Sistema didáctico de motores a pasos implementado con microcontroladores

Abstract

RESUMEN: La automatización en los procesos de producción permite obtener productos con las mismas características en grandes cantidades, por lo que se requieren máquinas que puedan repetir cientos de veces la misma operación con la misma precisión. Entre los motores que se utilizan en el movimiento y posicionamiento de los ejes de estas máquinas están los motores a pasos; estos motores presentan la ventaja de tener alta precisión y repetibilidad en cuanto al posicionamiento. En la actualidad los motores a pasos híbridos más ampliamente usados son los unipolares y bipolares, ya que éstos no requieren de retroalimentación en sus sistemas de control por lo que son usados en lazo abierto, simplificando el diseño de sus sistemas de control. En este trabajo de tesis se desarrolla un prototipo didáctico de un sistema de control para motores a pasos, para facilitar el proceso enseñanza-aprendizaje en el Sistema de Educación Media Superior Tecnológico del país, a un costo reducido que permita su implantación en las Instituciones que lo conforman, para ello se abordan los principios y funcionamiento de los motores a pasos unipolar y bipolar, ambos del tipo híbrido. Se diseñaron y construyeron dos tarjetas en circuito impreso, una para el sistema de control para motores a pasos unipolares híbridos, utilizando MOSFET’s en la etapa de conmutación de potencia y otra para el sistema de control de motores bipolares híbridos en la cual la etapa de excitación de potencia se implementó con transistores. Para ambas tarjetas, se diseñó la etapa del secuenciador lógico con un microcontrolador, además se emplean los mismos circuitos en la etapa de entrada y de salida de las señales de control. Se desarrolló una interfaz de usuario con Microsoft Visual Studio 2005 en Visual Basic 2005, capaz de controlar y supervisar las tarjetas diseñadas a través del puerto paralelo de la PC.

ABSTRACT: Automation in production processes has made it possible to fabricate huge quantities of items, with identical characteristics, by the use of machines that can repeat the same operation with the same precision, hundreds or thousands of times. Step motors are used for the movement and positioning of these machines, with the advantage of a high precision and total repeatability. Nowadays, the most used step motors are the hybrid ones, both unipolar and bipolar, because they need no feedback in their control systems; it allows their use in open loop systems, simplifying their design and implementation. In this thesis, a low-cost prototype for educational purpose is presented, in order to facilitate the process of teaching and learning in the Institutes that formed the Mexican technological system of bachelor education; to do so, hybrid step motor principles and performance are considered. Two printed circuit boards were designed and built, one for the hybrid unipolar step-motor control system, using MOSFET in the power stage, and another one for the hybrid bipolar step-motor control system, with its power stage implemented with transistors. Both cards were designed using a microcontroller for their logical sequencer stage; identical circuits are used in both cards for the input and output stages of the control signals. Finally, a user interface was designed using Microsoft Visual Studio 2005 and specifically Visual Basic, with the purpose of controlling and supervising the boards, through the PC parallel port.