1

Pololu DRV8825 ile Step Motor Kontrolü

Bu yazıda DRV8825  sürücüsünü kullanarak Bipolar step motorun STM32f103 mikrodenetleyicisi ile nasıl kontrol edileceğine değineceğim.

Öncelikle step motorlardan biraz bahsedelim. Step motorlar diğer DC motorlar gibi enerjisi verildiğinde sürekli dönmezler. Sargılarına sırayla uygulanan gerilime göre belirli adımlarda dönerler. Unipolar ve Bipolar olmak üzere iki çeşitte bulunabilir.

Unipolar: Faz başına iki sargısı vardır. Genelikle her sarımın bir ortak ucu bulunur. Toplamda 6 veya 8 kablo ile bağlanır.

Bipolar: Faz başına bir sargısı vardır. Sürücü devresi olarak genellikle H köprüsü devresi kullanılır.

bipolar-unipolar connection

DRV8825 Step Motor Sürücü

Step motor bir mikrodenetleyiciye doğrudan bağlanamaz çünkü hiç bir mikodenetleyici çıkış portlarından bir step motoru döndürebilecek kadar akım veremez. Bu yüzden mikrodenetleyici ile step motor arasında bir sürücü mutlaka bulunmalıdır. Ben elimde bulunan DRV8825 step motor sürücüsünü kullandım. Bu tip step motor sürücüler birbirine benzemektedirler. Bir PWM sinyali ve dönme yönünü belirlemek için bir GPIO girişi ile kontrol edilebilirler.

DRV8825

DRV8825 bağlantısı

Sürücü bağlantısı şekildeki gibi yapılabilir. STEP pininden uygulanan PWM sinyalinin her pals’inde step motor bir adım atar. DIR pini ise “direction”  kısaltmasıdır. Bu pine uygulanan lojik değere göre motorun dönme yönü değişir. Örneğin; DIR=0 ise step motor sağa döner, DIR=1 ise step motor sola döner veya tam tersi de olabilir. M0,M1,M2 pinleri ise mikrostep çözünürlüğünü ayarlamak için kullanılır. Eğer bu pinler boş bırakılırsa full-step modda çalışır. Full-step modunda bir sürücüye bir pals verildiğinde motorun datasheet’inde verilen adım açısı(1,8°,7.5°,18° vb) kadar döner. Half-step modunda ise motoru bir adım döndürebilmek için 2 pals sinyal uygulanması gerekir. Aşağıda microstep çözünürlüğünü ayarlamak için gerekli tablo verilmiştir.

microstep resolution

mikrostep çözünürlük tablosu

Sürücüye pals uygulanmadığı durumlarda motor kendini frenler ve dışarıdan bir etki ile döndürülemez. Bu durumda motor akım çekmeye devam eder. Eğer motorun dönmediği durumlarda akım çekmesini istemiyorsanız SLEEP veya RESET pinini bir GPIO pinine bağlayıp istediğiniz zamanlarda sürücüye lojik sıfır verip sürücüyü kapatabilirsiniz. (NOT: Bu pinler boşta bırakılırsa sürücü çalışmayacaktır. Bu yüzden GPIO ile kullanmayacaksanız yukarıdaki verilen bağlantıdaki gibi 3.3V a bağlayın.)Aynı şekilde Enable pini ile de sürücüyü kapatıp açabilirsiniz. FAULT pininden aşırı akım çekildiği durumlarda lojik çıkış verir isteğe bağlı kullanılabilir. Burada dikkat edilmesi geren bir nokta da step motorun uçlarının bulunmasıdır. Bipolar motor için ölçü aletinizi kısa devre moduna aldığınızda pinleri teker teker dolaştığınız zaman hangi pinler arasında ölçü aletinin buzzerı ötüyor ise o iki pin tek bir sargıya aittir(A1,A2). Bu uçları bulduktan sonra  diğer kalan iki uç B1,B2 uçları olacaktır haliyle. Sürücü bağlantısını yapıp kodları yükledikten sonra motorda hala bir titreme varsa A veya B uçlarından herhangi birisini kendi aralarında değiştirin( A2 ile A1’in yerini veya B1 ile B2 ‘nin yerini değiştirebilirsiniz).

CubeMx Ayarlamaları

Sürücünün sadece “step” ve “dir” pinlerini STM32’ye bağladığım için CubeMx te ona göre ayarlamalar yaptım. Aşağıda da görüldüğü gibi bu pinlerden biri “Timer1” in birinci kanalından alınan PWM sinyali ve step motora yön verebilmemiz için gerekli olan dijital çıkış pini  “DIR” pinidir.

CubeMx PWM ayarları

Sırada PWM frekansı için gerekli Clock ayarları var. STM32f103’te “Timer1″in clock frekansı “APB1” kaynağından beslenir. Aşağıda Clock ayarları görülmektedir. Burada “APB1” frekansı 56Mhz olarak seçilmiştir.

