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
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.
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.
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)
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.
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.
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:
Version 0: Atmega32_Schaltplan_Board.zip.
Version 1: Atmega32_Schaltplan_Bord_rev01.zip
Die Schaltplan-Software Eagle findet Ihr kostenlos im Internet.
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.
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!
Nice work!
Hallo.
Würde mich mal interessieren,wie nach dem Aufbau das ganze gesteuert wird(also vorwärts/rückwärts.? Wo werden denn (und welche) Steuerungselemente angeschlossen?
Oder muss der Atmega an einen Pc angeschlossen werden?
Ich habe mir einen Schrittmotor an einen Drehko gebaut und hätte gerne 2 Endschalter und das wie beim Bürstenmotor dieser bei Erreichen der selben in die jeweilig andere Richtung verfahren werden kann
Hast Du da wohl ‘nen Tipp für mich?
Hallo Schnappie,
wenn du das ganze manuell steuern willst dann kannst du einfach dein Eingabegerät (Tasten oder Drehpoti o.ä.) an einen der übrigen Eingänge vom Atmega hängen. Das ganze musst du dann entsprechend Programmieren, sodass die Eingänge auch richtig erkannt werden und die Maschine dann bei Eingabe auch verfährt. Falls du noch wenig Erfahrung mit Mikrocontrollern hast kann ich dir auch den Arduino empfehlen der auf die Atmega Architektur aufbaut, da gibt es recht einfache Funktionsbibliotheken und du musst wesentlich weniger Programmieraufwand reinstecken.
Ich wünsche dir viel Erfolg!
Toni
Die Beiträge sind schon recht alt, aber vielleicht liest es noch jemand wenn ich hier etwas schreibe. Jetzt, Januar 2021, gibt es aus dem 3D Drucker Ecosystem Dinge die für den Eigenbau einer CNC Fräse mächtige Werkzeuge. Das Problem, welches ich nicht beurteilen kann, ist dieses auf eine CNC Fräse anzuwenden.
Es gibt ein breites Angebot an Steuerkarte für 3D Drucker und auf diesen sind Steckplätze für Schrittmotor-Treiber genannt SilentStepSticks. Ich habe z.B. für ein zukünftiges Aufrüsten meines Creality Ender 5 Plus 3D Druckers die Steuerkarte BTT-SKR-PRO 1.2 gekauft.
https://www.ebay.de/itm/SKR-PRO-V1-2-neue-Ver-BIGTREETECH-32Bit-TMC2209-BL-Touch-S42B-Value-Pack/373178086920?hash=item56e325b608:g:0msAAOSwPf5fSfNQ
Diese Karte hat 56,99 Euro + 4,99 Euro Versandkosten. Sie hat als Controller einen 168 MHz ARM Cortex M4, STM32F407ZGT6 und 6 Steckplätze für SilentStepSticks. Ich habe mir SilentStepSticks TMC5160hv gekauft, welche bis zu 20A und bis zu 60 VDC für jeden Schrittmotor ermöglichen. Es gibt eine recht große Auswahl mit den diversen Schrittmotortreiber von Trinamic sind. Für mich ist das Thema 3D Drucker noch neu und das Thema Software auch. Aber ähnlich wie bei CNC Fräsern zeichnet man die Objekte z.B. mit Fusion 360. Bei 3D Druckern verwendet man sogenannte Slicer welche das Drucken des 3D Objektes in 2D Scheiben übersetzt und durch Auftragen der Scheiben entsteht das Objekt. Bei CNC Fräsern ist das ja ähnlich. Das Ergebnis der Bearbeitung durch den Slicer sind GCode. Wieder aus meinem beschränkten Verständnis resultierend also jene GCode Datei die CNC Fräser verstehen.
Ich vermute die Herausforderung liegt darin einerseits die Parameter beim Betriebssystem der Steuerkarte, Marlis 2.0 z.B. und beim Slicher adequat einzustellen.Ich vermute aber im CNC Fräser verwendet man ein Program welches von der CAD Datei, hier z. B. Fusion360 eine “*.SLT-Datei zu erzeugen, welche den GCode enthält.
Kennt jemand wie man das macht?
Hallo,
du bist auf der richtigen Spur und technisch sollte das möglich sein:
1) Ausgangspunkt für dein Fräsprojekt ist i.d.R. ein 3D Modell in irgendeinem CAD Programm. Das kannst du exportieren z.B. als .STEP Volumendmodell.
2) Du brauchst ein CAM-Programm oder ein CAD Programm mit integrierter CAM Funktion. Damit wandelst du dein 3D Volumenmodell in Fräsbahnen um und speicherst das als maschinenlesbaren Code.
Fusion 360 kann das, es gibt aber auch andere Programme. Das Resultat ist eine .g-code Datei.
