Schrittmotorinterface_Laserumlenkung
FB Mechatronik: O.Scharnefski


Kooperationsprojekt der HGS, Klassen E1Me und E3Me (2004/05)

Schrittmotoransteuerung über PC und Laserstrahlumlenkung


Dies ist die Seite, mit der Du lernst, Deinen PC zum Datenausgabegeraet zu erweitern!

Inhalte der Seite:







(1) Auftrag und Ergebnisse

(2) Blockschaltbild

(3) Schaltplan

(4) Schrittmotor

(5) Stückliste

(6) Projektplan

(7) Lernziele

(8) Gruppenbildung und Präsentation

(9) Testumgebung

(10) Datenblätter

(11) Erweiterungen

(12) Programme

(13) Presse


(1) Auftrag (Lastenheft) und Ergebnisse:

E3Me: Umlenkmechanik

  1. Ein Laserstrahl wird über eine Spiegelmechanik in zwei Richtungen x und y abgelenkt.

  2. Dabei steht die Umlenkeinheit in 1 Meter Abstand zur Projektionsflaeche.

  3. Die vom Laserstrahl erreichbare Projektionsflaeche hat die Abmessungen 1 Meter x 1 Meter.

  4. Den elektromechanischen Antrieb stellen Schrittmotoren dar.

  5. Die Schrittmotoren sind bipolar (1.8 Grad/Schritt; 9 V; 0.24A). Betrieb an 5V möglich.

  6. Die Laserstrahlquelle (Laserpointer) steht im Abstand a = 0.3 m zur Umlenkmechanik.

  7. Vorsehen eines mechanischen Überlastschutzes bei Fehlansteuerung der Schrittmotoren.

  8. Zwischen Antriebswelle und Spiegel muss mindestens ein Gelenk eingesetzt sein.



 E1Me: Schrittmotoransteuerung

  1. Erstellen einer Software in VBA unter Excel zur Ansteuerung der Schrittmotoren über parallele PC-Schnittstelle.

  2. Herstellen eines Interfaces zur Stromverstaerkung der PC-Steuersignale.



 E3Me und E1Me:

  1. Praesentationstag: Mo., 27.06.2005, 14:00 Uhr.

  2. Dokumentation und Durchführung der Projektarbeiten mit Projektmanagementmethoden.

  3. Genauer Zeitplan, Spezifikation der Kriterien der Praesentation und Dokumentation folgen.

  • Ergebnisse der vier Teams

     ... anspruchsvolles Erscheinungsbild ...
... komplexe Elektronik ...     
     ... hochwertige Mechanik ...
... optimale Raumnutzung ...     
     ... High-Tech im Kleinformat ...
... individuelle Lösungen ...     


     Die Ergebnisse sprechen für sich und zeigen Engagement, Ideenreichtum und Anspruch der Mechatroniker.





(2) Blockschaltbild:


Schrittmotorschaltung





Testschaltung





Position: Gelenk A zum Punkt der Laserstrahlumlenkung


Der Punkt der Laserstrahlumlenkung auf dem Spiegel muss sich so nah als möglich
am Drehpunkt der Aufhängung des Spiegels befinden.



(3) Schaltplan:

Interface - Blockschaltbild


Verdrahtungsplan

Schaltplan zum Download: *.cdr-file oder *.bmp-file



(4) Schrittmotor:


Hier gibt es eine Power-Point-Präsentation, um die Grundlagen des Vollschrittbetriebes zu erläutern.



Zeit-Impulsdiagramm: Vollschritt

Als pdf-file zum Download: Vollschritt



Zeit-Impulsdiagramm: Halbschritt (Halbschritt ist die Erweiterung des Vollschritts um senkrechte und horizontale Rotorlagen)

Als pdf-file zum Download: Halbschritt


Technologie

 Um ein Drehfeld im bipolaren Schrittmotor zu erzeugen muss sich der Strom durch die Spulen in einem bestimmten Zeitraster (s.o.) umkehren:

I1 und I2



  • Im Fall I1 müssen V1 und V4 leiten.
  • Im Fall I2 müssen V3 und V2 leiten.

Welche Fälle dürfen nie auftreten?

- Gleichzeitiges Leiten von V1 und V2 bzw. V3 und V4. Die Folge wäre jeweils ein Kurzschluss.


Schaltung mit Verbesserungen:





Diese Schaltung mit weiteren Logikelementen sind im IC L293D integriert.