PWM Clock Ayarları

Bu 56Mhz değeri PWM frekansı hesaplamak için kullanacağız.İstenilen PWM frekansına göre bazı registerların ayarlanması gerekir. Öncelikle deneme yanılmalara göre elimdeki motorun 1khz civarındaki frekanslarda sağlıklı çalıştığını gözlemledim. Bu yüzden PWM frekansının 1kHz olması için aşağıdaki formüle göre bir hesaplama yapacağız.

STM32 PWM formülü

 

 

 

 

 

Bu formülde ARR(Auto Reload Register) değişkeni bizim PWM çözünürlük değerimiz. Bu değer istenildiği gibi ayarlanabilir. Ben 255 olarak ayarladım. Burada ARR değeri aslında bizim duty cycle değerimizi ifade ediyor. Yani duty cycle değeri 255 olduğu zaman PWM çıkışından 3.3V gerilim değeri okuruz.

Yukarıdaki formülde ARR registerı (255), Timer clock frekansı(56Mhz) ve istenilen PWM frekansı(1Khz) belirli. Formülde tek bilinmeyen prescaler değeri. Bu değeri de formülden çekebiliriz. Değerleri yerine yazdığımızda prescaler değeri “217” bulunur ve bu hesaplamalara göre aşağıdaki TIM1 Configuration” ayarları yapılmalıdır.

NOT: Prescaler değeri gerçekte 217.75 gibi küsüratlı bir sayı çıkmaktadır. Fakat prescaler değeri 16 bitlik ve tam sayı olmalı bunun için prescaler değerini 217 veya 218 seçebilirsiniz. Aradaki 1 fark frekansta az da olsa bir farklılık oluşturacaktır. Fakat bu fark gözardı edilebilir bir değerdir.

Timer Ayarları

Yukarıdaki  resimdeki “Pulse” değerine dikkat çekmek isterim. Bu değeri kod içerisinde değiştirerek PWM sinyalinin duty cycle’ında oynama yapabiliyoruz. Bu uygulamada step motor süreceğimiz için PWM duty cycle değerinin %50 oranına karşılık gelen değeri 128 olarak ayarlanması daha iyi olacaktır. Bu yüzden ister CubeMX üzerinden isterseniz Keil üzerinden kodlar yardımıyla duty cycle değerini 128 değerine ayarlayabilirsiniz.

Ayrıca step motorun kaç adım döndüğünü sayabilmemiz için “NVIC Settings” sekmesinden “Timer1 update interrupt” kutucuğunu işaretlememiz gerekecek. Buradaki amaç her PWM palsinde bir kesme oluşturmak ve bu kesme sayesinde step motora kaç pals sinyal verileceğinin belirlenmesidir.

Kesme Alt Fonksiyonu

Kesme fonksiyonu olarak “Pulse Finished Callback” fonksiyonunu kullandım. Program her bir palste bu fonksiyona dallanacaktır. Başka bir deyişle step motorun her bir adımında bu fonksiyon çalışacaktır. Böylelikle step motorun istenilen açıda veya adımda döndürülmesi sağlanabilir.

Step Fonksiyonu

Step motor kontrolü için basit bir fonksiyon yazalım. Bu fonksiyon iki parametre alsın bunlar döndürülmek istenen adım sayısı ve yön bilgisi olsun.

Fonksiyonun ilk satırında “step” değişkenine fonksiyonun parametresi olan “adim” değişkeni atanmıştır. “Step” değişkeni daha sonra kesme fonksiyonun içerisinde “sayac” değeri ile karşılaştırılmaktadır. Her kesmede oluştuğunda yani step motorun her bir adımında “sayac” değişkeni artmaktadır. Kesme fonksiyonunun içerisinde bu iki değer “if” ile sürekli kontrol edilmektedir. Bu iki değer birbirine eşit olduğunda “durum” değişkeni  sıfır değerini almaktadır.

Step fonksiyonunun diğer parametresi olan “yon” değişkenine göre step motorun döneceği yön belirlenmektedir. Bu işlem sürücünün “DIR” pinine lojik 1 veya 0 verilerek yapılmaktadır.

PWM’i başlatmak için veya durdurmak için HAL kütüphanesinin aşağıdaki iki kodunu kullanacağız.

Program bu satırlara geldiğinde PWM’i durdurur veya başlatır.

Step fonksiyonunun kullanımı aşağıdaki gibidir.

Kullandığım step motorun adım açısı 1.8 derecedir. 360/1.8 =200 olduğu için step motor 200 adım attığında 1 tam tur dönmüş olacaktır. Main fonksiyonun içerisinde step motor 1 tur sağa ve 2 tur sola döndürülmüştür.

Kodların tamamı aşağıdaki gibidir. Proje dosyalarına Github üzerinden ulaşmak için buraya tıklayabilirsiniz.

 

Mehmet Topuz

Mehmet Topuz

One Comment

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir