Enkoder z silnika HDD lub FDD

Transkrypt

1 Enkoder z silnika HDD lub FDD 1

2 Do zaprojektowania i skonstruowania enkodera, jak to zazwyczaj bywa, zachęciła mnie dostępność starych napędów FDD i HDD. Do tego typu zastosowań doskonale nadają się silniki krokowe wycofanych już zupełnie stacji 5 ¼ oraz silniki napędzające talarze w dyskach twardych HDD. Podstawową wadą tanich enkoderów impulsowych jest mała precyzja wykonania elementów stykowych, a co za tym idzie, nieprecyzyjne działanie polegające na m.in. gubieniu impulsów. Stosunkowo dużym utrudnieniem w odniesieniu do enkoderów mechanicznych jest też używanie odpowiedniego oprogramowania w układach mikroprocesorowych, co czasami uniemożliwia wykorzystanie przerwań do innych celów. Przy projektowaniu enkodera przyjąłem następujące założenia: 1. Prosta konstrukcja wykonanie syntezy nie powinno wymagać szczególnych kwalifikacji w dziedzinie montażu urządzeń elektronicznych. 2. Dostępność użytych elementów większość elementów znajduje się w szufladzie każdego elektronika. 3. Nieskomplikowany proces uruchomienia urządzenia do prawidłowego uruchomienia urządzenia nie potrzeba żadnej aparatury pomiarowej. 4. Możliwość ewentualnej rozbudowy poprzez modyfikację oprogramowania sterującego pracą enkodera, można uzyskać wiele dodatkowych funkcji. W celu łatwiejszego wykonania urządzenie zaprojektowano w technice montażu przewlekanego, rezygnując z najbardziej obecnie modnej i w sumie najbardziej zaawansowanej technologii montażu powierzchniowego. Główną przyczyną takiej konstrukcji jest możliwość wykonania urządzenia przez starszych elektroników, którzy raczej nie posiadają zarówno praktyki jak i urządzeń niezbędnych do realizacji układów w tej technologii. Oczywiście, bardziej wyrafinowani wykonawcy mogą wykonać urządzenie wykorzystując technikę SMD. Urządzenie wykonano na płytce z laminatu szklano-epoksydowego. Działanie enkodera można zobaczyć w serwisie YouTube.com podając w wyszukiwarce sq1ftb 2

3 Budowa i zasada działania enkodera. I. Schemat blokowy enkodera. Kanał A Lewo Kanał B ATTINY 25 Prawo Ogólna zasada działania enkodera: Głównym elementem enkodera jest silnik krokowy FDD ( lub trójfazowy HDD), który w wyniku obracania wytwarza na wyjściach dwa przebiegi napięciowe przesunięte w fazie, co obrazuje poniższy rysunek. Przebiegi oznaczone jako kanały A i B pochodzą z wyjścia uzwojeń w których, w wyniku obracania indukuje się napięcie o częstotliwości i napięciu proporcjonalnym do szybkości obrotowej. Jak widać na rysunku, pomiędzy tymi przebiegami występuje przesunięcie fazowe. Zadaniem układu formowania impulsów jest wytworzenie na wyjściu przebiegu o stałej amplitudzie, niezależnego od wytworzonej SEM od uzwojeń. Elementem formującym 3

4 sygnał jest układ zbudowany w oparciu o wzmacniacz operacyjny, na którego wejściu zastosowano diodowy ogranicznik amplitudy. W wyniku działania ogranicznika amplitudy na wyjściu układu formowania otrzymujemy napięcie o amplitudzie nie wyższej niż +- napięcie progowe zastosowanej diody. Tak uformowane sygnały trafiają na wejścia wzmacniaczy operacyjnych, których zadaniem jest dopasowanie poziomów wyjściowych do poziomu logiki mikroprocesora ATINY. Obraz sygnałów na wyjściu układu formowania wygląda następująco: Określenie kierunku obrotów silnika determinuje analiza kąta przesunięcia fazowego pomiędzy sygnałami kanałów A i B. Zadaniem mikroprocesora jest określenie, na podstawie analizy narastania zboczy sygnałów, kierunku obrotu silnika i wygenerowanie na dwóch niezależnych wyjściach impulsów proporcjonalnych do szybkości obrotowej silnika. Takie rozwiązanie umożliwia konstruowanie układów, które oddzielnie zliczają impulsy dla kierunku LEWO i PRAWO. Stanem aktywnym jest stan zera logicznego (niski) na wyjściu układu enkodera. Można 4

