Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Stepper Motor - Endposition erkennen ohne Schalter


von Oz z. (ozzy)


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Hallo,

   für ein Outdoor-Projekt habe ich eine 360° Überwachungskamera gekauft 
(kann sich horizontal 360° drehen und vertikal 90°), und das Kameramodul 
durch einen wasserdichten Entfernungssensor getauscht. In dieser Kamera 
sind 2 Step-Motoren (328BYJ-48) verbaut. Ich würde die Mechanik gerne so 
behalten weil sie theoretisch genau das tut, was ich möchte, nur die 
Platinen/Elektronik muss ich austauschen, da ich die Motoren auch einen 
eigenen integrierten Mikrocontroller ansprechen möchte. Meine konkrete 
Frage ist nun: in diesen Kameras sind keine Endschalter verbaut, sondern 
nur mechanische Begrenzungen. Das würde ich auch gerne so beibehalten, 
das bedeuten würde, dass ich die den Endanschlag über die Stromaufnahme 
der Motoren messen müsste. Meint Ihr, es reicht, einen Shunt in die 
Versorgungsleitung des Treibers (ULN2003A) zu packen und den 
Spannungsabfall dann mit dem Mikrocontroller zu messen? Oder macht es 
mehr Sinn, in die einzelnen Leitungen des Motors eine Strommessung zu 
integrieren?

   Vielen Dank und viele Grüße

: Verschoben durch Moderator
von Michael B. (laberkopp)


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Oz z. schrieb:
> dass ich die den Endanschlag über die Stromaufnahme der Motoren messen
> müsste.

Das funktioniert bei Schrittmotoren nicht.

Du steppst eifach so lange, dass er eine volle Drehung gemacht haben 
könnte, dann steht er garantiert am Anschlag.

von Michael H. (mha1)


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Anderen Treiber nehmen (z.B. TM2209). Ist bei vielen 3D Drucker üblich 
einen "Sensorless Homing" und auch eine Kollisionserkennung 
durchzuführen.

von Oz z. (ozzy)


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Moin,

   das Problem ist ja, dass es ja immer einmal zu einem Stromausfall 
kommen kann und ich dann am Ende nicht mehr weiß, wo der Stepper steht, 
oder durch sonstige Bugs eventuell mal ein Step verloren geht; da würde 
ich doch gerne von Zeit zu Zeit die Endposition feststellen können.

von Rahul D. (rahul)


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Michael H. schrieb:
> TM2209

TM*C*2209...

von Oz z. (ozzy)


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Perfekt, vielen Dank, genau so etwas hatte ich gesucht!

von Michael B. (laberkopp)


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Oz z. schrieb:
> genau so etwas hatte ich gesucht!

Kaum, ein TMC2209 funktioniert nicht mit Schrittmotoren die ein

Oz z. schrieb:
> ULN2003A

bedient. Es ist auch nicht nötig, sich Sonderlicken zu kaufen. Jedes 
Flopppylaufwerk findet Spur 0.

von Norbert (der_norbert)


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Michael B. schrieb:
> Jedes
> Flopppylaufwerk findet Spur 0.

Die Commodore 1541 ratterten gegen einen mechanischen Stopp, vernünftige 
Laufwerke hatten Gabel-Lichtschranken.

Um aber noch etwas zum Thema beizutragen, man kann den Stepper auch 
(allein durch angepasstes Timing) mit weniger Kraft ansteuern.

So das er noch sicher läuft, aber nicht wie eine Abrissbirne einschlägt.

von Sven B. (mainframeosx)


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Norbert schrieb:
> Michael B. schrieb:
>> Jedes
>> Flopppylaufwerk findet Spur 0.
>
> Die Commodore 1541 ratterten gegen einen mechanischen Stopp, vernünftige
> Laufwerke hatten Gabel-Lichtschranken.
>

Das hat die dann auch irgendwann damit bezahlt das sie keine Floppys 
mehr lesen konnte.

von Rahul D. (rahul)


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Michael B. schrieb:
> Oz z. schrieb:
>> genau so etwas hatte ich gesucht!
>
> Kaum, ein TMC2209 funktioniert nicht mit Schrittmotoren die ein

Warum?
Solche Motoren haben doch nur einen Mittelabgriff pro Spule zusätzlich.
Einzig welche, die dann einen umgekehrten Wicklungssinn haben, führen zu 
Problemen.
Anders herum (bipolarer Stepper an ULN...) funktioniert es definitiv 
nicht.

