Plato giratorio con motor paso a paso

Construcción de un plato giratorio, con un motor paso a paso unipolar de 5 hilos 28BYJ-48. Los platos giratorios se utilizan desde hace mucho tiempo en los escaparates como expositores, sobretodo en tiendas de relojes y joyerías. En mi caso, lo voy a utilizar para grabar algunas escenas de montajes electrónicos. Este plato puede girar en ambos sentidos con gran precisión, y a una velocidad configurable a elegir entre uno de sus 6 preset. El controlador del motor está hecho con un microcontrolador Atmega328P (Arduino). Aprovechando la gran precisión de giro de los motores paso a paso, este plato giratorio se podría utilizar como temporizador cíclico, montando levas en el plato para accionar uno o varios pulsadores.

Motores Paso a Paso

Un motor paso a paso convierte los impulsos eléctricos que recibe en sus bobinas, en movimiento de rotación, y se considera como un motor de corriente continua sin escobillas.

Motor Unipolar de 5 hilos

Un motor paso a paso funciona con tensión continua, y puede ser de casi cualquier tamaño y par. Cuando se le aplica energía en alguno de sus bobinados, da un «paso» en lugar de girar constantemente. Cada paso provoca una rotación con un ángulo especificado por el fabricante del motor, ya que depende del número de polos del motor y su demultiplicación interna.

Un motor paso a paso se comporta como un conversor Digital-Analógico (D/A), convirtiendo los impulsos digitales de tensión que recibe en giros analógicos de gran precisión. Estos motores se utilizan en cualquier dispositivo electrónico que requiera mover objetos con gran precisión: impresoras convencionales y 3D, escáner, plotter, fresadoras CNC, grabadores láser, etc.

Stepper motor 28BYJ-48

Model : 28BYJ-48
Rated voltage : 5VDC
Number of Phase : 4
Speed Variation Ratio : 1/64
Stepper Motor 5V 4-Phase 5-Wire & ULN2003 Driver Board
Stride Angle : 5.625° /64
Frequency : 100Hz
DC resistance : 50Ω±7% (25℃)
Idle In-traction Frequency : > 600Hz
Idle Out-traction Frequency : > 1000Hz
In-traction Torque >34.3mN.m (120Hz)
Self-positioning Torque >34.3mN.m
Friction torque : 600-1200 gf.cm
Pull in torque : 300 gf.cm
Insulated resistance >10MΩ (500V)
Insulated electricity power :600VAC/1mA/1s
Insulation grade :A
Rise in Temperature <40K (120Hz)
Noise <35dB (120Hz, No load, 10cm)

Control del plato giratorio

Para controlar los ángulos de giro y velocidad de un motor paso a paso, es necesario saber como mínimo el número de pasos por vuelta del motor, su tensión de alimentación y la frecuencia máxima de funcionamiento.

El motor 28BYJ-48 hace un giro completo cada 64 pasos, pero incluye una reducción de 1/64 . Como resultado tenemos 64×64 = 4096 pasos por vuelta. Como el motor se acopla al plato mediante un piñón y una corona de relación 1/7, los cálculos de giro los tendremos que calcular en función de 4096×7 = 28972 pasos por vuelta.

Al tratarse de un motor de 4 fases, es posible controlarlo en ciclos de 4 pasos. Aunque se pierda un poco de PAR, los fabricantes aconsejan hacer funcionar el motor en modo “Half Step Drive” (medio paso), haciendo los saltos menos bruscos y reduciendo su consumo.

Secuencia de 8 pasos, para mover el motor 28BYJ-48 en Half Step Drive:

Secuencia de 8 pasos, para alimentar el motor paso a paso unipolar de 5 hilos 28BYJ-48

Construcción del Plato giratorio

Para la construcción de este plato giratorio he utilizado el motor paso a paso unipolar de 5 hilos 28BYJ-4.  Este motor junto con su driver de control, se puede conseguir por Internet por menos de 5 Euros. Al tratarse de un motor unipolar, no es necesario utilizar un driver del tipo Puente H, necesario para controlar los motores bipolares de 4 hilos.

Driver para motor paso a paso unipolar de 5 hilos

El driver de este motor es muy sencillo, sólo necesita 4 transistores en montaje Open-Collector para suministrar la corriente necesaria a las bobinas del motor. El driver que se incluye con este motor utiliza 4 entradas-salidas del circuito integrado ULN2003, de las 7 que incluye el chip. También lleva 4 indicadores LED para señalizar cuando se está alimentado cada una de las 4 bobinas del motor.

