتورها و درایور در مواردی می ­تواند مفید واقع شود. به عنوان مثال در برخی از کاربردها می ­خواهیم موتور از سرعت صفر کم کم شروع به حرکت کرده و تدریجا به حداکثر سرعت خود برسد(Soft Start) و یا برعکس می­ خواهیم موتور کم کم و تدریجا متوقف شود(Soft Stop). میزان شتاب موتورها می­‌تواند بین 0 تا 255 متغییر باشد به طوری که موتورها در شتاب 0X00 دارای حداکثر شتاب (کمترین لختی) و در شتاب 0XFF دارای حداقل شتاب (بیشترین لختی) می­ باشند. قالب دستورات مربوط به تنظیم شتاب موتورها به صورت زیر می­ باشد.

Acceleration	0X68 (Instruction)	Board Address

به عنوان مثال فرض کنید قصد داریم موتور یک، درایوری با آدرس ۱۶ در جهت ساعت گرد با سرعت ۴۰ و موتور دو همان درایور درجهت پاد ساعت گرد با حداکثر سرعت و شتاب ۳ شروع به حرکت کنند. برای این منظور باید رشته زیر را ارسال کنیم.

0X10 0X68 0X03 0X10 0X64 0X28 0X10 0X66 0XFF

در رشته­ ی فوق سه بایت اول (0X10 0X68 0X03) مربوط به تنظیم شتاب موتورها به میزان سه می ­باشند. هم چنین سه بایت دوم و سوم به ترتیب برای تنظیم سرعت موتور اول در جهت ساعت گرد به میزان 40 (0X28) و سرعت موتور دوم در جهت پاد ساعت گرد به میزان 255 (0XFF) می­ باشند.

توجه: شتاب پیش فرض بورد 0X00 می ­باشد (حداکثر شتاب یا کمترین لختی).

 

۳-۶- دریافت مقادیر انکودرها

با مراجعه به جدول دستورات در حالت کنترل موتور DC (جدول3) مشاهده می­ کنید که با ارسال آدرس­ های 0X69 تا 0X6E می­ توانید مقادیر مربوط به انکودرها را دریافت نمایید به طوری که آدرس­ های 0X69 تا 0X6C برای دریافت میزان پالس ­های انکودر در مد معمولی و آدرس ­های 0X6D و 0X6E برای دریافت میزان پالس­ های انکودر در مد Quadrature می‌باشند.

شمارش پالس ­ها در درایور MDC20 در صورتی که مد انکودر در حالت Quadrature قرار گیرد (0X01) با دقت یک برابر انجام می­ شود. به عنوان مثال در صورتی که انکودری در اختیار دارید که دقت نامی آن ۵۰۰ پالس می ­باشد، درایور MDC20 به ازای چرخش یک دور شقف موتوری که انکودر به آن متصل است مقدار ۵۰۰ را برمی ­گرداند.

در درایور MDC20 برای هر انکودر حافظه­ ای ۳۲ بیتی در نظر گرفته شده است که می­ تواند در دو جهت متفاوت به شمارش پالس­ های انکودر بپردازد این عدد می ­تواند بین 2147483648 تا 2147483648- باشد. در واقع بری چرخش در جهت ساعت گرد این عدد افزایشی (Incremental) و برای چرخش در جهت پاد ساعت گرد این عدد کاهشی (Decremented) می­‌باشد.

توضیح اینکه در صورتی که موتور در جهت ساعت گرد بچرخد مقدار انکودر به ازای هر پالس یک واحد افزایش و درصوتی که موتور در جهت پاد ساعت گرد بچرخد مقدار انکودر به ازای هر پالس یک واحد کاهش می­ یابد. شکل موج خروجی کانال­ های یک انکودر Quadrature به صورت زیر می ­باشد.

 

در صورتی که مد انکودر 0X01 تنظیم گردد، شکل موج پالس­ هایی که به MDC20 اعمال خواهند شد به صورت شکل بالا می­ باشد که در آن کانال­ های A و B به میزان ۹۰ درجه با یکدیگر اختلاف فاز دارند و از روی همین اختلاف فاز درایور جهت را تشخیص داده و اقدام به شمارش افزایشی یا کاهشی می­ نماید (برای کسب اطلاعات بیشتر راجع به انکودر Quadrature به بخش مقالات آموزشی در سایت شرکت به این نشانی مراجعه نمایید).

قالب دستورات برای دریافت مقادیر انکودرها به صورت زیر می ­باشد.

Instruction	Board Address

مطابق جدول ۳ آدرس دستور (Instruction) برای خواندن مقدار انکودر هر یک از موتورها در دو مد کاری معمولی و quadrature از 0X69 تا 0X6E می­ باشد.

برای مثال اگر مد انکودر خود را در حالت 0X01 (مد Quadrature) تنظیم کرده­ اید با ارسال رشته زیر می­ توانید مقدار انکودر موتور یک بوردی با آدرس ۳ را در حالت شمارش Quadrature دریافت نمایید.

0X03 0X6D

در سایر دستورات خواندنی در جدول دستورات ۳ از قبیل خواندن سرعت، شتاب، مدل بورد و… روال کار دقیقا مشابه می­‌باشد. در واقع سه مرحله­ ی پشت سر هم از قبیل:

۱- ارسال آدرس بورد

۲- ارسال آدرس دستور

۳- خواندن جواب ارسالی از درایور

باید در تمامی دستورات خواندنی انجام پذیرند.

 

۴- کنترل MDC20 در حالت درایو یک موتورپله ای

در این بخش به بیان نحوه کنترل یک موتور پله ای با درایور MDC20 می پردازیم. همانند راه اندازی موتور DC بایستی ابتدا تنظیمات اولیه مربوطه را انجام دهیم.

 

۴-۱- کنترل MDC20 – انجام تنظیمات اولیه – Stepper

برای انجام تنظیمات مربوط به مد کاری موتور پله ­ای مشابه قسمت تنظیمات در مد کاری موتور DC عمل کنید با این تفاوت که چون کنترل موتورهای پله ­ای به صورت حلقه باز انجام می ­شود دیگر نیازی به استفاده از انکودر در آن­ها نمی­ باشد و رشته­ ی مربوط به مد انکودر را می­ توانید هر یک از مقادیر 0X00 و یا 0X01 تنظیم کنید. رشته­ های مربوط به آدرس بورد و نرخ ارسال اطلاعات نیز مشابه مد کاری موتور DC می­ باشند.

 

۴-۲- کنترل MDC20 – قرار دادن درایور در حالت درایو یک موتور پله ای

مطابق جدول ۱ برای ورود به مد کاری موتور پله­ ای سوئیچ ­های ۱ و ۲ و ۳ را در حالت ON و سوئیچ ۴ را در حالت OFF قرار دهید. سپس دکمه ریست را به مدت یک ثانیه فشار دهید تا وارد مد کاری موتور پله­ ای شوید.

موتورهای پله ­ای برخلاف موتورهای دی سی که دو رشته سیم از آن­ها خارج می ­شود شامل ۴، ۵، ۶ و یا ۸ رشته سیم خروجی می­ باشند که دلیل آن به ساختار موتورهای پله‌­ای برمی‌گردد (برای کسب اطلاعات راجع به ساختار موتورهای پله ­ای به بخش مقالات آموزشی در سایت شرکت به این نشانی مراجعه کنید). به طور خلاصه موتورهای پله ­ای به دو دسته ­ی مهم تک قطبی و دوقطبی تقسیم می­ شوند که نحوه­ ی راه اندازی در هر کدام متفاوت است.

جدول ۴: جدول دستورات در مد عملیاتی موتور پله ای

توضیحات	تعداد بایت دریافتی	تعداد بایت ارسالی	نام دستور	آدرس دستور (Instruction)
چرخش در جهت ساعت گرد	– –	3	چرخش در جهت ساعت گرد	0XC9
چرخش در جهت پاد ساعت گرد	– –	3	چرخش در جهت پاد ساعت گرد	0XCA
راه ­اندازی دوقطبی، موجی، کامل و یا نیم پله	– –	3	تنظیم نحوه ی راه اندازی موتور پله ای	0XCB
فاصله زمانی بین هر دو پله ی متوالی بر حسب میکروثانیه	– –	3	تنظیم سرعت چرخش موتور پله ای	0XCC
دریافت آدرس بورد	1	2	دریافت آدرس بورد	0XCD
تنظیم آدرس بورد	– –	3	تنظیم آدرس بورد	0XCE
دریافت مدل بورد	– –	2	دریافت مدل بورد	0XCF
Bipolar, wave, full or half drive	– –	2	دریافت نحوه ی راه اندازی موتور پله ای	0XD0
دریافت فاصله زمانی بین هر دو پله¬ متوالی بر حسب میکروثانیه	1	2	دریافت سرعت موتور پله ای	0XD1
دریافت نسخه نرم افزار بورد	– –	2	دریافت نسخه نرم افزار بورد	0XD2

