ステッピングモーター制御キットの作り方

キットが完成するとこうなります。大きなモーターも回せます。但し放熱器が必要になります。この写真に写っている物の内、キットに付属している物は基板に直接実装されている部品だけです。電線や電源は付属していません。

基板表面。
・ＳＩＧＮＡＬ，ＧＮＤはマイクロスイッチを取り付ける穴です。
　スイッチは最大５個取り付けられます。
　チャタリングのあるスイッチも使用可能です
　マイクロスイッチを使用する場合は押したときＯＮになる端子を使用して下さい。
・スイッチの代わりにセンサーも使用可能です。センサーを使うときは
　　－センサー動作時に出力がＬＯＷ（０Ｖ）になる物を使う
　　－端子の隣にある抵抗（プルアップ抵抗）を取り付けない
　　－センサー用電源は抵抗取付用の穴ＶＣＣから取り出す
・使用可能なセンサー
　　 磁石式センサー基板
　　 遮光式センサー基板EE-SX1131
　　 遮光式センサー基板ＳＧ２０６
　　 反射式センサー基板　３ｍｍ砲弾型センサー

液晶ディスプレイを取り外したところ。６ピンのピンヘッダはＰＩＣＫＩＴ２でプログラムを書き込むための物なのでキットに付属していません。プログラムはＵＳＢコネクター経由で書き込み可能です。

裏面にも取り付ける部品があります。ダイオード４つだけです。面実装品ですが大きいので半田付けは容易です

半田付け時の参考にして下さい　ＬＥＤは上から見たときに欠けている方がマイナスで足が短くなっています

・ロータリーエンコーダは小さい物に変更しました
・タクトスイッチは黒に変更しました
・積層セラミックコンデンサは茶色い部品が入っていることもあります
・ディップスイッチは赤に変更しました
・液晶は普通の黒文字タイプに変更しました
　旧バージョンはバックライトを点灯させないと文字が読めませんでしたがこれはバックライトを消しても文字が読めます
　電池駆動する場合はバックライトを消灯して消費電力を小さく出来ます
・液晶の変更に伴いR1は0Ωの抵抗に変更しました
・LEDは消灯時白、点灯時赤の物に変更します

部品表
積層セラミックコンデンサは色違いの部品が入っていることがあります
22pF,330pF,1μFはどんな販売ロットでも青い物が入っています
0.1μFは青い物から茶色い物に変更しました
47μF電解コンデンサは耐圧35V、50Vのどちらかが入っています

電流制限抵抗は半田付けする本数で電流を調整します。キットには１Ωの抵抗が１４本入っています。
　電流[A]＝０．５[V]／抵抗値[Ω]
となります
　抵抗値[Ω]＝１[Ω]／取り付ける本数
です。電流は３．５Ａ／相以下になるようにして下さい。Ａ相、Ｂ相それぞれ３．５Ａが最大です
Ｒ１８の並びがＡ相用、Ｒ１２がＢ相用です。Ａ相、Ｂ相は同じ抵抗値にする必要があります。

取り付ける抵抗の本数とモーターに流す電流の対応表

【旧販売ロットの説明です】液晶ディスプレイの裏側には１００Ωの抵抗を取り付けます。Ｒ９は抵抗のリード線を切った物でショートさせます。

新販売ロットは液晶ディスプレイが１６ピンの物に変更されています。R1を取り付けるとバックライト点灯、取り付けないと消灯です

モーターを回すためには設定が必要です。メニュー階層はこのようになっています

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　　　設定方法
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多機能なので以下の説明をざっと読んでから、いじってみて下さい。
動かしながら機能を確認する方が楽です。
機能について不明な点があればネットショップの特定商取引法のページに有るメールアドレスに連絡下さい。