Aus dieser Schaltung heraus, der IC 293D enthält zwei dieser H-Brücken, ergibt sich folgendes Impulsdiagramm mit den dezimalen Ausgabewerten für die parallele Schnittstelle:







(5) Stückliste:

2 Stück bipolare Schrittmotoren, Vollschritt: 1,8 Grad pro Schritt
2 Stück Driver L293D


(6) Projektplan:




(7) Lernziele:


  1. Schrittmotoraufbau -funktion und -betrieb
  2. Schrittmotoransteuerung / Impulsfolgen / Digitaltechnik / Treiberschaltung
  3. Eigeninitiative bei Funktionsanalyse und Realisierung
  4. Lesen und Interpretieren von Datenblättern
  5. Teamarbeit in der Planung und Realisierung

(8) Gruppenbildung und Präsentation:

Gruppenzusammenstellungen



Präsentation - Ablauf und Inhalte
1. E1ME (A1): 10 min
2. E3ME (A1): 10 min

3. E1ME (A2): 10 min
4. E3ME (A2): 10 min

5. E1ME (B1): 10 min
6. E3ME (B1): 10 min

7. E1ME (B2): 10 min
8. E3ME (B2): 10 min

Inhalte E1ME:
Teamvorstellung (2 min)
Platinenherstellung (3 min)
Interface-Funktion (3 min)
Programmvorstellung (2 min)

Inhalte E3ME:
Teamvorstellung (2 min)
Mechanik zur Laserstrahlumlenkung (8 min)


Als Orientierung die Kriterien der Präsentation und Dokumentation zum Download: *.doc-file


(9) Testumgebung:



(10) Datenblätter:

Bauteile und Komponenten, die für das Projekt zur Realisierung oder für Tests benötigt werden als pdf-files:

Komponente Datenblatt
Steppermotor SAM_39200_1408
EEPROM 28C16
Decoder, Decimal-to-BCD 74HC147
Shiftregister serial-in parallel-out 74HCT164
Counter, binary, up/down 74HCT193
Transceiver, octal, non inverted 74HCT245
Driver, 4-channel L293D
Driver, 4-channel TCA3727
Driver, 4-channel, Darlington ULN2074


(11) Erweiterungen:



(12) Programme:


Die folgenden Programmbeispiele sind als Anhaltspunkt für eigene Entwicklungen gedacht. Hauptbestandteil ist der Befehl Out32. Er gehört leider nicht zum Standardumfang von VBA, sondern muss aus einer DLL (Dynamic Link Library) eingebunden werden. Somit ist eine DLL eine Bibliothek, die verschiedene weitere Befehle, Prozeduren oder Funktionen enthält.

In unserem Fall heißt die DLL inpout32.dll. Um die DLL verwenden zu können muss man als Administrator im PC angemeldet sein.

Befehlsaufbau: Out32 Adresse, Wert

Befehlsbeispiel: Out32 888,12

Out32
888
12
Steuerbus
Adressbus
Datenbus
Schnittstelle als Ausgang
konfigurieren
Parallele Schnittstelle 1 (LPT1)
LPT2: 632
LPT3: 956
Wert 12 ausgeben:
(LSB) 0011 (MSB)



In den Excel-VBA-Programmen muss noch der Pfad zur DLL richtig eingesetzt werden!

Download der DLL: inpout32.dll - für schulische, nicht kommerzielle Zwecke!

Programmbeispiele:

(1)

3 Halbschritte x-Richtung und zurück, 3 Halbschritte in y-Richtung und zurück, 5 Wiederholungen

smot_x3step_y3step_5times_halbschritt_293.xls


(2)

8 Halbschritte x-Richtung (8x+), 8 Halbschritte y-Richtung (8y+), 8 Halbschr. x-Richtung zurück (8x-), 8 Halbschr. y-Richtung zurück (8y-), 5 Wiederholungen

smot_x8step_y8step_5times_halbschritt_293.xls


Die Programme (1) und (2) sind in der Art verbesserungsfähig, als dass der erste Schritt der Positionierschritt für eine definierte Ausgangslage sein sollte, von dem aus die geplanten Schritte abgearbeitet werden.
Ferner sollte beim letzten Schritt in einer Schrittfolge, die später weitergeführt wird, die Spannung des SMOT an dessen Spulen aufrecht erhalten werden, damit er nicht in eine magnetisch herbeigeführte Rastposition fährt.


(3)

Eine verbesserte Version mit Positionierschritt und 5x+, 5y+, 5x- und 5y- bei 5 Durchläufen enthält dieses Programm
(das Halten der Position wird durch eine logische OR-Verknüpfungen erreicht):

smot_positionierschritt_halten_x5step_y5step_5times_halbschritt_293.xls


(4)

Mit dem folgenden Programm können die Schrittmotoren per Pfeiltasten schrittweise verfahren werden. Es wurde eine UserForm unter VBA definiert.:

Laser_schrittweise_Verfahren_Pfeiltasten_293.xls



(13) Presse

Presseartikel aus Südkurier-Singen:





Fragen? Email an mich: o.scharnefski@t-online.de



Weiterhin viel Spaß mit der hardwarenahen VBA-Programmierung!
O.Scharnefski
last update: 09.06.2005


Die außerschulische Verwendung oder Verwendung außerhalb der Lernortkooperation von oben aufgeführten Materialien ist nur mit Zustimmung des Verfassers gestattet!

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