Chapter 1: introduction 3. [607891]

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 automated 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. Motoare 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 pa s bipolare 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 A4988 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 motorului pas cu pas este următoarea 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

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 a n electromechanical device that 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 r elationship
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 re lated 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 o n the use of permanent magnets 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 wheel
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 hybrid motors are
available in 0.9o and 3.6o 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 Engine. [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 together. 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 ro tation movement of the motor shaft 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 th e 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 displacem ent 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 t han the acceptable frequency), it 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 windings.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 S lider"
3.1. Purpose of automated slider 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 e asier 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 a s 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 componen ts 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 how 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 follow ing 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 boar d 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, som e 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 one
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 through 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 s etting 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 figure 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 followin g 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 w ork.
Time change is done by acting on 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 o n the encoder.

9

Fig.9 . navigation menu

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:
Problematică abordată rezultă din necesitatea adoptării în ultimii ani, a unor dispozitive speciale,
atunci când vine vorba de a putea filmă cadre video sau a efectuă o rafală de fotografii formând
efectul de time lapse.
În concordantă cu studiile de spe cialitate, care au ridicat problemă confectionării 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 stând de tip slider, propriu.
1.2 Slider -ul automa tizat în prezent pe piață:
Slider -ul K -Cine de la Konova este un slider pentru aplicătii cinematografice cu componente
manufacturate de roboți industriali în uzină Samsung din Korea. K -Cine este compatibil cu sistemele
motorizate de la Konova. Are o lungim e 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 Alexa.

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

Dynaphos Parallax GT -J80D:
Este un slider Pa rallax cu funcționalitate extinsă și motor electric. Pe langă mișcarea obisnuită
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 (ef ectul Parallax), creând mai mult
spațiu. Gradul de rotație este reglabil. Sină 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, compus din opt straturi de fibră de carbon. Are o
lungime de 29 inch, timpul de alunecare pe lungimea slideru lui, 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 puține modele di sponibilă având
un preț destul de ridicat.
Datorită acestui lucru, am decis să realizez 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 descris e mai sus.

12
1.3. Motorul pas cu pas:
Motorul pas cu pas (stepper motor, sau prescurtat MPP) este un motor electric
sincron, fără perii, care divide o rotație completă într-un număr finit de pași (rotațîi 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 în tr-o gamă extinsă de puteri, motoarele
electrice sunt folosite la foarte multe aplicățîi: de la motoare pentru dispozitive electronice (hard
disc, imprimantă) până la acționări electrice de puteri foarte mari (pompe, locomotive, macarale). [1]
1.3.1 . Caracteristicile mecanice ale motoarelor electrice de acționare pot fi:
Rigide, la care turația variază puțin când crește sarcină motorului (de exemplu la motoarele asincrone
sau de curent continuu cu excitație în derivație);
Elastice (moi), la care turația scade mult 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 incărcarea, fiind riguros constantă dacă
frecvență tensiunii de alimentare nu se modifică (la motoarele sincrone). Indiferent de tipul
motorului , acesta este constituit din două părti component: stator și rotor.. Statorul este partea fixă a
motorului, în general exterioară, ce include carcasă, bornele de alimentare, armătura feromagnetică
statorică și infăsurarea statorică. Rotorul este partea mob ilă a motorului, plasată de obicei în interior.
Este format dintr -un ax și o armătură rotorică ce susține infăsurarea rotorică. Între stator și rotor
există o porțiune de aer numită întrefier ce permite mișcarea rotorului fată de stator. Grosimea
intrefier ului 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, curent continuu. În funcție de modul de
conectare al înfășurării de excitație, motoarele de cure nt 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 asincrone
· Motoare cu inele de contact ( rotorul bobinat)
· Motoare cu rotorul în scurtcircuit. Tipuri speciale de motoare cu rotorul în scurtcircuit:
· Motoare cu bare înalte

13
· 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. Motorul pas cu pas este capabil de
reversarea sensului de mișca re. 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 act ioare a motorului pas cu pas
Motoarele pas cu pas pot fi mot oare unipolare sau bipolare. La motoarele bi polare comanda pașilor
se face prin inversarea curentului prin înfășurări. Principiul comenzii seamănă cu cel de la comandă
motorului de curent continuu, cu diferență că în acest caz de regulă sunt două înfășurăr i.[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 pent ru 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 unghiulară mică. [12]
Motoarele pas cu pas unipolare folosesc o priză mediană legată la alimentare, inversarea curentului
obțînânduse prin legarea la masă succesivă a terminalelor extreme ale
înfășurării că în figura 3, se obțîn astfel câmpuri magnetice de sens contrar fără inversarea
polaritățîi. [12]

14

Fig. 3 Inversa rea 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 comandă unui motor pas cu pas unipolar cu 4 faze, în varianta cea mai
simplă, sunt date în figură 5 :

Fig. 5 Secvențele digitale pentru comandă unui motor pas cu pas unipolar [12 ]
Un modul de comandă poate control a 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 realizarea 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 discrete. 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 impulsurilor
aplicate este direct legată de direcția motorului axului rotativ. Viteză rotației axului motorului este
direct legată de frecvență impulsurilor de intrare, iar lungimea de rotație este direct legată de numărul
de intrări impulsuri aplicate. [2]
2.2. Motorul 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 rotorului cu anumiți „stâlpi ” ai statorului (în funcție de care in făsurări
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 impulsuri, 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 generarea și condiționarea impulsuri lor necesare pentru a produce pași
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 semnalelor 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 motoarelor 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 frecvența maximă a impu lsurilor de comandă, la care
motorul poate porni, orpi sau reversa fra 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 pași, pentru un cuplu rez istent.
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 rezistent 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 permanent 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 permanent. Că rezultat, rotorul motorului se
poate mișcă fără constrângere sau cuplu de "cuplare". Acest tip de construcție este bună în aplicații
non-industriale care nu necesită un grad ridicat de cuplu al motorului, cu m 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 polul B. Acest proces va continuă cu polul C și înapoi la A în sensul acelor de
ceasornic. Inversarea procedurii (C la A) ar avea că 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 redusă, cu un cuplu redus, cu unghiuri de trep te mari de 45 sau 90
de grad e. Construcția să simplă și costul redus o 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 magnetizate la un unghi drept fată de axă să. Ilustrația de mai sus prezintă
un motor cu magnet permanent de 90 grade, cu patru faze (A -D). Apli carea curentului la fiecare fază
în ordine va determină 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 :
Motoarele pas cu pas hibride, combina cele mai bune caracteristici ale motoarelor cu reluctanta
variabila si ale celor cu magnet permanent. Motoarele hibride standard au 200 de dinți rotori și se
rotesc la unghiuri de t repte de 1,80. Alte motoare hibride sunt disponibile în configurații de unghiuri
de treaptă de 0.9o și 3.6o. Deoarece prezintă un cuplu static și dinamic ridicat și functionează la
viteze foarte înalte, motoarele hibride sunt utilizate într -o mare varietat e de aplicații industriale . [ 1 ]

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

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

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

18
În figură de mai sus se poate observa că statorul e compus din câte două bobine pe pol, care au unul
din începuturi 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 elemen t
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 neconectate
începuturile 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 comandă motoarelor de curent continuu în două
cadrane. La aceeași greutate motoarele bipolare dezvoltă un cuplu mai mare decât cele unipolare. [ 4 ]

Fig. 10 . Motor pa s 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 urme ază:
 Unipolare
 Bipolare în serie: Se obține un curent mai mic consumat de motor deoarece inductanță bobinelor
se dublează și se obține 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 generala a circuitelor de comanda pentru motorarele pas cu pas:

Odată cu creșterea vitezei , cuplul motorului scade. Acest fenomen se datorează inductanțelor de
înfășurare care limitează creșterea / scăderea curentului în timpul comutării de fază. Schema de
substitu ție a înfășurării constă dintr -un rezistor conectat în serie R și inductanța L [H] cu o constantă
de timp [s].
Dacă frecvența de comutare a fazei ( deci si viteza rotorului) este mai rapida decât timpul de
stabilizare a curentului de înfășurare, curentul în înfășurarea nu va atinge valoarea completă
(nominală)(fig A) . Prin urmare, cuplul, care depinde direct de c urentul motorului, scade. [ 2 ]

