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Tuesday, July 28, 2015

Motor PAP controlado con FPGA Spartan 3

Posted by Juan Francisco | Tuesday, July 28, 2015 | Category: |

Hola a todos, en este nuevo post vamos a explicar como controlar un motor paso a paso de esos que tenemos todos dentro de impresoras o escaners viejos y que pueden andar cogiendo polvo por casa.

Para hacerlo se utiliza una FPGA Spartan 3 contenida en una placa de desarrollo Basys 2.


En la siguiente imagen se muestra cuales son los distintos elementos que se usan de la placa de desarrollo y para qué.


Utilizamos un motor paso a paso unipolar de 5 terminales en modo half-step para conseguir una mayor precisión. Esto nos permite un número de pasos de 8 pasos, 45º cada paso, como se muestra a continuación (Los puntos azules se corresponde con las bobinas excitadas). 

Como dijimos el motor utilizado es de un escáner viejo y el modelo es Mototech, puesto que no se ha localizado el datasheet, se ha optado por hacer lo siguiente para determinar la configuración del bobinado. 
1-  Medir  la  resistencia  de  cada  uno  de  los  terminales  para  conocer  cuál  es el terminal común. El terminal rojo daba una resistencia de 57 Ohm con el resto de terminales  frente  a  los 112  Ohm  que  daban  dos  terminales  que  no  son  comunes entre sí, con lo cual podemos afirmar que el terminal rojo es el común. 
2- Aplicar una tensión a la entrada de los diferentes bobinados, para conocer el orden correcto en el que hay que excitar al motor.

Tras  lo  cuál  se  ha  llegado  a  lo  siguiente,  el  bobinado  tiene  el  aspecto  que  se muestra en la siguiente figura. Donde los colores definidos se refieren al color de los cables del motor. 

La  interfaz  utilizada  para  proteger  las  salidas  de  la  tarjeta  de  desarrollo consiste en un ULN2803AN de Texas. Se trata de un circuito integrado que contiene una  serie  de  transistores  en  configuración  Darlington  como  muestra  la  siguiente figura con una corriente de colector máxima de 500mA hasta 50V. Las conexiones se han de realizar como muestra la siguiente imagen.

Una vez diseñado el hardware (Código) que posteriormente volcaremos en la FPGA, para volcarlo seguimos el manual del IDE. Obtenemos lo siguiente a la salida de  dos  de  los  cuatro  pines  de  salida.  El  código  se  entrega  adjunto  como  un  fichero comprimido independiente.
 

Donde  observamos  que,  efectivamente,  en  primer  lugar  tenemos  solo  L1 (CH1)  excitada  un  tiempo,  seguidamente  pasan  a  estar  L1  y    L2  activadas  y finalmente solo L2. El mismo proceso seguiría L2 - L3 y L3 - L4. 

El siguiente vídeo muestra los frutos del experimento.

https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=AVI4_40CvDk

Para descargar los distintos archivos necesarios para programar la FPGA hacer clic en el siguiente enlace de descarga.

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