 

۴-۳- تنظیم نحوه­ ی راه ­اندازی موتور پله ­ای

همان طور که می ­دانیم موتورهای پله ­ای به دو دسته تک قطبی و دو قطبی تقسیم می­ شوند که نحوه­ ی راه­ اندازی در هرکدام متفاوت است. هم­چنین راه ­اندازی موتورهای تک قطبی نیز شامل سه روش راه اندازی موجی، راه اندازی کامل و راه اندازی نیم پله می­ باشد. بنابراین اولین قدم در راه اندازی موتور پله­ ای تنظیم نحوه­ ی راه اندازی آن می ­باشد.

قالب دستورات برای تنظیم نحوه ­ی راه ­اندازی موتور پله­ ای به صورت زیر می­ باشد:

Mode of Drive	0XCB (Instruction)	Board Address

در قالب فوق رشته ی of Drive Mode به صورت جدول زیر روش راه اندازی موتور پله ای را مشخص می کند:

جدول5: دستوارت تنظیم نحوه ی راه اندازی موتور پله ای

0X04	0X03	0X02	0X01
Half Step Drive	Full Step Drive	Wave Drive	Bipolar Drive

به عنوان مثال برای تنظیم نحوه ­ی راه­ اندازی موتور پله­ ای با آدرس ۹۹ به صورت دوقطبی باید رشته زیر را ارسال نمایید:

0X63 0XCB 0X01

نکته: در درایور نحوه­ ی راه­ اندازی پیش فرض موتور پله­ ای، راه اندازی دوقطبی می­‌باشد.

 

۴-۴- راه اندازی موتورهای پله ای دو قطبی

در استاتور موتورهای پله­ ای دوقطبی دو سیم پیچ مجزا وجود دارد که انتهای هر یک از آن­ها به صورت دو رشته سیم از آن بیرون آمده است. راه­ اندازی این گونه از موتورها کمی دشوارتر از موتورهای پله­ ای تک قطبی است چرا که در موتورهای پله­ ای دوقطبی مجبوریم جهت جریان عبوری از سیم­ پیچ­ ها را تغییر دهیم. توجه کنید که هر یک از موتورهای پله ­ای ۵، ۶ و یا ۸ سیمه را می ­توان با آرایش دوقطبی راه­ اندازی کرد. فرض کنید سیم ­پیچ ­های یک موتور پله­ ای دوقطبی را به صورت زیر در نظر بگیریم:

 

برای راه­ اندازی موتور پله­ ای دوقطبی مطابق جدول ۵ باید ابتدا نحوه­ ی راه­ اندازی را به صورت دوقطبی تنظیم کنید. سپس سرهای A و B را به خروجی موتوریک (بر روی درایور مشخص شده است) و سرهای C و D را به خروجی موتور دو متصل کنید.

پس از تنظیم نحوه­ ی راه اندازی موتور پله ­ای بایستی سرعت چرخش موتور پله ای را مشخص کنید. برای این کار مطابق جدول ۴ قالب دستورات برای تنظیم سرعت موتور پله‌ای به صورت زیر می‌باشد:

Stepper’s Speed	0XCC (Instruction)	Board Address

در قالب فوق بایت Stepper’s Speed که سرعت چرخش موتور پله ای را مشخص می کند می ­تواند از صفر (0X00) تا 255 (0XFF) تنظیم گردد به طوری که عدد صفر معادل سرعت صفر بوده و با افزایش آن سرعت موتور پله ای افزایش می یابد. به عنوان مثال برای تنظیم سرعت موتور پله ­ای با آدرس ۵۰ به میزان ۵ باید رشته زیر را ارسال نمایید:

0X32 0XCC 0X05

نکته: در موتورهای پله ای با افزایش سرعت موتور گشتاور آن کاهش می یابد به طوری که با افزایش سرعت از یک میزان مشخصی شفت موتور دیگر قادر به دنبال کردن آن سرعت نبوده و پدیده رزونانس اتفاق می افتد. سرعت پیش فرض موتور پله ای ۲۵۲ می باشد.