Eine Steckplatine mit dem Controller bei einem Deutschen Händler für 7 
Euro finde ich jetzt auch nichtübermäßig teuer - wennn man nicht in 
Serie gehen will.

von Michael B. (laberkopp)


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Rahul D. schrieb:
> Warum?
> Solche Motoren haben doch nur einen Mittelabgriff pro Spule zusätzlich.

...die verbinden sind...

von Rahul D. (rahul)


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Michael B. schrieb:
> ...die verbinden sind...

Bitte, was?

von Michael B. (laberkopp)


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Rahul D. schrieb:
> Michael B. schrieb:
>> ...die verbinden sind...
>
> Bitte, was?

verbunden

von Rahul D. (rahul)


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Michael B. schrieb:
> Rahul D. schrieb:
>> Michael B. schrieb:
>>> ...die verbinden sind...
>>
>> Bitte, was?
>
> verbunden

und? Wo ist das Problem?
Den Mittelabgriff kann man bei bipolarer Ansteuerung ignorieren...

von Rainer W. (rawi)


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Michael B. schrieb:
> Das funktioniert bei Schrittmotoren nicht.

Du hast es nur noch nicht verstanden und musst deinem Nick unbedingt mal 
wieder alle Ehre machen.

Building a Better Stepper Motor System with StallGuard and CoolStep 
Technologies
https://www.analog.com/en/lp/001/building-better-stepper-motor-system.html

Trinamic stallGuard2™ and coolStep™
https://www.youtube.com/watch?v=Prw7wNa20Gk

Rahul D. schrieb:
> Wo ist das Problem?

Bei Induktivität und Spulenwiderstand, d.h. du bekommst bei höherer 
Schrittfrequenz vergleichsweise wenig Drehmoment - s. Datenblatt.

: Bearbeitet durch User
von Rahul D. (rahul)


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Michael B. schrieb:
> ...die verbunden sind...

Mit leerem Magen denkt sich das noch nicht so gut.
Das Problem ist, dass es nicht unbedingt zwei getrennte Mittelabgriffe 
sind, sondern alle (vier) Spulen an einem gemeinsamenn Sternpunkt 
hängen.
Dann funktioniert eine bipolare Ansteuerung natürlich nicht.
Wenn es für jedes Paar einen eigenen Mittelabgriff gibt, sollte es 
funktionieren.

Rainer W. schrieb:
> Bei Induktivität und Spulenwiderstand, d.h. du bekommst bei höherer
> Schrittfrequenz vergleichsweise wenig Drehmoment - s. Datenblatt.
DAS ist doch ein Problem, das derzeit noch gar keins ist...

von Rainer W. (rawi)


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Rahul D. schrieb:
> Das Problem ist, dass es nicht unbedingt zwei getrennte Mittelabgriffe
> sind, sondern alle (vier) Spulen an einem gemeinsamenn Sternpunkt
> hängen.
> Dann funktioniert eine bipolare Ansteuerung natürlich nicht.

Und warum nicht?
Wie sich leicht aus der Bezeichnung 'bipolar' erkennen lässt, werden die 
Spulenenden mit gegensinniger Polarität angesteuert. Der Mittelabgriff 
liegt also in der Mitte - bei beiden Spulen.
Und wenn beide Mittelabgriffe auf dem selben Potential liegen, kann 
dazwischen auch kein Querstrom fließen - selbst wenn sie verbunden sind.

: Bearbeitet durch User
von Rahul D. (rahul)


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Rainer W. schrieb:
> Wie sich leicht aus der Bezeichnung 'bipolar' erkennen lässt, werden die
> Spulenenden mit gegensinniger Polarität angesteuert. Der Mittelabgriff
> liegt also in der Mitte - bei beiden Spulen.

Bei einem einzigen, gemeinsamen Sternpunkt liegen die Spulen also 
parallel...

von Rüdiger B. (rbruns)


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Oz z. schrieb:
> Step-Motoren (328BYJ-48)

Das Getriebe geht bei Blockade schnell kaputt!

von Rainer W. (rawi)


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Rahul D. schrieb:
> Bei einem einzigen, gemeinsamen Sternpunkt liegen die Spulen also
> parallel...

Frühstücke erstmal und dann guck dir bitte einmal an, wie ein Treiber 
für einen bipolaren Schrittmotor aufgebaut ist und wie damit die Spulen 
angesteuert werden. Ein Schrittmotor, bei dem die Mittelpunkte zu einem 
Sternpunkt verbunden sind, hat immerhin 5 Anschlussleitungen.

: Bearbeitet durch User
von Rahul D. (rahul)


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Rainer W. schrieb:
> hat immerhin 5 Anschlussleitungen.

