المحرك الخطوي (stepper motor, moteur pas à pas) هو من أدق المحركات الكهربائية حيث يمكنه أن يدور بزاوية محددة في اتجاه عقارب الساعة أو العكس. التحكم بزاوية الدوارن له أهمية كبيرة في صناعة الآلات التي تعتمد على الدقة في الأداء كالطابعات واللأذرع الآلية وما إلى ذلك. إذا استعطت أن تفهم كيفية برمجته سيكون من السهل عليك إنجاز آلات دقيقة متعددة.

سندرج لك في هذا المقال الطريقة الأولى للتحكم بهذا المحرك. وهي صناعة كنترولور المحرك (المتحكم بالمحرك أوMotor controller ) باستعمال مركبات اليكترونية بسيطة. أما الجزء الثاني فسنتناول فيه، إن شاء الله، استعمال كنترولورات مصنعة مخصصة لهذا العمل دون الحاجة إلى صنعها.

تعني كلمة خطوة أصغر زاوية يمكن للمحرك أن يدور بها.

يوجد نوعين من المحركات الخطوية: أحادية القطب (unipolar) وثنائية القطب(bipolar).

يتكون المحرك الخطوي في حالاته المبسطة من 4 وشيعات.

تنشيط هذه الوشيعات يمكن المحرك من الدوران بخطوات في الاتجاه المرغوب.

قبل أن تضطع على الدارة الكهربائية الكاملة للكنترولور دعني أشير لك للمكون الأساسي لهذه الدارة حتى نكون متفاهمين في البداية.

الصورة جانبه توضح الجزء الأساسي المكون لدارة كنترولور المحرك الخطوي. ويوقم هذا الجزء بالتحكم بوشيعة واحدة من الوشيعات الأربع داخل المحرك الخطوي.

رغم بساطة تركيبها إلا منفعتها كبيرة. يمكن استعماله كعاكس كهربائي أي: (انظر إلى طريقة السلكين الكهربائيين أسفله)

• عندما يكون المدخل في حالة خمول (low) يصبح المخرج في حالة نشاط (high)
• عندما يكون المدخل في حالة نشاط (low) يصبح المخرج في حالة خمول (high)

من الأفضل أيضا إضافة صمام ثنائي من صنف (snubber diode) لإيقاف أي تيار قد ينتج بسبب الوشيعة داخل المحرك الخطوي.

بما أن للمحرك الخطوي أربع وشيعات سنحتاج إذن لأربع ترنزسيتورات. وبالتالي بناء على هذه الدارة البسيطة ستكون الدارة الكهربائية لكنترولور المحرك الخطوي كما يلي:

وبالتالي بالنسبة لهذه الدارة الكهربائية سنحتاج للمركبات التالية:

•         بطاقة Arduino
•         المحرك الخطوي (unipolar)مؤخود من أحد الأجهزة التابعة للحاسوب.
•          4 ترنزستورات من فئة 2n3904 NPN
•          8 مقاومات كهربائية 2.2kohm
•          4 صمامات ثنائية عادية 1n4000 
•          أسلاك كهربائية

أما بالنسبة لتحقيق دورة كاملة للمحرك الخطوي الذي أملكه فهو يتطلب 200 متتالية.

#include <Stepper.h>  //استدعاء مكتبة دوال المحركات الخطوية

/* قم بتغيير القيمة التالية حسب عدد الخطوات التي يتطلبها محركك*/

#define STEPS 200 

/* قم بتعريف متغير للمحرك مصحوبا بعدد الخطوات وأرقام المرابط المتصل بها*/

Stepper stepper(STEPS, 2, 3, 4, 5); 

void setup()

{

/* تهيئة مولد الأعداد العشوائية*/ 

  randomSeed(analogRead(5));

} 

void loop() {

/* لنأخذ عدد عشوائي من أجل الاتجاه والمسافة للتحرك*/ 

  int rand = random(-200, 200);  

   /* خذ سرعة عشواءية أيضا*/ 

  int spd = random(25, 100);  

 /*تنفيذ*/ 

  stepper.setSpeed(spd);

  stepper.step(rand);  

  delay(1000); 

}

إذا تمعنت في المتتالية جانبه للمحرك الخطوي، ستجد أن قيمتي 1aو 1bمختلفتين دائما (أي عندما تكون الواحدة منهما هي 1 تكون الأخرى 0 والعكس بالعكس).

ونفس الشيء بالنسبة لقيمتي 2a و 2b.

وبالتالي، اعتمادا على التحليل أعلاه يمكننا أن نجعل مخرج الترنزستور الأول هو مدخل الترنستور الثاني. أي أننا لن نحتاج لمربط البطاقة حتى يتصل بمدخل الترنزستور الثاني. ونفس الشيء بالنسبة لمل تبقى. ومجملا نكون قد حذفنا مدخلين واستغنينا بذلك عن مربطين للبطاقة Arduino.

بالاعتماد على هذه التعديلات ستصبح دارة كنترولور المحرك كالتالي: