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Projekt: Drahtführung für Wickelautomat (Teil 6)

Der nächste Button hängt an Pin 8 des NANO. Er simuliert den Endanschlag an der linken und rechten Seite der Spulenbreite. Hier muss aus aktueller Sicht auch nicht zwischen links und rechts unterschieden werden, weil einfach nur ein sofortiger Stop und ein Wechsel der Bewegungsrichtung notwendig ist. Die beiden Endschalter sind also später parallel zu schalten. Zur Simulation reicht jetzt einer.

Der Button an Pin 9 setzt den Motor wie schon vorher in Gang. Der Button an Pin 8 leitet einen sofortigen Stop ein und ändert die Drehrichtung. Damit man das sieht muss die Bewegung aber mit dem „Bewegungs“-Button eingeleitet werden. Das Programm dazu:

// step and 2 buttons
// -*- mode: C++ -*-
//
// Ein Button um den Motor zu bewegen, zweiter Button um die Drehrichung zu ändern
//
// Thomas Sturm mit diversen Quellen

#include <AccelStepper.h>

// Define a stepper and the pins it will use
AccelStepper stepper(AccelStepper::DRIVER, 2, 5); // pin 2 = step, pin 5 = direction

// The button definition
const int buttonTurn = 9;     // the number of the buttonTurn pin, btn to Vcc, pin via resistor to ground
const int buttonEnd = 8;     // the number of the buttonEnd pin, btn to Vcc, pin via resistor to ground

// variables will change:
int btnTurnState = 0;         // variable for reading the pushbutton status
int btnEndState = 0;         // variable for reading the pushbutton status
int weg = 200;                // variable for Länge der Bewegung

void setup()
{
  // Anpassungen an Stepper
  stepper.setMaxSpeed(20);   // max steps per second
  stepper.setAcceleration(10);  // Beschleunigung in Steps per second per second

  // Die Pins an denen die Buttons hängen als Eingang definieren
  pinMode(buttonTurn, INPUT);     
  pinMode(buttonEnd, INPUT);     

}

void loop()
{
  // Auslesen der Button-Zustände
  btnTurnState = digitalRead(buttonTurn);
  btnEndState = digitalRead(buttonEnd);
 
  // beide Buttons auswerten

  if (btnTurnState == HIGH) {     
    stepper.move(weg);
  }

  if (btnEndState == HIGH) {
    weg = – weg;    // Drehrichtung ändern
    stepper.stop();  // sofortigen Stop einleiten, siehe AccelStepper Classes
  }

stepper.run();   // run immer ausführen um Bewegung zu vollenden, siehe AccelStepper Classes
}

Beim Ablauf des Programms gibt es jetzt aber schon ein Problem. Beim Drücken des Endstop-Buttons (Pin 8) wird zwar immer ein Stop ausgeführt. Leider scheint sich die Drehrichtung nicht immer zu ändern. Ich würde mal schätzen, dass entweder der Button prellt, oder aber die loop-Schleife während eines Buttondrucks mehrfach durchläuft. Das habe ich abgesichert. Dann stellte sich aber heraus, dass das natürlich auch für den „Bewegungs“-Button gilt, was vorher nicht auffiel. Ich habe eine neue Variable int lock (in die Variablen-Deklarationen aufnehmen !!) eingeführt und die loop folgendermaßen geändert:

void loop()
{
  // Auslesen der Button-Zustände
  btnTurnState = digitalRead(buttonTurn);
  btnEndState = digitalRead(buttonEnd);
 
  // beide Buttons auswerten

  if (btnTurnState == HIGH && stepper.distanceToGo() == 0) {     
    stepper.move(weg);
    lock–;
  }

  if (btnEndState == HIGH && lock < 1) {
    weg = – weg;    // Drehrichtung ändern
    lock = 5;        // mindestens 5 Bewegungstrigger muss gewartet werden, bis wieder ein Richtungtrigger möglich ist
    stepper.stop();  // sofortigen Stop einleiten, siehe AccelStepper Classes
  }

stepper.run();   // run immer ausführen um Bewegung zu vollenden, siehe AccelStepper Classes
}

Es steht ja schon im Kommentar: Bevor ein Stop und eine Richtungsänderung erneut möglich ist, müssen erst 5 Bewegungstrigger kommen. Nur dieser Anteil allein brachte aber nicht die notwendige Wirkung, weil eben auch der andere Button nicht kurz genug gedrückt werden kann. Also musste auch hier eine Sicherheit gegen Mehrfachbetätigung eingeführt werden. Über stepper.distanceToGo() == 0 lässt sich das einfach bewerkstelligen. Erst wenn eine Bewegung beendet ist, kann eine neue erfolgen.

