ค้นหาบทความที่นี่

บทความทั้งหมด

มอเตอร์ สเต็ปมอเตอร์ เซอร์โว - ตอนที่ 5 : ใช้งานชุดสเต็ปมอเตอร์ 28BYJ-48

5 ปีที่ผ่านมา

โดย เจ้าของร้าน

Publish : 25 September 2020

หัวข้อในบทความนี้
- ข้อมูลทั่วไปของ 28BYJ-48
- ส่วนประกอบของ 28BYJ-48
- ทำความรู้จักไอซีเบอร์ ULN2003
- การใช้งาน 28BYJ-48 กับ Arduino

เมื่อครั้งตอนที่ 2 เราพูดถึงสเต็ปมอเตอร์และวิธีการใช้งานเจ้า 28BYJ-48 นี้เบื้องต้นไปแล้ว ในครั้งนี้เราจะมาลงถึงรายละเอียด ข้อมูลต่าง ๆ ที่บอกว่ามันมีเกียร์ทด มันซับซ้อนไปมากว่าจะได้ใช้งานสัก 1 step เพราะอะไรวันนี้มีข้อมูลมาฝากกันครับ

ข้อมูลทั่วไปของ 28BYJ-48
28BYJ-48 เป็นสเต็ปมอเตอร์ขนาดเล็ก ราคาถูก หาซื้อได้ง่าย ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะมีจำหน่ายเป็นชุดพร้อมบอร์ดขับด้วยไอซีเบอร์ ULN2003 (ดูสินค้าคลิกที่นี่) โดยมอเตอร์นี้ถูกออกแบบมาให้เป็นสเต็ปมอเตอร์อเนกประสงค์ใช้งานได้หลากหลายแบบ เหมาะกับการทดลองและฝึกหัดเรียนรู้การใช้งาน โดยมอเตอร์จะมีคุณสมบัติดังนี้

แรงดันไฟฟ้า	5V DC
จำนวนเฟส	4
speed variation ratio	1/64
stride angle	5.625
In-traction torque	34.3 mN.m
Self-positioning torque	34.3 mN.m
Friction torque	600-1200 gf.cm
Pull-in torque	300 gf.cm
Noise	<35dB

โดยคุณสมบัติตามตารางที่แสดงนี้เป็นคุณสมบัติโดยทั่วไป ซึ่งบางผู้ผลิตอาจมีสินค้าที่แตกต่างออกไป เช่น อาจมีแบบ 12V หรือ speed variation ratio อื่น ๆ ให้ศึกษาก่อนนะครับ หรือใช้งานแล้วมันมีอะไรแปลก ไม่เหมือนกันนี้ ก็ให้ลองดูว่ามันแปลกยังไง (แบบที่เคยบอกไปแล้วว่าผู้เขียนเคยเจอแบบเขียนโค้ดให้หมุนรอบเดียวแต่มอเตอร์ดันหมุน 4 รอบ นั่นแสดงว่าเจอมอเตอร์รุ่นไม่ปกติเข้าไปแล้ว ก็ต้องแก้โค้ดซึ่งทำได้ง่าย ๆ อยากให้มันหมุน 1 แต่มันหมุน 4 เราก็หาร 4 ลงไปที่สเต็ปการหมุนในโค้ดของเราแค่นี้เองครับ)

ส่วนประกอบของ 28BYJ-48
ส่วนประกอบของ 28BYJ-48 นั้นก็เหมือนสเต็ปมอเตอร์ทั่วไป คือมีมอเตอร์สำหรับขับเคลื่อน มีขดลวดและแกนแม่เหล็กต่าง ๆ แต่สิ่งที่มีเพิ่มเติมเข้ามาคือชุดเกียร์ทด (มันทำทำให้แกนหมุนที่เราเห็นไม่ได้อยู่ตรงกลางนั่นเอง) โดยภายในจะมีเฟืองเกียร์ 5 ตัว ตัวแรกเป็นเฟือง 9 ฟันติดกับแกนมอเตอร์ ตัวที่สองเป็นเฟืองสองชั้น 32/11 ฟัน ตัวที่สามเฟืองสองชั้น 22/9 ฟัน ตัวที่สี่ 26/10 ฟัน และตัวสุดท้ายติดกับแกนภายนอกที่เราเห็น มี 31 ฟัน ตามภาพ (ขอบคุณภาพจาก lastminuteengineer)

