Chapter 1: introduction 3. [607892]

1
Cuprins
SUMMARY
Chapter 1: introduction 3.
Chapter 2: Theoretical Foundations 3.
2.1.Types of stepper motors 3.
2.1.1. Stepper motor with variable reluctance 3.
2.1.2 .Stepp er motors with permanent magnet 4.
2.1.3. Hybrid stepper motors 4.
2.2 .Classific ation by type of stator winding 5.
2.2.1 .Unipolar stepper motors 5.
2.2.2 .Bipolar stepping motors 5.
2.3. The control of stepper motors 5.
Chapter 3 implementation of the adopted solution "Designing an Automated Slider" 6.
3.1. Purpose of a utomated slider design 6.
3.2. Components used 6.
3.3. Circuit operation and block diagram 6.
Chapter 4: Experimental results 7.
4.1. Harnessing 7.
4.2. Description of the navigation menu 8.

Planificarea activității: 10.

1. Capitolul 1 : Stadiul Actual slider automatizat și motorul pas cu pas 11.
1.1. Introducere 11.
1.2. Sliderul automatizat în prezent pe piață 11.
1.3. Motorul pas cu pas 12.
1.3.1. Caracteristicile mecanice ale mo toarelor electrice de acționare 12.
1.3.2. Motoare de curent continuu 12.
1.3.3. Motoare de curent alternative 12.
1.3.4. Comanda motoarelor pas cu pas 13.
2. Capitolul 2: Fundamentarea Teoretică 15.
2.1. Introducere 15.
2.2. Motorul pas cu pas 15.
2.2.1. Caracteristici ale motoarelor pas cu pas 15.
2.2.2. Tipuri de motoare pas cu pas 15.
2.2.2.1. Motorul pas cu pas cu reluctanță variabilă 16.
2.2.2.2. Motoare pas cu pas cu magnet permanent 16.
2.2.2.3. Moto are pas cu pas hibride 17.
2.2.3. Clasificarea după tipul înfășurărilor din stator 17.
2.2.3.1. Motoare pas cu pas unipolare 17.
2.2.3.2. Motoare pas cu pas bipolare 18.
2.2.3.3. Motoare pas cu pas „8 -lead” 18.

2
2.3. Comanda motoarelor pas cu pas 19.
2.3.1. Prezentare generală a circuitelor de comandă pentru motorarele pas cu pas 19.
2.3.2. Comanda motoarelor pas cu pas unipolare 21.
2.3.3. Comanda motoarelor pas cu pas bi polare 23.
2.4. ATmega328p 23.
2.4.1. Arduino Nano 24.
3. Capitolul 3: Implementarea soluției adoptate “Proiectarea unui slider automatizat” 26.
3.1. Scopul proiectării sliderului 26.
3.2. Proiectarea dispozitivului pe care rulează patina cu aparatul de filmat 26.
3.3. Componentele utilizate 26.
3.3.1. Arduino Nano 27.
3.3.2. Motor pas cu pas NEMA 17 28.
3.3.3. Driver A498 8 29.
3.3.4. Encoder 34.
3.3.5. LCD 35.
3.4. Proiectarea circuitului 36.
3.4.1. Schema circuitului 36.
3.4.2. Funcționarea circuitului și schema bloc 36.
3.5. Funcția pentru comanda moto rului pas cu pas 38.
4. Capitolul 4: Rezultate experimentale 39.
4.1. Relizarea cablajului 39.
4.2. Realizarea montajului 40.
4.3. Descrierea meniului de navigare 41.
4.4. Forme de undă 42.
4.5. Organigrama programului 45.
5. Concluzii 46.
6. Bibliografie 47.
7. Anexe 48.

8. CV 54.

3

SUMMARY
Chapter 1: Introduction
The issue addressed comes from the need to adopt special devices in recent years when it comes to
being able to shoot video frames or to take a burst of photos with the effect of time lapse.
Consistent with the specialty studies that raised the problem of making these types of devices, it was
found that there are not many options on the local market, so it was proposed to study this problem
and design a slider of its own type.
A stepper motor is basically an electromechanical device t hat converts electrical impulses into
discrete mechanical movements. The spindle or axle of a stepper motor rotates in discrete steps when
electric control pulses are applied in the proper order. Rotary motors have more direct relationship
with these input impulses. The applied pulse sequence is directly related to the direction of the rotary
axis motor. The speed of the motor shaft rotation is directly related to the input impulse frequency
and the rotation length is directly related to the number of pulse inputs applied.
Chapter 2: Theoretical Foundations
2.1.Types of stepper motors:
There are basically three types of stepper motors: variable reluctance , permanent magnet and
hybrid.They differ in terms of construction based on the use of permanent magne ts and / or rotor
blades with steel laminate stator.
2.1.1. Stepper motor with variable reluctance:

Fig.1. Stepper m otor with variable reluctance [1]

4

The variable reluctance motor does not produce a permanent magnet.As a result, the motor rotor can
move without constraint or torque.This type of construction is good in non -industrial applications
that do not require a high degree of engine torque, suc h as positioning a microslip.
2.1.2 .Stepper motors with permanent magnet:
Permanent magnet motors, as the name suggests, have a permanent magnet rotor. It is a relatively
low-speed, low -torque device with 45 or 90 degree tilt angles .Simple construction and low cost
make it an ideal choice for non -industrial applications, such as a line printer printing w heel
positioner.

Fig.2. Steppe r motor with permanent magnet [1]
2.1.3. Hybrid stepper motors :
Hybrid stepper motors combine the best features of variable reluctance and permanent magnet
motors. Standard hybrid engines have 200 rotor teeth and rotate at 1.80 rpm. Other hyb rid motors are
available in 0.9ș and 3.6ș angles. Because they exhibit high static and dynamic torque and operate at
very high speeds, hybrid motors are used in a wide variet y of industrial applications .

5
Figure 3. Stepper Hybrid Engin e. [1]
2.2 .Classification by type of stator winding:
2.2.1 .Unipolar stepper motors

Figure 4. Stepper motor unipolar [4]
In the figure above, it can be seen that the stator is composed of two coils per pole, which have one
of the origins bound togethe r. We can see these windings as a coil on the pole, but with a median
socket. In this type of construction, the control circuit is simple, requiring only one switching
element for each coil, because in order to obtain the rotation movement of the motor sha ft the
direction of current through the coils of the motor stator must not be changed. If the common coil
starts are unconnected, the unipolar stepper motor can be regarded as a bipolar motor.
2.2.2 .Bipolar stepping motors
This engine type has a winding on the pole. In order to obtain the shaft rotation movement, the
direction of the current through the coils must be changed, and hence the need for a more complex
control circuit, usually a H -bridge used and commanded by the DC motors in two dials. At the same
weight, bipolar motors develop a higher torque than unipolar ones.

Figure 5. Stepper motor bipolar [4]
2.3. The control of stepper motors :

6
The stepper motor is a digital controllable DC motor with angular displacement of the rotor
proportional to the number of pulses received. At each impulse, the rotor performs an angular step,
then stops until a new impulse arrives. The stepper motor is capable of reversing the motion. If it is
correctly commanded (less frequent than the acceptable frequency), i t remains in sync with the
control pulses at acceleration, steady and slow down.

Fig6. Stepper motor block diagram
Step-by-step motors can be unipolar or bipolar motors .For bipolar motors the step control is done by
inverting the current through windin gs.The principle of the control resembles that of the direct
current motor, with the difference that in this case there are usually two windings.
Chapter 3 implementation of the adopted solution "Designing an
Automated Slider"
3.1. Purpose of automated sli der design:
The purpose of this device's design is to make it easier to grasp and fix the camera during
professional applications, whether in a studio or outside. The latter does not only have the function of
making it easier to fix the camera, it will be used in the shooting process, for example, creating bursts
of photos or even filming professional videos. This device is required for any professional
photographer in a studio.Data find this information, in order to be as easy as possible to handle, we
went to the idea of a simple, modular construction using standardized commercially available
items.So here is how to design this device from idea to concept and then to functional product.
3.2. Components used:
The components used to make the automated slider are as follows:
 Arduino Nano,
 Stepper Motor engine Nema 17
 Motor driver A4988
 Encoder
 LCD
 Batteries for 12V supply
 Buttons, Resistors, Condensers.
 The toothed belt
 Ball head tripod head

7
3.3. Circuit operation and block diagram
This subchapter discusses ho w the designed circuit works .First of all I would like to mention that the
Arduino Nano is the "brain" of this circuit, on which a program for control steper motor was loaded.I
will speak about the program in the following paragraphs.
First of all connect the circuit to the power supply, which in this case is 12V. There is nothing going
on on the circuit until the ON / OFF button is actuated. It is attached to the batteries. When the button
is in the "ON" state, the board is powered up and the commands are waiting.
In order to pass the stepper motor the command, that is, the distance that the skate must pass through,
on which the camera is mounted, we used an encoder. When the encoder is turned in a certain
direction, some parameters will appear on the LCD screen. These parameters are the time the device
will reach the end of the slider, preferably the distance. After the time parameter, the unit of measure,
seconds and the "left" or "right" appear after the direction. By controlling the time it gets from on e
side to another, it automatically controls the speed of the stepper motor. The button on the encoder is
"enter". When it is pressed, the stepper motor starts to move at the set speed. One important thing to
note is:
The stepper motor can be controlled t hrough the entire length of the slider.At the moment he ends up,
he stops. To set the direction in which it will continue to move, we used two buttons, one for "left"
and one for "right". They can only be operated after setting the time to travel.

Fig.7 . Circuit Block Diagram
Chapter 4: Experimental results
4.1. Harnessing:
The design of the printed wiring was done in the KiCad program. Circuit wiring is shown on the
Figure. This was done only on one layer, as can be seen in the f igure attached below.

8

Fig.8. Wiring – Top view
There are several steps to accomplish the physical circuit I will outline below.
I. The circuit was printed on a transparent foil and subsequently exposed to UV rays.
II. After exposure, the printed sheet was soda and then washed with water.
III. The freshly washed plate was deposited in ferric chloride, where it was left for about 40
minutes.
4.2. Description of the navigation menu:
When the circuit is powered at source, the following parameters appear on the screen by default
"Direction: Left" and "Time: 10s". The moment we want to start the stepper motor, we have to take
care that the "Left" is not the correct direction. If the "enter" button on the encoder is pressed, it will
not work.
Time change is done by acting o n the encoder, turning left or right. Note that the minimum time that
can be set is 5 seconds and the maximum time 180 seconds.When we set the desired time and
direction, we can start the engine by pressing the button on the encoder.

9

Fig.9 . navigation m enu

10
Planificarea activității:
Diagrama Gantt :

Name

Start Date

Days to complete

Culegerea informațiilor 15-Mar
26

Comandare componente 11-Apr
4

Construire slider
15-Apr
7

Scriere cod
24-Apr
14

Verificare proiect practic 8-May
14

Redactare licență
1-Jun
31

15-Mar 4-Apr 24-Apr 14-May 3-Jun 23-JunCulegerea infromatiilorComandarea componentelorConstruire sliderScriere codVerificare proiect practicRedactare licentaDays to…

11
Capitolul 1 Stadiul actual
1.1 Introducere:
Problematica abordată rezultă din necesitatea adoptării în ultimii ani, a unor dispozitive speciale,
atunci când vine vorba de a pu tea filma cadre video sau a efectua o rafală de fotografii formând
efectul de time lapse.
În concordan ță cu studiile de specia litate, care au ridicat problema confecți onării acestor tipuri de
dispozitive, s -a constatat că nu există multe opțiuni pe piață locală, așadar s -a propus studierea
acestei probleme și proiectarea unui sta nd de tip slider, propriu.
1.2 Slider -ul automatizat în prezent pe piață:
Slider -ul K -Cine de la Kono va este un slider pentru aplica ții cinematografice cu componente
manufacturat e de roboți industriali în uzina Samsung din Korea. K -Cine este compatibil cu sistemele
motorizate de la Konova. Are o lungime de minim 120 de cm, maxim 150 de cm. Are 12 rulmenți de
oțel pentru a putea susține camere de mari dimensiuni precum RED sau Alex a.

Acest model costă 9.737 RON, prețul a fost verificat în dată de 17.05.2019.

Dynaphos Parallax GT -J80D:
Este un slider Parallax cu funcționalitate extinsă și motor electric. Pe lâ ngă mișcarea obi șnuită
înainte -înapoi sau în sus și în jos, sliderul este echipat cu un mecanism care rotește platformă pe care
este montat aparatul foto și poate astfel "să urmărească" obiectul (efectul Parallax), creând mai mult
spațiu. Gr adul de rotație este reglabil. Șina este construită din tuburi de carbon. Picioarele de nivelare
retractabile. Sunt disponibile filete multiple de 1/4 și 3/8 inch pent ru montarea unui trepied.

Acest model de slider costă 2.190 RON, prețul a fost verificat în dată de 17.05.2019

GVM 32 Inch:
Este un slider motorizat din fibră de carbon, co mpus din opt straturi de fibră de carbon. Are o
lungime de 29 inch, timpul de alunecare pe lungimea sliderului, în modul video cel mai rapid 11.4
secunde, iar în modul cel mai lent 123 de secunde.

Acest model ar costă 1.600 RON, prețul a fost verificat în dată de 17.05.2019

Pe piață slider -urile automate se găsesc destul de greu, deoarece su nt puține modele disponibile
având un preț destul de ridicat.
Datorită acestui lucru, s -a decis realizarea pentru proiectul de diplomă, un astfel de dispozitiv,
doar că la un preț mult mai scăzut, care să satisfacă cerințele utilizatorilor, asemenea celor trei
modele descrise mai sus.

12
1.3. Motorul pas cu pas:
Motorul pas cu pas (steppe motor, sau prescurtat MPP) este un motor electric
sincron, fără perii, care divid e o rotație completă într-un număr finit de pași (rotați i incomplete de
unghi constant).
Principala modalitate de utilizare a motoarelor electrice o constituie acționarea electrică, prin care are
loc în mod efectiv conversia energiei electrice în energie mecanică, cu sau fără controlul unor
parametri electrici sau mecanici. Fiind construite într -o gamă extinsă de puteri, motoarele
electrice sunt folosite la foarte multe aplica ții: de la motoare pentru dispozitive electronice (hard
disc, imprimantă) până l a acționări electrice de puteri foarte mari (pompe, locomotive, macarale). [1]
1.3.1 . Caracteristi cile mecanice ale motoarelor electrice de acționare pot fi:
 Rigide, la care turația variază puțin când crește sarcina motorului (de exemplu la motoarele
asincrone sau de curent continuu cu excitație în derivație);
 Elastice (moi), la care turația scade mul t cu creșterea cuplului rezistent la arbore (de exemplu
la motoarele de curent continuu cu excitație în serie);
 Absolut rigide (sincrone), la care turația nu variază cu î ncărcarea, fiind riguros constantă dacă
frecvența tensiunii de alimentare nu se modif ică (la motoarele sincrone). Indiferent de tipul
motorului, acesta este constituit din două pă rti component: stator și rotor. Statorul este partea
fixă a motorului, în genera l exterioară, ce include carcasa , bornele de alimentare, armătura
feromagnetică statorică și înfăș urarea statorică. Rotorul este partea mobilă a motorului,
plasată de obicei în interior. Este format dintr -un ax și o armătură rotorică ce susține
înfăș urarea rotorică. Între stator și rotor există o porțiune de aer numită întrefier ce pe rmite
mișcarea rotorului faț ă de stator. Grosimea intrefierului este un indicator important al
performanțelor motorului . [1]
1.3.2 .Motoare de curent continuu:
Funcționează pe baza unui curent ce nu -și schimbă sensul, adică curent continuu. În funcție de mo dul
de conectare al înfășurării de excitație, motoarele de curent continuu se împart în patru categorii:
· Cu excitație derivație
· Cu excitație serie
· Cu excitație mixtă
· Cu excitație separate [1]
1.3.3. Motoare de curent alternativ
· Motoare sincrone
· Motoare as incrone
· Motoare cu inele de contact ( rotorul bobinat)

13
· Motoare cu rotorul în scurtcircuit. Tipuri speciale de motoare cu rotorul în scurtcircuit:
· Motoare cu bare înalte
· Motoare cu dublă colivie Dolivo -Dobrovolski [1]
1.3.4 . Comanda motoarelor pas cu pas:
Motorul pas cu pas este un motor de curent continuu comandabil digital, cu deplasarea unghiulară a
rotorului proporțională cu numărul de impulsuri primite. La fiecare impuls rotorul execută un pas
unghiular apoi se oprește până la sosirea unui nou impuls. M otorul pas cu pas este capabil de
rever sarea sensului de mișcare. Dacă este comandat corect (cu o frecvență mai mică
decât cea admisibilă) rămâne în sincronism cu impulsurile de comandă la accelerare, mers constant și
încetinire.

Fig. 1 Schemă bloc de ac țioare a motorului pas cu pas
Motoarele pas cu pas pot fi motoare unipolare sau bipolare. La motoarele bi polare comanda pașilor
se face prin inversarea curentului prin înfășurări. Principiul comen zii seamănă cu cel de la comanda
motorului de curent contin uu, cu diferența că în acest caz de regulă sunt două înfășurări. [12]

Fig2. Structura motorului pas cu pas bipolar [ 12]
În acest caz controllerul trebuie să poată inversă polaritatea pentru o deplasare a curentului în ambele
sensuri. Controllerul trebuie să alimenteze înfășurările succesiv cu o anumită secvență pentru un sens
și secvența inversă pentru celălalt sens. În desenul alăturat o parcurgere a 4 faze înseamnă o rotire de
360°. Motoarele reale au mai multe înfășurări și un pas înseamnă o deplasare u nghiulară mică. [12]
Motoarele pas cu pas unipolare folosesc o priză mediană legată la alimen tare, inversarea curentului
obținânduse prin legarea la masă succesivă a terminalelor extreme ale

14
înfășurării că în figura 3, se obțîn astfel câmpuri magnetice de sens co ntrar fără inversarea
polarităț ii.[12]

Fig. 3 Inversarea curentului în motoarele unipolare [ 12]
Înfășurările motorului sunt conectate că în figura 4. Prizele mediane sunt legate la alimentare și
secvența de impulsuri se aplică terminalelor 1a, 1b, 2a, 2b. [12]

Fig. 4 Structura și înfășurările motorului unipolar [ 12]

Secvențele digitale pentru comanda unui motor pas cu pas unipolar cu 4 faze, în varianta cea mai
simplă, sunt date în figură 5 :

Fig. 5 Se cvențele digitale pentru comanda unui motor pas cu pas unipolar [12 ]
Un modul de comandă poate controla un motor pas cu pas asigurând un curent bine
definit prin înfășurări. Acest tip de comandă creează de exemplu posibilitatea de a comandă motorul
cu un curent mai mare la pornire sau permite reali zarea unor traiectorii optime de viteză (regim
accelerat – frânat). [12]

15
Capitolul 2: Fundamentare Teoretica
2.1. Introducere:
Un motor pas cu pas este în principiu un dispozitiv electromecanic care convertește impulsuri
electrice în miscări mecanice discre te. Arborele sau axul unui motor pas cu pas se rotesc în pa și
discreți, când se aplică impulsuri de comandă electrică în ordinea corespunzătoare. Rotirea
motoarelor are mai multe relații directe cu aceste impulsuri de intrare aplicate. Secvența impulsurilo r
aplicate este direct legată de direcția motorului axului rotativ. Vitez a rotației axului motorului este
direct legată de frecvența impulsurilor de intrare, iar lungimea de rotație este direct legată de numărul
de intrări impulsuri aplicate. [2]
2.2. Moto rul pas cu pas:
Un motor pas cu pas transformă impulsurile digitale în rotația mecanică a arborelui. Aceste impulsuri
controlează rotația axului în pa și mici, unghiulari. O asemenea rotație în trepte este rea lizată prin
alinierea anumitor „dinți” a rotorul ui cu anumiți „stâlpi ” ai statorului (în funcție de care înfăș urări
sunt energizate și care nu sunt) la un moment dat . Ca atare, există doar puncte de echilibru specifice
la care rotorul poate "odihni". De fiecare dată când se livrează un nou set de impuls uri, rotorul se
rotește la următorul "pun ct de echilibru", iar poziția sa unghiulară fată de stator se blochează în locul
de odihnă pană când ajunge la schimbarea unui nou set de impulsuri. Un controler cu motor pas cu
pas trebuie să poată gestiona generar ea și condiționarea impulsuri lor necesare pentru a produce pa și
de rotație. Un controler tipic pentru motor pas cu pas constă din trei elemente de bază, și anume
indexer (care generează semnale de nivel scăzut care corespund impulsurilor pasului și semnale lor de
direcție) circuitul driver pentru motorul pas cu pas (transformă semnalele de nivel scăzut în
semnalele de alimentare la infăsurările de energie ale motorului pas cu pas) și o interfată cu PC -ul
sau microcontrolerul. [ 3 ]
2.2.1.Caracteris tici ale m otoarelor pas cu pas:
Unghiul de pas – este unghiul care deplasează rotorul la aplicarea unui impuls de comandă.
Viteza un ghiulară – poate fi calculată ca produs dintre unghiul de pas și frecvența de comandă.
Frecvența maximă de start -stop în gol – este f recvența maximă a impulsurilor de comandă, la care
motorul poate porni, orpi sau reversa f ăra pierderi de pași.
Frecvența limită de pornire – reprezintă frecvența maximă a impulsurilor de comandă, cu care
motorul pas cu pas poate porni fără pierderi de paș i, pentru un cuplu rezistent.
Cuplul limită de pornire – reprezintă cuplul rezistent maxim la ax , cu care motorul pas cu pas poate
porni la o frecvența și un moment de inerție date, fără pierderi de pași.
Cuplul de menținere – este egal cu cuplul reziste nt maxim, care poate fi aplicat axului motorului cu
fazele nealimentate, fără a provoca rotirea continuă a rotorului. [ 3 ]
2.2.2. Tipuri de motoare pas cu pas:

16
Există în principiu tr ei tipuri de motoare pas cu pas: cu reluctanță variabilă, magnet permane nt și
hibrid. Ele diferă în termeni de construcție pe bază utilizării magneților permanenți și / sau rotoare de
fier cu stator laminat din oțel.
2.2.2.1. Motorul pas cu pas cu reluctanță variabila:
Motorul cu reluctanță variabilă nu utilizează un magnet pe rman ent. Ca rezultat, rotorul motorului se
poate mișca fără con strângere sau cuplu . Acest tip de construcție este bună în aplicații non -industriale
care nu necesită un grad ridicat de cuplu al motorului, cum ar fi poziționarea unui microslip. [1]

Fig. 6 . Motor pas cu pas cu reluctanță variabila[ 1 ]

Motorul cu reluctanță variabilă din ilustrația de mai sus are trei "seturi de stâlpi de stator" (A, B, C,),
setat la 15 grade. Curentul aplicat pe polul A prin bobina motorului cauzează o atracție magnetică
care aliniază rotorul (dintele) la polul A. Stâlpul B de stator activ care face rotorul să se rotească la
15 grade în aliniere cu p olul B. Acest proces va continua cu polul C și înapoi la A în sensul acelor de
ceasornic. Inversarea procedurii (C l a A) ar a vea ca rezultat o rotire în sensul invers acelor de
ceasornic. [ 1 ]
2.2.2.2. Motoare pas cu pas cu magnet permanent:
Motoarele cu magnet permanent, dupa cum sugereaza si numele, are un rotor cu magnet permanent.
Este un dispozitiv cu turație relativ redus ă, cu un cuplu redus, cu unghiuri de trep te mari de 45 sau 90
de grade. Construcția sa simplă și costul redus fac o alegere ideală pentru aplicații non -industriale,
cum ar fi un dispozitiv de poziționare a roților de imprimare a imprimantei de linie.