El controlador del motor lo he montado aprovechando el PCB del Shield del programador ISP de Arduino UNO que hice hace unos años.

Shield programador ATmega/ATtiny (ARDUINO)

Sólo es necesario cortar una pista del circuito impreso, y unir 11 pines del ATmega328P con su puntos de conexión correspondiente, como si se tratase de un Arduino UNO.

Esquema del plato giratorio con Arduino

En el esquema de montaje se muestran todos los puentes que hay que hacer en color rojo, así como los componentes que hay que montar, resaltados en color verde. Para alimentar todo el circuito, he utilizado una pequeña fuente conmutada de 230VAC-5VDC de 500 mA.

Acceso a descargas

Firmware para cargar en Atmega328P:

Plato_28BYJ-48.rar

Caja y engranajes 3D – Thingiverse:

Turntable, with a 28BYJ-48 5-wire unipolar stepper motor

¿Necesitas fabricar un PCB?

Actualmente hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos (PCB), pero no en todas podemos conseguir pequeñas tiradas a buen precio. Por suerte, ahora disponemos de Internet y es mucho más fácil que antes. Podemos buscar empresas en cualquier parte del mundo, y es más fácil encontrar un fabricante que haga nuestros prototipos (PCB) a buen precio. Una de las empresas más grandes del sector es PCBWay.

Logo: PCBWay

Ahora también puedes encargar trabajos 3D, mecanizados con CNC y fabricación de cajas metálicas o de plástico inyectado.

https://www.pcbway.es/

Shield programador ATmega/ATtiny (ARDUINO)

Diseño de un Shield programador ISP para la tarjeta de desarrollo Arduino UNO. Este programador es compatible con los micro-controladores: ATmega 48/88/168/328P de 28 pines, y con los ATtiny 25/45/85 de 8 pines.

Shield programador ISP

Este montaje es una modificación del programador ISP para micro-controladores ATmega, que mostraba aquí:

ARDUINO a fondo… no te lo pierdas!!!

KT002 Arduino UNO R3 Starter Kit 

Programador ISP para ATmega/ATtiny

Haciendo una pequeña modificación sobre el programador ISP de ATmega, podemos hacer que sea compatible con los micro-controladores de 8 pines ATtiny.

Pinout ATtiny

Si observamos la distribución de los pines de los micro-controladores ATtiny, podemos comprobar que si los insertáramos en el zócalo del programador del ATmega (28 pines), posicionando el pin 1 del ATtiny en el pin 9 del programador ISP, apenas tendríamos que realizar 2 cambios en el circuito para poder programarlos.

Montaje: Programador ISP

  1. El pin 12 del programador ISP lo podríamos conectar directamente a la línea GND, necesaria para alimentar el ATtiny cuando lo estamos programando… y la conexión del pin 12 a GND del ATmega no afecta a su programación.
  2. En el pin 9 del programador ISP tendremos que poner un pequeño conmutador, mediante la posición de un puente, para conectar el cristal de cuarzo cuando tengamos que programar un ATmega. Cuando tengamos que programar un ATtiny, el pin 9 del zócalo habrá que unirlo con el pin 1 (cambiando la posición del puente)… ya que el pin 9 del zócalo se corresponde con el pin 1 del ATtiny = Reset (ver el esquema anterior)

Shield para Arduino UNO

Con la construcción de un PCB hecho a medida de la tarjeta de desarrollo  Arduino UNO, se consigue hacer un programador mucho más compacto y versátil.

Esquema + PCB: Programador ISP

Así no sería necesario realizar la conexión con puentes entre ambas placas, cada vez que quisiéramos utilizar nuestro Arduino UNO como programador.

¿Dónde fabricar el PCB?

Actualmente hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos, pero no en todas podemos conseguir pequeñas tiradas a buen precio. Por suerte, ahora disponemos de Internet y es mucho más fácil que antes. Podemos buscar empresas en cualquier parte del mundo, y es más fácil encontrar un fabricante que haga nuestros prototipos (PCB) a buen precio. Una de las empresas más grandes del sector es PCBWay, y es la empresa PCBWay es un fabricante de circuitos impresos en China. Puedes encargar tus diseños – PCB Low Cost – que yo he elegido en esta ocasión.

Logo: PCBWay

https://www.pcbway.com/

Esta empresa, aparte de ser grande y tener muy buenos precios, dispone de un apartado en su Web para alojar los diseños y poder compartirlos.

https://www.pcbway.com/project/shareproject/

Link of my shared project: 

PCB from PCBWay