Fig. 07 · Laboratorio de robótica · Ajusta el límite de corriente y luego da pasos

Driver de motor paso a paso A4988

Arduino Nano

Cargando la figura…

Banco

Aún sin lectura

VREF (multímetro)

Aún sin lectura

Consumo de corriente

0 mA

Monta y avería

1MontajeSiguiente
Déjala en la placa desnuda
Empieza desde la placa portadora verde desnuda: 15,24 x 20,32 mm, esquinas rectas, sin agujeros de montaje y dieciséis agujeros metalizados a lo largo de los dos lados largos. Todo vuelve a su sitio en el orden de fábrica.
2
Coloca las piezas de montaje superficial y haz el reflujo
3
Pon las dos tiras de pines
4
Suelda los 16 pines de las tiras
5
Pon el jumper RST-SLP y el de 100 µF
6
Conecta la Nano
7
Conecta el motor
8
Conecta la LiPo
9
Pon el multímetro en el trimpot
10
Alimenta el banco
11
Ajusta el límite de corriente
12
Paso completo
13
Medio paso
14
1/16 de paso
15
Conecta la LiPo al revésAveríala
16
Pon el de 100 µF al revésAveríala
17
Deja sin poner el jumper RST-SLPAveríala
18
Funciona con una batería cansadaAveríala
19
Mezcla las parejas de bobinasAveríala
20
Sube el límite hasta 1,68 AAveríala
21
Desconecta el motor mientras funcionaAveríala
22
Vista despiezada

Averíala a propósito

Cada avería es de las que pillan a quien monta de verdad. Provócala, lee el síntoma en el banco y luego arréglala.

LiPo conectada al revés
polaridad invertida
Por qué pasa
Síntoma: Un chasquido en el chip, los cables de la batería se calientan y el driver queda muerto.
Pololu no indica ninguna protección contra la tensión inversa. Cada interruptor del puente tiene un diodo intrínseco que va de GND a VMOT; al revés, esos diodos conducen y cortocircuitan la batería a través del chip. Una LiPo puede dar decenas de amperios, mucho más de lo que aguantan los diodos.
Solución: Comprueba que el rojo va a VMOT antes de conectar, usa un conector con forma, o pon un diodo en serie o un MOSFET de protección contra la polaridad inversa en la alimentación.
Electrolítico de 100 µF al revés
pieza al revés
Por qué pasa
Síntoma: El condensador se calienta, se hincha y abre la válvula con un siseo.
Un electrolítico solo aguanta tensión en un sentido. Al revés, la capa de óxido se rompe, conduce, se calienta y se abre la válvula de presión de su parte de arriba.
Solución: La franja (negativo) a GND y la pata larga a VMOT. Cambia un condensador que ha estado al revés aunque parezca estar bien.
RST al aire
falta una pieza
Por qué pasa
Síntoma: Hay alimentación y la Nano envía pulsos, pero las bobinas están apagadas: el eje gira libremente con la mano.
En esta placa portadora RST no tiene pull-up propio. Al aire, se queda en bajo o va cambiando, y mientras RST está en bajo el traductor se queda en Home y las salidas están apagadas.
Solución: Vuelve a poner el jumper entre RST y SLP, o pon RST en alto desde un pin.
VMOT por debajo de 8 V
caída de tensión
Por qué pasa
Síntoma: El motor va a trompicones y se queda atrás respecto a los pulsos: pierde pasos y acaba en un sitio distinto de donde cree el sketch.
El A4988 está especificado a partir de 8 V en VMOT. Una batería 2S da 8,4 V cargada, pero baja de 8 V mucho antes de estar vacía. Por debajo de eso el chip está fuera de sus valores nominales: las salidas se cortan y se pierden pasos. Un motor paso a paso no tiene sensor, así que nada se da cuenta.
Solución: Usa una batería 3S o una fuente de 12 V, y deja de usarla antes de que la batería caiga.
Parejas de bobinas mezcladas
ajuste incorrecto
Por qué pasa
Síntoma: El motor zumba y tiembla en su sitio, pero no gira.
Cada puente H tiene que controlar los dos extremos de una misma bobina. Con el verde y el rojo intercambiados, cada puente controla un extremo de cada bobina, los dos campos se pelean y el rotor oscila entre dos posiciones.
Solución: Busca las parejas con un multímetro: unos pocos ohmios entre los dos cables de una bobina, circuito abierto entre bobinas. Luego una pareja en 1A y 1B, y la otra en 2A y 2B.
Límite de corriente demasiado alto
sobrecalentamiento
Por qué pasa
Síntoma: La placa quema al tocarla, luego el motor se para, vuelve a arrancar unos segundos después y se para otra vez.
A 1,68 A, los caminos de las dos bobinas disipan unos 1,8 W en el chip, I² por unos 0,64 Ω, y más a medida que se calienta. La placa sin disipador no puede deshacerse de ese calor: el chip llega a 165 °C, el apagado térmico desconecta las salidas, se enfría 15 °C y vuelve a empezar. Pololu sitúa el límite sin disipador en 1 A por bobina, más o menos.
Solución: Vuelve a bajar VREF a 0,544 V (1,0 A). Para más corriente, pon un disipador y ventilación.
Motor desconectado con alimentación
tensión incorrecta
Por qué pasa
Síntoma: Una chispita en el conector, el motor queda flojo y el driver ya nunca vuelve a moverlo.
La corriente de una bobina no puede pararse de golpe. Abrir el circuito la obliga a hacerlo, y la bobina responde con un pico de tensión, L x di/dt, muy por encima de los 35 V que admiten las salidas del A4988. Pololu avisa de que esto puede destruir el driver, a menudo sin dejar ninguna marca visible.
Solución: Conecta o desconecta el motor solo con la alimentación apagada. Revisa los conectores del motor y las soldaduras de las tiras: uno suelto hace lo mismo.

