UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE ESTUDIOS TECNOLOGICOS ELECTRONICA

CICLO 01-2015

GUIA DE LABORATORIO Nº 6 Nombre de la práctica: Control de Motores Lugar de ejecución: Laboratorio 3.23 (CITT) Tiempo estimado: 2 horas Materia: Interfaces y Periféricos Docente: Samuel Murcia - Mario Díaz -Adalberto Gómez

I. Objetivos  Realizar un Sketch capaz de controlar los parámetros de velocidad y sentido de un motor paso a paso.  Realizar un Sketch capaz de controlar los parámetros de velocidad y sentido de un servomotor.  Identificar la diferencia existente entre los mecanismos de control de un motor paso a paso y un servomotor. II. Requerimientos de material y equipo  Una computadora con sistema operativo Windows y con el programa Arduino IDE instalados  1 cable USB (tipo A hacia tipo B)  1 Tarjeta Arduino UNO R2 o R3  1 Motor Paso a Paso  1 Servo Motor  1 Interfaz de potencia (Puente H)  1 Potenciómetro de 5kΩ  1 Breadboard  Pinzas  Cortadora  Cable UTP III. Introducción Teórica

Motor Paso a Paso Secuencias para manejar motores paso a paso Unipolares Existen tres secuencias posibles para este tipo de motores, las cuales son: Secuencia Normal, Secuencia tipo wave drive y secuencia de tipo medio paso. Todas las secuencias comienzan nuevamente por el primer paso una vez alcanzado el paso final y para invertir el sentido de giro, simplemente se deben ejecutar las secuencias en modo inverso. En esta guía utilizaremos la secuencia normal, ya que esta es la utilizada por la librería Stepper. Secuencia Normal: Esta es la secuencia más usada y la que generalmente recomienda el fabricante. Con esta secuencia el motor avanza un paso por vez y debido a que siempre hay al menos dos bobinas activadas, se obtiene un alto torque de paso y de retención.

Figura 1. Secuencia Normal Identificación de Motores PaP Unipolar. Cuando se trabaja con motores PaP usados o bien nuevos, pero de los cuales no tenemos hojas de datos. Es posible averiguar la distribución de los cables a los bobinados y el cable común en un motor de paso unipolar de 5 o 6 cables siguiendo las instrucciones que se detallan a continuación:

Figura 2. Motor paso a paso unipolar 1. Aislando el cable(s) común que va a la fuente de alimentación: Como se aprecia en las figuras anteriores, en el caso de motores con 6 cables, estos poseen dos cables comunes, pero generalmente poseen el mismo color, por lo que lo mejor es unirlos antes de comenzar las pruebas. Usando un tester para chequear la resistencia entre pares de cables, el cable común será el único que tenga la mitad del valor de la resistencia entre ella y el resto de los cables.

Esto es debido a que el cable común tiene una bobina entre ella y cualquier otro cable, mientras que cada uno de los otros cables tiene dos bobinas entre ellos. De ahí la mitad de la resistencia medida en el cable común. 2. Identificando los cables de las bobinas (A, B, C y D): aplicar un voltaje al cable común (generalmente 12 volts, pero puede ser más o menos) y manteniendo uno de los otros cables a masa (GND) mientras vamos poniendo a masa cada uno de los demás cables de forma alternada y observando los resultados. El proceso se puede apreciar en el siguiente cuadro:

Figura 3. Determinación de Bobinas

Servo Motor Un servomotores básicamente un actuador mecánico basado en un motor y un conjunto de engranajes que permiten multiplicar el torque del sistema final, el cual posee elementos de control para monitorear de manera constante la posición de un elemento mecánico que será el enlace con el mundo exterior. Es decir, ante una acción inducida electrónicamente a un servomotor, obtendremos por resultado una respuesta mecánica controlada Las aplicaciones de estos sistemas esclavos se pueden observar mayormente en aeromodelismo y robótica, pero no son exclusivos de estos usos. Cualquier sistema que requiera un posicionamiento mecánico preciso y controlado dependerá de un servosistema o servomecanismo, actuado, por supuesto, por un servomotor. El zoom de una cámara, el autoenfoque de un conjunto óptico, un sistema de movilización de cámaras de vigilancia y hasta las puertas automáticas de un ascensor son sencillos ejemplos de su aplicación.

Conectando un servo Las conexiones son muy sencillas y se basan en una normativa de colores muy elementales que involucran al Rojo como positivo de la alimentación principal, junto a otro cable que puede ser de color Negro o Marrón y que, por lógica, podemos deducir que se trata del negativo de alimentación. Un tercer cable, correspondiente al control de posicionamiento del actuado mecánico, es Amarillo o Blanco. La tensión de trabajo de los servomotores suele estar comprendida entre los 3 y los 7 Volts, siendo 5 Volts la tensión que se utiliza en la mayoría de las aplicaciones fijas donde interviene una fuente de alimentación conectada a la red de energía domiciliaria, y 6 Volts para los casos de alimentación a baterías cuando se trata de equipos móviles. En todos los casos, siempre se requiere de una señal de control de 5 Volts de amplitud. La señal de control del servo Los servomotores se controlan mediante impulsos de ancho variable que deben refrescarse periódicamente. Esto significa que si dejamos de enviar la señal de control en el tiempo en el que el servomotor lo necesita, éste (a pesar de estar energizado) dejará de mantenerse en la posición preestablecida y adoptará cualquier orientación regida por el esfuerzo al que esté sometido. Es decir, si no mantenemos la señal de control en forma efectiva todo el tiempo que sea necesario, el sistema quedará a merced de las fuerzas externas a la que sea sometido. Para bloquear al servomotoren una posición es necesario, entonces, enviarle continuamente la señal con la posición deseada. De esta forma, el sistema de control seguirá operando y el servo conservará su posición y se resistirá a las fuerzas externas que intenten cambiarlo de posición. El refresco se realiza habitualmente con una frecuencia de 50 veces por segundo, pero es normal y efectivo trabajar entre los 10 y los 30 milisegundos, tal como muestra el diagrama.