・[ ]内は液晶表示を表します
・設定は５Ｖ電源だけが必要です
　モーター電源およびモーターは接続不要です。（接続しても問題ありません）
・ＶＲ１を回して液晶ディスプレイの輝度調整をしないと文字が見えません
　電源電圧が０．２Ｖ程度変わると調整が必要になります
・スイッチの動作割り当ては以下のようになっています
　－ＳＷ５を「ＳＥＴＵＰ」にして電源を入れると設定モードになります
　　設定モードから抜けるためにはＳＷ５を「ＲＵＮ」にして電源を入れ直します
　　モーターを回すときは「ＲＵＮ」にします。
　－ロータリーエンコーダを回して項目や設定値を変更
　－ＳＷ３がＥＮＴＥＲ
　－ＳＷ２がカーソル移動
　　カーソルが表示されているときだけ有効です
　－ＳＷ１がキャンセルまたは元に戻る
・液晶ディスプレイ上段の意味
　　[SYS MODE] システムモード　システム全体で１つしか設定できない項目
　　[DRV MODE] 駆動モード　２相駆動、マイクロステップ駆動など
　　[OFF MODE] モーター回転停止時に電源をＯＦＦするか否か
　　[SW1 nnn] ～ [SW3 nnn] 基板上のオンボードスイッチＳＷ１～ＳＷ３を押したときの動作 nnnは次のスイッチＩＤ（解説は下の方にあります）があるとき
　　[EX1 nnn] ～ [EX5 nnn] 外部スイッチＥＸ１～ＥＸ５を押したときの動作
　　[SF1 nnn] ～ [SF7 nnn] ソフトウエアスイッチＳＦ１～ＳＦ７を押したときの動作
　　[DIRC xxx] モーターの回転方向 xxxはスイッチＩＤ
　　[UNIT xxx] １ステップだけ回すのに要する時間の単位
　　[ITVL xxx] １ステップだけ回すのに要する時間
　　[STEP xxx] 回転ステップ数
　　[PRI xxx] スイッチの優先順位（優先順位の高いスイッチしか反応しない）
　　[TORQ xxx] モーターの回転トルク
　　[NEXT xxx] 次のスイッチＩＤ
　　[REPT xxx] 繰り返し回数
・設定値の変更が可能になっているときはＬＥＤ３が点灯します
・ＵＳＢ経由でプログラムを上書きすると初期出荷時の状態に戻ります
　キー操作で初期出荷時の状態に戻す方法はありません

※ソフトウエアスイッチについて：
　物理的に存在しないので押すことができません。シーケンス動作専用です。

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　システムモードの設定
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「駆動モード[DRV MODE]」と「回転停止時に電源ＯＮ／ＯＦＦ[OFF MODE]」を設定できます

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　駆動モードの設定　[DRV MODE]
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モーターの駆動モードを設定します

設定可能な値
　[x1 ] ２相駆動
　[x2 ] １－２相駆動
　[x8 ] ３ビットマイクロステップ
　[x16 ] ４ビットマイクロステップ

４ビットマイクロステップは１ステップ角１．８度（２００ステップで１回転）のステッピングモーターだと
２００×１６＝３２００ステップで１回転します

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　回転停止時に電源ＯＮ／ＯＦＦの設定 [OFF MODE]
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モーター回転停止時にモーターへの電源供給をＯＦＦするか否か設定します
回転停止時に保持トルクが必要ない場合電源をＯＦＦにしてください
電源をＯＦＦするとモーターの発熱が抑えられます

設定可能な値
　[PowerOFF] 停止時に電源ＯＦＦ
　[PowerON ] 停止時に電源ＯＮ


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　　　　　　　　　　 スイッチに割り当てる動作の設定
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ｓｔｅｐ１．スイッチ番号の切り替えはロータリーエンコーダを回す。
　　　　　　ＳＷ３を押してそのスイッチの設定を変更モードに入る
ｓｔｅｐ２．ロータリーエンコーダを回して設定したい項目を選び
　　　　　　ＳＷ３を押してその項目の変更モードに入る
ｓｔｅｐ３．ロータリーエンコーダを回して設定したい項目の値を変更する
　　　　　　ＳＷ３を押して保存

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　モーターの回転方向　[DIRC]
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モーターを回転させない待ち時間を入れたい場合は回転方向を HALT にします

設定可能な値
　[CCW ] 反時計回り
　[CW ] 時計回り
　[HALT ] 回転停止

※ステッピングモーターは結線を変更すると逆回転します


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　１ステップだけ回すのに要する時間の単位　[UNIT]
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モーターを１ステップだけ回転させるのに要する時間の「単位」を設定します

設定可能な値
　[MicroSec] マイクロ秒
　[MilliSec] ミリ秒
　[Second ] 秒

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　１ステップだけ回すのに要する時間　[ITVL]
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モーターを１ステップだけ回転させるのに要する時間を設定します
上記単位によって設定できる値は異なります
回転方向がHALTの場合、待ち時間を意味します
大きな値を入力するときはＳＷ２を押してカーソルを移動させて下さい

