Полагаю, у каждого радиолюбителя есть инструмент для сверления отверстий в печатных платах. Я лично использую двигатель ДПМ-35-Н1-02 с набором цанг, подключенный к адаптеру на 18 вольт. Однако кое-что в этой системе меня не устраивало, а именно отсутствие возможности плавно регулировать обороты двигателя. Порой, для очень тонкой работы или чтобы избежать «биения» сверла или фрезы, хочется немного убавить скорость вращения вала, да и верхний предел сделать побольше не помешает, все же движок 30-тивольтовый. Хочется — сделаем. После пары-тройки вечеров с компьютером и паяльником получилось примерно следующее.
Готовое изделие питается от бытовой электросети, объединяет в себе блок питания, стабилизаторы напряжения для силовых и сигнальных цепей и ШИМ-контроллер, собранный на базе таймера NE555. Почему именно ШИМ? Конечно же, обороты двигателя можно плавно изменять, применяя регулируемый параметрический стабилизатор, или вовсе мощный реостат, но потери мощности и нагрев элементов схемы при этом будут совершенно неприемлемыми. Если есть желание узнать о предмете больше, рекомендую обратиться к соответствующим материалам по принципам ШИМ в сети. В двух словах, широтно-импульсная модуляция позволяет добиться большей экономичности и мизерного тепловыделения. Поэтому основным узлом схемы является 555-й таймер, работающий в режиме генератора прямоугольных импульсов, с регулируемым отношением их длительности к скважности. К выходу таймера через транзисторный драйвер подключен затвор ключа, коммутирующего силовые цепи.
Как видно, путем небольших модификаций, схема может быть переделана для управления любыми нагрузками постоянного тока с широким диапазоном мощностей, от комнатного вентилятора до электропечи. Необходимо будет только обеспечить нагрузку соответствующим источником питания, и подобрать силовой ключ на нужные значения напряжения и тока.
В общих чертах рассмотрим работу схемы. Блок питания трансформаторный (в данном случае тороид, 220 на 35 вольт), содержит выпрямитель VDS1 и конденсаторный фильтр C1-C2. Затем, при помощи стабилизатора LM338T, формируется питание электродвигателя 30 вольт («обрезание» всего 3-5 вольт не накладывает дополнительные ограничения на выходной ток микросхемы и почти не разогревает ее), и с помощью L7812 — 12 вольт питания для таймера и драйвера ключа. Частотозадающий конденсатор C10 подключен к пороговому выводу 6 таймера таким образом, что отношение времени его заряда ко времени разряда, а следовательно, и длительности импульсов на выводе 3 к их скважности, задается делителем на переменном резисторе R3 и парой диодов VD2-VD3. Резистор R4 служит для исключения короткого замыкания между плюсом питания и выводом разряда 7 таймера при крайнем положении переменного резистора. С третьего вывода таймера, полученные импульсы поступают в драйвер на комплементарной паре транзисторов T1 и T2: BD139-BD140. Драйвер служит для усиления сигнала и обеспечения форсированного открытия/закрытия силового MOSFETа T3. В принципе, можно было обойтись и без драйвера, «подтянув» выход NE555 к плюсу питания через килоомный резистор — все же здесь схема однотактная, и частота сравнительно небольшая. Нам не так важны временнЫе характеристики и стабильность срабатывания ключа «с точностью до миллиметра», да и собственная емкость затвора ключа невелика. Однако схема разрабатывалась как универсальное решение, для применения ее в дальнейшем в качестве регулятора различных нагрузок, поэтому драйвер я все же оставил. Далее, усиленный сигнал подается на затвор полевика, коммутирующего силовую линию. Мной выбран IRF530 исключительно за мизерную цену и за то, что с меньшим рабочим током в наличии были полевики только в «безногих» корпусах, а связываться с SMD в данном изделии не хотелось. А так 14 ампер за глаза хватает — ДПМ потребляет 700мА максимум. Чем меньше длительность управляющих сигналов, а следовательно и импульсов на движке, тем ниже скорость его вращения, и наоборот. Вот в общем-то и все основные элементы схемы. Защитный диод на выходе — на всякий случай, светодиоды для контроля напряжений в силовой и сигнальной частях схемы. Если возникнут проблемы со стабильностью скорости вращения двигателя, можно установить параллельно выходным клеммам конденсатор на четверть микрофарады, правда при этом диапазон регулировки слегка сузится, но это уже на ваше усмотрение, я лично ставить не стал.
Так выглядит печатка. Файл для Spring Layot прилагается в конце статьи. Зеркалить перед распечаткой не надо. Габариты платы 190х75 миллиметров. Разведена специально под имеющийся у меня радиатор.
Что тут можно упростить? Не рекомендую, но можно уменьшить количество фильтрующих электролитов, выкинуть драйвер, защиту и светодиоды. Еще можно ликвидировать блок питания, если у нагрузки есть свой. Дальше упрощать уже некуда.
Так выглядит внешне плата и готовое устройство. Радиаторов у меня куча, поэтому на них экономить не стал, хотя практические испытания показывают, что в дополнительном теплоотводе нет нужды.
Дальше уже «косметика»: поместить плату в корпус, вывести на «морду» ручку переменника и разъем для подключения двигателя. У меня ничего компактнее COM-овских DB09 в кладовке не нашлось, поэтому пришлось использовать их. Какой-нибудь мини-джек смотрелся бы гораздо симпатичнее. На задней стенке сетевой выключатель и провод с вилкой. Дополнительный выключатель размещен непосредственно на корпусе двигателя для быстрой остановки.
Конечно о компактности тут говорить не приходится — увесистый кирпич получился, но не следует забывать, что это готовое изделие «включил и работай», к тому же простейшей конструкции и собранное из дешевых комплектующих. При желании, применяя SMD детали и бестрансформаторный блок питания, можно уложиться в габариты сигаретной пачки, однако стоимость и сложность такого блока будут такими, что проще приобрести уже готовый, фабричный.