จากการทดเกียร์แต่ละชั้นที่คำนวณออกมาแล้วก็จะได้อัตราทดสุดท้ายคือ 63.68395 : 1 ซึ่งเราก็จะปัดเป็นเลขถ้วน ๆ คือ 64 : 1 นั่นเอง ตัวเลขอัตราทดนี่แหละที่จะมีผลต่อการใช้งานของเรา เนื่องจากสเป็คตาม Datasheet จะบอก "Full Step Mode หนึ่งสเต็ปจะหมุน 11.25° องศา หนึ่งรอบก็หมุน 32 สเต็ป" ซึ่งข้อความนี้จะหมายถึง "มอเตอร์" ที่หมุนตามนี้ ยังไม่ได้คิดอัตราทด หากเราจะใช้งานจริงต้องคิดแต่ละสเต็ปคือ
จะต้องผ่านการทดที่ 64:1 หมายถึงการจะทำให้แกนหมุน 1 รอบ มอเตอร์จะต้องหมุน 64 รอบ
มอเตอร์หมุน 1 สเต็ป คือ 11.25° เมื่อผ่านชุดเกียร์ทดจะกลายเป็น 11.25°/64 = 0.176°
มอเตอร์หมุน 32 step/rev. เมื่อผ่านเกียร์ทดจะเป็น 32*64 = 2048 (Full Step Mode)
สำหรับการใช้งานทั่วไปจะแนะนำให้ใช้งานในโหมด Half Step จะกลายเป็น 2048*2 = 4096 step/rev.
ส่วนการต่อสายไฟใช้งานนั้น 28BYJ-48 จะมีสายไฟทั้งหมด 5 เส้น ได้แก่ สีน้ำเงินเป็นสายของคอยล์ที่ 1, สีชมพูเป็นสายของคอยล์ที่ 2, สีเหลืองเป็นสายของคอยล์ที่ 3, สีส้มเป็นสายของคอยล์ที่ 4 และสีแดงเป็น common ร่วมของทุกคอยล์

ทำความรู้จักไอซีเบอร์ ULN2003
ก่อนที่จะไปกันต่อต้องบอกไว้ก่อนว่า ULN2003 นี้ไม่ใช่ไอซีขับสเต็ปมอเตอร์แต่อย่างใด แต่มันคือ Darlington Array (วงจรแสดงตามรูปด้านล่าง) คือมีทรานซิสเตอร์อยู่ภายในเพื่อทำการขยายกระแส อย่างที่กล่าวไปว่าการควบคุมสเต็ปมอเตอร์นั้นเป็นเพียงการใส่สัญญาณเข้าไปที่คอยล์ต่าง ๆ เท่านั้น แต่เนื่องด้วย Arduino หรือบอร์ด MCU ต่าง ๆ ของเรามีกระแสไม่มากพอที่จะขับได้ จึงต้องอาศัยอุปกรณ์มาขยาย ซึ่งเจ้า ULN2003 นี้ก็เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจ โดยตัวมันเองนี้มี Darlington Array ถึง 7 ชุด แต่ละชุดสามารถขับกระแสได้ถึง 50V 500mA เพียงพอที่จะขับ 28BYJ-48 ของเราที่ใช้สัญญาณคอยล์เพียง 4 เส้น และกินกระแส 240mA อีกทั้งตัวไอซีก็มีผู้ผลิตหลากหลายเจ้าทั้งเจ้าที่ไม่มีชื่อไปจนถึงเจ้าใหญ่ที่มีชื่อเสียงอย่าง ST, ROHM, Toshiba และมีราคาถูกมาก โดยราคาจะอยู่ราว 3 ถึง 30 บาท แล้วแต่ยี่ห้อ