Conoce el banco

móntalo, mide el trimpot, mueve un NEMA 17 paso a paso

Un motor paso a paso gira en pasos fijos, 200 por vuelta en un NEMA 17, y se mantiene en su sitio con las dos bobinas encendidas. El A4988 hace la parte difícil: conmuta las dos bobinas a través de dos puentes H en el orden correcto, un paso por cada pulso en STEP, en el sentido que fija DIR, y limita la corriente de cada bobina con un chopper que vigila la tensión en una resistencia de sensado de 0,068 Ω. Ese límite se ajusta antes de que nada gire: la tensión en el rotor metálico del trimpot, VREF, da I_MAX = VREF / (8 x 0,068 Ω), así que 0,544 V en un multímetro son 1,0 A, más o menos lo que aguanta la placa portadora sin disipador. Monta la placa portadora de Pololu, conecta una Nano, el motor y una LiPo 2S, mide el trimpot mientras un sketch de retención mantiene las bobinas encendidas, y luego mueve el motor en pasos completos, medios pasos y pasos de 1/16. Las averías son las clásicas: una batería al revés, el pin de reinicio al aire, una batería cansada por debajo de 8 V, las parejas de bobinas mezcladas, el límite subido hasta los 1,68 A del motor y el motor desconectado mientras funciona.

Fuentes

En el banco

Seleccionado

El sketch usa 1580 bytes del espacio de almacenamiento de programa

Código: Retención, ajusta Vref

// A4988: un pulso en STEP es un paso, DIR elige el sentido
const int STEP = 3, DIR = 4;           // STEP y DIR
const int MS1 = 5, MS2 = 6, MS3 = 7;   // MS1, MS2 y MS3 eligen el tamaño del paso

// n pulsos, cada uno en HIGH y luego en LOW durante halfUs microsegundos
void pulses(long n, int halfUs) {
  for (long i = 0; i < n; i++) {
    digitalWrite(STEP, HIGH); delayMicroseconds(halfUs);
    digitalWrite(STEP, LOW); delayMicroseconds(halfUs);
  }
}

void setup() {
  for (int p = 3; p <= 7; p++) pinMode(p, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  digitalWrite(MS1, LOW); digitalWrite(MS2, LOW); digitalWrite(MS3, LOW);   // todos en bajo: paso completo, 200 pasos por vuelta
  digitalWrite(DIR, HIGH);
  delay(1);                     // el chip necesita 1 ms después de despertar antes del primer paso
  Serial.println("hold: coils on, no steps");   // sin pulsos: las dos bobinas siguen encendidas y el eje se mantiene
}

void loop() {
}

Tareas prácticas

0/2 tareas

Escribe el código y luego ejecuta las comprobaciones. La ejecución usa un reloj virtual y un entorno con guion, así que el mismo código da siempre el mismo resultado.