Ходовые испытания сверлилка прошла на отлично: обороты плавно регулируются от 100% до приблизительно 10%, момент на валу ровный, без просадки. После длительной работы, почти все элементы схемы остаются холодными, кроме 7812 — та чуть теплая.
В общем кому надо — пользуйтесь на здоровье. Если возникнут какие вопросы, пишите тут, покумекаем.
Ах да, цена вопроса по смете получается около 400 рублей, если приобретать абсолютно все детали по рыночной цене. Надо ли говорить, что больше половины запчастей доставалось из загашников и ничего не стоило.
И, напоследок, архив с печаткой и спецификацией .
Дополнения по вопросам из коментов. На всякий случай, расписывал досконально, мало ли:)
Давай по-порядку:
1) Как организовать плавный запуск двигателя.
Для реализации плавного запуска, воспользуемся функцией control voltage, имеющейся в таймере NE555. Одноименный вывод таймера, за номером 5, позволяет управлять опорным напряжением компаратора, использующегося при заряде-разряде времязадающего конденсатора. Номинально, опорное напряжение составляет 2/3*Uпит, но подавая на 5 ногу микросхемы напряжение от 0 до Uпит, мы можем изменять этот порог по своему усмотрению. Что же при этом происходит? Не вдаваясь в подробности, времязадающий конденсатор заряжается до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет порога срабатывания компаратора, после чего включается цепь разряда. Если увеличить значение порога, то «зубья пилы» на конденсаторе станут шире и реже — соответственно ширина импульсов на выходе таймера также увеличится, если же порог уменьшить, ширина «зубьев» также уменьшится — импульсы на выходе станут уже. Причем этот эффект как бы накладывается на те изменения коэффициента заполнения ШИМ, что мы задаем переменным резистором, и имеет перед ними более высокий приоритет.
Чтож, значит нам нужно, чтобы напряжение на 5-м выводе таймера плавно нарастало от нуля до 2/3*Uпит за некоторую величину времени Т, определяющую длительность плавного старта.
Проще всего это реализовать при помощи RC цепочки. Как мы помним из курса физики, напряжение на конденсаторе вырастает не мгновенно, а постепенно, по мере его заряда. Для определения времени заряда, существует величина Т — постоянная времени заряда конденсатора. Т вычисляется по формуле Т=R*C, где R — сопротивление резистора, включенного последовательно с конденсатором, а С — емкость этого самого конденсатора. За время Т, конденсатор успевает зарядиться на 63%, а соответственно и величина напряжения между его обкладками достигнет 63% от приложенного извне. За время 3*Т, конденсатор заряжается на 95%. В нашем случае, в расчетах мы будем «отталкиваться» от величины Т, так как ей соответствует наиболее крутой участок кривой заряда/разряда конденсатора, а следовательно наиболее ярко выраженное влияние на длительность периода мягкого старта.
Таким образом, нам нужно подключить нашу RC цепочку так, чтобы с верхней обкладки конденсатора снимать напряжение на 5 ногу таймера, нижнюю обкладку заземлить, а резистор цепочки подключить к источнику напряжения, величина которого равна таковой у ИОНа компаратора NE555, то есть двум третям от напряжения питания. Поскольку величина опорного напряжения определяется только лишь простым соотношением, а не конкретным паспортным значением, это сильно облегчает нам жизнь — не нужно переживать по поводу колебаний питающего напряжения, городить стабилизатор на стабилитроне, достаточно простого резистивного делителя. Резисторы делителя должны иметь сопротивления в отношении один к двум, например 5 и 10 килоом. Резистор RC цепочки одним выводом подключаем на среднюю точку делителя, а вторым на верхнюю обкладку конденсатора. Лучше сразу поставить подстроечный резистор, чтобы иметь возможность плавно изменять длительность переходного процесса. Например, используя 50 кОм подстроечник и 100 мкФ конденсатор, получим диапазон регулировки от 0,5 с до 5,5 с. «Лишние» полсекунды появляются за счет того, что в цепи заряда конденсатора участвует также резистор верхнего плеча делителя, номиналом 5 кОм. Если такая величина нижнего предела регулирования не устраивает и хочется поменьше, то уменьшаем либо емкость конденсатора, либо сопротивление плеч делителя (пропорционально). Но скажу сразу - для электродвигателя переходный процесс менее полусекунды будет практически незаметен, так как его полностью «сожрет» инерция покоя якоря. Если регулировка не нужна, ставим постоянный резистор на расчетный номинал, а именно, в нашем случае, на каждые 10 кОм ~ 1 секунда времени заряда.
В принципе уже можно оставить все как есть, и плавный старт будет работать, но есть тут один неприятный нюанс. Предположим, мы подали питание на сигнальную часть схемы, конденсатор полностью зарядился, и двигатель плавно вышел на номинальные обороты. Что будет, если выключить питание таймера? Двигатель начнет останавливаться выбегом, а конденсатор RC цепочки начнет плавно разряжаться через переменный резистор и нижнее плечо делителя. Засада здесь в том, что время разряда будет даже больше, чем время заряда, так как резистор нижнего плеча имеет вдвое большее сопротивление, чем резистор верхнего. Соответственно, если теперь мы вновь включим таймер, не выждав некоторое время, то переходный процесс начнется не с нуля, а с некоего значения напряжения на конденсаторе, до которого он успел разрядиться. Поэтому нужно предусмотреть способ быстрого разряда конденсатора. Самое простое, что можно сделать, это поставить диод параллельно переменному резистору, анодом к кондёру. Таким образом, заряд идет через резистор, а при разряде этот резистор шунтируется диодом, и время разряда зависит только от номинала нижнего плеча делителя. А уж за секунду (при номинале 10 кОм), вал двигателя не успеет полностью остановиться, поэтому кратковременное включение/выключение никаких рывков не создаст.
