步进电机使IoT自动化的解决方案

具有传感器功能的智能对象已经作为物联网的“耳朵”发挥了至关重要的作用。但是，直到最近，几乎没有实用的解决方案可以为IoT应用程序提供实用，负担得起的“手臂”，它们可以在Internet上伸出援手并以物理方式对他们看到或感知的内容做出反应。但是，随着具有成本效益的具有物联网功能的电子驱动器的出现，这种情况正在改变，该驱动器可以使用小型电池组为电动机，步进电动机，螺线管和其他类型的执行器提供动力，从而将网络世界的虚拟意图转化为现实行动。

图1a。步进电机正在发现越来越多的物联网应用，例如这种远程激活的散热器控制器。

图1b。 带有Microchip AVR IoT开发板的散热器控制器。

在本文中，我们将重点介绍步进电动机，因为它们的分段转子和电枢结构使它们能够以小的，精确的离散步长旋转，并且在不加电的情况下仍能保持其位置。这使它们在面向物联网的任务中表现良好，例如定位安全摄像机和远程传感器或启动通风口，阀门和窗盖。

使用有限的电源

尽管某些机动化IoT设备采用线路供电，但现在需要越来越多的应用程序在偏远地区运行，通常使用相对较小的低压能源，例如单个锂离子电池或AA或AAA电池。对于家庭和办公室周围的许多物联网应用程序，这些应用程序应该融入环境中，这意味着它们没有电源线。

从理论上讲，电池电源将可用于许多此类应用，因为它们很少使用电动机，因此它们对电池有限容量的影响相对较小。但是，电池可能无法提供更高的驱动电压和步进电机为其线圈通电所需的相对较大的电流脉冲。如表1所示，最常用的电池具有大量的内部电阻，随着输出电流的增加，它们的输出电压会降低。

表1.小型电池特性

幸运的是，存在一些克服这些限制的简单策略，包括电源缓冲，升压转换器和定制绕线式步进器。让我们看一下每种策略的工作方式。

供应缓冲

一种简单的技术称为“电源缓冲”，可通过添加超级电容器来补充小电池的有限输出，该超级电容器可以提供短的高电流脉冲。

超级电容器的尺寸可以使用以下公式计算：

C = dU * I / t

哪里：

dU =电池的最大内部允许压降，

I =补充电池输出所需的电流，并且

t =所需的工作时间

目前，超级电容器只能承受最大2.7V的工作电压，并且如果电源电压可以超过该值，则需要保护电路。当需要更高的电压时，可以串联两个或多个超级电容器，但是电路必须包括一个齐纳二极管或其他用于平衡电压的设备（图2）。

图2. 具有齐纳二极管过压保护（2.5V）的超级电容器平衡电路。

现在，包括Maxwell，Skeleton和Vishay在内的许多组件制造商已广泛提供适用于这些类型应用的超级电容器。

升压转换器

某些IC（包括许多流行的电机驱动器）难以在小型电池组提供的低电压下运行，尤其是在使用寿命即将结束时。升压转换器是低成本的IC，可用于将电池电压提升多达三到四倍，并在电池寿命即将结束时将系统的电源电压维持在均匀水平。这些转换器在高负载下非常高效（90％-95％），但在轻负载时效率会有所下降。它们可以用作独立解决方案，也可以与超级电容器结合使用。
编辑：hfy