Utilização de um Microcontralador para acionar um motor

O Motor de passo pode ser utilizado em diversas aplicações dentro da Automação de processos. Na indústria automotiva, braços robóticos soldam e parafusam com precisão, máquinas de produção injetam a quantidade quase exata de determinado produto nas embalagens, cirurgias são feitas a distância com o auxílio de equipamentos robóticos sofisticados (CARVALHO,2011). Hoje ele é muito comum em impressoras, braços robóticos, esteiras, máquinas de soldas automatizadas, etc. Praticamente ele faz parte de nosso dia a dia

Um motor de passo, assim como os outros motores, transforma energia elétrica em energia mecânica (movimento), porém ele não gira se apenas ligá-lo a fonte de alimentação. Há necessidade de acionar sequencialmente suas bobinas.

O microcontrolador é um componente eletrônico que pode ser comparado a um microcomputador, pois possui memória, dispositivos de entrada e saída, CPU e outros periféricos comuns a ambos. Assim como nos microcomputadores, ele também necessita de um software, que devido a se destinar a um sistema embarcado, chamamos de firmware.

Em nosso dia, estamos em contato com muitos produtos que possuem microcontroladores, como por exemplo, TV, celular, geladeira, máquina de lavar, portão automático, alarme, automóvel (sistema de injeção, ignição, computador de bordo, rádio) e muitos outros.

Considerando o exposto acima, é necessário que o Tecnólogo em Mecatrônica tenha conhecimento das tecnologias citadas neste artigo.

Existem três tipos de motor de passo:

-   DC Imã Permanente;

-   Relutância Variável; - Híbridos.

Segundo CARVALHO (2011), as principais características dos motores de passo são:

-   O passo angular determina a precisão de deslocamento do motor. Podemos entender como passo angular, como sendo o ângulo de deslocamento provocado por um único pulso aplicado ao motor.

-   A velocidade de deslocamento é proporcional à frequência de chaveamento das bobinas do motor.

-   Normalmente o motor se mantém inerte quando mantemos energizada uma ou duas bobinas. 

O motor que utilizaremos em nosso trabalho é o DC Imã Permanente Unipolar.

Para que ele gire, é necessário alimentar cada uma de suas bobinas seqüencialmente, de acordo com a metodologia desejada.

2.1.1. Acionamento Simples

Consiste em energizar uma bobina por vez sequencialmente. Quando acionarmos a última bobina, voltamos à primeira.  A grande vantagem deste sistema é a simplicidade do algoritmo de controle. 

2.1.2. Acionamento Duplo

Acionamos duas bobinas simultaneamente sequencialmente. Isto proporciona um aumento de torque de 30 a 40%. Quando acionarmos a última bobina, voltamos á primeira.

2.1.3. Acionamento Meio Passo

No acionamento meio passo, como o próprio nome diz, o passo do motor passa a ser a metade, conforme podemos observar abaixo.

O microcontrolador utilizado é MC9S08SH8 da freescale®. Ele é um dispositivo SISC (Complex Instruction Set Computer) de 8 bits, com 8Kbytes de Memória Flash e 256 Kbytes de RAM. Possui 16 pinos e pode ser encontrado em diversos encapsulamentos. Para este trabalho, vamos utilizar o PDIP (Dual in Package – Plastic), por ser de mais fácil manipulação para elaboração do protótipo

Abaixo segue a descrição de seus pinos:

Suas principais características são:

- 12 canais de conversor analógico / digital de 8 bits;

- 1 timer geral (MTIM) de 8 bits;

- 2 timers específicos (PWM) de 16 bits com dois canais cada;

- Possui oscilador interno;

- Possui interrupção externa.

A gravação do microcontrolador é feita através de uma interface nativa BDM (Background Debug Mode) e gravador modelo USB Multilink.

O diagrama esquemático completo do circuito está abaixo.

O transformador possui primário 127/220V e dois secundários. O secundário 1 é 16V / 150mA, e secundário 2 é 6V / 500mA. O motor deve ser ligado no J2, sendo os comuns nos terminais 1 e 2 e cada enrolamento respectivamente nos enrolamentos 3, 4, 5 e 6.

O motor de passo a ser utilizado deve ser de 6V e no máximo 400mA.

Para a elaboração do software, foi utilizado o CodeWarrior IDE 6.3 da Metrowerks. A inicialização dos periféricos foi feita pelo Device Initialization (módulo do CodeWarrior).

O código fonte está abaixo. A chave SW1 comuta o sentido de giro do motor. O potenciômetro RV2 controla a velocidade de giro do motor.

Cada arquivo segue abaixo com seu respectivo nome:

3.2.1. Rotina Principal

3.2.2.Rotina de Inicialização

3.2.3.Arquivo de cabeçalho

O protótipo foi construído em uma placa matriz de contato. Foi utilizado um motor que atende a especificação acima, e o mesmo funcionou conforme previsto.

Aumentando a potência do enrolamento de 6V (do transformador) e trocando os transistores Q1,Q2, Q3 e Q4 por modelos de maior corrente e ganho, podemos facilmente acionar motores de maior potência.