Окончательный вариант части схемы, реализующей плавный запуск получится таким:
(все остальное остается как в основной схеме).
Плату под это дело переразводим сами, это не сложно.
2) Как сделать включение/выключение нагрузки по низковольтной схеме. Тут как раз все проще некуда. Самое правильное место, куда стоит врезать выключатель, обеспечивающее при этом наименьшие утечки при выключенной низковольтной нагрузке, это после диода VD1 (по схеме). Но следует учесть, что в этой точке потенциал высокий, по схеме 30 вольт. Также можно поставить кнопку после LM7812 (там будет уже 12 вольт), но при этом даже в выключенном состоянии схема будет потреблять небольшой ток — ток холостого хода стабилизатора. Есть еще менее экономичные точки установки выключателя: можно установить его «в разрыв» в любом месте между 3-м выводом NE555 и затвором транзистора Т3, либо в том же промежутке, но замыкая «на землю». При этом генератор таймера будет работать, но имульсы с выхода не будут доходить до затвора транзистора. Но это уже из разряда "вредных советов". :)
И особняком, последний вариант: все же поставить выключатель в высоковольтной цепи. Здесь основной недостаток в том, что при включении/отключении индуктивной нагрузки, коей является обмотка электродвигателя и адже просто длинные провода, образуются всплески напряжения, поэтому защитный диод VD4 в схеме обязателен. За то есть одно большое преимущество: когда потребитель находится на удалении от блока управления, можно разместить кнопку включения/выключения прямо рядом с ним, не подтягивая дополнительных проводов. Именно так я и сделал на своей сверлилке — кнопка прямо под пальцем, на корпусе микродрели, чтобы оперативно остановить ее, не нашаривая выключатель на блоке.
Не рекомендую использовать все места установки кнопок кроме первого и второго. Кстати, все прочие не позволяют использовать вышеописанную схему плавного старта.
И еще такой момент, который я не отразил в основной схеме и ее описании в силу того, что в ней силовая и сигнальная части включаются и выключаются строго одновременно.
Затвор полевого транзистора нужно подтянуть к земле резистором на 50 - 100 кОм. Это нужно для того, чтобы в отсутствие управляющих сигналов с генератора, полевик оставался надежно закрытым. Если подтяжку не сделать, то на затвор может навестись помеха из окружающего эфира (например, наводки высоковольтной части схемы), и полевик самопроизвольно откроется или зависнет в полуоткрытом состоянии. При этом, между истоком и стоком получится эквивалент резистора с каким-то сопротивлением, ток нагрузки разогреет транзистор и сожжет его. Подтяжка к земле нужна как при использовании драйвера, так и без него — при такой же подтяжке выхода таймера к плюсу питания резистором. Следует только выполнять условие, чтобы номинал «верхнего» резистора был на порядок-два ниже «нижнего». Также не забываем про токоограничивающий резистор перед затвором полевика, номиналом 50-100 Ом. Это снизит нагрузку на драйвер и генератор. Схемы для обоих вариантов ниже.
Травить платы мы уже научились, теперь надо сверлить отверстия. Можно ручной дрелью, можно электродрелью, можно станком... Электродрелью неудобно - ломаются свёрла часто. Станочек хорошо, но очень дорого. Поэтому было принято решение сварганить самому.
Станина. Долго искал из чего сделать станину. На просторах интернета нашёл идею в качестве станины использовать штатив от микроскопа. Дело за малым - найти поломанный микроскоп. Это оказалось самое сложное... Но после продолжительных поисков нашёл штатив от микроскопа (без тубуса и т.д.) за 20$.
Двигатель. Пришлось подумать не меньше чем над станиной - готовые двигатели с патроном стоят от 40$... Разобрать шуруповёрт - тоже дороговато, да и жалко. А вот двигатель от шуруповёрта 12-ти вольтового - в самый раз! Стоит 9$ и доставаемость простая - на рынке, там где ремонтируют электроинструмент.
Патрон . На радиорынке есть цанговые патроны (на фото внизу), но попробовав 2 штуки понял - фигня. Сильное биение сверла, которое никак не не устранишь. Нашёл замечательный патрон фирмы dremel 4486, вот такой:
но к нему надо вытачивать дополнительно переходничёк, да и стоит он порядочно - около 20$. Пока остановился на цанговом патроне, но ищу ему замену.
Патрон (2 серия).
Разжился я таки на дремелевский патрон и прикупил его. Стоил он 80 гривен (16$). А к нему выточил переходничёк. Чертёжик вот:
В патроне очень хитрая резьба, но знающие люди мне подсказали её параметры. Диаметр 7,05мм 40 витков на дюйм. На готовый переходник вал накручивается плотно, но без всякого усилия!
Фото готовой конструкции с патроном:
Переходник насаживается на вал довольно плотно, поэтому отпала необходимость в креплении винтами. Тестовое сверление показало отличные результаты! Биения нет совсем!
Регулятор оборотов . Если бы разобрал шуруповёрт с регулятором, то можно было бы использовать его, но у меня регулятора не было. Поэтому пришлось придумать. Оказалось всё довольно просто. Взял контроллер attiny13, на котором реализовал ШИМ, управляемый напряжением на выводе 3. Вывод 2 служит для включения двигателя. На него подключена педаль и выключатель, на случай, если нет педали. В качестве ключа применил транзистор irf540.
Печатная плата.
Прошивка .
Прошивка существует в двух вариантах - с плавным стартом, и обычным стартом. кому как нравится и какой двигатель стоит. Мой двигатель при обычном пуске потреблял до 20А, что слегка многовато...
fuses выставлены в проекте, но если кто-то шьёт не из codevisionavr, то повторю их тут:
Слева - разъём питания и регулятор, справа - выключатель и разъём подключения педали. Внизу транзистор (использует станину как теплоотвод).
