Notwendige Komponenten für einen Schrittmotorsteuerung Eigenbau:
– Schrittmotor (Schrittmotoren bei Amazon ansehen)
– Steuerung mit Mikrocontroller AVR Atmel Atmega 32
– Programmiersoftware (AVR-Studio) kostenloser Download http://www.atmel.com
– Schrittmotorendstufe (siehe auch meine Anleitung zum Bau der Schrittmotor Endstufe)
– Spannungsquelle mit 5V für Schrittmotorsteuerung (z.B. mit LM7805 Spannungsregler)
– Spannungsquelle mit 24V für Schrittmotorendstufe, z.B. Labornetzteil von Amazon

Bild eines Schrittmotors

Bild 1: Schrittmotor mit Anschlusskabel

Mit dem Schrittmotor wird ein elektrischer Impuls in eine mechanische Drehbewegung umgesetzt. Bild 2 zeigt das Prinzipbild eines Schrittmotors: Der magnetisierte Rotor besitzt einen Nordpol und einen Südpol. Der hier dargestellte einfache Schrittmotor hat 2 Spulen mit je 2 Anschlüssen. Er besitzt also insgesamt 4 elektrische Anschlüsse.

Schruppfräser-2

Schema eines Schrittmotors. [Quelle: Wikipedia]

Sendet man einen elektrischen Strom durch die Spulen des Schrittmotors, so wird in den Spulen ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld bewirkt, dass sich der magnetische Rotor in eine bestimmte Richtung ausrichtet. Durch abwechselnd unterschiedliche Bestromung der Spulen wird eine kontinuierliche Drehbewegung erzeugt.
Handelsübliche Schrittmotoren drehen sich um 1,8 Grad pro Schritt. Für eine volle Umdrehung des Motors von 360 Grad sind 200 Schritte im Vollschrittbetrieb notwendig.

Eine Schrittmotorsteuerung liefert dem Schrittmotor die  Schrittsignale. Sie gibt vor, wieviele Schritte sich der Motor bewegt. Eine Steuerung auf Basis eines Mikrocontroller liefert ein 5V Steuersignal. Damit der Motor die volle Leistung erreicht, ist ein Verstärker notwendig. Siehe auch Bild 3. Diese Schrittmotor-Endstufe verstärkt die 5V-Steuersignale in 24V-Impulse.

Darstellung Schrittmotorendstufe

Bild 3: Darstellung der Ein-/Ausgänge einer Schrittmotorendstufe

Schrittmotorendstufen basieren oft auf den beiden Halbleiterchips L297 und L298. Wollt Ihr die Endstufe auch selbst bauen, so findet ihr hier die Bauanleitung und den Schaltplan der Schrittmotorsteuerung mit L297 und L298 Schrittmotorendstufen dieser Art werden mit folgenden 5V Signalen angesteuert:
– DIR (Direction = Drehrichtung)
– CLK (Clock = Taktsignal für Schritt)
– EN (Enable = an/aus)

 

Schrittmotorimpulse

Bild 4: Darstellung der Einzelimpulse einer Schrittmotorsteuerung

Liegt ein 5V Signal an Enable an, so ist die Endstufe bereit. Jeder Spannungsimpuls an Clock erzeugt dann einen Schritt des Schrittmotors. Zwischen einzelnen Impulsen liegt immer eine Pause P. Kürzere Pausen P bedeuten gleichzeitig eine höhere Schrittgeschwindigkeit. (s. Bild 4)

Die Erzeugung der 5V-Steuersignale an die Schrittmotorendstufe realisiere ich über einen Schrittmotorsteuerung Eigenbau.

Mit Hilfe einer kleinen Schaltung auf Basis des Atmega32 ist das schnell realisiert.

Platinenentwicklung

Bild 5: Entwicklungsprozess der Mikrocontroller-Steuerung

Für den Selbstbau der Schrittmotorsteuerung habe ich zunächst ein Schaltungslayout entworfen. Die Software Eagle ist dazu gut geeignet. Und kostenlos verfügbar auch noch. Danach habe ich die Schaltung am Steckbrett getestet. Anschließend das Layout mit der Bügelmethode auf die Kupferplatine übertragen und im Wasserbad geätzt. Zum Schluss erfolgt die Bestückung der Platine mit den elektronischen Bauelementen. Meine Vorgehensweise bei der Entwicklung der Platine könnt Ihr schematisch in Bild 5 sehen.

Schrittmotorsteuerung Eigenbau

Bild 6: fertig gelötete Schrittmotorsteuerung im Eigenbau mit Atmega 32 Mikrocontroller

 

Bild 6 zeigt die fertig gelötete Schrittmotorsteuerung. Mit dieser Steuerung kann ich jetzt zwei Schrittmotorendstufen parallel ansteuern und einen X-Y-Tisch positionieren.
Durch die große Anzahl von Ein- und Ausgängen am Mikrokontroller kann ich verschiedene Sensoren und Schalter in die zentrale Steuerung einbinden. Beispiele hierfür sind: Positionssensoren, Temperatursensoren, Endschalter oder auch ein ausgehendes Signal zum Ein-und Ausschalten eines Bearbeitungswerkzeugs

 

Elektronische Bauteile für Schrittmotorsteuerung Eigenbau

  • 1 LED
  • 2 Widerstände
  • 2 Kondensatoren
  • 2 Dioden
  • 1 Mikrocontroller Atmega32 im DIP Gehäuse
  • 1 Spannungsregler für 5V
  • Kabelklemmen für Ein-Ausgangssignale und eine ISP Schnittstelle

In Bild 7 könnt Ihr euch noch meinen Schaltplan der Mikrocontrollersteuerung ansehen. Unter folgendem Link könnt Ihr euch das Eagle Layout des Schaltplans für euren Eigenbau herunterladen: Atmega32_Schaltplan_Board.zip. Die Schaltplan-Software Eagle findet Ihr kostenlos im Internet.

Darstellung Schaltplan Steuerung

Bild 7: Schaltplan der Mikrocontroller Steuerung mit Atmels AVR Atmega

Programmiert habe ich den Mikrocontroller über eine ISP Schnittstelle. Mit einem USB ISP Programmer wie z.B. mySmart USB light (erhältlich bei Amazon) kann man direkt aus Atmel AVR Studio den Mikrocontroller programmieren. Das Programm für die Steuerung der Schrittmotoren habe ich für Euch in diesem Artikel beschrieben.

In meinem Projekt positioniere ich jetzt mit den beiden Schrittmotoren einen X-Y-Tisch. Für die Referenzierung nach dem Einschalten der Steuerung verwende ich zwei Endschalter. Diese Endschalter werden beim Aktivieren der Steuerung erstmals durch die Motoren angefahren. Dabei wird der 0-Punkt des X-Y-Kreuztisch angetastet.
In Bild 8 seht Ihr den Aufbau der Mechanik meines Eigenbau X-Y-Tisches.

Darstellung x-y Achse für eine CNC Anwendung

Bild 8: CNC X-Y-Kreuztisch. Die Positionierung des Tisches erfolgt mit der selbstgebauten Schrittmotorsteuerung

 

Ich muss sagen, ein Schrittmotorsteuerung Eigenbau macht eine Menge Spaß und lohnt sich allein deswegen.

In folgendem Link findet Ihr den Programmiercode in der Programmiersprache C zum Programmieren der Ansteuerung des Schrittmotors mit Hilfe des Atmega32 Mikrocontrollers: Schrittmotorsteuerung Software

So, falls du jetzt die Schrittmotorsteuerung nicht selber baun willst, es gibt natürlich schon fertig aufgebaute Schrittmotorsteuerungen bei Amazon.

Jetzt bist du dran! Hol‘ dir einen Schrittmotor, baue eine Steuerung mit Mikrocontroller und entwirf Dein eigenes Projekt! Sei kreativ und lerne neue Dinge dabei!
Das beste Kapital des Menschen ist sein Wissen!