Una vuelta de ida y vuelta

Arduino C++

Paso completo, con los pines MS al aire. Gira el eje exactamente una vuelta hacia delante (DIR en D4 en HIGH, 200 pulsos en D3, cada uno 2500 µs en alto y 2500 µs en bajo), imprime "one turn", espera 500 ms, y luego pon DIR en LOW, da 200 pulsos de vuelta hasta donde empezó e imprime "home".

Comprobaciones

Aún sin ejecutarFunciona durante 3 s
Aún sin ejecutarDIR (D4) está en HIGH a la ida
Aún sin ejecutarSTEP (D3) da un pulso cada 5 ms, unas 400 veces
Aún sin ejecutarImprime "one turn" después del primer segundo
Aún sin ejecutarDIR está en LOW a la vuelta
Aún sin ejecutarImprime "home"

Pistas

200 pasos completos de 1,8° hacen 360°. Cada pulso: digitalWrite(STEP, HIGH); delayMicroseconds(2500); digitalWrite(STEP, LOW); delayMicroseconds(2500);
Mete el bucle de pulsos en una función, steps(int n), y llámala dos veces.
Cambia DIR entre los dos movimientos, antes del primer pulso de la vuelta.

Código de Una vuelta de ida y vuelta

Un cuarto de vuelta por segundo, en pasos de 1/16

Arduino C++

Pon MS1, MS2 y MS3 (D5, D6, D7) en HIGH para 1/16 de paso. Luego da pulsos en STEP a 800 pulsos por segundo, 625 µs en alto y 625 µs en bajo, para que el eje gire un cuarto de vuelta cada segundo, e imprime "1 turn" después de cada 3200 pulsos.

Comprobaciones

Aún sin ejecutarFunciona durante 4,3 s
Aún sin ejecutarMS1 (D5) está en HIGH
Aún sin ejecutarMS2 (D6) está en HIGH
Aún sin ejecutarMS3 (D7) está en HIGH
Aún sin ejecutarSTEP (D3) da un pulso cada 1,25 ms, al menos 3000 veces
Aún sin ejecutarImprime "1 turn" después de 4 s

Pistas

1/16 de paso necesita los tres pines MS en HIGH, fijados una vez en setup().
Un cuarto de vuelta son 800 micropasos; 800 por segundo es uno cada 1250 µs, así que 625 µs en alto y 625 µs en bajo.
Cuenta 3200 pulsos en un bucle for y luego imprime. 3200 x 1,25 ms = 4 s por vuelta.

Código de Un cuarto de vuelta por segundo, en pasos de 1/16

Monta y avería

1MontajeSiguiente

Déjala en la placa desnuda

Empieza desde la placa portadora verde desnuda: 15,24 x 20,32 mm, esquinas rectas, sin agujeros de montaje y dieciséis agujeros metalizados a lo largo de los dos lados largos. Todo vuelve a su sitio en el orden de fábrica.

Coloca las piezas de montaje superficial y haz el reflujo

Pon las dos tiras de pines

Suelda los 16 pines de las tiras

Pon el jumper RST-SLP y el de 100 µF

Conecta la Nano

Conecta el motor

Conecta la LiPo

Pon el multímetro en el trimpot

Alimenta el banco

Ajusta el límite de corriente

Paso completo

Medio paso

1/16 de paso

Conecta la LiPo al revésAveríala

Pon el de 100 µF al revésAveríala

Deja sin poner el jumper RST-SLPAveríala

Funciona con una batería cansadaAveríala

Mezcla las parejas de bobinasAveríala

Sube el límite hasta 1,68 AAveríala

Desconecta el motor mientras funcionaAveríala

Vista despiezada

Conoce el banco

móntalo, mide el trimpot, mueve un NEMA 17 paso a paso

En el banco

Seleccionado

El sketch usa 1580 bytes del espacio de almacenamiento de programa

Código: Retención, ajusta Vref

// A4988: un pulso en STEP es un paso, DIR elige el sentido
const int STEP = 3, DIR = 4;           // STEP y DIR
const int MS1 = 5, MS2 = 6, MS3 = 7;   // MS1, MS2 y MS3 eligen el tamaño del paso