3) Du brauchst eine CNC Steuerungssoftware, die .G-Code Dateien in Steuerungsimpulse umwandelt und an den Schrittmotortreiber weiterleitet. Wenn du eine Fräse vom PC aus steuerst sind übliche Programme Mach3 oder LinuxCNC. https://www.precifast.de/cnc-software/
Die von dir genannte Karte “SKR Pro” ist sowas wie ein kleiner “Mini-PC” mit eigenem Betriebssystem, Prozessor und integriertem Schrittmotortreiber.
Wie du schreibst empfiehlt der Hersteller das Betriebssystem Marlin 2.0. Leider ist Marlin 2.0 eigentlich für den 3D Druck gedacht und optimiert: Marlin erwartet G-Code aus geslicten Daten, die Steuerung erwartet Sensordaten vom Temperatursensor des Heatbeds, des Druckopfs, eine Frässpindelansteuerung ist nicht vorgesehen usw…
Aber du hast Glück, es gibt bereits eine angepasste Marlin Firmware, die für das CNC Fräsen mit auch noch genau deiner Karte SKR Pro optimiert wurde:
https://github.com/Allted/Marlin/tree/CHOOSE_VERSION
https://github.com/Allted/Marlin/tree/V1CNC_SKR_Pro
Hier ein CNC Fräsen Hersteller der auch mit Marlin arbeitet:
https://www.v1engineering.com/marlin-firmware/
Vermutlich musst du also nur die Firmware installieren, den G-code rüberspielen und los gehts 🙂
Würde mich freuen wenn du bei Erfolg oder Misserfolg dein Ergebnis hier teilst 🙂
Viele Grüße!
Viel tausend Dank für die wertvolle Information. Wissen wo man Nachschauen kann ist die halbe Miete. Ich werde die Informationen studieren und dann Antworten. Gerne mache ich einen Baubericht um meine Erfahrungen dabei zu dokumentieren. Ich habe arge Gesundheitsprobleme und die haben dazu geführt, dass ich sehr langsam geworden bin. Solche Berichte dienen mir nicht nur zum Teilen der Erfahrungen und von Ratschlägen zu lernen, sondern auch, damit wenn ich mich nach einer Pause wieder einem Tema widme ich den damaligen Stand annähernd wieder erreiche.
Wie wertvoll auch gerade kritische Beiträge sind habe ich kürzlich zum Thema Schrittmotore erfahren. Schade, dass solche Kommentare leider auch häufig mit persönlichen Angriffen und Diffamierung verbunden sind. Aber ich bin egoistisch. Wenn ich einen Denkfehler oder einer Fehlinterpretation zum Opfer gefallen bin, dann ist es eine solche Scharte zu kurieren so wertvoll, dass ich anderes einfach ignoriere.
Ich habe vor bald 8 Jahren mit einer Steuerkarte von Trinamic, den stepRocker und später mit einer Karte die nie in Serie gegangen ist, motionCookie, Experimente gemacht und die Pallete an Technologien von Trinamic zur Steuerung von Schrittmotoren, die durch ihre außerordentliche IDE gestützt wurde. Ich habe einen Schrittmotor mit einer nominalen Spannung von 3,6 VDc und 2,8 A, welcher mit einer Steuerkarte auf der Basis der L297 und L298 aufgebaut war und mit einer 12 VDC Spannung für den Motor betrieb, den Schrittmotor nie zu Laufen gebracht. Ich bin daran schier verzweifelt und habe an meiner Befähigung größte Zweifel gehabt. Beim Experimentieren mit dem stepRocker lernte ich, dass mein Schrittmotor erst mir 16 Mikroschritten funktionierte, also zuvor gar nicht laufen konnte.
Ich habe bei meinem Projekt eines Modellsegelbootes den Schrittmotor als Winde vorgesehen und dort diesen mit 12 in Reihe geschalteten LiFePO4 Akkus betreiben wollen. Volle Akkus und ich erhalten knapp 40 VDC, leere 20 VDC. Ich war der Meinung durch die Verwendung der relativ hohen Spannungen mehr Drehmoment zu bekommen und konnte feststellen, dass ich den Schrittmotor ohne Last irrsinnig schnell laufen lassen konnte.
Richtig ist, das das Drehmoment durch die Stromwerte bestimmt wird. Der Betrieb des Schrittmotors mit einer höheren Spannung als jene 3,6 VDC erlaubte es dem Trinamic IC bei Lastspitzen kurzzeitig den Strom auf 120% zu erhöhen um damit Lastspitzen abfangen zu können ohne die Schrittmotor-Auswahl für die Lastspitzen auslegen zu müssen. Andererseits nutzen die ICs von Trinamic gleiches Verfahren um den Strom soweit zu reduzieren wie ich mit einem Sicherheitspuffer für die jeweils anliegende Last benötige. Das spart Energie, erhöht die Betriebszeit mit einem Akku und reduziert die Erwärmung des Schrittmotors.