پس از تنظیم سرعت می ­توانید با استفاده از قالب زیر دستورات حرکتی را برای موتور پله ­ای مورد نظر ارسال کنید:

Stepper’s Step	0XC9/0XCA (Instruction)	Board Address

در قالب دستورات فوق 0XC9 برای چرخش در جهت ساعت گرد و 0XCA برای چرخش در جهت پاد ساعت گرد می­ باشد. هم چنین بایت Stepper’s Step تعداد پله را مشخص می­ کند که می ­تواند از صفر تا ۲۵۵ پله تنظیم گردد.

به عنوان مثال چنانچه قصد دارید موتور پله­ ای با آدرس ۵۰ به صورت دوقطبی با سرعت ۵ در جهت ساعت گرد ۱۰۰ پله حرکت کند باید رشته زیر را ارسال کنید:

0X32 0XCB 0X01 0X32 0XCC 0X05 0X32 0XC9 0XC8

رشته­ ی فوق باید به ترتیب از سمت چپ ارسال گردد. توضیح اینکه سه بایت اول نحوه­ ی راه ­اندازی موتور پله ­ای با آدرس ۵۰ را در حالت دوقطبی تنظیم می­ کند، هم چنین سه بایت دوم سرعت چرخش موتور پله ای را ۵ قرار می­ دهد و در نهایت سه بایت سوم باعث چرخش موتور پله­ ای به میزان ۱۰۰ پله در جهت ساعت گرد می‌گردد.

 

۴-۵- راه اندازی موتورهای پله ای تک قطبی

موتورهای پله‌ای تک قطبی را می‌توان به سه روش زیر راه اندازی کرد:

۱- راه­ اندازی موجی (Wave Drive)

۲- راه ­اندازی کامل (Full Drive)

۳- راه اندازی نیم پله (Half Drive)

برای راه­ اندازی موتورهای پله ­ای تک قطبی به لحاظ نرم­ افزاری تنها کافیست مطابق جدول ۵ نحوه ­ی راه اندازی موتور پله­ ای را یکی از سه روش­ فوق تنظیم کنیم.

ولی نحوه ­ی اتصال موتور پله‌ای تک قطبی به درایور به سادگی موتور پله ­ای دوقطبی نبوده و باید از نحوه­ ی اتصالات سیم پیچ‌های موتور پله ­ای مطلع باشیم که برای کسب اطلاعات راجع به نحوه­ ی اتصالات در سیم ­پیچ­ های موتور پله­ ای به بخش مقالات آموزشی در سایت شرکت به این نشانی مراجعه نمایید. سایر مراحل از قبیل تنظیم سرعت و دستورات حرکتی مشابه راه ­اندازی موتورهای پله­ ای دو قطبی می­‌باشد.

 

۵- نحوه شبکه کردن درایور MDC20

در این بخش نحوه شبکه کردن چندین درایور را شرح خواهیم داد. در برخی اوقات ممکن است شما شبکه ای از موتورها داشته باشید و نیازمند کنترل همزمان آنها توسط چندین درایور هستید. به منظور حذف یک Main Controller درایورهای MDC20 قابلیت اتصال شبکه ای را دارند تا بواسط یک خط فرمان بتوانید هر کدام را جداگانه کنترل نمایید. این شبکه در سه حالت مختلف ممکن است رخ دهد که در ادامه به توضیح تنظیمات آن در هر حالت پرداخته شده است.

 

۵-۱-a- شبکه کردن سه یا چند موتور DC

چنانچه بخواهید بیش از دو موتور DC را تنها از طریق یک درگاه USB یا UART کنترل و هدایت کنید باید از درایورهای MDC20 به صورت شبکه استفاده کنید.

برای این منظور ابتدا باید تنظیمات درایورهای MDC20 را به طور جداگانه مشابه قسمت انجام تنظیمات در مد کاری موتور دی سی (قسمت ۳-۱) انجام دهید. دقت کنید که در این مرحله باید به هر یک از بوردهای MDC20 آدرسی متفاوت اختصاص دهید ( در صورت مشابه بودن آدرس‌ها عملکرد مطلوب حاصل نخواهد شد).