Figura 4. Señales de control para Servo Motor

IV. Procedimiento Parte I – Control de Motor Paso a Paso. 1. Inicie el entorno de desarrollo de Arduino y dentro de este digite y guarde el siguiente código. #include // incluyendo librería para control de Motores PaP const int PPR = 500; // Establece el número de pasos por revolución // Inicializa Stepper en los pines del 8 al 11 (motor1) Stepper motorPP(PPR, 8,9,10,11); void setup() { // Nada que inicializar } void loop() { int velocidad = 0; int direccion = 1; int posicion = analogRead(A0); // Valores entre 563 y 1023 indican movimiento hacia adelante if (posicion> 562) { velocidad = map(posicion, 562, 1023, 0, 10); } // Valores entre 0 y 462 indican movimiento hacia atrás (dirección negativa) if (posicion< 462) { velocidad = map(posicion, 0, 462, 10, 0); direccion = -1; } // Los valores entre 462 y 562 son la zona de no movimiento if (velocidad > 0) { motorPP.setSpeed(velocidad); motorPP.step(direccion); } }

Listado 1. Sketch para control de Motor Paso a Paso

2. Arme el circuito que se muestra a continuación, dicho circuito servirá para comprobar el funcionamiento del Sketch codificado en el numeral anterior (Nota: Para la identificación de las bobinas del Motor, remítase a la introducción teórica)

Figura 5. Diagrama de circuito Motor Paso a Paso 3. Conecte el Arduino a la PC y cargue el sketch codificado en el primer numeral, compruebe su funcionamiento, para ello deberá girar el potenciómetro conectado a la entrada analógica 0 y observar, la acción que realiza el Motor PaP. 4. Edite el Sketch, para que el motor alcance una mayor velocidad, notifique a su instructor que ha terminado esta parte para su correspondiente revisión y para continuar con la siguiente parte. Parte II – Control de Servomotor 1. Cree un nuevo archivo desde el entorno de desarrollo Arduino, digite y guarde el siguiente código. #include Servo myservo; // crear el objeto servo para controlar un servomotor int potpin = 0; // pin analógico utilizado para conectar el potenciómetro int val; // variable para leer el valor del pin analógico void setup() { myservo.attach(9); // une el servo en el pin 9 al objeto servo } void loop() { val = analogRead(potpin); // lee el valor del potenciómetro (valor entre 0 y 1023) val = map(val, 0, 1023, 0, 180); // Ajusta la escala entre 0 y 180 myservo.write(val); // establece la posición del servo de acuerdo con el valor escalado delay(15); // Retardo de tiempo antes de hace una nueva lectura }

Listado 2. Sketch para control de Servomotor.

2. Arme el circuito que se muestra a continuación, dicho circuito servirá para comprobar el funcionamiento del Sketch codificado en el numeral anterior, verificar las conexiones con el color que correspondan.

CONEXIÓN

COLOR DE CABLES

5+ Voltios

Rojo

GND

Negro o Café

SEÑAL PWM

Naranja o Blanco

Figura 6. Diagrama de circuito Servo Motor 3. Conecte el Arduino a la PC y cargue el sketch codificado en el primer numeral, compruebe su funcionamiento, para ello deberá girar el potenciómetro conectado a la entrada analógica 0 y observar, la acción que realiza el Servomotor. 4. Notifique a su instructor que ha terminado esta parte para su correspondiente revisión.

VI. Investigación Complementaria 1. Investigue cómo identificar las bobinas de un motor PaP bipolar. 2. Investigue cómo utilizar la librería Stepper para el control de motores PaP bipolares.

VII. Bibliografía  Referencia en línea del lenguaje: http://arduino.cc/en/Reference/HomePage 

http://www.todorobot.com.ar/informacion/tutorial%20stepper/stepper-tutorial.htm



http://www.neoteo.com/servomotores-el-primer-paso-hacia-tu-robot

Interfaces y Periféricos Evaluación del desarrollo de la práctica Guía Nº6“Control de Motores” DOCENTES: Samuel Murcia – Mario Díaz - Adalberto Gómez.

Grupo de laboratorio______________ Alumno (01):________________________________________________Nº Carnet: ____________ Alumno (02):________________________________________________Nº Carnet: ____________

Evaluación Desarrollo de la Práctica

Aspecto a evaluar Funcionalidad de los sketch. Funcionalidad de los circuitos. Aplicación correcta de la estructura del sketch. Comprensión de la funcionalidad del sketch. Contesta correctamente a las preguntas que se le plantean. Puntualidad y orden durante el desarrollo de la práctica. Total

Porcentaje real

20% 20% 20% 20% 10% 10% 100%

Alumno 01

Alumno 02

P1

P1

P2

P2