Controlar os motores de passo, depois que passamos a entender como eles funciona fica relativamente fácil, motivo pelo qual sugerimos que o leitor leia os artigos já publicados em revistas tecnicas bem como site na internet. parte teórica com a parte pratica.

Sabemos que para controlar os motores de passo precisamos gerar uma lógica de controle a qual envia os sinais para cada uma das bobinas em uma determinada seqüências, a qual fará com que o motor entre em funcionamento.

Alem da seqüências lógica de controle ou chaveamento das bobinas iremos precisar também controlar uma outra variável, que é imprescindível no controle de motores de passo, que é o tempo em que cada uma das seqüências de controle tem de ter em relação a outra ao ser enviada para as bobinas do motor de passo.

Motores de passo não funcionam como os motores DC convencional,  nos motores DC aplicamos a voltagem em seus pólos e ele gira em sua rotação máxima em um determinado sentido, ao invertermos a polaridade o motor gira no sentido oposto com a velocidade máxima de acordo com a alimentação incidente no motor.

Nos motores de passo  temos de gerar uma seqüência lógica de pulsos em intervalos de tempo controlados. Isso parece complicado, mas não é tão assustador assim, alias é ate fácil de de fazer com a eletrônica e de programar.

Para gerar a seqüência de controle são necessários alguns componentes simples e da fácil obtenção, ou então Circuitos Integrados dedicados, existe uma gama enorme de CIs controladores de motor de passo vamos citar o L297/298, o famoso SAA1027 ( o qual nunca consegui comprar no Brasil  e me parece que já esta fora de linha também), e vários outros que não é a nossa intenção falar deles no momento.

Veremos agora de forma pratica como controlar os motores. Vejamos a figura 1 onde observamos um dos motores de passo e seus respectivos fios, podemos observar que um deles possui 6 fios e o outro 5. A diferença entre o de 6 fios e o de 5 fios, é quem no de 6 fios possuímos  2 fios para alimentação enquanto que no de 5 fios,somente 1 pois internamente ao motor os fios da alimentação já estão conectados.

Vamos esquecer a alimentação e dar um desconto, no motor de 6 fios, tiramos 2, sobra 4 fios no motor de 5 fios, tiramos 1 sobra 4 fios, conta difícil de fazer, mas é isso que importa,temos 4 fios para serem devidamente chaveados, ou seja a lógica eletrônica da geração dos pulsos ira atuar exatamente nestes 4 fios.

Antes de falarmos sobre a geração das fases ou do chaveamento das bobinas, devemos falar sobre a geração de PASSO NORMAL ( Full-setep ) ou Meio Passo ( Half-Step ). No modo Passo Normal geramos uma seqüência equivalente a 4 pulsos de uma única vez, no modo Half Step, enviamos os 4 pulsos, porem com um intervalo de tempo, essa é uma forma simplista de mais, porem precisamos ser objetivos em nosso estudo, então vamos manter assim essa explicação, e  os interessado devem buscar a parte teórica para solidificar o raciocínio.

Vale lembrar também que podemos ter vários sinais de controle em um circuito driver de motor de passo,  o qual varia de modelo de driver para modelo de driver. No nosso caso iremos nos fixar somente na seqüencia LOGICA.

Vejamos a seqüência de bits  abaixo:

1000

0100

0010

0001

Pronto, agora vamos começar a raciocinar, ao geramos essa seqüência acima,  iremos energizar as bobinas do motor a qual ira “movimentar” o eixo, vejamos um detalhe interessante,  a seqüência  (0001 em binário,  equivale a 1 em decimal) , a seqüência (0010 em binário equivale a  2 em decimal, a seqüência 0100 equivale a 4 em decimal e a seqüência  1000 em binário a 8 em decimal ), bonitinho né ?

Bacana, então para acionarmos um motor de passo basta que enviemos as bobinas o equivalente a 1,2,4,8 e o motor ira girar certo ?

Exatamente isso,  obviamente que existe um pequeno porem, mas a gente vai ver isso depois, e para inverter o sentido de rotação ? È fácil, é só mandar na seqüência invertida, 8,4,2,1, relativamente simples.

Estudamos de maneira rápida como fazer para gerar as fases, ou a seqüência lógica de controle,  devemos pensar em um outro detalhe, o tempo de geração de cada um desses pulsos. Ou seja, você envia para o circuito de controle DRIVER a seqüência 0001 depois de um X tempo a seqüência 0010 depois no mesmo espaço de tempo  gerado entre 0001 a 0010 enviamos 0100 e no mesmo espaço de tempo 1000, o mesmo é valido para revertemos o motor ou o sentido de rotação.

Agora entra uma variável importante no controle de motores de passo, que se trata da freqüência de ressonância do motor, por incrível que pareça tem isso, mas como assim, é muito simples, caso o tempo de geração da lógica seja muito curto o motor não ira girar e sim vibrar, isso mesmo ira vibrar , você percebera que o motor fica vibrando mas não gira.

