يعد برنامج التشغيل A4988 واحدًا من أكثر برامج تشغيل المحركات المتدرجة شيوعًا في السوق، ويستخدم على نطاق واسع في تطبيقات مثل الطابعات ثلاثية الأبعاد وأجهزة التوجيه CNC والروبوتات. هذا المكون هو المفتاح للتحكم في محركات السائر ثنائية القطب، مما يسمح لك بضبط التيار وإجراء خطوات دقيقة، وهي تقنية تعمل على تحسين دقة وسلاسة حركة المحرك. بالإضافة إلى ذلك، فهو يتميز بقدرته على حماية المحرك والدائرة في حالات التحميل الزائد أو ارتفاع درجة الحرارة.
بفضل تعدد استخداماته وسهولة تكامله مع المنصات الإلكترونية مثل Arduino، أصبح A4988 أداة أساسية للمشاريع التي تتطلب الدقة في التحكم في الحركة. لقد نمت شعبيتها ليس فقط بسبب وظائفها، ولكن أيضًا بسبب العدد الكبير من الموارد المتاحة عبر الإنترنت لمعرفة كيفية إعدادها واستخدامها بشكل صحيح، مما يجعلها في متناول الجميع حتى للمبتدئين في عالم الإلكترونيات.
نظرة عامة على برنامج التشغيل A4988
A4988 هو محرك متدرج يعتمد على شريحة Allegro A4988. فهو يسمح لك بالتحكم في محركات السائر ثنائية القطب بدقة تصل إلى 1/16 من الخطوة، مما يعني أنه يمكنك تقسيم كل خطوة للمحرك إلى 16 جزءًا أصغر، مما يوفر حركة أكثر سلاسة ودقة. وهذا مفيد بشكل خاص في التطبيقات التي تتطلب التحكم الدقيق في الحركة، كما هو الحال في الطابعات ثلاثية الأبعاد وآلات CNC.
واحدة من المزايا الرئيسية للA4988 هو أنه يسمح بتعديل تيار الإخراج باستخدام مقياس الجهد. يعد ذلك ضروريًا لتجنب التحميل الزائد على المحرك وإلحاق الضرر به، بالإضافة إلى السماح بمرونة أكبر عند استخدام محركات ذات خصائص مختلفة. يتيح التعديل الحالي أيضًا العمل مع المحركات في ظروف الشحن الزائد، باستخدام جهد كهربائي أعلى من الاسمي للمحرك دون الإضرار به.
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن A4988 العديد من وسائل الحماية المضمنة، مثل الحماية من التيار الزائد، وارتفاع درجة الحرارة، وقفل الجهد المنخفض، مما يساعد على ضمان متانة كل من المحرك ووحدة التحكم. يمكن للسائق توفير ما يصل إلى 2 أمبير لكل ملف، على الرغم من أنه يوصى باستخدام المبدد الحراري أو التهوية النشطة عند العمل بتيارات عالية.
الملامح الرئيسية
يتمتع A4988 بالعديد من الميزات المهمة التي تجعله واحدًا من أكثر برامج التشغيل استخدامًا في مشاريع التحكم في الحركة:
- جهد التشغيل: يعمل على جهد كهربي يتراوح من 8 فولت إلى 35 فولت، مما يجعله متوافقًا مع مجموعة واسعة من مصادر الطاقة والمحركات المتدرجة.
- الحد الأقصى الحالي لكل ملف: يمكنه توفير ما يصل إلى 2 أمبير لكل مرحلة، وهو ما يكفي لتشغيل معظم محركات السائر المتوفرة في السوق. ومع ذلك، للوصول إلى هذه القيمة القصوى، يوصى باستخدام المشتت الحراري.
- دقة الخطوات الدقيقة: يدعم الطراز A4988 درجات دقة متناهية الصغر مختلفة: خطوة كاملة، 1/2 خطوة، 1/4 خطوة، 1/8 خطوة و1/16 خطوة. وهذا يوفر مرونة كبيرة من حيث الدقة والسلاسة في التحكم في المحركات.
- وسائل الحماية المتكاملة: يتضمن العديد من وسائل الحماية الأساسية، مثل الحماية من التيار الزائد والحماية الحرارية وحماية الدائرة القصيرة. تساعد هذه الضمانات على إطالة عمر السائق والمحرك المتصل.
التحكم الحالي وتعديل microstepping
أحد الجوانب الرئيسية لـ A4988 هو قدرته على ضبط الحد الأقصى للتيار المتدفق عبر ملفات المحرك. يتم إجراء هذا التعديل باستخدام مقياس الجهد المدمج في وحدة التشغيل. يعد ضبط التيار بشكل صحيح أمرًا ضروريًا لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان تشغيل المحرك بأمان وكفاءة.
