9. Motor Stepper

Modul Mikrokontroler MCSMCS-51

9

MOTOR STEPPER

6.1 Pendahuluan Pengaturan posisi dengan menggunakan motor DC merupakan suatu hal rumit. Ada beberapa hal yang harus dilakukan dalam pengaturan posisi menggunakan motor DC, antara lain: untuk pengaturan posisi dengan menggunakan motor DC kita harus mengatur waktu untuk mulai berputarnya motor sampai berhentinya motor, sehingga pengaturan seperti ini menghasilkan pengaturan posisi yang tidak cukup akurat, selain itu jangkar motor DC tidak bisa langusng berhenti seketika. Penambahan gear pada motor dapat membantu mengatasi masalah pengaturan posisi, tetapi respon overshoot masih menjadi kendala. Salah satu jalan untuk membuat pengaturan posisi adalah menggunakan “servo”. Servo merupakan implementasi motor DC kecil dengan mekanisme umpan balik (biasanya menggunakan potensiometer yang di-kopel pada tuas) dan rangkaian kontrol yang membandingkan posisi motor dengan posisi yang diinginkan, serta mengacu terhadap gerakan motor, sehingga motor servo merupakan aplikasi yang cukup kompleks dan mahal. Sebagai pengganti motor DC untuk pengaturan posisi seringkali digunakan Motor Stepper. Kelebihan Motor stepper dibandingkan dengan motor DC antara lain : 1. Motor stepper tidak bisa berputar bebas, tetapi berputar tiap step. 2. Motor DC tidak memberikan torsi yang tinggi pada kecepatan rendah tanpa mekanisme gear, sedangkan motor stepper menghasilkan torsi yang besar pada kecepatan rendah meskipun tidak menggunakan mekanisme gear. 3. Motor stepper memiliki holding torque sehingga dapat mempertahankan posisi pada saat tidak berputar. 4. Motor stepper dapat mengurangi penggunakan mekanik sehingga dapat mengurangi biaya mahal. Dalam operasinya, motor stepper tidak bisa merespon sinyal clock secara langsung karena setiap lilitan motor memerlukan picuan dengan urutan yang benar, jika urutan dibalik, maka arah putaran motor dapat berubah sebaliknya. Jika sinyal kontrol tidak diberikan secara benar, maka motor tidak akan berputar. Rangkaian yang dapat merespon perubahan tiap step dan arah sinyal menjadi urutan step yang benar disebut sebagai translator. Seringkali rangkaian ini meliputi driver motor stepper yang dapat meng-handle arus yang mengalir pada lilitan.

Gambar 9.1 Skema translator dengan koneksi driver motor stepper.

Siti Sendari, S.T., M.T. ©2008

9. Page 1


9.2 Tipe –Tipe Motor Stepper : Pada dasarnya ada 2 tipe motor stepper : Motor stepper magnet pernanen dan motor stepper reluktansi variabel. Tipe motor tersebut menentukan driver dan translator yang harus digunakan. Untuk motor stepper magnet permanen masih dibedakan dalam 3 tipe, yaitu Unipolar, Bipolar, dan Multifasa.

Motor Stepper Unipolar Motor stepper Unipolar relatif mudah pengontrolannya, karena rangkaian driver motor stepper unipolar hanya memerlukan 1 transistor untuk tiap lilitan. Motor stepper Unipolar dikarakteristikan dengan lilitan center tap dan tegangan motor (positif). Rangkaian driver motor stepper unipolar diperlihatkan dalam Gambar 9.2.

Gambar 9.2 Rangkaian driver motor stepper unipolar dengan Diode sebagai pengaman tegangan ggl.

Motor stepper Bipolar Rangkaian driver motor stepper bipolar lebih kompleks daripada rangkaian driver unipolar, tetapi motor stepper bipolar mempunyai torsi yang lebih baik daripada motor stepper unipolar. Motor bipolar dirancang dengan lilitan terpisah. Agar motor dapat bergerak maka polaritas lilitan yang lain harus diberi tegangan reverse selama operasi Gambar 9.3 memperlihatkan dasar setup lilitan motor bipolar 4 fasa dan urutan eksitasinya. Untuk menggerakkan motor stepper unipolar, urutan eksitasinya tetap dilambangkan dengan “0” dan “1” sesuai dengan polaritas tegangan pada lilitan.

Gambar 9.3 Setup motor stepper bipolar dan pattern eksitasinya Rangkaian driver motor stepper bipolar dikenal sebagai “jembatan H (H-bridge)”. Tiaptiap lilitan memerlukan rangkaian H-bridge. Motor bipolar secara tipikal mempunyai 4 lengan Siti Sendari, S.T., M.T. ©2008

9. Page 2

Modul Mikrokontroler MCSMCS-51 yang dihubungkan dalam 2 lilitan terisolasi. IC khusus yang dapat digunakan sebagai driver motor stepper bipolar adalah L297/298 produksi ST Microelectronics dan LMD18T245 produksi National Semiconductor. Biasanya IC ini hanya memiliki rangkaian H-bridge tunggal, sehingga untuk membuat driver motor diperlukan 2 buah IC untuk 1 motor stepper bipolar. Satu masalah pada rangkaian dasar H-bridge adalah jika kombinasi kedua masukannya adalah 1, maka akan menyebabkan short, sehingga catu daya dapat rusak, untuk mengatasi ditambahkan rangkaian logika XOR sebagaimana Gambar 9.4.

Gambar 9.4 Rangkaian tipikal H-bridge

Motor stepper reluktansi variabel Motor stepper tipe ini seringkali disebut sebagai motor hybrid. Motor stepper reluktansi variabel merupakan motor yang paling mudah dikontrol dari motor stepper tipe lain. Urutan penggerak secara mudah digunakan untuk memicu masing-maing lilitan sebagaimana Gambar 9.5. Seringkali motor ini hanya memilik 1 lengan, yang digunakan bersama (common) untuk semua lengan. Motor tipe ini berfungsi seperti motor DC, dan berputar bebas.

Gambar 9.5 Motor Stepper Reluktansi variabel (setup lilitan dan pattern penggerak)

9.3 Penggunan SPC (Smart Peripheral Controller) Stepper Motor Secara Paralel SPC STEPPER MOTOR dapat digunakan secara paralel dengan cara mengatur pin – pin S1, S2, S3, S4, RST yang ada pada board SPC STEPPER MOTOR. Berikut adalah table 9.1 kegunaan dari pin – pin tersebut:


9. Page 3


Tabel 9.1 Fungsi pin pada SPC Motor Stepper

• •

•

• •

Secara default jika pin – pin S1, S2, S3, S4 tersebut tidak dihubungkan maka berlogika “high” kecuali Pin RST akan berlogika “low”. Pin S4 (Clock) merupakan falling edge triggering ( transisi high ke low ) sehingga untuk menjalankan motor stepper beberapa langkah harus diberikan pulsa sebanyak jumlah langkah, bentuk pulsa yang dianjurkan adalah persegi dengan level TTL (“low”=0V – 0.8V dan “High”=2.5V – 5V). Pin RST merupakan pin yang digunakan untuk melepaskan motor stepper dari kondisi mengunci, untuk melakukan reset dilakukan dengan memberikan pulsa “high” satu kali ( ). Reset juga dapat dilakukan dengan menekan tombol reset (SW RST) yang ada pada board. Setelah selesai memberikan pulsa secara paralel maka sebaiknya akhir dari pulsa adalah level “high”. Penting : dalam pengontrolan secara paralel setiap selesai memberikan pulsa maka motor stepper akan selalu pada kondisi mengunci (lock), kondisi mengunci pada waktu yang relatif lama dapat membuat motor stepper atau modul SPC MOTOR STEPPER terbakar. Untuk itu setiap akhir dari pemberian pulsa maka harus diberikan pulsa reset atau menekan tombol Reset.

Rangkaian SPC pin Out dengan motor stepper bipolar ditunjukkan dalam gambar 9.6

Gambar 9.6 Pin out SPC motor stepper dengan motor stepper bipolar Berikut adalah cara pemasangan motor stepper tersebut. • Modul SPC STEPPER MOTOR dapat dipergunakan untuk motor stepper dengan tegangan kerja dari 6 Volt sampai dengan 36 Volt. • Arus RMS maksimum untuk modul SPC STEPPER MOTOR adalah 600 mA. • Arus impuls tak berulang maksimum untuk modul SPC STEPPER MOTOR adalah 1.2 A. • Sudah dilengkapi dioda clamp secara internal. • Hubungkan catu daya positif (+) untuk motor stepper pada VMotor dan negatif (-) pada GND. Tegangannya harus sesuai dengan tegangan kerja motor. • Sambungkan semua kabel A, B, C, D pada Bipolar Stepper secara benar (lihat gambar). Siti Sendari, S.T., M.T. ©2008

9. Page 4


IMPLEMENTASI


9. Page 5

9. Motor Stepper

Recommend Documents