20

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

De la circuitele de comanda este necesară asigurarea 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 proprietățile motorului este să -l conectați 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 suplimentară la circuit, așa cum se arată în
figura 1a. [ 2 ]
O altă metodă este prezen tată în figura 1b, în care un tranzistor PNP care operează în regiunea liniară
este utilizat ca sursă a curentului constant. Este foarte simplă topologia buclă deschisă, îns ă
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 do rită. Funcționează în așa fel încât tensiunea este conectată si deconectata alternativ de
la bobina astfel încât curentul să fie menținut într -un anumit interval de histerezis și să nu depășească

21
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 referință. Cu o rețea de elemente pasive, banda
comparatoare de hi stereză poat e 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 puntea H pot imbunătăti 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 curentului de fază și a tensiunii în controlul PWM .[2]

2.3.2. Co manda 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 decât 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 care
străbate înfășurările depinde astfel de rezistentă ei și de ten siune I=U/R. Inductanță bobinei
determină variația maximă în timp a curentului di/dt=UL. Astfel viteză maximă cu care se poate
comandă un motor pas cu pas unipolar cu un astfel de driver depinde de inductanță L a înfășurării,
pentru că peste o anumită vit eză 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 sursă de tensiune, de valoare mai mar e decât cea nominală,
va fi folosită pentru alimentarea înfășurării pentru o perioadă scurtă, doar pentru a crește viteză de
variație a curentului până acesta ajunge la valoarea să nominală. În acest moment prima sursă de
tensiune este decuplată iar bobina va fi alimeatata 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 aplică la intrările A_IN, B_IN, C_IN și D_IN core spunzătoare 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 aplică 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 comanada pentru un pas [ 4 ]

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

23
Practic pentru comanda “full step” o rotație de 360 s a axului motorului e împărțită în 200 de
secvențe de comandă, obținându -se o rotație a axului, pentru un impuls de comandă, cu 1.8s.
Comandă “half step ” împarte o rotație de 360 s a axului motorului în 400 de secvențe de comandă,
obținându -se o rotație a axului, pentru un impuls de comandă, cu 0.9s. Față de comandă “full step” se
obține o precizie mai ridicată cât și o rotație mai lină a axului, dar în a celași timp va scădea și cuplul
motorului. Dacă se dorește o rație 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. Comanda 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 circuit de comanda cu doar un ele ment 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 curent 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 infăsurări. 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 infăsurări. Când acesta depăseste o anumită limită (valoarea nominală),
valoarea tensiunii la bornele bobinei devine 0, iar în momentul în care curentul scade din nou sub
acea limită va loarea tensiunii la borne redevine cea a sursei de alimentare, menținându -se astfel
curentul la o valoare “constanta”. [ 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 circuit integrat de inaltă performantă ce se bazează pe un
microcontroler RISC, combinând 32 KB ISP flash o memorie cu capacitatea de a cîți -în-timp-ce-
scrie, 1 KB de memorie EEPROM, 2 KB de S RAM, 23 linii E/S de uz general, 32 În registrări
procese generale, trei cronometre fle xibile/contoare , intreruper 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-chanale în TQFP și QFN/MLF packages ), "watchdog timer" programabil cu oscilator intern, și
cinci moduri de software -ul intern de economisire a energiei selectabil. Dispozitivul functionează
1,8-5,5 volți. Prin executarea instrucțiuni puternice într -un singur ciclu de ceas, aparatul realizea ză un
răspuns de 1 MIPS. [ 5 ]
Configurația pinilor a acestui microcon troller se regăsesc în figura 17 , prezentată mai jos:

24

Fig. 17 . Pinout [17]
2.4.1. Arduino:
Familia de unelte de dezvoltare Arduino include plăci 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 performanŃă discutabilă), precum XDruino, Freeduino, etc. [6]
Placile Arduino expun cei mai multi pini I/O ai microcontrolerului pentru a fi utilizati in alte circuite.
In acest moment placile Diecimila, Duemilanove, și Uno oferă 14 pini digitali I/O, dintre care șase
pot produce semnale de puls cu lățime modulata (PWM), ș i șase intrări analogice. Acesti pini se afla
pe partea superioara a placii Arduino, grupati in 3 mufe mama de 0.1 inch ( 2,5 mm ). Arduino Nano
cat si anumite placi Arduino compatibile pot avea pe partea inferioara a placii pini de tip tata ce
permit conc tarea placii pe placi fara lipire tip breadboard.
Există pe piata mai multe tipuri de placi Arduino – compatibile și Arduino – derivate. Unele sunt
funcțional echivalente cu placile Arduino 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 roboti mici. Altele sunt
echivalente electric, dar schimba 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. Pana in prezent au fost produse 16 versiuni hardware oficiale Arduino. [7]
Placa de dezvoltare este echipata cu acelasi micro -controller performant ( ATmega328p ) de pe
Arduino Uno si convertorul USB serial CH340. Avantajul acesteia il reprezinta dimensiunile reduse,
astfel se poate integra in diverse proiecte unde spatiul compon entelor este foarte important.

25
Programarea dispozitivului se realizeaza prin intermediul unui cablu cu mufa mini USB, placa de
dezvoltare venind si cu un bootloader . [8].
Despre această component ă importantă voi discuta mai mullt în următorul capitol, unde voi descrie
toate caracteristicile ei.

Fig 18. Arduino Nano [9 ]

26
Capitolul 3 implementarea solutiei adoptate “Proiectarea unui slider
automatizat”
3.1. Scopul proiectarii sliderului 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 fixa rea 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. Date 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 idee 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
constructivă 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 poată f ilma 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 dinta tă
• Cap pentru trepied cu bilă

In subcapitolele ce urmeaza, o sa fie descrise principalele component utilizate si faptul pentru care
le-am ales 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 car acteristicile 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 liniar 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 a slider -ului, deoarece el determina deplasarea
de-a lungul axei. Pentru această lucrare a fost ales motor pas cu pas, din categoria motoarelor fără
perii (“brushless”) ce au că proprietate fundamentală faptul că o rot ație completă poate fi impartită
într-un număr exact 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 fe edback trebuie ales cu grijă modelul de motor necesar 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 New ton 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 păși 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 interconectare facil. A4988 este un circuit de comanda pentru motoarele
pas cu pas, de la Allegro. Driverul dispune de limitare la curent reglabila, protectie la supracurent si
cinci rezolutii diferite ale pasului. Acesta functioneaza de la 8V la 35V si poate livra pana la 2A pe
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 invers ă, să fie conectat
la masă pentru a putea fi activat 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 trebu ie configurată rezoluția pasului, asfel se conectează 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 celelalt e
cazuri, vom putea seta nivele intermediare corespunzătoare 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 recomandat ca motoarele să nu fie conectate sau deconectate de la
driver in timp ce acesta este alimentat.

30

Tabelul 3 . Rezoluția 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 direcție ce va fi dată de pinul de direcție(DIR) cu o rezoluție presetată. În cazul în care pinul de
direcție este lăsat în aer, motorul va efectua rotațiile într -o singură direcție. [13]
Driverul are trei i ntrări diferite pentru a controla numeroasele sale stări de putere: RESET, SLEEP și
ENABLE. Un aspect deosebit de important este faptul că pinul RESET este lăsat în aer, dacă nu se
utilizează acest pin, el se poate conecta la pinul SLEEP.
Rezolutia pasulu i (MSx): Rezoluția pasului este stabilită de tensiunea de pe intrările 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 50 kΩ. Atunci când se modifica modul pasul ui, 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. Atunci
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 . Diagrama bloc a driverului [13]
Funcționare in modul franare mixta:
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 franare mixta pentru pas intreg, b) Modul de franare mixta pen tru 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 in ferioară determinată de starea circuitului de comandă. Pentru cele mai multe
incărcări selectarea automată a acestui mod, este convenabilă deoarece minimizează străpungerea
atunci când curentul crește și previne pașii ratați când curentul cade. Pentru unel e aplicații în care
este necesară setarea pasului la viteze foarte scăzute, lipsă EMF (din spate în) determină în bobină
creșterea rapidă a curentului, ceea ce duce la eșecuri. Acest lu cru este prezentat în figura 26 . Prin
tragerea pinului ROSC la masă, m odul frânare mixtă este setat să fie activ în proporție de 100% din
timp, atât pentru curenții în creștere, cât și pentru cei care se incadrează, și impiedică 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 ratați 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 dispozitiv de detectare care ofera 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 mișcă rii. Circuitul pentru encoder si switch poate fi observat in figura de mai jos.