Fig. 7. Motor pas cu pas cu magnet permanent[ 1 ]

17
Spre deosebire de celelalte motoare pas cu pas, rotorul motorului cu magnet p ermanent nu are dinți și
sunt concepute pentru a fi m agnetizate la un unghi drept față de axă sa . Ilustrația de mai sus prezintă
un motor cu magnet permanent de 90 grade, cu patru faze (A -D). Aplicarea curentului la fie care fază
în ordine va determina rotorul să se rotească prin ajustarea la câmpurile magnetice în schimbare. Deși
functionează la o viteză destul de scăzută, motorul cu magnet permanent are relativ caracteristică de
cuplu mare. [ 1 ]
2.2.2.3. Motoare pas cu pas hibride :
Motoa rele pas cu pas hibride, combină cele mai bune caracteris tici ale motoarelor cu reluctanță
variabilă si ale celor cu magnet permanent. Motoarele h ibride standard au 200 de dinți rotori și se
rotesc la unghiuri de trepte de 1,8ș . Alte motoare hibride sunt disponibile în configurați i de unghiuri
de treaptă de 0.9ș și 3.6ș . Deoarece prezintă un cuplu st atic și dinamic ridicat și funcț ionează la viteze
foarte înalte, motoarele hibride sunt utilizate într -o mare varietate de aplicații industriale . [ 1 ]

Fig. 8 . Motor pas cu pas hibrid. [ 3 ]

2.2.3. Clasificarea dupa tipul înfașură rilor din stator:
2.2.3.1 .Motoare pas cu pas unipolare

Fig. 9 . Motor pas cu pas unipolar [ 4 ]

18
În figura de mai sus se poate observa că statorul e compus din câte două bobine pe pol, care au unul
din capete legate împreună. Putem privi aceste înfășurări și ca o bobina pe pol, dar cu priză mediană.
La acest tip constructiv circuitul de comandă este simplu, fiind nevoie doar de un element de
comutație pentru fiecare bobina, deoarece pentru a obține mișcarea de rotație a axului motorului
sensul curentului prin bobinele din statorul motorului nu trebuie schimbat. Dacă se lasă n econectate
capetele comune ale bobinelor, motorul pas cu pas unipolar poate fi privit ca un motor bipolar.
[4]
2.2.3.2. Motoare pas cu pas bipolare
Acest tip constructiv de motor are o înfășurare pe pol. Pentru a obține mișcarea de rotație a axului,
sensul curentului prin bobine trebuie schimbat, și de aici apare și necesitatea unui circuit de comandă
mai complex, de obicei o punte H utilizată și la comanda motoarelor de curent continuu în două
cadrane. La aceeași greutate motoarele bipolare dezvoltă un cup lu mai mare decât cele unipolare. [ 4 ]

Fig. 10 . Motor pas cu pas bipolar [ 4 ]

2.2.3.3. Motoare pas cu pas „8 -lead”:
În realitate acestea nu constituie o categorie aparte dar se diferențiază prin faptul că au 8 fire, adică 4
bobine (2 pe pol) cu ambele capete accesibile la exterior. Prin diverse conexiuni pot fi folosite ca și
motoare unipolare sau bipolare după cum urmează:
 Unipolare
 Bipolare în serie: Se obține un curent mai mic consu mat de motor deoarece inductanț a bobinelor
se dublează și se obțin e un cuplu ridicat la viteze mici.
 Bipolare în paralel: Se obține un cuplu mai mare la viteze mari dar în același timp și curentul
prin motor va crește.
 Bipolar cu o singură bobina pe fază: Se va folosi o singură bobina pe pol. [ 4 ]

19

Fig. 11 . Conexiune serie [4 ]

Fig.12 . Conexiune in paralel [ 4 ]

2.3. Comanda motoarelor pas cu pas:
2.3.1.Prezentare g enerala a circuitelor de comandă pentru motorarele pas cu pas:

Odată cu creșterea vitezei , cuplul motorului scade. Acest fenomen se datorează inducta nțelor de
înfășurare care limitează creșterea / scăderea curentului în timpul comutării de fază. Schema de
substituție a înfășurării constă dintr -un rezistor conectat în serie R și inductanța L [H] cu o constantă
de timp [s].
Dacă frecven ța de comutare a f azei ( deci si viteza rotorului) este mai rapida decât timpul de
stabilizare a curentului de înfășurare, curentul în înfășurarea nu va atinge va loarea completă
(nominală)(fig 13, a ) . Prin urmare, cuplul, care depinde direct de curentul motorului, scade. [ 2 ]

20

a) b)

Fig 13 . Efectele curentului de fază la frecvențe diferite ale semnalului de comandă [ 2 ]

De la circuitele de comandă este necesară as igurarea celui mai rapid timp de tranziție, astfel încât
curentul și, prin urmare, cuplul să atingă valoarea dorită în cel mai scurt timp posibil.
Cea mai ușoară modalitate de a îmbunătăți pr oprietățile motorului este să fie conectat la o sursă de
tensiune mai mare decât tensiunea sa nominală dată de multipli ai curentului nominal și a înfășurării
rezistenței. Cu toate acestea, este necesar să se limiteze curentul de înfășurare la o va loare nominală.
Cea mai simplă metoda este de a adăuga o rezistență supli mentară la circuit, așa cum se arată în
figura 1 4a. [ 2 ]
O altă metodă este prezentată în figura 1 4b, în care un tranzistor PNP care operează în regiunea
liniară este utilizat ca sursă a curentului constant. Este foarte simplă topologia buclă deschisă, însă
dezavantajul il reprezinta o mare pierdere pe rezistor sau pe tranzistor și nevoie de o scădere masiva
de căldură. [ 2 ]

Fig 14 . Metode de limitare a curentului in circuit.a) cu o rezistenta, b)cu un tranzistor [2]

O altă abordare pentru a controla curentul în bobine este utilizarea PWM pentru a menține curentul
la valoarea dorită. Funcționează în așa fel încât tensiunea este conectată si deconectata alternativ de

21
la bobina astfel încât curentul să fie menținut într -un anumit interval de histerezis și să nu depășească
valoarea de referință. Acesta poate funcționa cu un ciclu de funcționare constant atunci când este o
buclă deschisă. În controlul cu buclă inchisa se poate controla orice motor, indiferent de rezistența sa
la inductanță și înfășurare.
Cu toate acestea, rezistența de detectare curentă (prezentată în figura 15 , etichetat R_S) este conectat
între GND și puntea H. Prin trecerea curentului prin circuit există o cădere de tensiune care intră în
comparator. Aici este comparat cu valoarea de re ferință. Cu o rețea de elemente pasive, banda
comparatoare de hi stereză poate fi setată în fig.15 prin rezistoarele R2, R3. [ 2 ]

Fig 15 . Controlul PWM [ 2 ]