Essa é a tal freqüência de ressonância ( a grosso modo ), que Varia de motor para motor ou seja caso o motor vibre e não gire, você na verdade tem um motor de passo ressonando na freqüência que você enviou os comandos para as bobinas. Como se resolve isso?

Simples, ao enviar ao circuito de controle uma seqüência 0001 aumenta-se o tempo entre a geração de uma fase para a outra, ate que o motor gire, que legal. È mas tem mais detalhes sobre motores de passo.

Bem quanto menor for o tempo de geração das fases mais rápido o motor vai girar, portanto ele terá menos torque ( não sei bem se devemos chamar de torque ), mas para vocês terem uma idéia, faça um teste, em uma impressora matricial, quando ela esta imprimindo, e você tocar o carro de impressão mesmo que levemente, a impressora já se perde e o mecanismos fica completamente maluco. Isso se deve a velocidade com que é gerada a seqüência, temos velocidade, mas o motor não tem  a “firmeza” devido a velocidade dos pulsos serem altas.

Caso você aumente o tempo de geração dos pulsos irar perceber que o motor ( TRAVA ) e tem uma força relativamente alta. Isso se deve simplesmente ao tempo em que as bobinas dos motores ficam energizadas, mais tempo energizadas mais força, menos tempo energizada mais velocidade e menos força e próximo do limite de fazermos o motor vibrar.

Pode parecer detalhes bobos, mas em vez de ficarmos falando um monte de coisas e cálculos e formas matermatica, que já estamos cansados de ler, e ver em publicações técnicas, acho o ideal é desmistificar as coisas, por isso certas explicações são simples que fica próxima do absurdo, mas você deve procurar estudar a fundo a parte teórica que envolve os motores de passo.

Já sabemos que para controlar um motor precisamos gerar uma seqüência de 4 bits, em uma determina seqüencia espaçados de um determinado tempo.

A afirmação acima é valida para qualquer tipo de motor de passo, portanto vamos nos valer do principio básico e de um conceito que nunca vai mudar, pois se mudar com certeza o motor não se chamara motor de passo. Conceito são conceitos, e o motor de passo funciona de modo muito simples como estamos observando.

Vejamos alguns detalhes sobre circuitos geradores da seqüência de fases. Na figura 2 temos o  diagrama eletrônico  muito antigo,o que prova que conceito dificilmente muda em eletrônica, neste diagrama que foi  extraído originalmente de um manual de um DRIVER DA ELEBRA, com cerca de 18 anos de idade, isso mesmo, faz mais de 18 anos que os motores de passo funciona da mesma forma.
 

Pronto, acho que agora esclarecemos o porquê e o como se gera as fases em um motor de passo, não devemos deixar de lembrá-los que foi suprimido o ZERO inicial de todas as fazes, porem isso é preciso para a seqüência ficar correta.

O que acontece com o motor de passo caso a seqüência esteja errada ou faltando uma delas? Simples,  o eixo do motor ira girar de forma incorreta, será facilmente perceptível.

Agora vem a parte legal do artigo. Programar a interface. Já sabemos como os motores funciona, já sabemos que precisamos gerar uma seqüência de bits, já sabemos que devemos dar um tempo entre a geração das fases para que o motor gire corretamente, então vamos ao que interessa.

Vamos presumir que você escolheu o circuito de driver para 02 bits equivalente ao da figura 5, o qual possui o CIs 74LS86 e o 74LS86, o programa  é igual para qualquer um dos circuitos drivers exemplos.

Entre no site da editora e baixo o arquivo stpMlpt.arj, e instale ele no seu micro, a tela do programa é mostrada na figura 7.

                                       

                                                                                                       Figura 7

Descrevendo  os controles do Software.

Caixa BASE DE TEMPO – Controla a base de tempo entre a geração das fases, para os botões de controle.

Botões M1 a M4 – Controla os motores manualmente.

Caixa Steper 1 ate Steper 8 – Controla o sentido de rotação e a velocidade de geração das fases. Funciona como um acelerador.

Vejamos alguns pontos importantes do programa.  No quadro  1 podemos observar a rotina de acionamento da interface,onde selecionamos o endereço da porta paralela disponível  no micro que estamos utilizando.

                                                                               
                                                                                                  Quadro 1

Uma vez selecionado o endereço de controle da interface LPT no quadro  2 iremos observar a rotina que gera a base de tempo para os 
botões de controle dos motores.


                                                                             

Selecionamos o endereço da porta, ativamos um determinado TEMPO para a geração dos PULSOS e agora vamos mandar o dado para a saída da porta LPT. Veja que demos dois exemplos diferentes para fazer a mesm a coisa quadro 3 e quadro 4.

                                                                                                      Quadro 3
                                       

Observe no exemplo acima que geramos os códigos 0,1,2,3 e efetuamos um laço de tempo FOR...NEXT....com a variável tm1temp  já descrito no quadro 2. È nesse exato ponto que o programa controla o tempo de geração das fazes ao qual falamos no inicio do artigo. Através desse laço de tempo determinamos a velocidade com que os bits de controle é enviado para a saída da interface LPTe por fim ao circuito driver do motor de passo

No quadro 4 temos a mesma coisa feita no quadro 3 porem utilizamos um laço de contagem FOR....NEXT.. para gerar a seqüência.