التعديل الحالي كما يسمح باستخدام جهد إمداد أعلى من الجهد المقنن للمحرك دون الإضرار به. أصبح هذا ممكنًا بفضل قدرة A4988 على الحد من مرور التيار عبر ملفات المحرك، والذي بدوره يسمح بتحقيق سرعات أعلى للخطوات دون حرق المحرك.
بالإضافة إلى ذلك، يسمح لك برنامج التشغيل بتكوين دقة الخطوات الدقيقة باستخدام ثلاثة دبابيس تحديد (MS1 وMS2 وMS3). اعتمادًا على تكوين هذه الأطراف، يمكن تحديد دقة ميكروستيب مختلفة، مما يوفر تحكمًا أكثر دقة في المحرك. على سبيل المثال، في وضع الخطوة 1/16، سيكون المحرك الذي يحتوي عادةً على 200 خطوة لكل دورة قادرًا على اتخاذ ما يصل إلى 3200 خطوة دقيقة لكل دورة، مما يؤدي إلى تحسين دقة الحركة بشكل كبير.
مخطط الاتصال والاستخدام مع اردوينو
A4988 سهل الاستخدام للغاية مع وحدات التحكم الدقيقة مثل Arduino. يتطلب الأمر فقط دبوسين للتحكم في المحرك: أحدهما للاتجاه (DIR) والآخر للخطوة (STEP). يؤدي هذا إلى تبسيط التحكم في المحركات إلى حد كبير ويسمح باستخدام موارد وحدة التحكم الدقيقة بشكل أكثر كفاءة.
لتوصيل A4988 إلى Arduino، من المهم اتباع المخطط المناسب ومراعاة بعض الاعتبارات:
- قم بتوصيل دبابيس الطاقة: يحتاج A4988 إلى مصدري طاقة: أحدهما للجزء المنطقي (VDD) والذي يمكن أن يكون من 3 إلى 5.5 فولت، والآخر للمحرك (VMOT) الذي يمكن أن يتراوح بين 8 إلى 35 فولت. ومن المهم التأكد من أن كلا المصدرين متصلة بشكل صحيح.
- اتصال دبابيس STEP و DIR: هذه الدبابيس هي التي تتحكم في حركة المحرك. يستقبل طرف STEP النبضات التي تحدد متى يجب أن يتقدم المحرك، بينما يحدد طرف DIR اتجاه الحركة. لتشغيل المحرك في اتجاه واحد فقط، يمكنك توصيل طرف DIR مباشرة بـ VCC أو GND.
- باستخدام دبوس تمكين: لتمكين المحرك، من الضروري توصيل دبوس التمكين بالأرضي (GND). وإلا فإن المحرك لن يتلقى الطاقة ولن يتحرك.
وبصرف النظر عن ذلك، يحتوي A4988 على دبابيس أخرى مثل RST (إعادة الضبط)، وSLP (السكون)، وMS1، وMS2، وMS3 لاختيار الخطوات الدقيقة. تتيح هذه الميزات تحكمًا أكثر تقدمًا في المحرك، على الرغم من أنه في التطبيقات البسيطة، يمكن ترك العديد منها منفصلة أو بتكوينها الافتراضي.
معايرة وتعديل برنامج التشغيل A4988
لضمان التشغيل الأمثل للمحرك والسائق، من الضروري إجراء بعض التعديلات والمعايرة، خاصة فيما يتعلق بالتيار الذي يمر عبر ملفات المحرك.
مقياس الجهد A4988 يسمح لك بضبط تيار الإخراج الذي يتحكم في المحرك. للقيام بذلك بشكل صحيح، يمكنك قياس الجهد عند الطرف المرجعي (Vref) واستخدام صيغة لحساب الحد الأقصى للتيار المسموح به. تعتمد الصيغة المستخدمة على مقاومات التحويل الموجودة في كل لوحة، ولكن الصيغة العامة هي:
Iماكس = الخامسالمرجع / (8 * رs)
حيث أناماكس هو الحد الأقصى للتيار الذي سوف يمر عبر المحرك، وRs هي مقاومة تحويلة المجلس. من المهم ملاحظة أن هذا الحساب هو مجرد تقدير، ويوصى بقياس التيار الفعلي باستخدام مقياس التيار للحصول على قيمة أكثر دقة.
