Dodajte optički mjerač okretaja baziran na Arduinu CNC usmjerivaču: 34 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Napravite optički indikator broja okretaja za svoj CNC usmjerivač s Arduino Nano, IR LED/IR fotodiodnim senzorom i OLED zaslonom za manje od 30 USD. Nadahnuo me eletro18 -ov Measure RPM - Optical Tachometer Instructable i htio sam dodati tahometar svom CNC usmjerivaču. Pojednostavio sam krug senzora, dizajnirao prilagođeni nosač s 3D printom za moj Sienci CNC usmjerivač. Zatim sam napisao Arduino skicu za prikaz digitalnog i analognog biranja na OLED zaslonu

Nekoliko jednostavnih dijelova i par sati vašeg vremena, a svom CNC usmjerivaču možete dodati digitalni i analogni zaslon u minuti.

Evo popisa dijelova dostupnih za 2-dnevnu dostavu. Vjerojatno možete nabaviti dijelove za manje ako ste spremni čekati dulje.

Popis dijelova

6,99 USD Arduino Nano

5,99 USD IR LED/IR fotodioda (5 pari)

OLED zaslon od 7,99 USD, 0,96 žuto/plavi I2C

4,99 USD Kratke žice

1,00 USD Žica s 3 vodiča s 30 vodiča (75 cm). Može se kupiti u vašoj lokalnoj trgovini kućnim potrepštinama (Home Depot, Lowes) u odjeljku kupnja nogom

0,05 USD otpornik od 220 ohma (6,99 USD ako želite 750 različitih otpornika)

0,50 USD Termoskupljajuće cijevi (5,99 USD ako želite kompletan asortiman)

3D tiskani nosači

Arduino IDE (besplatno)

Napomena: U početku sam dodao kondenzator.01μF nakon što sam učvrstio sve žice i primijetio neke nestabilne vrijednosti okretaja tijekom kretanja CNC -a. Kondenzator je dobro radio za manje okretaje <20K, ali je previše izgladio signal za bilo što veće. Pratio sam buku do napajanja Nano -a i prikaza izravno s CNC štitnika. Za sve RPM radi zasebno napajanje. Ostavio sam korake za sada, ali trebali biste koristiti zaseban USB izvor napajanja.

Korak 1: Ispišite 3D zagradu

Ispišite 3D nosač za držanje IR LED i IR fotodioda. 3D datoteke nalaze se ovdje i na Thingiverseu.

www.thingiverse.com/thing:2765271

Za Sienci Mill, kutni nosač koristi se za postavljanje senzora na aluminijske kutne šipke, ali ravni nosač može biti bolji za vaš projekt.

Korak 2: Po izboru 3D ispis OLED držača zaslona i elektroničkog kućišta

Odlučujem se za pričvršćivanje OLED -a na kutni držač zaslona koji sam zašrafio na vrhu Sienci elektroničkog kućišta.

Ovdje su poveznice na 3D ispisane dijelove koje sam koristio.

Sienci elektroničko kućište 3D dio

Nosač za montiranje OLED ekrana od 0,96"

Kućište je bilo lijepo mjesto za postavljanje OLED držača zaslona i lijepo drži Arduino Nano, a staje i na stražnju stranu mlina Sienci. Izbušio sam nekoliko rupa na vrhu kućišta za pričvršćivanje OLED držača.

Također sam izbušio nekoliko rupa na dnu kako bih provukao malu zip kravatu za čvrsto pričvršćivanje žičanog pojasa

Korak 3: Izgradite sklop žice IC senzora

Za povezivanje senzora koristit će se žica s 3 vodiča. Jedna žica bit će zajedničko uporište i za IR LED i za IR fotodiodu, pri čemu će svaka druga dva ići na svoju odgovarajuću komponentu.

Korak 4: Dodajte otpornik za ograničavanje struje za IR LED

IR LED zahtijeva otpornik za ograničavanje struje. Najjednostavniji način je ugraditi otpornik u sklop žice.

Savijte vrhove svakog u obliku slova U i spojite ih. Namotajte kliještima, a zatim ih lemite zajedno.

Korak 5: Spojite žice kratkospojnika

Možete spojiti žice kratkospojnika kako biste ih spojili na Arduino iglice zaglavlja.

Odrežite komad termoskupljajuće cijevi i prije spajanja klizite po žici.

Gurnite termoskupljajuću cijev natrag preko spoja (ili cijelog otpornika) i skupite cijev pomoću toplinskog pištolja ili brzo prenesite plamen preko cijevi dok se ne smanji. Ako koristite plamen, nastavite ga brzo kretati ili se može početi topiti.