В моём "микроскопе" микроподача не работала, но мне это и не надо, а половина оборота ручки подачи (чёрная ручка) приводит к перемещению сверла на 15 - 20мм, что вполне достаточно для комфортного сверления.
Здоровья всем читателям Муськи!
Благодаря этому замечательному сайту обзавелся множеством полезных вещей и знаний и в ответ решил написать первый отчет о недавно разработанном устройстве. В процессе разработки устройства столкнулся с рядом проблем и успешно их разрешил. Возможно, кому-то из коллег-новичков описание некоторых решений поможет в творчестве.
Для изготовления печатных плат обзавелся микродрелью и стойкой для нее, превращающей дрельку в сверлильный микростанок. Необходимость этого возникла после кучки переломанных сверл 0.5-1мм при использовании в шуруповерте и китайском дремеле. Но, как оказалось, пользоваться таким инструментом без регулятора оборотов невозможно. Регулятор решил сделать самостоятельно, попутно получив новые знания.
Радиолюбительский опыт у меня небольшой. В детстве по книге Борисова собрал несколько приемников, да моргалок на мультивибраторах. Потом пошли другие увлечения и дела.
А тут по случаю заметил Arduino, лихо наваял макетов метеостанций, роботов, и захотелось автоматизировать при помощи микроконтроллеров все, до чего дотянусь. Размеры контроллеров шли по убыванию размеров и облегчению встраивания – Arduino UNO, Arduino Pro Mini, потом кучка ATMega328P, и для самых мелких и простых устройств приобрел ATtiny85.
Тиньки покупал более года назад и они лежали и ждали свой очереди.
Скриншот заказа
(там еще термоусадка в заказе была, потому общая цена выше)
МК приехали как обычно в пакете с пупыркой, сами кучкой в отдельном полиэтиленовом пакетике. Лучше бы конечно в жестком коробке или в пенке, но и так ничего не погнулось и все рабочие.
Поначалу паял схемки на макетных платах, но почитав про ЛУТ, понял, что вполне реально и гораздо удобнее все собирать на нормальных печатных платах.
Также понемногу начал собирать полезный инструмент, среди которого оказалась микродрелька МД-3 с цанговым патроном и станочком для сверления мелких отверстий. Можно было бы конечно купить только цангу, а двигатель откуда-нибудь выковырять, но решил приобрести готовое в местном магазине.
Печатаем на лазернике рисунок на глянцевой фотобумаге Lomond для струйной печати. Но совать в новенький принтер совсем не предназначенную для него бумагу было стремно. Нашел в сети предупреждения, что глянцевое покрытие струйной бумаги может расплавиться, прилипнуть к печке и угробить принтер. Для уверенности провел эксперимент - покатал по поверхности этой бумаги нагретый до 200С паяльник (точную температуру печки так и не нашел, но около того), бумага чуть покоробилась, но ничего не плавилось и не прилипало - значит можно и в принтер.
Наутюжил рисунок на плату, смыл бумагу. На плате остался весьма качественный рисунок проводников и прилипший глянцевый слой бумаги. Автор технологии рекомендовал удалять его не сильно липкой изолентой, но как я ни старался, либо глянец ничуть не удалялся, либо вместе с ним отрывались проводники. Надписи тоже сразу на изоленту перешли. Намучившись, взял шило, и, процарапав между проводниками, содрал почти весь глянец. Дело тонкое и утомительное, надо что-то придумывать. Потом, делая вторую и третью платы, искал способ избавиться от проклятого глянца, но печать ни на журнальной странице, ни на основе самоклейки не давали такого качества рисунка, дорожки расплывались или отваливались. Но зато понял, что и глянец фотобумаги счищать под ноль не обязательно - достаточно хоть чуть процарапать между дорожками для доступа раствора к меди, а местами стравилось и без царапин, сквозь глянец.
Травить медь решил раствором перекиси водорода и лимонной кислоты как наиболее доступным составом. Возможные варианты химии для травления с расчетами можно посмотреть вот здесь
Перекись взял из аптечки, куплена была года 3 назад, срок годности вышел года 2 как, думал уже выдохлась и работать вообще не будет. Однако ошибся, плату протравило весьма бодро - минуты за три. Вот результат:
Одна дорожка пострадала от царапания шилом, ее восстановил откусанным выводом резистора. Плюс незначительные прорехи от попытки применения изоленты. Надо обзавестись подходящим маркером, а пока где смог подмазал лаком.
Плату залудил паяльником с применением оплетки. Напаял детали. 
Высокие латунные стойки вкрученные в друг друга с обоих сторон платы через крепежные отверстия – удобная штука, можно плату без корпуса во время монтажа и отладки ставить на стол любой стороной не опасаясь чего либо помять или замкнуть.
Из наиболее трудоемкого было подлезть и припаять выводные светодиоды со стороны проводников. В качестве лицевой стороны решил использовать сторону пайки, т.к. на ней высота деталей гораздо меньше, а пропуск сквозь плату вала переменного резистора уменьшает его длину до нужной.
Конденсатор C2 на схеме подключенный к Reset запаивать не стал, т.к. он хоть и повышает надежность запуска устройства, но при перепрошивке МК может помешаться.
Микроконтроллер запаивал в последнюю очередь, перед этим подключив плату к БП и убедившись, что ничего сразу не выгорит и стабилизатор выдаст штатные 5В. Ничего не задымилось и потому подключаем на штырьки ICSP программатор и заливаем тестовую прошивку.
Прошивку для устройства будем писать в знакомой многим среде программирования Arduino, предварительно добавив в нее поддержку микроконтроллеров ATtiny, скачав и распаковав их в папку Arduino/hardware.
Тестовый скетч (приводить смысла не вижу) просто считывал состояния входных сигналов и отображал их на имеющихся выходных с подключенными светодиодами. Т.к. входных у нас 4 канала, а выходных только 2, пришлось провести проверку в несколько этапов.