پس از انجام تنظیمات باید تمامی بوردهای MDC20 را از طریق درگاه UART با یکدیگر شبکه کنید که برای این منظور باید تمامی پایه ­های RX در بوردهای MDC20 را به یکدیگر و تمامی پایه­ های TX را نیز به یکدیگر متصل کنید.

نکته: در صورتی که درایورهای MDC20 را از طریق منابع متفاوت تغذیه می­ کنید باید زمین (GND) تمامی بوردها را به منظور عملکرد صحیح به یکدیگر متصل کنید.

پس از شبکه کردن بوردهای MDC20 با یکدیگر چنانچه می­ خواهید تمامی آنها را از طریق یک درگاه USB و به وسیله کامپیوتر کنترل کنید، ابتدا مطابق جدول ۱ مد کاری تمامی درایورهای MDC20 را در حالت DC قرار دهید. سپس سوئیچ­های ۱ و ۲ درایوری که می ­خواهید از طریق آن به وسیله درگاه USB به کامپیوتر متصل شوید را در حالت ON قرار داده و سوئیچ­های ۱ و ۲ سایر درایورها را از حالت ON خارج کنید. پس از انجام مراحل فوق دکمه ریست را در تک تک بوردها به مدت یک ثانیه فشار دهید تا هر کدام از بوردها وارد مد عملیاتی DC شوند (در صورتی که تغذیه بوردها را خاموش و سپس روشن کنید نیز این کار انجام می­ شود). اکنون می­ توانید این شبکه از بوردها را از طریق درگاه USB کنترل کنید.

چنانچه می­ خواهید این شبکه از درایورهای MDC20 را از طریق درگاه UART و به وسیله یک بورد کنترلی دیگر کنترل کنید لازم است که سوئیچ­ های ۱ و ۲ در تمامی بوردها را از حالت ON خارج کنید.

 

۵-۱-b- شبکه کردن دو یا چند موتور پله‌ای

چنانچه می­ خواهید بیش از یک موتور پله­ ای را از طریق یک درگاه USB و یا UART کنترل کنید باید مشابه قمست قبل عمل کنید تنها با این تفاوت که مد عملیاتی بوردها باید در حالت کنترل موتور پله­‌ای قرار گیرند.

 

۵-۱-c- شبکه ای از موتورهای DC و پله ای

با ترکیب دو مرحله­ ی قبل می‌توانید شبکه ­ای از موتورهای DC و پله­ ای را از طریق یک درگاه USB و یا UART کنترل و هدایت کنید.

 

 

برای استفاده هر چه بهتر از این درایور می توانید به مقالات آموزشی زیر در بلاگ آموزشی شرکت مراجعه نمایید.

• آموزش نحوه‌ی راه‌اندازی درایور MDC20 با نرم‌افزار متلب
• پیاده‌سازی کنترل PID بر روی درایور MDC20 به صورت بلادرنگ (Real-Time) در محیط سیمولینک
• GUI درایور MDC20 در نرم‌افزار متلب
• کنترل PID در نرم افزار LabVIEW با کمک درایور MDC20
• راه اندازی درایور MDC20 با استفاده از نرم افزار لب ویو (Labview)
• راه‌اندازی درایور MDC20 با آردوینو
• عملیات از راه دور در نرم افزار متلب توسط درایور MDC20 به کمک کنترلر PID
• رابط گرافیکی درایور MDC20
• درایور MDC20 | مناسب برای کنترل حلقه بسته
• آموزش نحوه راه‌اندازی درایور MDC20 با نرم افزار Hercules
• پیاده‌سازی کنترلر PID در نرم افزار MATLAB به کمک درایور MDC20
• نصب نرم‌افزارهای مورد نیاز برای درایور MDC20
• راه‌اندازی استپر موتور با درایور MDC20 در نرم‌افزار متلب

 

شرایط گارانتی محصولات شرکت ربات سازان

این محصول دارای ۸ ماه گارانتی می‌باشد. چنانچه محصول تحت شرایط کار نامی خود به مشکل بخورد شرکت بدون دریافت هزینه اشکالات احتمالی را برطرف خواهد کرد.

