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Motor de Passo
Introdução
Por: Antônio Rogério Messias
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CONTROLE DE MOTOR DE PASSO ATRAVÉS DA PORTA PARALELA
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       Motores de passos são dispositivos mecânicos eletro-magnéticos que podem ser controlados digitalmente através de um hardware específico ou através de softwares.
       Motores de passos são encontrados em aparelhos onde a precisão é um fator muito importante. São usados em larga escala em impressoras, plotters, scanners, drivers de disquetes, discos rígidos e muitos outros aparelhos.
       Existem vários modelos de motores de passos disponíveis no mercado que podem ser utilizados para diversos propósitos. Poderemos utilizá-los para mover robôs, câmeras de vídeo, brinquedos ou mesmo uma cortina.

       Vamos agora entender um pouco sobre o funcionamento dos motores de passo:



Três estados de um motor de passo

Desligado:
Não há alimentação suprindo o motor. Nesse caso não existe consumo de energia, e todas as bobinas estão desligadas.
Na maioria dos circuitos este estado ocorre quando a fonte de alimentação é desligada.

Parado:
Pelo menos uma das bobinas fica energizada e o motor permanece estático num determinado sentido. Nesse caso há consumo de energia, mas em compensação o motor mantem-se alinhado numa posição fixa.
Rodando:
As bobinas são energizadas em intervalos de tempos determinados, impulsionando o motor a girar numa direção.

 


Modos de operação de um motor de passo

Passo completo 1 (Full-step)
-Somente uma bobina é energizada a cada passo;
-Menor torque;
-Pouco consumo de energia;
-Maior velocidade.


Passo completo 2 (Full-step) 
-Duas bobinas são energizadas a cada passo;
-Maior torque;
-Consome mais energia que o Passo completo 1;
-Maior velocidade.
Meio passo (Half-step)
-A combinação do passo completo1 e do passo completo 2  gera um efeito de meio passo;
-Consome mais energia que os passo anteriores;
-É muito mais preciso que os passos anteriores;
-O torque é próximo ao do Passo completo 2;
-A velocidade é menor que as dos passos anteriores.

       A forma com que o motor irá operar dependerá bastante do que se deseja controlar. Tem casos em que o torque é mais importante, outros a precisão ou mesmo a velocidade. Essas são características gerais dos motores de passos, a maioria deles permitem trabalhar dessa forma. Ao trabalhar com motores de passos, precisamos saber algumas características de funcionamento como a tensão de alimentação, a máxima corrente elétrica suportada nas bobinas, o grau (precisão), o torque e muitos outros. As características importantes que deveremos saber para poder controlar um motor de passo seriam a tensão de alimentação e a corrente elétrica que suas bobinas suportam.

       Veja nas tabelas abaixo, as seqüências corretas para se controlar um motor de passo:

Tabela 1 - Passo Completo 1 (Full-step)
Nº do
passo
B3
B2
B1
B0
Decimal
1-->
1
0
0
0
8
2-->
0
1
0
0
4
3-->
0
0
1
0
2
4-->
0
0
0
1
1

Tabela 2 - Passo Completo 2 (Full-step)
Nº do
passo
B3
B2
B1
B0
Decimal
1-->
1
1
0
0
12
2-->
0
1
1
0
6
3-->
0
0
1
1
3
4-->
1
0
0
1
9


Tabela 3 - Meio
passo (Half-step)
Nº do
passo
B3
B2
B1
B0
Decimal
1-->
1
0
0
0
8
2-->
1
1
0
0
12
3-->
0
1
0
0
4
4-->
0
1
1
0
6
5-->
0
0
1
0
2
6-->
0
0
1
1
3
7-->
0
0
0
1
1
8-->
1
0
0
1
9




A velocidade de um motor de passo

       Para se controlar a velocidade de um motor de passo envia-se uma seqüência de pulsos digitais (veja Tabelas 1, 2 e 3) num determinado intervalo. Quanto menor esse intervalo, maior será a velocidade em que o motor irá girar.
       Não defina intervalo menor que 10ms entre cada passo, o motor perderá o torque e em vez de rodar, irá vibrar.

Animação 1 - Velocidade do motor



A direção (esquerda / direita) de um motor de passo

       Para mudar a direção de rotação do motor, simplesmente inverta a seqüência dos passos conforme os exemplos abaixo:

Tabela 4 - Passo completo 1 (direita)
Nº do
passo
B3
B2
B1
B0
Decimal
Direita
1-->
1
0
0
0
8
2-->
0
1
0
0
4
3-->
0
0
1
0
2
4-->
0
0
0
1
1


Tabela 5 - Passo completo 1 (esquerda)
Nº do
passo
B3
B2
B1
B0
Decimal
Esquerda
1-->
0
0
0
1
1
2-->
0
0
1
0
2
3-->
0
1
0
0
4
4-->
1
0
0
0
8




A precisão de um motor de passo

       Suponhamos que temos um motor de passo com as seguintes características:
 
       - Voltagem: 12 v;
       - Corrente: 340 mA;
       - Resistência da bobina: 36 ohm;
       - Graus: 7.5º

Figura 1 - Precisão de 7.5º

       Na figura acima a distância entre um ponto vermelho e outro é de 7.5º.