Все заработало как и ожидалось, за исключением одного - не читалась кнопка, подключенная к одному каналу с зеленым светодиодом, а светодиод горел заметно ярче красного. Замеры тестером показали, что в состонии PB0 в качестве выхода через светодиод течет более 20мА и на нем падает всего 2.1В. А в состоянии входа с внутренней подтяжкой на ноге всего 1.74В при отпущеной кнопке и 0.6В при нажатой. Неудивительно, что постоянно читается 0. Низковольтный зеленый светодиод даже не светясь при протекании микроамперного тока просаживал напряжение на ноге. Теперь понятно для чего в исходной статье последовательно подключали 2 светодиода.
Но ставить второй светодиод светить внутрь коробки тупо в качестве балласта (и на лицевой панели 2 одинаковых тоже не нужны) показалось несколько кривым решением. Задумался как еще можно приподнять напряжение в цепи светодиода и вспомнил про ВАХ стабилитрона. Если подключить последовательно со светодиодом встречно ему стабилитрон на 2В (чтобы работал штатно, на обратной ветви ВАХ), то получится как раз то, что нам надо. Когда горит светодиод на токе 10мА - стабилитрон пробивается и не мешает протеканию тока, а лишь стабилизирует падающее на нем напряжение на заданном уровне. Нужно лишь заменить токоограничивающий резистор, из расчета, что нужно уже подавить напряжение Uрез=5В-2.1В-2.0В=0.9В на 10мА, т.е. R=90 Ом. А когда нога переключена на вход с подтяжкой - благодаря крутизне ветви ВАХ до момента пробоя перехода, стабилитрон эквивалентен высокоомному резистору и на нем упадет опять же около 2В, подняв напряжение на ноге МК при отпущеной кнопке до 4В, что уже прочитается как TRUE. При нажатии кнопки нога окажется подтянутой к 5В внутренним резистором сопротивленим около 40КОм (по моим расчетам), а к земле - резистором 5КОм (который зашунтирует цепь светодиода), т.е. на ней будет те же 0.6В и считается FALSE.
Подпаял стабилитрон навесом последовательно с резистором и кнопка заработала как надо.
Теперь настала очередь проверки работы ШИМ и тут тоже возникли проблемы. Стандартная ардуинская команда AnalogWrite(нога, заполнение) работать не желала. Значит что-то не так с библиотекой для тиньки. Полез шерстить даташит на МК и просторы интернета.
Выяснилось интересное:
- на выводы 5, 6 (PB0, PB1) могут быть выведены 2 канала ШИМ (OC0A, OC0B) работающие каждый со своей уставкой заполнения (но одинаковой частотой) от Таймера 0;
- на выводы 2, 3 (PB3, PB4) может быть выведен третий канал ШИМ работающий от Таймера 1, причем на ногу 3 может быть выведен прямой сигнал ШИМ (OC1B), а на ногу 2 - его же инверсная версия (/OC1B). Но вывод идет либо только на 3 ногу, либо на обе сразу. А нам надо ШИМ на 2 ноге, хотя бы инверсный (программно его инвертируем обратно), так что придется конфигурировать вывод на 2 и 3 ноги, и на 3 сигнал не пройдет только потому, что она объявлена входом.
Так вот, насколько я понял, в пакете поддержки ATtiny для Ардуино канал ШИМ от Таймера 1 может выводиться только на ногу 3. Видимо вывод его же инверсной версии посчитали излишеством. Придется сконфигурировать таймер и ШИМ самостоятельно (см. код, функция PWM3_init), вместо использования AnalogWrite.
Еще заметил, что при перенастройке Таймера 1 сбивается работа функции millis() – оказывается, по умолчанию для внутренних часов используется Таймер 1. Но можно перенастроить время на Таймер 0 при помощи макроопределения в файле Arduino\hardware\tiny\cores\tiny\core_build_options.h
/*
For various reasons, Timer 1 is a better choice for the millis timer on the
"85 processor.
*/
#define TIMER_TO_USE_FOR_MILLIS 0
Чем мы и воспользуемся, поскольку Таймер 0 в этом проекте как раз полностью свободен.
Также возник вопрос по диапазону уставки оборотов, читаемой с переменного резистора. Автор исходной схемы добавил последовательно с переменником 10K постоянный резистор 36K, видимо из расчета чтобы код АЦП вписался в диапазон 0-255. Реально получилось 0-230, причем максимум плавал. А хотелось бы именно 0-255 для соответствия полной шкалы уставки с 8-битным ШИМом. Для этого я выпаял постоянник и заменил перемычкой на +5В, АЦП стал читать весь диапазон, а 4 младших бита отбрасываем программно. И зачем нужна была лишняя деталь?
После тестовых испытания каналов ввода вывода загружаем в микроконтроллер боевую прошивку, написанную на С в среде Arduino по мотивам исходников на Бейсике автора исходной схемы.
Текст программы
// Attiny85 at 1MHz
// Не забыть задать таймер 0 для millis и др!
// Arduino\hardware\tiny\cores\tiny\core_build_options.h -> TIMER_TO_USE_FOR_MILLIS 0
#include
Подключаем в качестве шунта 5 ваттный резистор 2.2 Ом. Для защиты схемы от индуктивных выбросов напряжения на заднем фронте ШИМ подключаем параллельно мотору диод Шоттки SS34, а для подавления помех от коммутации обмоток – конденсатор 100нФ. И начинаем испытания по управлению мотором дрели.
Сразу достает зубодробильный вой ШИМа на 4КГц (1МГц/256). Добавляем настройку делителя /4 - сразу полегчало, хотя писк никуда не делся, но 1КГц почему-то переносится гораздо легче даже при продолжительной работе.
В ручном режиме обороты мотора нормально регулируются 0-100%, а в автоматическом АЦП цепи обратной связи все время читает MAX значение и ничего не работает. Попутно замечаю, что плата громко пищит даже при отключенном моторе. WTF?
Берем тестер, откапываем осциллограф и начинаем изучать, что же мы выдаем и чего получаем. И роняем челюсть. На шунте вместо пологих волн тока через индуктивность в начале импульсов ШИМ видим иголки в десятки вольт. Значит, через шунт течет импульсный ток в десяток ампер! Причем даже при отключенном двигателе. Не удивительно, что плата зазвенела. Но что же замыкает цепь без двигателя? Крошечный конденсатор 100нФ! Помехи при коммутации обмоток он может и подавит, а пока устраивает кратковременное КЗ на каждом периоде ШИМ! Вывод - помехоподавлящий конденсатор не совместим с ШИМ управлением и контролем с помощью шунта, надо убирать.
И тут до меня доходит, что эти высоковольтные выбросы идут почти прямо на АЦП тиньки (т.к. тут амплитудный детектор, то конденсатор на ноге заряжается до максимального напряжения в иголке и благополучно хранит его, т.к. разряд только через утечку диода). Тинька вроде пока помирать не собирается, но что с ее ногой? Приборы показывают постоянное напряжение на ноге 5.2В, выше напряжения питания, но куда делось остальное? Вспоминаем - для борьбы с перенапряжениями в нем есть специально обученные диоды на «+» и «-« питания, стравливающие излишек в БП. Но встроенные диоды хилые и сильно рассчитывать на них не стоит.
Убираем чертов конденсатор, меряем ногой напряжения - работает! Надежные МК делает Atmel! Видимо спасло, что емкость конденсаторов невысока была, немного заряда прокачивали.
Без конденсатора иголки пропали, плата перестала музицировать, нога вроде реально меряет амплитуду тока ШИМ импульса. Запускаем процедуру настройки и пробуем сверлить. Вроде все как надо - при нагрузке добавляет обороты, при выходе сверла сбрасывает. Но не только - несколько раз в минуту самопроизвольно без нагрузки разгоняется и тормозится. Почему непонятно, приборы ничего не показывают. То ли нога подгорела, то ли емкость проводов генерит незаметные иголки как тот кондер, то ли помехи от того же коллектора лезут.
Тут решил бороться с проблемой кардинально, ибо обратил внимание, что больше ни в одной схеме пиковый детектор не используется. Наоборот, везде контролируется интегральное значение тока, пропущенное через RC-фильтры. И такие измерения как раз нечувствительны к помехам в виде единичных выбросов. Меняем диод на резистор - и амплитудный детектор превращается в ФНЧ.
Изменяемое АЦП напряжение упало сразу на порядок - действующее напряжение гораздо ниже амплитудного в случае сигнала в виде пологих волн с паузами между ними. Ловить пришлось напряжение около 0.2 В. Можно конечно было увеличить сопротивление шунта, но для того ли мы городили ШИМ, чтобы греть атмосферу. А еще при большом заполнении ШИМ и нагрузке на мотор можно получить перенапряжение. Потому придется работать с низким U холостого хода.
Реакция на нагрузку похоже тоже замедлилась. Разгон начинается примерно через полсекунды, но большой проблемы в этом не вижу - как раз сверло выставится и пройдет медь на малых оборотах. И больше никаких ложных стартов. Можно работать.
Финальная схема устройства:
Устройство было смонтировано в корпусе, в роли которого выступила герметичная электромонтажная «Коробка Тусо распаечная пластиковая без сальников 120х80х50 мм, IP55 серая 67052 Рувинил Россия». Хотелось найти более плоскую, но ничего типа 110*60*30 не нашел. Чтобы не разводить гирлянды на столе, скрутил регулятор с БП в единое целое. Кирпич получился знатный, но нам его и не в кармане носить. И хотя после сверления пары десятков отверстий, сколько-нибудь заметного наощупь нагрева ключевого полевика, шунта и стабилизатора заметно не было, насверлил немного вентиляции на дне и задней стенке.
С тех пор станочек с регулятором участвовал в создании еще 2 плат (сколько ему потребовалось сверлить можете глянуть по словам «AVR Fusebit Doctor». Его работой весьма доволен.
Еще хочу отметить, что твердосплавные сверла с Али имеют хвостовик 3.2 мм, а цанги были только 3.0 и 3.5 - в одну сверло не лезет, а в другой не зажимается. Намотал на сверло медной проволоки и кое-как вставил в 3.5 мм, но некрасиво. Если кто встречал цангу на 3.2 диаметром 6 мм (везде разве что дремелевские, со сточенным до 5мм хвостом), подскажите.
При смене сверл процедуру настройки приходится проходить заново – видимо на токе двигателя сказывается разный момент инерции «тощего» обычного сверла и твердосплавного с утолщенным хвостовиком. Но это делается быстро и не напрягает. Желающие могут добавить в прошивку сохранение профилей сверл:)
Неоднократно встречал совет сверлить платы под слоем воды, чтобы не дышать стеклянными опилками. У меня не получилось. Точно спозиционировать сверло, когда оно высоко, мешает преломление в воде, глазомер косячит. А когда сверло входит в воду, начинает идти рябь и вообще ничего не видно. Надо что ли остановленную дрель выставлять, а потом включать? В итоге, миску с водой просто поставил рядом и периодически макаю в нее плату – чтобы смочить и смыть опилки. В этом случае опилки сырые и тоже не летят, собираются конусом над отверстием.
И еще одно лирическое отступление, про мелкий крепеж.
В устройство решил поставить разъем питания типа «DS-225, Гнездо питания на панель». Для его крепления требовались винтики с гайками с резьбой 2.5мм. В кладовке ничего подходящего не нашлось, а тут еще вспомнил, что в другое поделие 2мм винтики требуются. Значит стоит пополнить коллекцию крепежа, чтобы в следующий раз ради гаечки на другой конец области не лететь. В строительных магазинах ничего меньше M3 не попадалось, значит надо искать специализированные.