 

شرایط ابطال گارانتی:

۱- آسیب دیدن در اثر جریان بیش از حد که باعث ذوب شدن مسیرهای برد مدار چاپی محصول خواهد شد. درایور دارای یک جریان دهی دائمی و یک جریان دهی لحظه‌ای می‌باشد. هرگز نباید جریانی که به صورت پیوسته از درایور عبور می‌کند از جریان دهی دائمی آن بیشتر شود. حتما قبل از تغذیه درایور یک عدد فیوز قرار دهید. جریان فیوز نباید بیشتر از جریان دهی دائمی درایور باشد.

۲- آسیب دیدن در اثر شرایطی که اتصال کوتاه در خروجی درایور رخ دهد. اگر سیم‌های موتور دارای پارگی باشند و به یکدیگر متصل شوند اتصال کوتاه در خروجی موتور درایور رخ می‌دهد که باعث آسیب رسیدن به درایور خواهد شد.

۳- آسیب دیدن تحت شرایطی که یکی از خروجی‌های موتور درایور به زمین یا تغذیه اتصال یابد.

۴- آسیب دیدن در اثر استفاده از درایور در محیط‌های مرطوب و یا پر از گرد و غبار و پلیسه‌های رسانا. استفاده از درایور در محیط‌های مرطوب می‌تواند منجر به نفوذ رطوبت به داخل درایور گردد. این رطوبت می‌تواند در قطعاتی که فاصله پایه‌های آن بسیار نزدیک به هم می‌باشد رسانایی ایجاد کرده و منجر به صدمه رساندن به درایور ‌شود. همچنین نفوذ گرد و غبار به تشدید این شرایط کمک خواهد کرد. استفاده از درایور در دستگاه‌های ماشین کاری فلزات می‌تواند منجر به نفوذ پلیسه به داخل درایور و ایجاد اتصال کوتاه در بین پایه‌های قطعات گردد. در چنین شرایطی باید حتما درایور داخل یک قاب دیگر که مقاوم در برابر رطوبت و نفوذ گرد و غبار و پلیسه هست قرار گیرد.

۵- در صورتیکه درایور به هر دلیلی به مشکل خورده است و مشتری اقدام به باز کردن قاب درایور و دستکاری سخت افزاری آن نماید.

۶- چنانچه مشتری اقدام به سوراخکاری قسمتی از بدنه و یا هیت‌ سینک نماید و درایور دچار آسیب شود. دلیل صدمه دیدن درایور تحت این شرایط می‌تواند ناشی از نفوذ پلیسه به داخل درایور و یا خراب شدن قطعات در اثر ارتعاش ناشی از سوراخکاری باشد.

۷- آسیب دیدن درایور در اثر اضافه ولتاژ ایجاد شده به هنگام کاهش سرعت با نرخ بالا. چنانچه باری که به شفت موتور متصل کرده‌اید دارای ممان اینرسی بالایی باشد به هنگام ترمزگیری شدید توان مکانیکی موجود در ممان دوار به سمت درایور جاری شده و باعث افزایش ولتاژ در لاین خط تغذیه می‌شود. اگر سطح ولتاژ به حدی افزایش یابد که بیشتر از حد تحمل درایور گردد می‌تواند منجر به آسیب رساندن به درایور شود. در صورتیکه باری با ممان اینرسی بالا دارید و ناچار هستید با نرخ بالا عمل کاهش سرعت را انجام دهید حتما باید از مقاومت ترمزی مناسب استفاده کنید. اگر امکان استفاده از مقاومت ترمزی وجود ندارد باید کاهش سرعت را با نرخی انجام دهید که هرگز اضافه ولتاژ ایجاد شده بیشتر از حد تحمل درایور نگردد. برخی از درایورهای شرکت ربات سازان دارای یک ولوم تنظیم شتاب می‌باشند که با استفاده از این ولوم می‌توانید شیب افزایش و یا کاهش سرعت را تنظیم نمایید.

۸- آسیب رسیدن به درایور در اثر جابه‌جا زدن پلاریته تغذیه درایور. به هنگام اتصال تغذیه همواره به پلاریته آن دقت نمایید.

۹- آسیب رسیدن به درایور در اثر وصل کردن تغذیه به خروجی موتور!

۱۰- آسیب رسیدن به درایور در اثر وصل کردن آن به تغذیه‌ای با ولتاژی بیشتر از ولتاژ نامی درایور.