Deoarece bobina este a elementul inerțial de curent, o parte importantă a acestor circuite sunt
circuitele de circulație liberă în care curentul circulă și dispare după oprirea fazei. Curentul trebuie să
dispară cât mai repede, când momentele de frânare sunt generate atunci fază este oprită. Strategiile de
comutare adecvate ale tranzistorului în punt ea H pot imbunătă ți degradarea curentă. În același timp,
trebuie să protejăm comutatoarele electronice de putere, deoarece acestea ar putea fi distruse de
tensiunea indusă mare L · di / dt când curentul scade rapid. [ 2 ]

Fig.16 . Formă de undă a curentul ui de fază și a tensiunii în controlul PWM .[2]

2.3.2. Comanda motoarelor pas cu pas unipolare:

22
Trebuie spus de la început că deși e cel mai simplu și cel mai ieftin mod de comandă a unui motor
pas cu pas, se obține un cuplu cu aproximativ 30% mai mic decâ t în cazul unui motor bipolar.
Acest tip de driver poartă numele de L/R driver sau driver în tensiune constantă. Asta înseamnă că
pentru energizarea bobineor se folosește o tensiune constantă.Valoarea maximă a curentul ui care
străbate înfășurările depinde astfel de rezisten ța ei și de tensiune I=U/R. Inductanț a bobinei
determină variația maximă în timp a cu rentului di/dt=UL. Astfel vitez a maximă cu care se poate
comanda un motor pas cu pas unipolar cu un astfel de driver depinde de inductanț a L a înfășură rii,
pentru că peste o anumită viteză curentul nu va mai ține “pasul” cu tensiunea. Se poate aduce totuși o
îmbunătățire unui astfel de driver prin modificarea părții electronice (care se mai complică puțin) și
folosirea o două surse de tensiune. Prima sur să de tensiune, de valoare mai mare decât cea nominală,
va fi folosită pentru alimentarea înfășurării pentru o perioadă scu rtă, doar pentru a crește viteza de
variație a curentului p ână acesta ajunge la valoarea s a nominală. În acest moment prima sursă de
tensiune este decup lată iar bobina va fi alimeatată în continuare de cea de -a două sursă de tensiune
(de valoare nominală) care va menține curentul constant (la valoarea maximă) în restul perioadei cât
bobina este energizata.
Comanda se va aplic a la intră rile A_IN, B_IN, C_IN și D_IN corespunzătoare câte unei bobine. Ea
se poate aplica cu ajutorul unui microcontroler (patru pini folosiți ca și ieșiri digitale) sau cu ajutorul
portului paralel al PC -ului. Dacă la una din intrări se va aplic a 1 logic atunci elementul de comandă
(tranzistorul C -MOS) va comuta iar bobina va fi energizată. Dacă comanda se face ca și în tabelele
de mai jos axul motorului se va roti cu un pas sau jumătate de pas după cum se poate observa. [ 4 ]

Tabelul 1: Secvența de comanadă pentru un pas [ 4 ]

Tabelul 2 : Secvența de comanadă pentru jumatate de pas [ 4 ]

23
Practic pentru coman da “full step” o rotație de 360ș a axului motorului e împărțită în 200 de secvențe
de comandă, obținându -se o rotație a axului, pent ru un impuls de coman dă, cu 1.8ș . Comand a “half
step” împarte o rotație de 360 s a axului motorului în 400 de secvențe de comandă, obținându -se o
rotație a axului, pent ru un impuls de comandă, cu 0.9ș. Față de comanda “full step” se obține o
precizie mai ridicată cât și o rot ație mai lină a axului, dar în același timp va scădea și cuplul
motorului. Dacă se dorește o r otație continuă a axului această secvența se va repeta într -o buclă
infinită (sau într -o buclă, de un număr de ori egal cu numărul de păși doriți) .[ 4 ]
2.3.3. Co manda motoarelor pas cu pas bipolare :
Acest tip constructiv de motoare pas cu pas are câte o înfășurare pe fiecare pol. Comanda acestui tip
de motor pas cu pas presupune și schimbarea sensului curentului prin bobină. Astfel nu mai poate fi
folosit un circ uit de comandă cu doar un element de comutație pentru fiecare dintre cele două
înfășurări. Un tip de driver foarte răspândit este alcătuit din două punți H, una pentru fiecare bobina.
Acest tip de driver nu mai este considerat în tensiune constantă ci în c urent constant, deoarece
actionează că un chopper. La fiecare nou pas o tensiune mare (în comparație cu cea folosită la driver –
ele L/R) se aplică infăș urări. Acest lucru duce la o creștere rapidă a curentului în bobină (di/dt=U/L).
În plus fată de punțile H driver -ul, în partea să de comandă conține și niște comparatoare care
monitorizează curentul prin inf ășurări. Când acesta depă șește o anumită limită (valoarea nominală),
valoarea tensiunii la bornele bobinei devine 0, iar în momentul în care curentul sca de din nou sub
acea limită valoarea tensiunii la borne redevine cea a sursei de alimentare, menținându -se astfel
curentul la o val oare “constant ă”.[ 4 ]
2.4. Microcontrollerul ATmega328p:
ATmega328p este un cip microcontroller, creat de catre ATMEL si face parte din seria megaAVR.
Atmega328 p AVR 8 -bit este un circu it integrat de inaltă performanț ă ce se bazează pe un
microcontroler RISC, combinând 32 KB ISP flash o memorie cu capacitatea de a citi în timp ce scrie,
1 KB de memorie EEPROM, 2 KB de S RAM, 23 l inii E/S de uz general, 32 Înregistrări procese
generale, trei cronometre fle xibile/contoare , întreruper i internă și externă, programator de tip
USART, orientate interfată serială byte de 2 cabluri, SPI port serial, 6 -canale 10 -bit Converter A/D
(8-chanal e în TQFP și QFN/MLF packages), "watchdog timer" programabil cu oscilator intern, și
cinci moduri de software -ul intern de economisire a energie i selectabil. Dispozitivul funcț ionează
1,8-5,5 volți. Prin executarea instrucțiuni puternice într -un singur cic lu de ceas, aparatul realizează un
răspuns de 1 MIPS. [ 5 ]
Configurația pinilor a acestui microcon troller se regăsesc în figura 17 , prezentată mai jos:

24

Fig. 17 . Configurația pinilor [17]
2.4.1. Arduino:
Familia de unelte de dezvoltare Arduino include p lăci cu microcontroller, accesorii, și componente
software open source, care permit utilizatorilor să realizeze proiecte folosind o abordare unificată, de
nivel înalt, care se dorește a fi independentă de microcontrollerul folosit. Plăcile Arduino sunt
echipate in principal cu microcontrollere Atmel AVR, dar există și plăci echipate cu microcontrollere
de tip ARM, sau din familia x86. În afara plăcilor Arduino oficiale, există o gamă largă de clone, de
obicei cu preț redus (si performanț ă discutabilă), precum XDruino, Freeduino, etc. [6]
Plăcile Arduino expun cei mai multi pini I/O ai microcontrolerului pentru a fi utiliz ați in alte circuite.
In acest moment placile Diecimila, Duemilanove, și Uno oferă 14 pini digitali I/O, dintre care șa se
pot produce semnale de puls cu lățime modulata (PWM), și șase intrări analogice. Acești pini se află
pe partea superioară a plă cii Ar duino, grupați in 3 mufe mamă de 0.1 inch ( 2,5 mm ). Arduino Nano
cât si anumite placi Arduino compatibi le pot avea pe partea inferioară a plăcii pini de tip tată ce
permit conctarea plăcii pe plăci fără lipire tip breadboard.
Există pe piață mai multe ti puri de plă ci Arduino – compatibile și Arduino – derivate. Unele sunt
funcțional echivalente cu placile Arduin o și pot fi folosite alternativ. Multe dintre acestea au la baza
platforma Arduino, cu adaos de drivere de ieșire, de cele mai multe ori pentru a fi utilizate în
domeniul educației, la nivelul școlii, sau pentru a simplifica construirea de roboț i mici. Alt ele sunt
echivalente electric, dar schimbă factorul de formă, lucru care permite uneori utilizarea în continuare
a Shield -urilor, alteori nu. Unele variante folosesc procesoare complet diferite, cu d iferite niveluri de
compatibilitate. Până î n prezent au fost produse 16 versiuni hardware oficiale Arduino. [7]
Placa de dezvoltare este echipată cu acelaș i micro -controller performant ( ATmega328p ) de pe
Arduino Uno ș i convertorul USB serial CH340. Avantajul acesteia il reprezintă dimensiunile reduse,
astfel se poate integ ra in diverse proiecte unde spaț iul componentelor este foarte important.