5 przyjąć, że enkoder emuluje dwa przyciski np. góra i dół podłączone do portu mikroprocesora urządzenia współpracującego. Kręcenie w lewo emuluje naciskanie przycisku np. dół, natomiast kręcenie w prawo emuluje naciskanie przycisku np. góra. II. Schemat ideowy enkodera. III. Na schemacie jako mikroprocesor jest podany układ ATTINY 15. W układzie natomiast zastosowano ATTINY 25. Wzmacniacze operacyjne użyte w układzie nie są specjalnie dedykowane. W układzie próbnym zastosowałem podwójny wzmacniacz operacyjny KIA4558. Sądzę, że praktycznie większość ogólnodostępnych wzmacniaczy operacyjnych można zastosować w tak nieskomplikowanym układzie formowania. Diody użyte w ograniczniku amplitudy to typowe diody 1N4148. Można użyć dowolnych diod krzemowych. PŁYTKI DRUKOWANE Montaż przewlekany Montaż SMD 5

6 IV. PROGRAM ŹRÓDŁOWY ATTINY 25 Projekt ENKODER $regfile = "attiny25.dat" $crystal = $hwstack = 20 $swstack = 10 $framesize = 30 Dim Ticks As Byte Config Timer0 = Timer, Prescale = 8 Config Pinb.3 = Input Config Pinb.4 = Input Config Pinb.1 = Output Config Pinb.2 = Output Set Portb.3 Set Portb.4 Out1 Alias Portb.1 Out2 Alias Portb.2 ChA Alias Pinb.3 ChB Alias Pinb.4 Out1 = 1 Out2 = 1 Enable Timer0 : On Timer0 Czasownik Enable Interrupts Do If ChA = 0 Then Bitwait ChA, Set If ChB = 0 Then Out1 = 0 If ChB = 0 Then Bitwait ChB, Set If ChA = 0 Then Out2 = 0 Loop Czasownik: Timer0 = 5 If Out1 = 0 Or Out2 = 0 Then Incr Tics If Tics = 15 Then Tics = 0 Out1 = 1 Out2 = 1 Else Tics = 0 Return 6

7 Dla ułatwienia programowania ATTINY25 FUSE BITS V. OBSERWACJE EKSPLOATACYJNE Zasadniczo jako element nadawczy enkodera można wykorzystać dowolny silnik wielofazowy lub krokowy. Wykonano próby z użyciem silników krokowych od różnych napędów FDD zarówno dużych jak i małych (1.44) stacji dysków. Bardzo dobre rezultaty osiągnięto przy użyciu silnika od napędu dysków HDD, wykorzystując wyjścia dwóch faz silnika trójfazowego. Również można użyć silnika napędowego od CD. Praktycznie asymetria geometryczna faz jest niezauważalna w działaniu. 7

8 VI. Podziękowania: Serdeczne podziękowania dla kol. Mirley (elektroda.pl) za inspiracje swoim projektem ( oraz dla kol. Thomasa OZ2CPU ( Uwagi ogólne: Wszystkie rozwiązania przedstawione w projekcie podlegają ochronie praw autorskich i stanowią wyłączną własność intelektualną autora. Jakiekolwiek publikowanie i rozpowszechnianie lub zastosowanie komercyjne wymaga zgody autora. Ponieważ urządzenie należy do grupy urządzeń związanych z działalnością radioamatorską, a zatem działaniem hobbystycznym, autor nie rości sobie żadnych praw w przypadku wszelkich amatorskich zastosowań syntezy. Przez amatorskie zastosowanie należy rozumieć wykonanie na własne potrzeby, potrzeby kolegów lub klubów. Autor nie gwarantuje wsparcia technicznego. Wszelkie zapytania należy kierować na sq1ftb@hot.pl 8