Projekt: Drahtführung für Wickelautomat (Teil 5)

Ein relativ einfacher nächster Schritt:

An Pin 9 des NANO wird ein Button gegen Vcc angeschlossen.  Das ist wieder der 5V-Anschluss am NANO, den ich schon zum Treiber „FAULT“ verbunden hatte. Gleichzeitig liegt am NANO-Pin 9 über einen 10k-Widerstand GND.
Die ganzen Grundlagen zu AVR, – nichts anderes ist der Arduino -, kann man sich auf Mikrocontroller.net erarbeiten.
Das Ziel dieser Aktion ist, dass der Motor losläuft, wenn der Button gedrückt wird.  Bei mir lief das problemlos. Der Motor macht eine volle Umdrehung, da 200 relative Schritte vorgegeben sind. Drückt man nochmal, wird wieder in die gleiche Richtung gedreht.

Hier das entsprechende Programm:

// step and button
// -*- mode: C++ -*-
//
// Make a single stepper turn on button press
//
// Thomas Sturm mit diversen Quellen

#include <AccelStepper.h>

// Define a stepper and the pins it will use
AccelStepper stepper(AccelStepper::DRIVER, 2, 5); // pin 2 = step, pin 5 = direction

// The button definition
const int buttonPin = 9;     // the number of the pushbutton pin, btn to Vcc, pin via resistor to ground
// only for test purpose
const int ledPin =  13;      // the number of the LED pin onboard

// variables will change:
int buttonState = 0;         // variable for reading the pushbutton status

void setup()
{
  // Change these to suit your stepper if you want
  stepper.setMaxSpeed(10);   // max 10 steps per second
  stepper.setAcceleration(5);
  // initialize the LED pin as an output:
  pinMode(ledPin, OUTPUT);      
  // initialize the pushbutton pin as an input:
  pinMode(buttonPin, INPUT);     

}

void loop()
{
  // read the state of the pushbutton value:
  buttonState = digitalRead(buttonPin);

  // check if the pushbutton is pressed.
  // if it is, the buttonState is HIGH:
  if (buttonState == HIGH) {     
    // turn LED on:    
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    stepper.move(200);
  }
  else {
    // turn LED off:
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
stepper.run();   // run immer ausführen um Bewegung zu vollenden, siehe AccelStepper Classes
}

 

Der jetzt eingebaute Button ist praktisch der Umdrehungssensor an der Drahtspule. Das Signal wird am Filawinder durch einen Magneten erzeugt, der an einem Hall-Sensor vorbeiläuft. Pro Umlauf der Spule muss sich später die Drahtführung um einen Drahtdurchmesser weiterbewegen.
Ein weiterer Button wird jetzt eingefügt. Er simuliert die Endpositionen, – die linke und rechte Seite der Spule.

Meine Testkonstruktion ist auch schon fertig. Sämtliche Halter, der Reiter und die Verbindungsmuffe sind gedruckte Teile. Die Files werde ich später zur Verfügung stellen.

Drahtführung Testaufbau Antrieb und Verbindung Drahtführung Testaufbau linker Halter Drahtführung Testaufbau Reiter Drahtführung Testaufbau Gesamtansicht

Projekt: Drahtführung für Wickelautomat (Teil 3)

Jetzt werde ich die ersten Gehversuche mit einem Schrittmotor wagen. Ich verwende dazu den schon aus dem letzten Teil bekannten Arduino Nano, einen Treiberbaustein Pololu DRV8825 und natürlich einen Schrittmotor. Der Schrittmotor hat die Typbezeichnung 17HS5425. Wichtig ist daran eigentlich nur, dass es ein bipolarer Schrittmotor ist. Daher hat er 2 Paare Anschlussdrähte, die jeweils eine Motorwicklung ansteuern.

Die Schaltung ist eigentlich zwischen DRV8825 und dem etwas bekannteren Typ A4988 gleich. Besser gesagt, in eine Schaltung für einen A4988 kann man auch einen DRV8825 einsetzen. Andersrum ist das nicht sichergestellt. Ich verwende deshalb diese Schaltung:Pololu DRV8825 Beschaltung

In dieser Schaltung kann sowohl der A4988 als auch der DRV8825 verwendet werden, auch wenn eine Pinbezeichnung verändert ist. Beim DRV8825 gibt es einen FAULT-Eingang. Der gleiche Pin ist am A4988 mit VDD bezeichnet. Und tatsächlich wird dieser Pin auch mit der Ausgangsspannung des Nano beschaltet. Am Nano  ist das der PIN „+5V“. Der liefert beim Anschluss an USB (oder andere) Strom. Zum Vergleich die A4988-Schaltung.Pololu A4988 Beschaltung

In dieser Schaltung bleibt bei mir „logic power supply“ unbeschaltet, da ich den Nano mit USB-Strom versorge. Am Arduino Nano gibt es übrigens für GND zwei Pins, die zu verbinden sind.