25
Programa rea dispozitivului se realizează prin intermediul unui cablu cu mufa mini U SB, placa de
dezvoltare venind ș i cu un bootloader . [8].
Despre această component ă importantă se va discuta mai mull t în următorul capitol, unde se vor
descrie toate caracteristicile ei.

Fig 18. Arduino Nano [9 ]

26
Capitolul 3 implementarea soluț iei adoptate “Proiectarea unui slider
automatizat”
3.1. Scopul proiectă rii slideru lui automatizat:
Scopul proiectării acestui dispozitiv este de a facilita prinderea și fixarea aparatului de fotografiat în
timpul unor aplicații profesionale, fie ele într -un studio sau înafara acestuia. Acesta din urmă nu are
funcția doar de a facilita f ixarea aparatului foto, ci va fi utilizat în procesul de fotografiere spre
exeplu creearea unor rafale de fotografii sau chiar filmarea unor videoclipuri profesionale. Acest
dispozitiv îi este necesar oricărui fotograf profesionist în cadrul unui studio. D ate find aceste
informații, pentru a putea fi cât mai ușor de manipulat, am mers pe idea unei construcții simple,
modulare, utilizând elemente standardizate aflate în comerț. Așadar în cele ce urmează am să vă
prezint proiectarea acestui dispozitiv de la i dee la concept și mai apoi la un produs fizic funcțional
realizat.
3.2. Proiectarea dispozitivului pe care ruleaza patina aparatului de filmat:
Concepția de proiectare a acestui dispozitiv este prezentată în figura de mai jos. O astfel de formă
constructi vă va permite fixarea aparatului de fotografiere în poziții diferite, datorită faptului că acesta
are 2 axe principale (o translație care este motorizată și o rotație care este manuală), în așa fel încât să
poată fi utilizat în mai multe poziții și să poat ă filma cadre din diferite unghiuri. Lungimea slider -ului
folosit in acest proiect este de 80 de centimetri..

Fig. 20 . Sliderul video si siste mul de prindere al aparatului
3.3. Componentele utilizate:
Componentele utilizate pentru realizatea slider -ului automatizat sunt urmatoarele:
• Arduino Nano,
• Motor pas cu pas Nema 17

27
• Driver pentru motor A4988
• Encoder
• LCD
• Baterii pentru alimentarea la 12V
• Butoane, Rezistente, Condensatori.
• Curea de transmisie dinț ată
• Cap pentru trepied cu bilă

In subcapitolele ce urmeaza, o sa fie descrise pr incipalele component utilizate și faptul pentru care
au fost alese pentru acest proiect.
3.3.1. Arduino Nano:
Arduino Nano este o placă de microcontroler proiectată de Arduino.cc. Microcontrolerul utilizat în
Arduino Nano este Atmega328P, același cu cel folosit în Arduino UNO. Dispune de o gamă largă de
aplicații și este o placă de microcontroler majoră datorită dimensiunilor și flexibilitătii reduse. [ 18 ]
Iată câteva dintre caracteristicile sale de bază pe care trebuie să le știți dacă vă gândiți să lucrați la
această placă de microcontroler:
• Are în total 12 pini de intrare/ieșire;
• 14 dintre ei sunt digitali;
• 8 dintr ei sunt analogici;
• Are 6 pini de PWM printer cei digitali;
• Are un oscillator de cristal de 16MHz;
• Tensiunea de funcționare variază de la 5V -12V;
• Suportă diferite moduri de comunicare;
• Protocol serial;
• Protocol I2C;
• Protocol SPI;
• Are un pin USB mini pentru a încărca codul;
• Are buton de reset. [ 18 ]

Faptul că placa Arduino Nano are încorporat un regulator li niar de 5V este un aspect foarte important
pentru proiectul realizat, deoarece alimentarea pentru motorul pas cu pas este de 12V, iar celalalte
componente care sunt conectate la placă sunt alimentate la 5V.

Arduino Nano are încorporate mai multe tipuri de memorie:
• Memorie Flash de 32 Kb
• Memorie SRAM de 8Kb
• Memorie EEPROM de 1Kb [18]

28

Fig. 21 .Arduino Nano – configurația pinilor [ 10]
3.3.2. Motor pas cu pas NEMA 17:
Motorul pas cu pas este cea mai iportanta component ă a slider -ului, deoarece el determina deplasarea
de-a lungul axei. Pentru această lucrare a fost ales motor pas cu pas, din categoria motoarelor f ără
perii (“brushless”) ce au c a proprietate fundamentală faptul că o rotație completă poate fi impar țită
într-un număr e xact de pași. Motivele pentru care motorul pas cu pas a ajuns să fie folosit într -o gamă
mare de aplicații este acuratețea, dar și repetabilitatea. Din cauza faptului că aceste motoare nu au un
circuit de feedback trebuie ales cu grijă modelul de motor nec esar aplicației, altfel încât să obținem
pasul dorit. Modelul ales pentru această aplicație este motorul NEMA 17 (Național Electrical
Manufacturers Association), din categoria motoarelor pas cu pas unipolare. [18]

În figură este prezentat motorul NEMA 17, STP-43D1034 (fig.22) care are următoarele caracteristici
principale :
• pasul de 1.8°,
• tensiunea recomandată variabilă între valoare de 12 volți și 24 volți,
• curentul de fază de 2 amperi și cuplul de 59 Newton centimetri.

Motoarele efectuează o rotație completă într -un număr de 200 de pași, la care se adaugă nivelul
rezoluției dorite, iar înmulțind aceste două valori, vom obține numărul de pa și efectivi ai unei rotații
complete. [18]

29

Fig. 22. Motor NEMA 17 model STP-43D1034 [ 17 ]

3.3.3. Driverul A4988:
Driverele de motoare sunt utilizate pentru controlul motoarelor prezentate în subcapitolul anterior.
Modelul de driver ales este A4988 și a fost ales datorită interfeței de control ușor de folosit și
gradului de configurare și intercon ectare facil. A4988 este un circuit de comandă pentru motoarele
pas cu pas, de la Allegro. Driverul dispune de limitare la curent reglabilă, protecț ie la su pracurent și
cinci rezoluț ii diferite ale pasului. Acest a functioneaza de la 8V la 35V și poate livr a pana la 2A prin
bobina. [19]
Utilizarea driverului pentru controlul motorului presupune urmărirea a mai multor pași de
configurare.
• În primul rând trebuie ca pinul ENABLE, care funcționează în logică inversă, să fie conectat
la masă pentru a putea fi ac tivat cipul. Conectarea sa la tenesiunea de alimentare (VCC)
conduce la dezactivarea cipului. De asemenea, pinul RESET și pinul SLEEP vor fi și ei
conectați la masa printr -o rezistență.
• În al doilea rând trebuie configurată rezoluția pasului, asfel se cone ctează pinii MS1, MS2,
MS3 la alimentare prin intermediul unor întrerupătoare electrice. În cazul în care cei trei pini
sunt neconectați, driverul va lucra la numărul de pași maxim permis de motor. În celelalte
cazuri, vom putea seta nivele intermediare co respunzătoare unor rezoluții cu valori cuprinse
între ½ și 1/32 . Pentru configurarea rezoluției pasul ui se poate consulta tabelul 3 .
• În ultimul rând, trebuie conectat motorul la pinii OUT1A, OUT2A, OUT1B, OUT2B. Pentru
a evita arderea cipului, este recoma ndat ca motoarele să nu fie conectate sau deconectate de la
driver in timp ce acesta este alimentat.