Die höher angelegte Spannung für den Motor wirkt aber dahin, dass die effektive Spannung, angelegte Spannung + (-induzierte Spannung) immer ein Maximum an verfügbaren Drehmoment erzeugt. Das hatte ich in meinen Experimenten gesehen, dass die Schrittmotore wahnsinnig schnell drehen konnte, aber was dahinter steht falsch verstanden habe.
“SilentStepSticks TMC5160hv gekauft, welche bis zu 20A und bis zu 60 VDC” – Wo gibts die denn und was kosteten die?
Hallo,
Ich bräuchte für mein Techniker Projekt ein etwas Hilfe beim Programmieren. Also wir wollten etwas ähnliches wie eine Zeichenmschine bauen wo zwei Schrittmotoren angesteuert werden (x plus y Achse). Programmieren wollten wir das über das Programm atmen Studio 6.2 nur leider kommen wir mit dem Programm nicht weiter. Kannst du eventuell helfen? Danke im voraus LG Sebastian
Hallo Sebastian,
könnte vielleicht schon helfen, wo liegen denn die Probleme? Habt ihr es auch schon mal mit dem Arduino probiert, für den Einstieg in die Mikrocontroller-Programmierung ist es mit dem eventuell einfacher.
Beste Grüße,
Toni
Ich bin echt begeistert von dem Projekt. Was mich jetzt noch interessieren würde wie groß der Verfahrwege in x bzw. y Richtung sind und wie groß die Schrittmotoren dimensioniert sein müssen (also von wegen Reibung und Masse die bewegt werden soll). Ein Anhaltswert für das Nennmoment (Nm) würde mir echt helfen.
Hallo Chris,
freut mich dass dir der Eigenbau der Schrittmotorsteuerung gefällt 🙂
Also die Verfahrwege sind ca. 1000 x 300 mm. Weitere Informationen zur Auslegung deiner Schrittmotoren findest du z.B. auch hier: Schrittmotor Auslegung und Auswahl. Es hängt stark von Deiner Anwendung ab was für einen Schrittmotor du benötigst. Und je kleiner deine Spindelsteigung desto schwächer kann dann auch das Antriebsmoment des Motors sein. Damit du einen Faustwert hast: Mit einem Schrittmotor mit einem Drehmoment von 1-2 Nm kommt man in der Regel schon sehr weit.
Hallo Herr Lechner
Ich habe für eine Spezialanwendung folgendes vor:
ich möchte 32 Schrittmotoren ansteuern und positionsgenau anpeilen für einen Roboter, geht das über USB? lg D.W.
Hallo,
kann durchaus funktionieren, hängt von der Architektur ab. Mit z.B. einer Schnittstelle USB <> RS232 (Controller) kann man schon sehr viel anfangen. Evtl. mal den Controllino im Auge behalten.
Schöne Grüße und viel Erfolg!
@Daniel: Seit ich mich mit dem 3D Druck beschäftige würde ich, gerade wenn so viele Schrittmotoren gesteuert werden sollen das Thema ganz anders und einfacher und billiger zu realisieren.
Aus dem 3D Drucker-Markt ist eine große Nachfrage gerade im Consumer Markt entstanden, welcher eben auch sehr preis sensitiv ist. Es kommen dort zum Einsatz kleine sehr preiswerte Platinen die SilentStepSticks genannt werden und die mit ICs von Trinamic, TMC 2208 oder 2209 heißen. Wenn du dazu eine Steuerkarte mi einem 32 Bit Controller erwirbst, ich habe mir den BTT-SKR-PRO V1.2 gekauft, dann kann eine solche Karte bis zu 6 Schrittmotoren steuern. Das tolle, die Karte benötigt dazu nur eine Eingabe als Text von etws was G-Code heißt. Mit G-Code kannst du mit minimalen Aufwand den Schrittmotor steuern.
Hey 🙂
erstmal klasse Anleitung !
mein project ist es einen slider für Zeitraffer aufnahmen zu entwerfen. ich werde versuchen eine 2 Achsen Steuerung zu bauen um zum einen die Kamera um die eigene Achse drehen zu können und zum anderen die Kamera über den slider gleiten zu lassen.