Fig. 29 .Circuitul pentru encoder si switch [15]
In proiectul meu, encoderul este contectat cu pinii OUTA si OUTB la pinii D2 si D3 ai placii
Arduino Nano, care reprezinta intreruperile INT0 respectiv INT1. [15]

35

Fig.30 . Encoderul [ 14 ]
3.3.5. LCD:
LCD (Liquid Crystal Display) este un modul electronic de afișare. Un afișaj LCD 16×2 este un
modul foarte simplu și este foarte frecvent utilizat în diverse dispozitive și circuite. Un LCD 16×2
inseamnă că poate afișa 16 caractere pe linie și există 2 astf el de linii. Acest LCD utilizează o
interfată I2C, ceea ce inseamnă 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 f undal. 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 inăltime 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 t extul englez / japonez, consultați 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 am să explic fiecare pas pentru reali zarea și funcționarea circuitului
dispozitivului. După cum am scris mai sus, scopul proiectării unui slider automatizat este pentru
realizarea unor filmări profesionale din anumite unghiuri. Pentru realizarea deplasării pe o distanță
precisă, am folosit un motor pas cu pas.
3.4.1.Circuitul dispozitivului:
Pentru implementarea schemei circuitului am folosit programul KiCad. Acesta are o interfață ușor de
utilizat, motiv penrtu care l -am ales. Mai jos am să atașez figură cu circuitul final.

Fig.32 .Circuitul slider -ului automatizat
După cum se poate observa în figura de mai sus motorul pas cu pas, alimentarea la sursă de tensiune
și LCD -ul au fost conectați la placă prin intermediul unor conectori.
3.4.2.Functionarea circuitului si schema bloc
Aces t subcapitol abordează modul în care funcționează circuitul proiectat. Prima data am să
menționez faptul că placa Arduino Nano reprezintă “creierul” acestui circuit, pe care a fost încărcat
un program pentru comandă motorului. Despre programul respectiv am să vorbesc în următoarele
paragrafe.
Înainte de toate conectăm 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, am folosit u n 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 măsură, secundele iar după direcție apare “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, motorul
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 d irecția în care se va deplasa în continuare, am
folosit d ouă butoane, unul pentru “left” și unul pentru “right ”, dupa cum se poate observa in
figura [ ]. 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 comanda motorul ui pas cu pas este următoarea:

39
Capitolul 4 : Rezultate experimentale
4.1. Realizarea c ablajul ui:
Proiectarea cablajului imprimat s -a realizat în programul KiCad. Cablajul circuitului este prezentat pe
Figura . 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 fizic s -au parcurs mai mulți pași pe care am să -i precizez 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 apa.[ ]
III. Placa proaspăt spălată, a fost depusă în clorura ferica, unde a fost lăsată apr oximativ 40 de
minute. Rezultatul poate fi observat în figura [ ].

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

40

Fig.37 . Placa în timpul corodării

Fig.38 . Placa dupa corodare
4.2. Realizarea montajului :
Montajul este prezentat în figurile de mai jos. Pentru conectarea motorului, a LCD -ului și pentru
alimentare, am 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 t impului se realizează acționând asupra encoderului, învârtind în stânga sau în dreaptă.
De menționat faptul că timpul minim care poate fi setat este 5 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 unda obtinute:
Formele 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 obținut pentru timp setat la 5 secunde

Fig. 42 Semnalul PWN obținut pentru timp setat la 60 secunde

43

Fig. 43 Semnaul PWM obținut pentru timp setat la 120 secunde

Fig.44 Semnalul PWM obținut pentru timp setat la 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 comen zile 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 vit ezei. 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 rotește. Setarea direcției se realizea ză 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 param etri 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 se
realiză un astfel de dispo zitiv 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 produse le 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 .

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 inafara studioului .