設定可能な値
　120～16,000マイクロ秒
　1～99,999,999ミリ秒
　1～99,999,999秒

モータードライバーの能力を超えるため１２０マイクロ秒以下にはできません
４ビットマイクロステップ駆動の場合、この値を１６分の１にしないと２相駆動と同じ速度で回転しません
以下の２つの設定例は同じ速度で回転します

[UNIT SW1] : MicroSec
[ITVL SW1] : 10000

[UNIT SW2] : Millisec
[ITVL SW2] : 10

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　回転ステップ数 [STEP]
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回転させるステップ数を指定します
回転方向がHALTの場合、待ち時間を意味します
大きな値を入力するときはＳＷ２を押してカーソルを移動させて下さい

設定可能な値
　1～99,999,999ステップ

４ビットマイクロステップ駆動の場合、この値を１６倍しないと２相駆動と同じ角度だけ回転しません

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　優先順位 [PRI]
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スイッチには優先順位を割り当てられます
優先順位の高いスイッチの動作を実行中はそれより低い優先順位のスイッチの操作は無効です

設定可能な値
　[LOW ] 一番低い優先順位
　[2 ]
　[3 ]
　[4 ]
　[HIGH ] 最も高い優先順位

緊急停止スイッチが必要であれば一番高い優先順位を割り当てる必要があります

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　トルク　[TORQ]
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モーターに流す電流を制御してトルクを変更します
トルクを高くするとモーターの発熱も大きくなります

設定可能な値
　[25% ] トルク　２５％
　[50% ] トルク　５０％
　[75% ] トルク　７５％
　[100% ] トルク１００％

以下のようにするとＳＷ１の動作が完了した後には保持トルクを２５％に落としてモーターの発熱を小さくできます
次にスイッチが押されるまでモーターは止まったままです

　[STEP SW1] : 200
　[DIRC SW1] : CW
　[TORQ SW1] : 100%
　[NEXT SW1] : SF1
　[UNIT SF1] : Second
　[ITVL SF1] : 99999999 ＜－実質的な無限
　[STEP SF1] : 99999999 ＜－実質的な無限
　[DIRC SF1] : HALT
　[TORQ SW1] : 25%
　[NEXT SF1] : nothing

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　次のスイッチＩＤ　[NEXT]
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これを設定しておくとスイッチを押さなくても動作を実行することができます
これにより一連の動作を実行するシーケンス動作が可能です

設定可能な値
　すべてのスイッチＩＤ　もしくは　なし[nothing]

ＳＷ１を押したら時計回りに２００ステップ回転、その後反時計回りに２００ステップ回転させたければ以下のように設定します
全項目例を挙げると目障りなので以下は主要な項目のみ

　[STEP SW1] : 200
　[DIRC SW1] : CW
　[NEXT SW1] : SF1
　[STEP SF1] : 200
　[DIRC SF1] : CCW
　[NEXT SF1] : nothing

反時計回りの動作には物理的スイッチは不要なのでSF1～SF7を使います（SF1～SF7以外のスイッチを使ってもかまいません）

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　繰り返し回数 [REPT]
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一連の動作を繰り返したい場合、繰り返し回数を設定します
シーケンス動作を実行したい場合、先頭のシーケンスだけに繰り返し回数を設定します

設定可能な値
　０～６００００

ＳＷ１を押したら時計回りに２００ステップ回転、その後反時計回りに２００ステップ回転を１０回繰り返したければ以下のように設定します
全項目例を挙げると目障りなので以下は主要な項目のみ

　[STEP SW1] : 200
　[DIRC SW1] : CW
　[NEXT SW1] : SF1
　[REPT SW1] : 10 ＜－繰り返し回数はシーケンス動作の先頭にだけ設定する
　[STEP SF1] : 200
　[DIRC SF1] : CCW
　[NEXT SF1] : nothing
　[REPT SF1] : 0

繰り返し処理がさらに繰り返し処理を含むような動作はできません

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　点灯させるＬＥＤ [LED] 2015-04-06追加機能
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モーターを回している間に好きなＬＥＤを点灯させることが出来ます
ＬＥＤだけ点灯させたいときは回転方向を[HALT]にして下さい