Первым относительно удобным магазином оказался сетевой
Внутри глаза разбежались от всяких полезностей, но вот незадача – самые малые винтики были только M2.5 одной длины, а вот гаек и шайб к ним нет и не бывает! Впечатлила продажа гаечек поштучно за 2р/шт и ссыпание всего купленного в один мешок-майку (мелких пакетиков для разных размеров не было). Опять же накладно брать про запас разных размеров.
Выручил другой магазин крепежа –
Вот там есть реально все в наличии, от М1.6, с разным шлицем и головой, с продажей поштучно и на вес, и по цене на порядок ниже предыдущего конкурента. Вот только надо сразу ехать в магазин-склад на ул.Плеханова, а то я поначалу зашел в магазин около метро Перово и сильно удивился озвученной цене. И выяснилось, что у них исключительно нержавейка, а за обычным крепежом надо ехать на перекладных в промзону.
Сделать приспособления для сверления плат, не использую покупных патронов и других деталей очень просто. Такой сверлилкой из моторчика я насверлил за свое время не одну сотню отверстий в самодельных платах. Время, потраченное на изготовление этой приспособы уйдет не больше 10 минут.
Конечно сверлить можно не только текстолитовые платы, но и пластмассу, тонкий металл типа алюминия, и т.п.
До этого я пользовался ручным инструментом, затрачивая колоссальное время и силы на сверление нескольких отверстий.
Сейчас же все это делается за считанные секунды, причем без всяких усилий и напрягов.
Необходимые материалы
Все можно сделать из барахла, и ничего, по сути, покупать не придется. Что нужно для изготовления:
- Электродвигатель на 6-18 В. Я взял из старого магнитофона.
- Источник питания постоянного тока к моторчику на 5-20 В, в соответствии с напряжением моторчика. Если будут отличия в ту или иную сторону вольт на 5, то ничего страшного.
- Сверло 0,5-0,9 мм. Если нет можно купить в местном магазине.
- Паста от шариковой ручки.
- Резак или кусачки.
- Провода.
- Паяльной паста или флюс с припоем.
- Паяльник.
- 10 минут вашего драгоценного времени;-)
Начало Работы
Первое что нужно сделать, это отрезать от пасты кусочек, примерно 2 сантиметра. Внутренний диаметр пасты очень хорошо подходит к диаметру вала двигателя. Поэтому паста очень туго надевается на вал и отлично держится. Если паста одевается легко - ищите другу, они бывают разные. Обычно все подходит как надо.
Далее снимаем с пасты наконечник с шариком, которым пишу. Чтобы не испачкаться чернилами - промойте этот наконечник спиртом или одеколоном.
Затем ножом или кусачками откусываем шарик пера.
Получается своеобразная трубка. Вставляем сверло, оно должно проходить свободно.
Теперь, чтобы зафиксировать сверло нужно его припаять.
Сверло режущей частью не следует высовывать слишком много. Смачиваем флюсом и запаиваем припоем. Паяется все очень хорошо, вне зависимости от металлов сверла и пера.
Лишний кончик торчащего сверла откусываем кусачками.
Одеваем перо на пасту и самодельный сверлильный патрон у насготов.
Подключаем к имеющемуся блоку питания и сверлим. При подключении смотрите на направление вращения сверла, чтобы оно вращалось в нужном направлении, а не в противоположном.
Для питания можно использовать не только адаптер, но и батарейки.
Здравствуйте! На этом ресурсе много людей, которые занимаются электроникой и самостоятельно изготавливают печатные платы. И каждый из них скажет, что сверление печатных плат это боль. Мелкие отверстия приходится сверлить сотнями и каждый самостояльно решает для себя эту проблему.
В этой статье я хочу представить вашему вниманию открытый проект сверлильного станка, который каждый сможет собрать сам и ему не потребутся для этого искать CD-приводы или предметные столы для микроскопа.
Описание конструкции
В основе конструкции довольно мощный 12ти вольтовый двигатель из Китая. В комплекте с двигателем они продают еще патрон, ключ и десяток сверел разного диаметра. Большинство радиолюбителей просто покупают эти двигатели и сверлят платы удерживая инструмент в руках.
Для линейного перемещения двигателя я решил использовать полированные валы диаметром 8мм и линейные подшипники. Это дает возможность минимизировать люфты в самом ответственном месте. Эти валы можно найти в старых принтерах или купить. Линейные подшипники также широко распространены и доступны, так как применяются в 3D-принтерах.
Основная станина сделана из фанеры толщиной 5мм. Фанеру я выбрал потому, что она стоит очень дешево. Как материал, так и сама резка. С другой стороны ничего не мешает (если есть возможность) просто вырезать все те же самые детали из стали или оргстекла. Некоторые мелкие детали сложной формы напечатанны на 3D-принтере.
Для поднятия двигателя в исходное положение использованы две обычные канцелярские резинки. В верхнем положении двигатель сам отключается при помощи микропереключателя.
С обратной стороны я предусмотрел место для хренения ключа и небольшой пенал для сверел. Пазы в нем имеют разную глубину, что делает удобным хранение сверел с разным диаметром.
Но все это проще один раз увидеть на видео:
На нем есть небольшая неточность. В тот момент мне попался бракованный двигатель. На самом деле от 12В они потребляют на холостом ходу 0,2-0,3А, а не два, как говорится в видео.
Детали для сборки
- Двигатель с патроном и цангой . С одной стороны кулачковый патрон это очень удобно, но с другой он гораздо массивнее цангового зажима, то есть часто подвержен биениям и очень часто их приходится дополнительно балансировать.
