EKDR-STEPx4

Модуль управления 4 шаговыми двигателями.

Основные характеристики:

• До 4 двигателей
• Напряжение питания двигателей от 4,5 до 48 В
• Разные двигатели могут работать от разных источников питания
• Ток до 2,5 А на канал
• Микрошаг до 1/256
• Частота шагов до 500 кГц
• Защитные функции
• Управление и диагностика через гальванически изолированный CAN-интерфейс

Область применения:

• Управление линейными и поворотными механизмами на базе шаговых двигателей
• Управление дозаторами, подающими механизмами
• Управление заслонками и другими исполнительными механизмами с шаговым приводом

При питании двигателей от разных источников необходимо объединить “минус” этих источников.

Частота шагов теоретически может быть до 500 кГц. Однако фактическая частота зависит от двигателя и напряжения.

Защитные функции драйвера:

• Защита от пониженного напряжения питания (UVLO)
• Защита от перегрузки по току (OCP)
• Предупреждение о перегреве чипа драйвера (OTW) и защита от перегрева драйвера (OTSD)
• Обнаружение обрыва нагрузки (OL)
• Защита от недостаточного напряжения зарядового насоса (CPUV)

В качестве драйвера для двигателя используется чип DRV8834S.

Для индикации состояния двигателей подключается модуль EKLD-10.

Для разных каналов можно использовать разное напряжение. Минусовой провод всех источников объединяется на модуле.

Заданная конфигурация: Скопировано

Стоимость: $

Скачать 3D STEP

На рисунке отображена функциональная схема модуля.

EKBS - шина данных и питания между модулями.

Изолирующий DC/DC преобразователь B2403 обеспечивает питание модуля напряжением 3.3 В.

EKMC-ESP32C3 - плата с микроконтроллером ESP32-C3 для управления работой модуля. Выполняет следующие функции:

• через шину CAN получает команды от управляющего контроллера и отправляет данные фактической работы и диагностики
• через интерфейс I²C управляет чипом MCP23017
• через интерфейс SPI управляет 4 драйверами шаговых двигателей DRV8834S
• задаёт импульсы STEP для команд перемещения шаговых двигателей. Подробнее в разделе Задание импульсов STEP

Чип MCP23017 необходим для подачи команд на драйвера шаговых двигателей:

• SLEEP - перевод драйвера в спящий режим. Используется для снижения энергопотребления, когда двигатель длительное время не работает. Спящий режим отключается при высоком уровне сигнала.
• ENABLE - разрешение включения силовых выходов драйвера. Используется для быстрого включения или снятия тока с обмоток двигателя без полного отключения драйвера. Разрешение активно при высоком уровне сигнала.
• DIR - задание направления вращения шагового двигателя.

Адрес MCP23017 на шине I²C - 0x20.

Драйверы DRV8834S объединены в последовательную цепочку daisy chain. Это позволяет передавать конфигурационные и управляющие данные всем драйверам по общей шине SPI. Последовательность драйверов - от канала CH3 до CH0. Нужно учитывать, что на плате модуля может быть установлено меньшее количество драйверов. В таком случае в цепочку линий MOSI-MISO возле отсутствующих драйверов запаивается перемычка.

На модуль светодиодной индикации EKLD-10 выводится по 2 сигнала с каждого драйвера:

• индикация шагов STEP
• сигнал FAULT о наличии ошибки

Драйвер поворачивает шаговый двигатель на один микрошаг при получении импульсов на входе STEP. При этом можно задавать количество и частоту импульсов:

• количество импульсов определяет угол поворота двигателя
• частота импульсов (промежуток времени между импульсами) определяет скорость поворота двигателя

В данном модуле импульсы STEP создаются в микроконтроллере ESP32-C3. Можно использовать несколько способов:

• ESP timer
• LED control (LEDC)

ESP timer - это высокоуровневый программный таймер в ESP‑IDF, построенный поверх аппаратных таймеров, который позволяет вызывать пользовательские функции с микросекундной точностью.

Документация приведена на сайте - ссылка.

Минимальный период вызова 50 мкс. Это даёт возможность генерации импульсов до 10 кГц. Для большинства задач этого достаточно, хотя и не покрывает все возможности драйвера DRV8834S, который может работать на частоте до 500 кГц.

Используя ESP timer, можно точно отсчитать количество импульсов.

LED control (LEDC) - это аппаратный ШИМ-модуль в ESP32, предназначенный для генерации сигналов с регулируемой скважностью на выводах микроконтроллера.

Документация приведена на сайте - ссылка.

Возможность генерации импульсов до 40 МГц, что даёт возможность работы с драйвером DRV8834S на всех частотах.

В отличие от ESP timer, рассчитать точное количество импульсов нельзя. Поэтому данный способ можно использовать в случае, когда шаговый двигатель должен работать на высоких частотах с заданием скорости.

DRV8834S даташит	Скачать	Ссылка
MCP23017 даташит	Скачать	Ссылка
ESP32-C3 даташит	Скачать	Ссылка