// n pulsos, cada uno en HIGH y luego en LOW durante halfUs microsegundos
void pulses(long n, int halfUs) {
  for (long i = 0; i < n; i++) {
    digitalWrite(STEP, HIGH); delayMicroseconds(halfUs);
    digitalWrite(STEP, LOW); delayMicroseconds(halfUs);
  }
}

void setup() {
  for (int p = 3; p <= 7; p++) pinMode(p, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  digitalWrite(MS1, LOW); digitalWrite(MS2, LOW); digitalWrite(MS3, LOW);   // todos en bajo: paso completo, 200 pasos por vuelta
  digitalWrite(DIR, HIGH);
  delay(1);                     // el chip necesita 1 ms después de despertar antes del primer paso
  Serial.println("hold: coils on, no steps");   // sin pulsos: las dos bobinas siguen encendidas y el eje se mantiene
}

void loop() {
}

Driver de motor paso a paso A4988

El banco

Monta y avería

Déjala en la placa desnuda

Coloca las piezas de montaje superficial y haz el reflujo

Pon las dos tiras de pines

Suelda los 16 pines de las tiras

Pon el jumper RST-SLP y el de 100 µF

Conecta la Nano

Conecta el motor

Conecta la LiPo

Pon el multímetro en el trimpot

Alimenta el banco

Ajusta el límite de corriente

Paso completo

Medio paso

1/16 de paso

Conecta la LiPo al revésAveríala

Pon el de 100 µF al revésAveríala

Deja sin poner el jumper RST-SLPAveríala

Funciona con una batería cansadaAveríala

Mezcla las parejas de bobinasAveríala

Sube el límite hasta 1,68 AAveríala

Desconecta el motor mientras funcionaAveríala

Vista despiezada

Averíala a propósito

LiPo conectada al revés

Electrolítico de 100 µF al revés

RST al aire

VMOT por debajo de 8 V

Parejas de bobinas mezcladas

Límite de corriente demasiado alto

Motor desconectado con alimentación

Estado en vivo

Consumo de corriente

Ponte a prueba

Después de: Pon el jumper RST-SLP y el de 100 µF

Después de: Ajusta el límite de corriente

Después de: 1/16 de paso

Después de: Desconecta el motor mientras funciona

Cuestionario final del banco

Conoce el banco

Fuentes

En el banco

Tareas prácticas

Una vuelta de ida y vuelta

Comprobaciones

Un cuarto de vuelta por segundo, en pasos de 1/16

Comprobaciones

Driver de motor paso a paso A4988

El banco

Monta y avería

Déjala en la placa desnuda

Coloca las piezas de montaje superficial y haz el reflujo

Pon las dos tiras de pines

Suelda los 16 pines de las tiras

Pon el jumper RST-SLP y el de 100 µF

Conecta la Nano

Conecta el motor

Conecta la LiPo

Pon el multímetro en el trimpot

Alimenta el banco

Ajusta el límite de corriente

Paso completo

Medio paso

1/16 de paso

Conecta la LiPo al revésAveríala

Pon el de 100 µF al revésAveríala

Deja sin poner el jumper RST-SLPAveríala

Funciona con una batería cansadaAveríala

Mezcla las parejas de bobinasAveríala

Sube el límite hasta 1,68 AAveríala

Desconecta el motor mientras funcionaAveríala

Vista despiezada

Averíala a propósito

LiPo conectada al revés

Electrolítico de 100 µF al revés

RST al aire

VMOT por debajo de 8 V

Parejas de bobinas mezcladas