بمجرد ضبط مقياس الجهد على التيار المطلوب، من الضروري التحقق من درجات حرارة كل من المحرك والسائق. إذا تجاوز السائق 1 أمبير لكل ملف، فمن المستحسن استخدام المشتتات الحرارية أو التهوية القسرية لتجنب الضرر بسبب ارتفاع درجة الحرارة.
اعتبارات تبديد الحرارة
كما ذكرنا سابقًا، يمكن لـ A4988 توفير ما يصل إلى 2 أمبير لكل مرحلة، ولكن هذه القيمة ممكنة فقط باستخدام نظام جيد لتبديد الحرارة. وبدون الإدارة الحرارية المناسبة، يمكن أن يسخن المكون بشكل زائد ويدخل في وضع الحماية، مما يقلل من أدائه، وفي بعض الحالات، يتم إيقاف تشغيله تلقائيًا لمنع حدوث ضرر دائم.
لمنع ارتفاع درجة الحرارة، يوصى بلصق مبدد حراري صغير مباشرةً على شريحة التشغيل، باستخدام المعجون الحراري لتحسين نقل الحرارة. في التطبيقات التي يتعرض فيها السائق لتيارات عالية باستمرار، يُنصح أيضًا بإضافة مروحة لتحسين التهوية.
مقارنة مع برنامج التشغيل DRV8825
غالبًا ما تتم مقارنة A4988 بمنافسه المباشر، وهو برنامج التشغيل DRV8825. يتمتع كلا السائقين بوظائف متشابهة ومتوافقان مع بعضهما البعض في معظم الحالات، ولكن هناك بعض الاختلافات الرئيسية التي قد تجعل أحدهما أكثر ملاءمة من الآخر، اعتمادًا على التطبيق.
DRV8825 يسمح بالعمل بجهد أعلى يصل إلى 45 فولت، مقارنة بـ 35 فولت للطراز A4988. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع DRV8825 بسعة تيار أعلى قليلاً، ويدعم ما يصل إلى 2.5 أمبير لكل مرحلة. كما أنها توفر دقة إضافية للخطوات الدقيقة: تصل إلى 1/32 من الخطوة، بينما يصل الطراز A4988 إلى 1/16 فقط.
وعلى الرغم من هذه التحسينات على DRV8825، لا يزال الطراز A4988 يتمتع بشعبية كبيرة نظرًا لتكلفتها المنخفضة ودعمها الواسع في المجتمعات مثل الطابعات ثلاثية الأبعاد. بالإضافة إلى ذلك، في التطبيقات التي لا تحتاج إلى مثل هذه الدقة العالية أو التيارات الأعلى، يكون A3 عادةً أكثر من كافٍ.
من حيث تبديد الحرارة، كلا المتحكمين لهما خصائص متشابهة. بالنسبة للتيارات التي تزيد عن 1 أمبير، من الضروري إضافة خافضات حرارية أو تهوية قسرية لضمان استمرار التشغيل بدون مشاكل.
يعتمد الاختيار بين أحدهما أو الآخر إلى حد كبير على المتطلبات المحددة للمشروع. إذا كانت هناك حاجة إلى قدر أكبر من القوة أو الدقة، فقد يكون DRV8825 هو الخيار الأفضل، ولكن إذا كانت الميزانية قيدًا وكانت مواصفات A4988 كافية، فسيظل الأخير يقدم أداءً ممتازًا.
تطبيقات A4988 النموذجية
يتم استخدام برنامج التشغيل A4988 على نطاق واسع في مجموعة واسعة من المشاريع المتعلقة بالحركة، وذلك بفضل متانته وسهولة استخدامه وتعدد استخداماته. بعض التطبيقات الأكثر شيوعًا هي:
- طابعات 3D: يعد الطراز A4988 هو المحرك القياسي في العديد من الطابعات ثلاثية الأبعاد منخفضة التكلفة، مثل تلك التي تعتمد على RAMPS أو CNC Shield الإلكترونية.
- آلات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي: يستخدم في أجهزة التوجيه CNC للتحكم في المحركات التي تحرك أدوات القطع بدقة.
- الروبوتات: الروبوتات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في الحركة، مثل تلك التي تستخدم عجلات متعددة الاتجاهات، تستخدم أيضًا A4988 للتحكم في الاتجاه والسرعة.
- أجهزة الراسمة والماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد: يساعد الطراز A4988 على التحكم في الحركة الدقيقة المطلوبة في هذه التطبيقات.
كونه مكونًا متعدد الاستخدامات، فإن استخدامه يمتد إلى ما هو أبعد من هذه التطبيقات، وهو قطعة أساسية في أي مشروع يتطلب التحكم في حركة محركات السائر بدقة.