Monografias | Interconexionando un motor a pasos con el microcontrolador 8051

En muchas aplicaciones de Control Automático, es necesario el accionamiento de válvulas o sistemas de engranes con una exactitud y precisión muy alta. En Robótica, son indispensables éstas características, donde las manos y brazos mecánicos deben de ejecutar movimientos de gran precisión. Existen muchas otras ramas de la electrónica donde la utilización de dispositivos de posicionamiento mecánico son indispensables.

Un motor de pasos resuelve en gran medida este problema, ya que su principio de funcionamiento le permite realizar pequeños movimientos (pasos), con gran exactitud y repetibilidad.

El motor de pasos es un motor eléctrico cuyo eje gira una cantidad específica por cada pulso de entrada que recibe, lo cual permite el control de posición, velocidad, y sentido (dirección).

El número de pasos varía según sea la aplicación que se requiera. Existen en el mercado desde, 0.1 a 120 grados. Los ángulos más comunes son de 1.8, 2.0, 2.5, 5.0, 15 y 30 grados, que respectivamente dan 200, 180, 144, 72, 24 y 12 pasos/revolución. Los motores de pasos son alimentados con fuentes de corriente directa y manejados con circuitería lógica.

Existen diferentes tipos de motores de pasos, de los cuales veremos el funcionamiento de uno ellos, el Motor de Magneto Permanente.

En la figura 1 , se muestra un diagrama del Motor de pasos de Magneto Permanente, el cual está construido de un rotor que incluye polos magnéticos de polaridad contraria colocados uno junto al otro. El estator contiene bobinas alineadas de tal forma que su energización secuencial provoca que el rotor se desplace a las posiciones de mínima reluctancia magnética.




PRINCIPIO DE OPERACION DEL MOTOR.

Su diagrama se muestra en la figura 2, y su principio de funcionamiento es el siguiente:

Consideremos primeramente, la bobina A-A', la cual se energiza haciendo circular la corriente de A hacia A' por lo cual el polo superior se polariza positivamente, atrayendo al polo sur del rotor (parte superior del rotor), y el inferior negativamente el cual atrae, al polo norte del rotor, (parte inferior del rotor). La bobina B-B', no se energiza.

Para realizar el primer paso en sentido de las manecillas del reloj, sea la bobina B-B', ahora alimentada y la bobina A-A' desactivada. Haciendo circular la corriente de B hacia B', el polo de la derecha se polariza positivamente atrayendo al polo sur del rotor (parte superior del rotor), y el de la izquierda negativamente, el cual atrae, al polo norte del rotor, (parte inferior del rotor) , de tal manera que realiza su primer paso.

Para que realice un segundo paso en el mismo sentido consideremos, ahora, la desactivación de la bobina B-B' y nuevamente la activación de las bobinas A-A', pero ahora haciendo circular la corriente de A' hacia A por lo cual el polo superior se polariza negativamente, atrayendo al polo norte del rotor (parte inferior del rotor) , y el inferior positivamente el cual atrae, al polo sur del rotor, (parte superior del rotor) .

Siguiendo con un tercer paso en el mismo sentido, sea la bobina B-B', ahora alimentada en sentido contrario es decir haciendo circular la corriente de B' hacia B, con la bobina A-A' desactivada. El polo de la derecha se polariza negativamente atrayendo al polo norte del rotor (parte inferior del rotor), y el de la izquierda positivamente, el cual atrae, al polo sur del rotor, (parte superior del rotor).

Figura2. Principio de funcionamiento.

Por último para completar el ciclo, volvamos a conectar las bobinas como al inicio por lo cual el rotor girará un cuarto paso. Si el ciclo se vuelve repetitivo podremos observar el movimiento del rotor en sentido de las manecillas del reloj. La velocidad dependerá de la activación y desactivación de las bobinas. Como podremos observar, 4 pasos fueron necesarios para que el motor girará 90 grados de su posición original, si quisiéramos que el motor girara una vuelta completa tendríamos que darle 12 pasos, es decir repetir el ciclo 4 veces.

De aquí se observa que, el número de pasos de un motor está condicionado al número de polos del imán permanente (rotor), o bien, al número de bobinas (estator). V.gr. para un motor de 2 bobinas y 200 pasos, se requiere que el rotor contenga 50 polos.

Como cada una de las bobinas deben de ser energizadas en los dos sentidos, (fig.3).

Figura 3. Energización de las bobinas.

Un circuito que se propone para la activación de éstas bobinas es de la figura 4.

Cuando el transistor 1, es activado la parte A de la bobina queda energizada positivamente y la A' negativamente. Cuando el transistor 1 se desactiva y el transistor 2, se activa, la parte A se energiza negativamente y la A' positivamente, de esta manera se invierten las polaridades. Este circuito se presenta para cada una de las bobinas.

El arreglo general del circuito se presenta en la figura 4, en donde, se puede apreciar el circuito 74194 el cual es un registro de corrimiento de 4 bits, con su siguiente lógica de control:

Ahora interconectaremos el microcontrolador 8051 al circuito de control del motor de pasos (fig. 5), como podemos apreciar se utilizan las líneas de P1.0 a P1.3, para poder controlar el CLR, SO, S1 y CLK respectivamente. La primera línea, CLR, desactiva el circuito, es decir, ninguna de las 2 bobinas se encuentran energizadas. Mediante S0=1, S1=1 y un transiente positivo por el CLK, el dato paralelo es cargado. Un "1" es cargado en una sola de las líneas de salida y las demás con "0", con el fin de que solo sea energizada una bobina por paso y en un solo sentido. El sentido del giro del motor se debe al valor de S0 y S1.

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