       Para sabermos quantos passos são necessários para que o motor dê um giro de 360º, faça os seguintes cálculos:

PassosPorVolta = 360º / 7.5º;
PassosPorVolta = 48.

       Portanto, um motor com precisão de 7.5º, precisa dá 48 passos para completar uma volta.


Construindo o hardware para conectar o motor de passo

       Para acionarmos um motor de passo precisamos de um hardware específico, chamado driver. Você pode fazer um driver usando transistores de potência como os BD135, DB241 etc., A maneira mais fácil é adquirir drivers prontos, como o ULN 2003 ou ULN2803, que nada mais são que arrays de transistores Darlington que podem controlar correntes de até 500mA, estão em forma de circuitos integrados prontos para serem usados em interfaces que necessitem controlar motores de passos, solenóides, relês, motores DC e muitos outros dispositivos.

       Veja nas figuras abaixo as pinagens e as características desses CIs.

Figura 2 - Pinagens do CI ULN2003

       O CI ULN 2003 tem 7 entradas que podem controlar até 7 saídas. Com ele poderemos controlar um motor de passo. Se desejarmos controlar 2 motores, usaremos dois CIs ULN 2003, ou somente um CI
ULN
2803

Figura 3 - Pinagens do CI ULN2803

       O CI ULN 2803 tem 8 entradas que podem controlar até 8 saídas. Com ele poderemos controlar até 2 motores de passo simultaneamente.
       Tanto o CI ULN2003 como o ULN 2803 trabalham com correntes de 500mA e tensão de até 50v. Não utilizem motores de passo que consumam mais que esse valor, se por ventura usarem, poderão queimar os CIs. Veja antes qual a amperagem de trabalho do motor. Prefira motores que consumam menos de 500mA, para não sobrecarregar o CI, a não ser que utilizem outros modelos.
       Um fator importante que se deve levar em consideração é a fonte de alimentação que terá que fornecer a amperagem necessária. Trabalhe com fonte de alimentação que forneça mais que 500mA. Por exemplo, se desejássemos controlar 3 motores de passos, todos no mesmo circuito, cada um consumindo 340mA, seria necessário uma fonte de alimentação que fornecesse correntes acima de 1A.

Figura 1 - Controle de 1 motor de passo usando o CI ULN 2003




Descobrindo as características elétricas de um motor de passo,
quando só sabemos a voltagem

Figura 4 - Motor de 5 fios
Figura 5 - Motor de 6 fios

       Por falta de informações sobre as características elétricas de um motor de passo, na maioria das vezes abandonamos este como sucata. Se você pelo menos sabe a voltagem de operação de um motor de passo, já é uma informação muito importante para que possa colocá-lo para funcionar, e usá-lo nos projetos próximos projetos.
       As características elétricas que precisamos saber sobre um determinado motor de passo para faze-lo funcionar, seriam a tensão elétrica, a corrente ou a resistência das bobinas.
       Como exemplo, imaginem que a característica elétrica que sabemos sobre um determinado motor de passo é sua voltagem, nesse caso 12v. Somente a voltagem não é suficiente, precisamos saber a amperagem (quanto de corrente o motor consome) para que ele funcione perfeitamente com a nossa interface. Então temos que descobrir a corrente.
       Também precisamos saber dentre os vários fios do motor de passo, qual é o fio 'comum', aquele que será ligado aos 12v da fonte de alimentação. Para descobri-lo, faça as medições conforme a Animação 2 e a Animação 3.
       Alguns motores tem 6 fios, 4 são para controlar o motor e os outros 2 são 'comuns'. A resistência entre esses 2 fios são infinitas, isso porque eles estão isolados, o que temos a fazer é juntá-los, formando um único terminal 'comum' onde será ligado ao positivo da fonte de alimentação. Quando um motor tem 6 fios fica muito mais fácil descobrir quais são os 'comuns'.

       Veja nas animações abaixo como descobrir o fio comum:


Animação 2 - Quando encontramos o fio comum, a resistência é a menor possível

       Com um multímetro na escala de resistência, fixe uma das pontas de prova em qualquer um dos fios do motor e com a outra comece a medir a resistência em cada fio. Nos fios que encontrar a menor resistência, um desses é o 'comum', onde será ligado os 12v.

Animação 3 - Quando não encontramos o fio comum a resistência é o dobro

       Nas medições feitas na Animação acima, nenhum dos fios medidos era o 'comum'. Portanto, a resistência medida será mais ou menos o dobro da resistência medida na Animação 2.

Obs.: Nas medições só existirão dois valores de resistências: uma resistência baixa e uma outra alta.

       A menor resistência medida indica a resistência de uma única bobina, e esse valor é uma das características elétrica do motor.

       Vamos supor que o menor valor medido foi 36 ohm de resistência. Aplicando a lei de Ohm temos:

       V = R.I
      12 = 36.I
       I = 12/36
       I = 340mA

       Portanto, o motor deve ser alimentado com 12v / 340mA, podendo ser controlado através de um dos CIs ULN 2003 ou ULN 2803, sem nenhuma restrição, isso porque 340mA está abaixo dos 500mA que os CIs podem controlar.

       Com todas essas informações já é possível saber qual o fio do motor ligar os 12v da fonte.
Agora faça download do programa Lptmotor e do manual de utilização para praticar suas experiências.


     Clique aqui. Download do Lptmotor e manual de utilização.



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