設定可能な値
　[LED OFF] : ＬＥＤ全部ＯＦＦ
　[LED1 ON] : ＬＥＤ１だけＯＮ
　[LED2 ON] : ＬＥＤ２だけＯＮ
　[LED3 ON] : ＬＥＤ３だけＯＮ

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　使い方
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・モーターを接続しモーター電源と５Ｖ電源を入れてください
　電源を入れる順番はどちらが先でも問題ありません
　理想的には５Ｖ電源が先です
・スイッチを押すと設定通りに動きます
・スイッチを押したまま他のスイッチを押すと後から押したスイッチに反応します
　動作範囲を制限するリミットスイッチのように次の操作が実行されるまで
　押されたままになる可能性のあるスイッチに対応するためです
・ＳＷ１～ＳＷ３を押すと、その動作中はＬＥＤ１～ＬＥＤ３が点灯します　＜－プログラムＶ２．００(2015-04-06開発)からは点灯させるＬＥＤを設定できるように変更しました
・液晶ディスプレイに表示される値の意味
　　　[XXXnnnnn] <- XXX：スイッチＩＤ　nnnn：繰り返し回数
　　　[mmmmmmmm] <- ステップ数 停止中はゼロ表示　回転中は減少していきます
・ＬＥＤ　ＭＯ　は
　　２相励磁　　　　　　　　　　４ステップに１回点灯
　　１－２相励磁　　　　　　　　８ステップに１回点灯
　　３ビットマイクロステップ　３２ステップに１回点灯（３ビットマイクロステップは厳密には２Ｗ１－２相励磁のこと）
　　４ビットマイクロステップ　６４ステップに１回点灯（４ビットマイクロステップは厳密には４Ｗ１－２相励磁のこと）
・ＬＥＤ　ＰＲＯＴＥＣＴ
　点灯はドライバーＩＣの過熱を意味するのでもっと大きいヒートシンクを取り付けるか流す電流を抑える
・ＳＷ４は両方ともＯＦＦにしておく。モーターに流れている電流が計測できる機器が無いと適切な設定に出来ません。殆どの場合ＯＦＦが最適値です。

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　プログラムの書き込み方
　　・バグがあった場合のみこの操作が必要です
　　・プログラムはすでに書き込まれています
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このページの一番下に添付してある HIDbootloader.zip を解凍し、HIDbootloader.exe を実行します。プログラムはこんな画面です。

ＳＷ３を押したままＵＳＢケーブルを差し込みます。ＬＥＤ１とＬＥＤ２が交互に点滅してプログラムの書き込み準備が出来たことを知らせてきます
書き込みのための電力はＵＳＢから供給されるので電源は接続しないで下さい

起動した HIDbootloader.exe がそれを検知してボタンが押せるようになります。
このページの一番下に添付してあるプログラムをダウンロードし、その中に含まれる拡張子がＨＥＸのファイルを読み込みます。「Open Hex File」というボタンがＨＥＸファイルの読み込みボタンです。

こんなふうに読み込むＨＥＸファイルを選択します。

「Program/Verify」ボタンを押してプログラムを書き込みます。書き込みは２～３秒で完了します。書き込み中はＬＥＤの点滅が止まります。書き込みが終わるとまた点滅状態に戻ります。書き込み終わったらＵＳＢケーブルを抜きます。電源を入れると書き込んだプログラムが動き出します。

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　バージョン履歴
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Ver 　　解説
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1.00　初期バージョン
1.01　DRV MODE が使用中にｘ１～ｘ１６以外の値になり表示されなくなる問題の実験的修正
　　　　原因不明のためDRV　MODEを書き込んであるEEPROMアドレスを変更してみる
1.02　２つの問題を修正
　　　　１．モーターの電源を切るモードでドライバー(TB6560)をリセットしていた問題を修正
　　　　　　途中でリセットしてしまうため指定したステップ数だけ正確に回っていなかった
　　　　２．回転－＞停止－＞回転　という動作をさせるときに停止時も0.5秒間だけ回転してしまう問題を修正
2.00　ＬＥＤ１～ＬＥＤ３を点灯させる設定項目を追加
2.01　優先順位の低いボタンを押すと高優先順位の動作が停止していた問題を修正
　　　優先順位の低い動作はそれより高い優先順位の動作を実行中はスイッチを押しても反応しないのが正しい動作
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