Kleine Hintergrundinfo:
Am DRV8825 ist FAULT intern über einen Widerstand mit SLEEP verbunden. Somit macht dann auch die Brücke zu RESET Sinn.

VMOT und GND werden mit der Stromversorgung für den Schrittmotor versorgt. Ja, da benötigt man extra Strom. Deshalb ja auch der Treiberbaustein. Denn der stellt den Motorwicklungen gezielt Strom zur Verfügung. Die läppischen Milliampere über USB reichen da bei Weitem nicht. Die Stromversorgung sollte unbedingt mit dem 100 µF (Mikrofarad) -Elko geglättet werden. Jetzt noch den Schrittmotor selbst anschließen und die Schaltung ist fertig. Die Verbindung zum Schrittmotor sollte unbedingt sehr sicher angelegt werden. Sollte auch nur ein Pin während des Betriebs keinen Kontakt haben löst sich der Treiberbaustein per Rauchwolke in wertlosen Schrott auf.

Zuletzt darf natürlich die Datenverbindung zwischen Nano und Treiberbaustein nicht fehlen. Welche Pins am Nano genommen werden ist egal, solange es digitale Pins sind. Die analogen sollten hier nicht genommen werden. Ich habe Pin D2 und D5 genommen.

Hier (Youtube) noch ein kleines Video zur Schaltungserklärung auf dem Breadboard.

Nachdem alles verdrahtet ist, kontrolliert wurde und die 12V-Stromversorgung für den Schrittmotor eingeschaltet ist lade ich ein erstes extrem simples Testprogramm auf den Arduino Nano. Einziges Ziel ist die Funktionskontrolle der Schaltung.Stepper ansteuern

Zum leichteren Kopieren nochmal als Text …

/*
Schrittmotor
alle 200ms ein Schritt in eine Richtung.

This example code is in the public domain.
*/

void setup() { 
// setzen der Digitalpins 1 und 2 als Ausgang.
pinMode(5, OUTPUT);
pinMode(2, OUTPUT); 
}

void loop() {
digitalWrite(5, HIGH); // DIR an Pin D5
digitalWrite(2, HIGH); // STEP an Pin D2
delay(100); // warte eine zehntel Sekunde
digitalWrite(2, LOW); // Gnd an Pin D2
delay(100); // warte eine zehntel Sekunde
}

Das Programm habe ich vor einiger Zeit in einem Forum entdeckt und gleich kopiert. Leider finde ich die Quelle nicht wieder. Auch wenn es als PD gekennzeichnet ist: Wenn jemand die Quelle weiß, wäre ich für den Hinweis dankbar.

Wenn das Programm übertragen wurde, sollte sich der Schrittmotor im Zehntelsekundentakt in Bewegung setzen. Bei mir hat es auf Anhieb funktioniert.

Projekt: Drahtführung für Wickelautomat (Teil 2)

Ich hatte ja schon erwähnt, dass ich mit dem Filawinder nicht ganz glücklich bin, weil die Führung des Drahtes auf der Spule nicht so gut funktioniert. Das liegt aber nicht etwa an einer schlechten Konstruktion des Gerätes, sondern daran, dass ich wesentlich größere Spulen verwende und 3mm-Draht produziere. Das Gerät ist aber wohl eher für 1,75mm-Draht und kleine Spulen ausgelegt.

Ich habe mir überlegt, dass ich die Konstruktion mit einem Schrittmotor antreiben will. Die Steuerung soll letztendlich von dem bereits im Gerät verbauten Arduino Nano erledigt werden. Das vorhandene Programm werde ich erweitern und die Anteile der Servosteuerung entfernen.

Zur Entwicklung in den ersten Schritten fange ich mit einem Breadboard an. Wer es nicht kennen sollte: Ein Steckbrett für elektrische Komponenten.

Ich fange mal klein an: Arduino Nano soll blinken.

Also den Nano per USB an den Rechner anschließen. Das kann problemlos bei laufendem Rechner passieren. Die Arduinos brauchen keinen zusätzlichen Strom. USB reicht.

Neben dem Arduino Nano wird die Entwicklungsumgebung gebraucht. Etwas Programmiersprache C sollte man beherschen dafür.  Nach der Installation findet man sich auf der Oberfläche wieder. Die sieht dann so aus:Arduino EntwicklungsoberflächeZuerst muss das Board ausgewählt werdenBoardauswahl in Arduino

… und jetzt noch das erste Testprogramm: BLINK…Blink auswählen in ArduinoDann sieht es so aus:

Arduino BlinkJetzt den Upload-Button Upload-Button drücken und dann wird diese Software, auch Sketch genannt, auf den Nano geladen. Danach blinkt die rote LED im Sekundentakt.Blink ErfolgDie grüne LED darunter zeigt an, dass der Nano mit Strom versorgt ist.