Que bacana,como esta ficando fácil controlar um motor de passo. Agora veremos alguns aperfeiçoamentos do programa.

Observe na tela do nosso programa de controle que temos a seqüência STEPER 01 ate 08,cada um com 3 botões e uma barra de rolagem. A barra de rolagem é responsável pela geração de tempo entre as seqüências, quadro 5
                   
                                                                            

No código fonte você percebera a existência de 16 TIMERS do Visual Basic 6 de uma olhada na figura 8

                                                      
                                                                                                    Figura 8

Você deve estar se perguntando!? Mas para que tanto timer? Simples, para controlarmos os motores com acionamento continuo. Nos botões demos os exemplos de como acionar o motor, cada click no botão o motor ira gira uma seqüência de passo em modo FULL ou seja gera a seqüência 0001, 0010, 0100, 1000 em 4 bits ou 00, 01, 10, 11 para 2 bits de controle.

Caso você queira que o motor gire sem parar devera ficar pressionado o botão. Chato isso. Mas como nossa intenção é ensinar você, então vamos dar exemplos para no futuro você mesmo ter sua linha de raciocínio. Basta de papo, os 16 timers estão ali justamente para girar o motor de forma continua.

Vejamos o quadro 6 com o código fonte de todos os botões do STEPER 1.

                                                                                                 Quadro 6

Explicando a coisa toda:

Para cada motor utilizamos 02 timers, um deles gera a seqüência do motor PARA A FRENTE e o outro timer GERA A SEQEUNCIA PARA TRAZ, ou seja inverte.

Quando acionamos o BOTÂO  ( SH – Sentido Horário ), Nos ativamos o TIMER 1 e desativamos o TIMER2,ao acionarmos o TIMER1 o programa executa a rotina contida em TIMER 1 que é:

Private Sub Timer1_Timer()

Out Control, 236

For x = 0 To 3: Out dados, x: For t = 1 To step1x: Next t: Next x

End Sub

Neste ponto o motor esta acionado continuamente, ele pode estar vibrando, em vez de girar, isso se deve a freqüência de ressonância a  qual  atingimos e isso não nos interessa, então acione a barra deslizante com a rotina abaixo.

Private Sub step1_Change()

step1y.Caption = step1

step1x = step1

step1x = step1x * 5000

End Sub

E instantaneamente o motor sai do estado de vibração e começa a girar. Que bacana. Ai você aciona o BOTÂO ( SHA – Sentido Anti-Horário ) o conteúdo do botão é:

Private Sub Command25_Click()

Timer1.Enabled = False

Timer2.Enabled = True

End Sub

Então nos DESLIGAMOS o TIMER1 o qual estava fazendo o motor girar no sentido horário, e ligamos o TIMER2 que fará o motor girar em sentido anti horário. Veja as linhas de programa contidas em TIMER2

Private Sub Timer2_Timer()

Out Control, 236

For x = 3 To 0 Step -1: Out dados, x: For t = 1 To step1x: Next t: Next x

End Sub

Agora você resolve parar o motor clicando no botão X e terá o conteúdo do programa abaixo.

Private Sub Command27_Click()                                                                                                 Timer1.Enabled = False                                                                                                                Timer2.Enabled = False

End Sub

Para desligarmos o motor simplesmente colocamos os dois timers em falso ou desativado e o motor para.

Ainda sobre a rotina contida no TIMER2, perceba que efetuamos a contagem do 3 para o 0 com passo -1, ou seja iremos tirar de 3 ate chegar em zero e começa tudo novamente.

Essa rotina é idêntica para todos os outros 7 motores, salvo é claro a palavra de controle que é de acordo com a tabela de controle e a porta equivalente.

Para acionarmos a Porta A da interface enviamos OUT control,236, para controlar a Porta B enviamos  OUT Control, 224.

Pronto, agora estamos no final e tentamos de forma bem pratica, e com o mínimo de teoria passar ao leitor algum conhecimento sobre motores de passo na pratica para uma aplicação real. Vamos a algumas considerações importantes.

Não espere de circuitos simples, uma alta eficiência, os circuitos aqui propostos tem como  finalidade a pesquisa, o desenvolvimento o aprendizado, a partir deste ponto VOCE, INTERNAUTA, desenvolvera sua capacidade intelectual.

Sempre que preciso de circuitos eficientes, recorro aos diagramas de fabricantes de produtos e manuais de componentes. È nessas documentações que eu encontro a solução de forma pratica e ágil, assim como a mais de 15 anos atrás eu fiz um motor de passo girar gastando merreca, pois o tal do SAA1027 muito falando eu nunca conseguiu comprar no Brasil.

Agora sim a gente terminou este artigo, na sequencia iremos estudar o controle de servos motores, depois sobre os motores de corrente continua, e leitura e controle de sensores. Ate breve !