Deswegen ist der nicht für bipolaren Betrieb geeignet.
Er müsste sechs Anschlüsse haben:
https://myhobby-cnc.de/wiki/lib/exe/fetch.php?media=myhobby-cnc:unipolar-vs-bipolar2.jpg

von 
https://myhobby-cnc.de/wiki/doku.php?id=myhobby-cnc:schrittmotoren_unipolar_bipolar

von Rainer W. (rawi)


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Rahul D. schrieb:
> Deswegen ist der nicht für bipolaren Betrieb geeignet.

WARUM?

Wie ich schon schrieb:

Rainer W. schrieb:
> Der Mittelabgriff liegt also in der Mitte - bei beiden Spulen.

Und wenn sich die Spannungen am Mittelabgriff nicht unterscheiden, ist 
es egal, ob sie verbunden sind, oder nicht. Wie sollte bei 
Spannungsdifferenz 0 irgendetwas passieren, wenn man die Punkte 
verbindet.

von Rahul D. (rahul)


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Rainer W. schrieb:
> WARUM?

Mal es dir halt auf.

von Rainer W. (rawi)


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Rahul D. schrieb:
> Mal es dir halt auf.

Sag du mir, warum es mit verbundenen Mittelpunkten nicht gehen soll.
Du musst nur dafür sorgen, dass beide Spulen immer bipolar angesteuert 
werden.
Guck dir die Spannungen an den Mittelpunkten an. Dann wirst du verstehen 
was ich meine.

von Michael B. (laberkopp)


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Rainer W. schrieb:
> Michael B. schrieb:
>> Das funktioniert bei Schrittmotoren nicht.
>
> Du hast es nur noch nicht verstanden

Im Gegensatz zu deiner ADHS Aufmerksamkeitsspanne habe ich weitergelesen

Oz z. schrieb:
> Treibers (ULN2003A)

Dass du ihm einen anderen Treiber und in Konsequenz ein Auswechseln des 
Schrittmotors nahe legst - nun ja, Irre gibt es immer wieder.

Rainer W. schrieb:
> Sag du mir, warum es mit verbundenen Mittelpunkten nicht gehen soll.
> Du musst nur dafür sorgen, dass beide Spulen immer bipolar angesteuert

Liest du eigentlich auch das Datenblatt des

Rahul D. schrieb:
> TMC2209...

oder bist du einfach nur doof ?

von Rainer W. (rawi)


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Michael B. schrieb:
> Im Gegensatz zu deiner ADHS Aufmerksamkeitsspanne habe ich weitergelesen
>
> Oz z. schrieb:
>> Treibers (ULN2003A)

Dann ist es vielleicht an der Zeit, sich von diesem fast 50 Jahre alten 
Urgestein von SM-Treiber zu trennen und zu gucken, was sich im letzten 
halben Jahrhundert so getan hat.

von Joachim B. (jar)


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Oz z. schrieb:
> da würde
> ich doch gerne von Zeit zu Zeit die Endposition feststellen können.

dann baue doch einen Endschalter und/oder eine Lichtschranke ein am Ende 
des Drehwinkels.

Wo ein Wille ist is auch eine Möglichkeit.

von Oz z. (ozzy)


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So, erst einmal vielen Dank für Eure Antworten. Ich werde jetzt die 
alten Treiber aussortieren (die hatte ich hier einfach noch liegen), und 
stattdessen neue Treiber einbauen. Ich habe gesehen, dass sich die 28BYJ 
mit wenig Aufwand vom Unipolaren zum Bipolaren Schrittmotor umbauen 
lassen, das probiere ich jetzt einfach einmal aus, da es mir momentan am 
Einfachsten vorkommt. Den Motor würde ich einfach ungerne austauschen, 
da die Welle der eingebauten 28BYJ einfach schon zu den Gegenseiten der 
Mechanik passt.

von Peter S. (peter_sch)


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Oz z. schrieb:
> in diesen Kameras sind keine Endschalter verbaut, sondern
> nur mechanische Begrenzungen. Das würde ich auch gerne so beibehalten

Offenbar ist die originale Kamera in der Lage, nur mit diesen 
mechanischen Begrenzungen eine Initialposition zu finden. Kann es sein, 
dass die Motoren nicht starr, sondern über Rutschkupplungen mit dem 
Kameraträger verbunden sind?

von Rainer W. (rawi)


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Peter S. schrieb:
> Kann es sein, dass die Motoren nicht starr, sondern über
> Rutschkupplungen mit dem Kameraträger verbunden sind?

Warum eine zusätzliche Rutschkupplung, wenn der Motor 
konstruktionsbedingt schon eine enthält?

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