- Фанерные детали. Ссылку на файлы для лазерной резки в формате dwg (подготовлено в NanoCAD) можно будет скачать в конце статьи. Достаточно просто найти фирму, которая занимается лазерной резкой материалов и передать им скачанный файл. Отмечу отдельно то, что толщина фанеры может меняться от случая к случаю. Мне попадаются листы которые немного тоньше 5мм, поэтому пазы я делал по 4,8мм.
- Напечатанные на 3D-принтере детали. Ссылку на файлы для печати деталей в stl-формате можно будет также найти в конце статьи
- Полированные валы диаметром 8мм и длиной 75мм - 2шт. Вот ссылка на продавца с самой низкой ценой за 1м, которую я видел
- Линейные подшипники на 8мм LM8UU - 2шт
- Микропереключатель KMSW-14
- Винт М2х16 - 2шт
- Винт М3х40 в/ш - 5шт
- Винт М3х35 шлиц - 1шт
- Винт М3х30 в/ш - 8шт
- Винт М3х30 в/ш с головкой впотай - 1шт
- Винт М3х20 в/ш - 2шт
- Винт М3х14 в/ш - 11шт
- Винт М4х60 шлиц - 1шт
- Болт М8х80 - 1шт
- Гайка М2 - 2шт
- Гайка М3 квадратная - 11шт
- Гайка М3 - 13шт
- Гайка М3 с нейлоновым кольцом - 1шт
- Гайка М4 - 2шт
- Гайка М4 квадратная - 1шт
- Гайка М8 - 1шт
- Шайба М2 - 4шт
- Шайба М3 - 10шт
- Шайба М3 увеличенная - 26шт
- Шайба М3 гроверная - 17шт
- Шайба М4 - 2шт
- Шайба М8 - 2шт
- Шайба М8 гроверная - 1шт
- Набор монтажных проводов
- Набор термоусадочных трубок
- Хомуты 2.5 х 50мм - 6шт
Сборка
Весь процесс подробно показан на видео:Если следовать именно такой последовательности действий, то собирать станок будет очень просто.
Вот так вот выглядит полный набор всех комплектующих для сборки
Помимо них для сборки потребуется простейший ручной инструмент. Отвертки, шестигранные ключи, плоскогубцы, кусачки и т.д.
Перед тем начинать собирать станок желательно обработать напечатанные детали. Удалить возможные наплывы, поддержки, а также пройти все отверстия сверлом соответствующего диаметра. Фанерные детали по линии реза могут пачкать гарью. Их можно также обработать наждачной бумагой.
После того, как все детали подготовлены начать проще с установки линейных подшипников. Они закрадываются внутрь напечатанных деталей и прикручиваются к боковым стенкам:
Теперь можно собрать фанерное основание. Сначала боковые стенки устанавливаются на основание, а затем вставляется вертикальная стенка. В верхней части также есть дополнительная напечатанная деталь, которая задает ширину в верхней части. При закручивании винтов в фанеру не прикладывайте слишком большое усилие.
В столике на переднем отверстии необходимо сделать зенковку, чтобы винт с головой впотай не мешал сверлить плату. С торца также установлена напечатанная крепежная деталь.
Теперь можно приступить к сборке блока двигателя. Он прижимается двумя деталями и четырьмя винтами к подвижному основанию. При его установке необходимо следить, чтобы отверстия для вентиляции оставались открытыми. На основание он закрепляется при помощи хомутов. Сначала вал продевается в подшипник, а затем на нем защелкиваются хомуты. Также установите винт М3х35, который в будущем будет нажимать на микропереключатель.
Микропереключатель устанавливается на прорези кнопкой в сторону двигателя. Позже его положение можно будет откалибровать.
Резинки накидываются на нижнюю часть двигателя и продеваются до «рогов». Их натяжение надо отрегулировать так, чтобы двигатель поднимался до самого конца.
Теперь можно припаять все провода. На блоке двигателя и рядом с микропереключателем есть отверстия для хомутов, чтобы закрепить провод. Также этот провод можно провести внутри станка и вывести с обратной стороны. Убедитесь, что припаиваете провода на микропереключателе к нормально замкнутым контактам.
Осталось только поставить пенал для сверел. Верхнюю крышку нужно зажать сильно, а нижнюю закрутить очень слабо, используя для этого гайку с нейлоновой вставкой.
На этом сборка окончена!
Дополнения
Другие люди, которые уже собрали себе такой станок внесли много предложений. Я, если позволите, перечислю основные из них, оставив их в авторском виде:- Кстати, тем, кто никогда раньше не работал с такими деталями, хорошо бы напоминать, что пластмасса от 3D принтеров боится нагрева. Поэтому здесь следует быть аккуратным - не стоит проходить отверстия в таких деталях высокоборотной дрелью или Дремелем. Ручками, ручками....
- Я бы еще порекомендовал устанавливать микропереключатель на самой ранней стадии сборки, так как привинтить его к уже подсобранной станине нужно еще суметь - очень мало свободного пространства. Не помешало бы также посоветовать умельцам заблаговременно хотя бы залудить контакты микропереключателя (а еще лучше - заранее припаять к ним провода и защитить места пайки отрезками термоусадочной трубки), дабы впоследствии при пайке не повредить фанерные детали изделия.
- Мне видимо повезло и патрон на валу оказался не отцентрированным, что приводило к серьезной вибрации и гулу всего станка. Удалось исправить центровкой «плоскогубцами», но это не хороший вариант. так как гнет ось ротора, а снять патрон уже не реально, есть опасения, что вытащу эту самую ось целиком.
- Затяжку винтов с гроверными шайбами производить следующим образом. Затягивать винт до момента, когда сомкнется (выпрямится) гроверная шайба. После этого повернуть отвертку на 90 градусов и остановиться.
- Многие советуют приделать к нему регулятор оборотов по схеме Савова. Он крутит двигатель медленно когда нагрузки нет, и повышает обороты при появлении нагрузки.