47
6.BIBLIOGRAFIE
Electric Motors and Drives Fundamentals, types and applications Second edition Austin Hughe s
Senior Lecturer, Department of Electronic and Electrical Engineering, University of Leeds Theodore
Wildi, "Electrical Machines Drives, and Power Systems," Prentic e Hall, Ohio, 2006
[1]Stepping Motors: a guide to modern theory and practice. P. P. Acarnley. Peter Peregrinus on
behalf of the IEE, 1984, c1982
[2]Application of Stepper Motors in CNC Device, Peter Drgona, Rastislav Stefun, Department of
mechatronics and electronics, Faculty of electrical engineering, University of Zilina, Zilina, Slovakia
[3] Fast and Cheap Stepper Motor Drive Mohamed Y. Tarnini Department of Electrical Engineering
Beirut Arab University Al -Debieh – Lebanon
[4]http://www.qreferat.com/referate/mecanica/Motorul -pas-cu-pas939.php
(accesat in 7.07.2019)
[5]https://ro.wikipedia.org/wiki/Atmega32 8 [wiki (accesat în 7.07.2019)
[6]http://users.utcluj.ro/~rdanescu/pmp -lab01.pdf (accesat în 7.07.2019)
[7]http://anycomponents.fnhost.org/prezentare -platforma -arduino/ (accesat în 7.07.2019)
[8]https://www.robofun.ro/arduino -nano (accesat în 7.07.2019)
[9]https://cleste.ro/arduino -nano -v3.html [fig (accesat în 7.07.2019)
[10]https://forum.arduino.cc/index.php?topic=518012.0 (accesat în 7.07.2019)
[11]https://www.dfrobot.com/product -135.html[lcd ] (accesat în 7.07.2019)
[12]http://etc.unitbv.ro/~ogrutan/Microcontrollere2011/5 -motoare.pdf (accesat în 7.07.2019)
[13]http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet -pdf/view/338780/ALLEGRO/A4988.html (accesat în
7.07.2019 )
[14]https://industrial.panasonic.com/ww/products/input -devices/encoders -potentiometers/encoders
(accesat în 9.07.2019)
[15] https://industrial.panasonic.com/cdbs/www -data/pdf/ATC0000/ATC0000C15.pdf (accesat în
9.07.2019)
[16]https://www.cytron.io/imag e/cache/catalog/products/SD -A4988/SD -A4988 -0-1-1-512×512.jpg
(accesat în 9.07.2019)
[17] https://sklep.printo3d.pl/produkt/silnik -krokowy -z-demontazu/ (accesat în 9.07.2019)
[18]https://www.geeetech.com/wiki/index.php/Arduino_Nano (accesat în 9.07.2019)
[19]http://speed.pub.ro/speed3/wp -content/uploads/2017/01/2016 -Proiect -de-diploma -Dana –
Ghinita.pdf (accesat în 9.07.2019)

48
7. Anexe:
Dimensiuni slider:

Din totalul de 80 de centimetri, doar 65 sunt folosiți de către slider, deoarece motorul pas cu pas și
patina pe care este montat aparatul, ocupă aproximativ 15 centimetri.
Pentru a afla câți centimetri din slider parcurge motorul într -o rotație , adică 8,27cm.
Aplicând regula de 3 simplă am aflat de câte rotații ale motorului este nevoie pentru a parcurge
întregul sliderul

Nr. rotații = 650 𝑚𝑚
82.7𝑚𝑚 = 7.85 rotații .

49

Funcția main a programului:

void main() {
scanbuttons(); //apelarea funcției pentru butoane
unsigned char result = r.process(); //
if (result == DIR_CW) { // motorul se învârte în sensul acelor de ceasornic
if (timp>10) //decrementarea timpului în care se învârte motorul, dacă
//valoarea este mai mare decât valoarea minima pentr u care
// funcționează circuitul
timp–;
refreshLCD(); //apelarea funcției pentru LCD
}
if (result == DIR_CCW) { //direcția este contra acelor de ceasornic
if (timp<182) //incrementarea timpului în care se învârte motorul, dacă
//valoarea este mai mică decât valoarea maximă pentr u care
// funcționează circuitul

timp++;
refreshLCD(); //apelarea funcției pentru LCD
}}
}
Schema electrică a circuitului:

50

51
Foile de catalog ale componentelor principale:

52

53