Das ganze will ich dann über einen Raspberry Pi ansteuern sodass ich den slider auch in die Natur mitnehmen kann. Zusätzlich lassen sich damit die Bilder via gPhoto2 o.ä. übertragen. Meiner Meinung nach ein klasse Programm
Ich hoffe das klappt dann irgendwann^^
Wenn ihr an dem Projekt interessiert seit könnt ihr bei mir mal vorbei schaun auf: Creatgraphy.com und die Entwicklung verfolgen :-)… wird jedoch erst in so 6 Wochen gestartet 😉
bis dahin viel spass beim nachbauen und konstruieren
Hätte gerne auch hilfe bei meinem eigenbau cnc…
Als gelernter cnc dreher ist das herstellen der mechanik portal usw kein problem
Aber wie bekomm ich die elektronik und steuerung hin bzw ansteckerrei ;( Lg
Hallo Thomas,
also zum Start kann ich Dir empfehlen, dass Du einfach mal hier reinschaust:
https://www.precifast.de/elektronik/
https://www.precifast.de/software/
Es hängt stark von Deinem Budget ab, für welche Steuerung und für welche Software du dich dann entscheidest. Empfehlen kann ich z.B. die Triple Beast https://www.precifast.de/triple-beast/ und als Software z.B. Mach 3 https://www.precifast.de/pc-fuer-mach-3-vorbereiten/
Das ganze würde z.B. so funktionieren:
Deine Schrittmotoren werden elektrisch mit der Triple Beast verbunden. Das ist nicht besonders schwierig. Außerdem brauchst du als Spannungsversorgung für dein Triple Beast z.B. ein Festspannungsnetzteil.
Und dann schließt du das Triple Beast an einem normalen PC über den Druckeranschluss (LPT) an. Und deine Maschine kannst du dann ohne weitere extras direkt mit Mach3 am PC steuern.
Allerdings brauchst du zusätzlich noch Endschalter (https://www.precifast.de/naeherungsschalter/) zum Anfahren der Maschinennullposition und natürlich Notaus-Taster.
Wenn Du weitere Hilfe brauchst, kannst du mich auch gerne über das Kontaktformular kontaktieren, dann melde ich mich per E-Mail bei dir!
Hallo Toni !
Habe die Berichte über Schrittmotor + Ansteuerung und alles was dazugehört mit Begeisterung gelesen. Genauso etwas würde ich brauchen. Meine bitte an dich würdest du mir
Helfen um meine Idee zu verwirklichen?
Welche Bauteile brauche ich um IR Lampe Linear von links, Punkt A (Nullpunkt) nach rechts Punkt B ca. 2500 mm zu bewegen.
Arbeitsabfolge :
Erster Arbeitsgang, von A nach B Geschwindigkeit ( regelbar ) , von B nach A schneller zurück.
Zweiter Arbeitsgang
Von A nach B mit geänderter Geschwindigkeit und zurück nach A . Geänderter Geschwindigkeit.
Weitere Ag. Wenn nötig gleich wie Zweiter jedoch mit geänderter Geschwindigkeit.
Ich bedanke mich im Voraus für deine Zeit.
Gruß Hans
Hallo Hans,
das klingt interessant. Was Du brauchst ist auf jedenfall:
– Schrittmotor
– Schrittmotorendstufe passend zum Schrittmotor
– z.B. Trapezgewindespindel Länge 2500 mm
– Trapezgewindemutter
– Führung, z.B. dünne Rundstange mit Schlitten
– Mikrocontroller und ein paar Tasten oder Drehregler um die Funktionen (Geschwindigkeitssteuerung usw.) abzubilden
– Spannungsversorgung (Batterie oder Netzteil)
Das hört sich jetzt vielleicht kompliziert an, ist aber absolut kein Hexenwerk und wenn die Teile da sind kann man sowas in recht kurzer Zeit aufbauen 🙂
Ich melde mich auch noch per Email bei Dir!
Schöne Grüße,
Toni
Hallo Hr. Lechner,
sind sie bereit mir bei einer speziellen Schrittmotorsteurung (nema 17) zu helfen?
Der Schrittm. hat zwei Aufgaben als Pilot auf einen 4/3 Wege Hydr. Proportionalventil die Richtung:
(Hydr. Linearmotor rechts/links bzw. ein- ausfahren 0-Stellung [Reed-Kontakt oder ähnlich] stop )
den Volumenstrom: durch ca. 100 Schritte im Uhrzeigersinn (ca 30°) regeln. (ausfahren)
durch ca. 100 Schritte im gegen Uhrzeigersinn (ca 30°) regeln.(einfahren)
Kann die Steuerung in unmittelbarer nähe Schrittm. angebaut werden?
Wenn sie intersiert sind bitte um E-Mail
MfG
WR
Wow, so eine Schrittmotorsteuerung selber zu bauen ist sicherlich nicht einfach, aber ich kann mir da gut vorstellen, dass diese eine Menge Spaß macht. Vielleicht versuche ich es selber in naher Zukunft auch noch. Momentan fehlen mir dazu aber noch ein paar Kenntnisse. Aber eine echt super Anleitung die du da verfasst hast;)
Gruß Andreas