30

Tabelul 3 . Rezolu ția pasului
Schema de interconectare cu microcontrolerul și motorul pas cu pas este reprezentată în figura 13.

Fig. 23 . Schema de interconectare pentru driver [13 ]
În urma acesor trei pași de setare a driverului, motorul poate fi controlat doar prin intermediul a trei
semnale : cel de pornire, semnalul de control al rezoluției și semnalul de control al direcției. Astfel,
dacă pe pinul STEP al driverului este primit un impuls, acesta corespunde unui pas al motorului
într-o direcți e ce va fi dată de pinul de direcție(DIR) cu o rezoluție presetată. În cazul în care pin ul de
direcție nu este conectat , motorul va efectua rotațiile într -o singură direcție. [13]
Driverul are trei intrări diferite pentru a controla numeroasele sale stări de putere: RESET, SLEEP și
ENABLE. Un aspect deosebit de important este faptul că pinul RESET nu este conectat , dacă nu se
utilizează acest pin, el se poate conecta la pinul SLEEP.
Rezolutia pasului (MSx): Rezoluția pasului este stabilită de tensiunea de pe intră rile logice MSX,
așa cum se arată în tabelul 3 . Pinii MS1 și MS3 au o rezistență pull -down de 100 kΩ, iar pinul MS2
are o rezistență pull -down de 5 0 kΩ. Atunci când se modifică modul pasului, schimbarea nu va avea
efect până când următoarea margine nu va crește. Dacă modul pasului este modi ficat fără resetarea
driverului și trebuie menținută poziția abs olută, este important să se modi fice modul pasului într -o
poziție care este comună pentru ambele moduri ale pasului pentru a evita pașii care lipsesc. Atunc i
când dispozitivul este porni t sau resetat din cauza TSD, driverul este setat la poziția inițială, care este,
în mod implicit este comună tuturor modurilor pasilor . [13] MS1 MS2 MS3 Rezoluția pasului
Mică Mică Mică 1/1
Mare Mică Mică 1/2
Mica Mare Mică 1/4
Mare Mare Mică 1/8
Mare Mare Mare 1/16

31

Fig. 24 . Schema bloc a driverului [13]
Funcționare in modul fr ânare mixtă :
Puntea funcționează în acest mod , la pornire și resetare și în timpul funcționării normale, conform
configurației ROSC și secvenței pasului. [13]

32

a) b)
Fig.25 . a)Modul de frânare mixtă pentru pas i ntreg, b) Modul de fr ânare mixtă pentru jumatate de
pas [13]
În timpul modului de frânare mixtă, când punctul de deplasare este atins, A4988 începe inițial într -un
mod de frânare rapidă pentru 31,25% din timpul de off -time. După aceasta, se trece la modul de
frânare le ntă pentru restul. [13 ]
De obicei, acest mod este necesar numai atunci când curentul din bobină trece de la o valoare mai
mare la o valoare inferioară determinată de starea circuitului de comandă. Pentru cele mai mu lte
încărcări selectarea automată a acestui mod, este convenabilă deoarece minimizează străpungerea
atunci când cu rentul crește și previne pașii care lipsesc când curentul cade. Pentru unele aplicații în
care este necesară setarea pasului la viteze foarte scăzute, lipsă EMF determină în bobină creșterea
rapidă a curentului, ceea ce duce la eșecuri. Acest lu cru este prezentat în figura 26 . Prin conectarea
pinului ROSC la masă, modul frânare mixtă este setat să fie activ în proporție de 100% din timp, atât
pentru curenții în creșt ere, cât și pentru cei care se încadrează, și î mpiedică trecerea ratăril or așa cum
se arată în figura 27 . Se recomandă ca modul de frânare mixtă să fie selectat automat, deoarece va
reduce riplul. [ 13 ]

33

Fig. 26 . Pașii care lipsesc atunci când pasul este setat la viteză mică [ 13] .

Fig. 27 . Modul de frânare mixtă [13]

34

Fig.28 . Driverul A4988 [16]
3.3.4. Encoderul:
Un encoder este un di spozitiv de detectare care ofer ă Feedback. Codificatorii convertesc mișcarea la
un semnal electric care poate fi citit de un anumit tip de dispozitiv de comandă într -un sistem de
control al mișcării. Circuitul pentru encoder si switch poate fi observat in figura de mai jos.

Fig. 29 .Circ uitul pentru encoder si switch [15]
În acest proiect , encoderul este contectat cu pinii OUTA si OUTB la pinii D2 și D3 ai pl ăcii Arduino
Nano, care reprezintă întreruperile INT0 respectiv INT1. [15]

35

Fig.30 . Encoderul [ 14 ]
3.3.5. LCD:
LCD (Liquid Cr ystal Display) este un modul electronic de afișare. Un afișaj LCD 16×2 este un
modul foarte simplu și este foarte frecvent utilizat în diverse dispoz itive și circuite. Un LCD 16×2
înseamnă că poate afișa 16 caractere pe linie și există 2 astfel de linii. A cest LCD utili zează o
interfată I2C, ceea ce î nseamnă că sunt necesari mai puțini pini pentru a utiliza acest produs decât ar
fi necesar cu un ecran LCD obișnuit de 16×2 (sunt necesare doar patru conexiuni, VCC, GND, SDA
și ȘCL) și este în fundal. Adresă I2C este de obicei zecimal 39, hex 0x27. Aceste dispozitive pot fi
uneori găsite la zecimal 63, 0x3F. Este foarte ușor să găsiti o adresă I2C pe Arduino utilizând
i2c_scanner. [ 11 ]
Caracteristici:
 16 caractere, 2 rânduri;
 Text alb pe fundal albatstru ;
 Portul de conectare are o î năltime de 0,1 ", un singur rând pentru o pliere usoară și cablare;
 Pini sunt așezați pe partea din spate a ecranului LCD pentru a vă ajută să îl conectați;
 Setul de caractere încorporat acceptă textul englez / japonez, cons ultați fișa tehnică HD44780
pentru întregul set de caractere;
 Pot fi create pană la 8 caractere suplimentare pentru glifurile particularizate sau suportul
lingvistic "străin". [ 11]

A) b) Fig.31
.LCD -ul utilizat vedere din spate a) si din fata b) [11]

36
3.4.Proiectarea circuitului:
În acest subcapitol se va explic a fiecare pas pentru realizarea și funcționarea circu itului
dispozitivului. După cum a fost scris mai sus, scopul proiectării unui slider automatizat este pentru
realizarea unor filmări profesionale din anumite unghiuri. Pentru realizarea depl asării pe o distanță
precisă, s -a folosit un motor pas cu pas.
3.4.1.Circuitul dispozitivului:
Pentru impl ementarea schemei circuitului s -a utilizat programul KiCad. Acesta are o interfață ușor
de utilizat, motiv penrtu care a fost ales. Mai jos este atașata figura cu circuitul final.

Fig.32 .Circuitul slider -ului aut omatizat
După cum se poate observa în figura de mai sus motorul pas cu pas, alimentarea la surs a de tens iune
și LCD -ul au fost conecta te la placă prin intermediul unor conectori.
3.4.2.Funcț ionarea circuitului si schema bloc
Acest subcapitol abordează modu l în care funcționează circu itul proiectat. Prima data este menționat
faptul că placa Arduino Nano reprezintă “creierul” acestui circuit, pe care a fost în cărcat un program
pentru c ontrolul motorului. Despre p rogramul respectiv se va vorbi în următoarele pa ragrafe.
Înainte de toate se conecteaza circuitul la sursa de alimentare, care în acest caz este de 12V. Asupra
circuitului nu se întâmplă nimic până la acționarea butonului de ON/OFF. Acesta este atașat lângă
baterii. În momentul în care butonul este în starea “ON”, placa este alimentată și se așteaptă
comenzile.

