SSEE_PR01 - OCW - Universidad de Murcia

PROYECTO 1
Control de un motor paso a paso mediante el uso de un driver de
potencia y encoder absoluto.
Objetivos
El proyecto a realizar consiste en el desarrollo de un software embebido que
se encargue de controlar el funcionamiento de un motor paso a paso (PaP), a
la vez que suministre en un display LCD información sobre determinados
parámetros de funcionamiento. Para ello deberá capturar información
proveniente de un encoger absoluto instalado en el eje del motor.
Antecedentes
Los motores PaP son comunes en dispositivos que necesitan llevar un control
preciso de la rotación de un eje, tales como en diversas impresoras de
inyección de tinta, mecanismos de precisión, etc. Estos motores necesitan
un conjunto de señales digitales convenientemente sincronizadas generadas
por un microcontrolador y amplificadas mediante un driver hasta alcanzar la
potencia o corriente
necesaria.
Por otra parte, existen en el mercado
dispositivos driver diseñados para accionar motores paso a paso que solo
necesitan les sea suministrada una señal digital TTL de determinada
frecuencia para regular la velocidad de giro del motor. Éstos reciben como
entrada una señal digital que se traduce en el avance de un conjunto de
“pasos”. Por otra parte, los encoders, o codificadores rotatorios, son
dispositivos encargados de codificar la posición angular del eje mediante un
código digital. Los encoders absolutos son capaces de informar sobre la
posición absoluta del eje en cualquier momento, mediante una lectura digital
determinada. Por otro lado, los encoders relativos solamente informan del
movimiento del eje. Todos disponen de una precisión que
Laboratorio de Sistemas Embebidos © Benito Úbeda; José Santa Universidad de Murcia determina la
resolución dada por una lectura absoluta o la posibilidad de detectar un
pequeño movimiento del eje en el caso de un encoder relativo. Los encoders
son comunes en dispositivo robóticos o en periféricos de informática, como
los comunes ratones (no opticos).
El uso conjunto de motores y encoders es la técnica habitualmente empleada
en el control de la velocidad de giro, desplazamientos precisos, etc.
Requisitos del proyecto
Se requiere el desarrollo de un sistema para controlar la velocidad de
rotación de un motor PaP dotado de un driver, a la vez que el procesado de
la información de posición del eje asociado al motor mediante la lectura
procedente de un encoder absoluto. La metodología que debería seguirse en
la elaboración del proyecto sería la siguiente:
1. Diseño general del sistema, considerando los diferentes diagramas de
interés.
2. Implementación de la solución.
3. Prueba del sistema.
El conjunto de requisitos funcionales básicos que se consideran esenciales
son:
•
Generación de una señal digital variable en frecuencia que permita
mover el eje conectado al motor a diferentes velocidades.
•
Lectura de la información digital procedente del encoder para
comprobar tanto la posición como la velocidad de rotación del eje.
Además de estos requisitos se identifican un conjunto de funcionalidades
adicionales:
Laboratorio de Sistemas Embebidos © Benito Úbeda; José Santa Universidad de Murcia •
Desarrollo de una interfaz intuitiva mediante el uso de botones y LCD
de la placa para
gestionar la velocidad de rotación y para
monitorizarla, según la lectura del encoder.
•
Uso de las funciones de captura de datos de entrada del PIC (Input
Capture) para la lectura
de la información digital provista por el
encoder.
•
Uso de las funciones PWM del PIC para la generación de la señal
digital de rotación del motor.
•
Uso extendido de las funcionalidades del motor: marcha/paro,
dirección de rotación, etc.
•
Uso
del
conversor
analógico/digital
en
conjunción
con
los
potenciómetros de la placa para variar la velocidad de rotación del
motor.
Además de las capacidades listadas, el problema queda abierto para la
incorporación de
cualquier otra función adicional que el alumno desee
incorporar, mediante cualquier otra funcionalidad del PIC o de los propios
dispositivos utilizados en el protototipo: motor PaP y encoder absoluto.
Algunas indicaciones
Con tal de facilitar el desarrollo del proyecto, se incluye en la Figura 1 el
esquema de
conexiones del encoder y el driver con la placa usada en
prácticas. Como se puede ver, se han habilitado ocho líneas I/O del puerto D
para la conexión con el encoder (RD8-11) y con el driver del motor (RD0,
RD2, RD4 y RD6). Estas líneas corresponden con algunas de las habilitadas
para el uso de la captura de datos de entrada (Input Capture o IC) y para la
generación de una señal tipo PWM (Output Compare o OC). La línea RD6
queda inicialmente libre.
Las distintas líneas usadas para la conexión con el driver del motor tienen el
siguiente significado:
Laboratorio de Sistemas Embebidos © Benito Úbeda; José Santa Universidad de Murcia •
CLOCK. Señal digital (TTL) de entrada de reloj cuya frecuencia
determina la velocidad de rotación.
•
DIR. Señal de entrada que determina la dirección de giro del motor.
•
ENABLE/DISABLE.
Señal de entrada que habilita o deshabilita la
rotación del motor.
En cuanto a las líneas conectadas con el encoder, se han utilizado los cuatro
bits más significativos del valor de ocho bits que se puede obtener, con lo que
se han obviado aquellos bits
que determinan una mayor precisión de la
medida del valor de giro del eje.
Figura 1. Esquema de conexiones con la placa dsPICDEM
Aspectos que se valorarán
Los siguientes aspectos que valorarán positivamente en el desarrollo del proyecto:
!
Uso de interrupciones.
!
Uso de timers.
!
Uso de prioridades de interrupción para variar el flujo del programa.
!
Uso correcto de I/O.
!
Uso de Input Capture.
!
Uso de PWM.
Laboratorio de Sistemas A/D.
Embebidos ! Uso de conversión
© Benito Úbeda; José Santa Universidad de Murcia ! Uso de LCD.
!
Uso de cualquier otra funcionalidad disponible en el PIC o la placa.