ซึ่งด้วยความที่มันคือ Darlington Array ที่ทำหน้าที่ขยายกระแส ประโยชน์ของมันคือไม่ใช่ขับสเต็ปมอเตอร์อย่างเดียว มันยังสามารถขับรีเลย์ ขับหลอด LED ที่กินกระแสสูง หรืออื่น ๆ ที่เรานำไปดัดแปลงประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายอีกด้วย

ซึ่งนอกจากนี้ยังมีคู่แฝดของมันอีกเบอร์คือ ULN2803 ที่มีคุณสมบัติเหมือนกันทุกอย่าง ต่างก็คือ ULN2803 นี้จะมี Darlington Array 8 ชุด หากนำมาขับ 28BYJ-48 ก็จะขับได้ 2 ตัวพอดี จากรูปข้างบนจะเห็นการเปรียบเทียบ ULN2803 จะมีขาเพิ่มขึ้นมาอีก 2 ขา นั่นก็คือขาของช่องที่ 8 ที่เพิ่มอีกช่องนั่นเองครับ

การใช้งาน 28BYJ-48 กับ Arduino
เนื่องจากการใช้งาน Stepper Motor ไม่ได้มีอะไรซับซ้อนมาก และรายละเอียดการใช้งาน 28BYJ-48 กับ Arduino ก็ได้อธิบายไปในบทที่ 2 แล้ว จึงขอยกตรงนั้นมารีรันอีกทีครับ สำหรับใครที่อยากอ่านรายละเอียดก็สามารถคลิกที่นี่กลับไปอ่านได้เลยจ้า

สำหรับวันนี้ก็เป็นบทความสั้น ๆ เนื่องจากการใช้งานนั้นก็ได้เขียนไปในบทที่ 2 ตามที่กล่าวไว้แล้วนะครับ ซึ่งการใช้งานมันก็มีแค่ที่เขียนไว้นี้จริง ๆ ไม่มีอะไรซับซ้อนกว่านี้ เรื่องที่จะซับซ้อนกว่านี้คือความสร้างสรรค์ที่แต่ละท่านจะนำไปใช้งานครับ บทความนี้เป็นเพียงการแนะนำเพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อมูลพื้นฐานต่าง ๆ ให้รู้จักกันมากขึ้น ส่วนการนำไปใช้งานนั้น เนื่องจากมอเตอร์ตัวนี้แม้ราคาถูกแต่การใช้งานไม่ถูกตาม มีการนำไปใช้ทำโปรเจคหลากหลายมาก ทั้ง CNC, 3D Printer ขนาดเล็ก - อุปกรณ์ Star Tracker สำหรับถ่ายภาพดาราศาสตร์ ไว้หันกล้องตามดวงดาวโดยอัตโนมัติ เป็นต้น ใครมีไอเดียอะไรดี ๆ ก็ไปคิดและออกแบบโปรเจคกันได้เลยครับ 28BYJ-48 ก็เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจ อย่างน้อยก็ใช้ทดลองไปก่อน ซื้อมาราคาถูกนำมายำได้อย่างสนิทใจ พอใช้งานจริงกำลังมันไม่พอหรือไม่ตอบโจทย์ก็ค่อยขยับขยายไปใช้มอเตอร์ที่ใหญ่ขึ้นได้ และเช่นเคย ใครมีอะไรดี ๆ ก็สามารถนำมาอวดกันได้ครับ เป็นแนวทางให้พี่น้องที่ติดตามบทความของเราได้ร่วมกันคิดร่วมกันพัฒนาสิ่งต่าง ๆ มาใช้งานต่อไป สำหรับบทความวันนี้ขอลาไปก่อน สวัสดีครับ

<< มอเตอร์ สเต็ปมอเตอร์ เซอร์โว - ตอนที่ 4 : การขับมอเตอร์โหลดสูงด้วยทรานซิสเตอร์-มอสเฟต

มอเตอร์ สเต็ปมอเตอร์ เซอร์โว - ตอนที่ 6 : การใช้วงจร H-Bridge ขับมอเตอร์และสเต็ปมอเตอร์ >>