37
Pentru a transmite motorului pas cu pas comanda, respectiv distanța pe care trebuie să o parcurgă
patina, asupra căreia este montat aparatul de fot ografiat, s -a folosit un encoder . În momentul în care
encoderul este învârtit într -o anumită direcție, pe ecranul LCD -ului vor apărea niște parametri. Acei
parametri reprezintă timpul în care aparatul va ajunge la capătul sliderului, resprectiv distanța. După
parametrul timp, apare unitatea de măs ură, secundele iar după apare direcția “left” sau “right”.
Controlând timpul în care se ajunge dintr -o parte în alta, automat se controlează viteza motorului pas
cu pas. Butonul pe care îl conține encoderul are rolul de “enter”. Când acesta a fost apăsat, m otorul
începe să se miște cu viteaza setată. Un lucru important ce trebuie menționat este :
• Motorul poate fi controlat să parcurgă toata lungimea sliderului. În momentu în care ac esta
ajunge în capă t, el se oprește. Pentru a seta direcția în care se va d eplasa în continuare, s -au
folosit d ouă butoane, unul pentru “left” și unul pentru “right ”, după cum se poate observa in
figura 33 . Ele vor putea fi acționate doar după setarea timpului în care se parcurge distanța. .

Fig.33 .Butoanele pentru direcție

Fig.34 Diagrama bloc a circuitului

38
3.5. Funcția pentru controlul motorului :
Funcția care pentru comand a motorului pas cu pas este următoarea:

Pentru calcul ul parametrilor care s -au folosit în aceste linii de cod, se pot consulta anexele.

39
Capitolul 4 : Rezultate experimentale
4.1. Realizarea c ablajul ui:
Proiectarea cablajului imprimat s -a realizat în programul KiCad. Cablajul circuitu lui este prezentat pe
Figura 35. Acesta a fost realizat doar pe un strat, după cum se poate observa în figura atașată mai
jos..

Fig. 35 Cablajul – Vedere de sus
Pentru realizarea circuitului fizi c s-au parcurs mai mulți pași care sunt precizați mai jos .
I. Circuitul a fost imprimat pe folie transparentă, ulterior acesta a fost expus la raze UV.
II. După expunere, placa imprimată a fost pusă în sodă, iar mai apoi spălată cu apă.
III. Placa proaspăt s pălată, a fost depusă în clorură ferică , unde a fost lăsată apro ximativ 40 de
minute. Rezultatul poate fi observat în figura 38 .

Fig. 36 Placa după expunerea la raze UV și după scoaterea din clorură

40

Fig.37 . Placa în timpul corodării

Fig.38 . Placa după corodare
4.2. Realizarea montajului :
Montajul este prezentat în figurile de mai jos. Pentru conectarea motorului, a L CD-ului și pentru
alimentare, s -au folosit conectori. Aceștia pot fi observați mai jos în figura [ ].

Fig 39. Placa după adăugarea componentelor

41
4.3. Descrierea meniului de navigare:

Fig. 40 Meniul de navigare
În momentul în care circuitul este alimentat la sursă, pe ecran apar implicit următorii parametrii
“ Direcție: Left” și “Timp: 10 s”. În momentul în care dorim să pornim motorul, trebuie să avem
grijă deoarece direcția prestabilită, “Left” nu este direcția corectă. Dacă este apăsat butonul “enter”
de pe encoder, acesta nu va funcționa.
Modificarea timpului se realizează acționând asupra encoderului, învârtind în stânga sau în d reapta .
De menționat faptul că timpul minim care poate fi setat este 10 secunde, iar timpul maxim 180 de

42
secunde. În momentul în care am setat timpul și direcția dorită, putem să pornim motorul prin
apăsarea butonului de pe encoder.
4.4. Forme de undă obtinute:
Form ele de undă care vor fi prezentate în figurile de mai jos, sunt obținute setând motorul să se
învârtă după un anumit interval de timp.
Semnlul PWM a fost preluat cu ajutorul osciloscopului, de pe pinul STEP al driverului A4988.

Fig. 41 Semnalul PWM ob ținut pentru un timp de 5 secunde

Fig. 42 Semnalul PWN obținut pentru un timp de 60 secunde

43

Fig. 43 Semnaul PWM obținut pentru un timp de 120 secunde

Fig.44 Semnalul PWM obținut pentru un timp de 180 secunde

44
4.5. Organigrama programului:

Fig. 45 Organigrama programului

45
În următoarele rânduri se va explica organigrama atașată mai sus. Funcția LCD este folosită pentru
afișarea parametrilor setați. Aceste setări vor fi explicate în continuare. În momentul în care
programul rulează și ajunge în bucla “LOOP” se așteaptă comenzile pentru motorul pas cu pas.
Prima comandă este timpul de rotire al motorului. Acest timp este setat din encoder. Când encoderul
este învârtit spre stânga “r” (care reprezintă rotirile) se decrementeza, de aici rezultă scăderea
timpului și creșterea vitezei. Când encoderul este rotit spre dreapta “r” se incrementează rezultând un
timp de rotire mai mare și o viteză mai scăzută a motorului. Următoarea comandă pe care o așteaptă
motorul este direcția în care acesta de rote ște. Setarea direcției se realizează apăsând unul dintre cele
două butoane, respectiv “butonminus” pentru stânga și “butonplus” pentru dreapta. Comanda
finală așteptată de motorul pas cu pas este “START”. Acționând asupra encoderului prin apăsare,
rezultă pornirea motorului după parametri stabiliți mai sus.

După realizarea setărilor de mai sus, programul se întoarce în “LOOP” așteptând următoarele
comenzi.

46
5. Concluzii
În lucrarea de față este preze ntat un studiu referitor la proiecta rea unui slider video motorizat
utilizând elemente componente standard găsite în comerț și bazat pe cunoștințele dobândite până în
prezent de către autor.

Datorită faptului că aceste dispositive se găsesc în comerț la un preț destul de ridicat, s -a decis a s e
realiză un astfel de dispozitiv începând de la o idee, care a ajuns să fie schitată, iar impreună cu
profesorul indrumător am realizat în cele din urmă sliderul fizic și funcțional. Mai mult decât atât, s -a
obținut rezultatul dorit, investind o sumă mult mai mică fată de un produsele existențe pe piață.

În concluzie, după un îndelungat timp de cercetare ș i documentare, s -a reușit să se dezvolt e un astfel
de produs, la un preț de cost scăzut, cu o precizie de funcționare foarte bună, utilizând componente
de calitate aflate în comerț.

Pentru realizare a fost propus un buget de 500 lei. În urmatorul tabel o să fie menționată fiecare
componentă împreună cu prețul ei.

Slider 300 lei
Mecanism prindere aparat 40 lei
Motor pas cu pas 40 lei
Arduino Nano 19 lei
Driver A4988 9 lei
LCD 17 lei
Butoane 4 lei
Encoder 4 lei
Rezistențe și Condensatori 2 lei

După cum se poate observa prețul sliderului confecționat este mult ma scăzut față de cele prezentate
în primul capitol. Sliderul realizat îndeplinește mul te dintre caracteristicile celor de pe piață. De
exemplu el funcționeaza la fel de lent și fin asemenea celor găsite în comerț.
Acest dispozitiv este strict pentru utilizare personală într -un studio, însă după cum s-a mai precizat,
acesta se poate utiliza la fel de sim plu și î nafara studioului .