Korak 6: Odredite IR LED i fotodiodne vodiče

I IR LED i IR fotodioda izgledaju slično, od kojih svaka ima dugačak (anodni ili pozitivni) vodič i kratak (katodni ili negativni) vodič.

Korak 7: Umetnite diode u držač

Uzmite IC LED (prozirnu diodu) i umetnite je u jednu od rupa za držač LED diode. Okrenite LED diodu tako da dugački kabel bude s vanjske strane. Na fotografiji možete vidjeti jasnu LED diodu u gornjoj rupi s dugim olovom na samom vrhu.

Uzmite IC fotodiodu (tamna dioda) i umetnite je u drugu rupu. Okrećite fotodiodu tako da njezin dugi vod bude u sredini.

Kao što je prikazano na fotografiji, kratki vodič LED i dugačak vod fotodiode bit će u sredini. Ova dva kabela bit će spojena na zajedničku žicu natrag do arduina. (Pogledajte tehničke napomene na kraju ako želite više detalja)

Uzmite mali komad niti od 1,75 i umetnite ga iza dioda. Time ćete diode zaključati na mjestu i spriječiti njihovo rotiranje ili izlazak.

Prošao sam nekoliko iteracija dizajna prije nego što sam se odlučio za ovaj. Malo isticanje dioda uvelike je poboljšalo toleranciju pri poravnavanju s steznom maticom.

Korak 8: Stavite pričvrsnu nit u držač

Zaključati komad filamenta željet ćete samo malo dulje od širine držača.

Zagrijte čavao nekoliko sekundi u škripcu ili ga držite kliještima.

Korak 9: Pritisnite kraj niti sa ugrijanom glavom nokta

Držite prst na suprotnom kraju niti i pritisnite ga da se istopi i osigurač zabravljuje u držaču.

Korak 10: Gotov držač diode

Isprano i uredno

Korak 11: Pričvrstite kabelski svežanj na diode

Odrežite žicu prema dužini za vašu primjenu. Za Mlin Sienci trebat će vam ukupno oko 30 inča (~ 75 cm) (žica + kratkospojnici) i imati popuštanje za kretanje usmjerivača.

Savijte žicu i vrhove olova u obliku slova U kako biste ih spojili i olakšali lemljenje.

Uzmite tanke termoskupljajuće cijevi i obrežite dva kratka komada i dva malo duža komada. Kraće komade prevucite preko vanjskih kabela diode. Gurnite duže komade preko dva središnja vodiča.

Dvije različite duljine odmiču spojne spojeve i međusobno odmiču deblje spojeve, tako da se promjer ožičenja smanjuje. Također sprječava nastanak kratkih spojeva između različitih žica

Izrežite tri komada termoskupljajuće cijevi nešto većeg promjera i stavite ih preko svake od tri žice u kabelski svežanj.

Važno je paziti da postoji mali razmak između krajeva termoskupljajuće cijevi na žicama i mjesta spajanja. Žice će se zagrijati, a ako su termoskupljajuće cijevi preblizu, na kraju će se početi smanjivati, što ih potencijalno čini premalim da klize po spoju.

Korak 12: Uvjerite se da je žica s otpornikom pričvršćena na dugački vod IR LED

Otpornik za ograničavanje struje (220 ohma) ugrađen u kabelski svežanj mora biti spojen na dugi (anodni) kabel prozirne IC LED diode. Žica koja spaja dva zajednička vodiča bit će spojena na masu, pa biste za tu vezu mogli koristiti crnu ili golu žicu.

Lemite veze kako biste ih učinili trajnim.

Korak 13: Smanjite termoskupljajuće cijevi

Nakon što su spojevi zalemljeni, upotrijebite šibicu ili upaljač da prvo skupite cijevi na diodnim vodovima. Najprije pomaknite termoskupljajuće cijevi na žicama što dalje od topline.

Neka se plamen brzo pomiče dok se smanjuje i okreće kako bi sve strane bile jednake. Nemojte se zadržavati jer će se cijevi rastopiti umjesto skupiti.

Nakon što se diode smanje, pomaknite malo veće termoskupljajuće cijevi sa žica preko spojeva i ponovite skupljanje.

Korak 14: Pripremite montažni blok

Ovisno o vašoj primjeni, odaberite montažni blok koji odgovara vašoj primjeni. Za Since Mill odaberite kutni montažni blok.

Uzmite M2 maticu i M2 vijak. Jedva zavrnite maticu do kraja vijka.

Okrenite montažni blok i provjerite da li je M2 matica umetnuta u rupu.

Uklonite i lagano zagrijte maticu šibicom ili plamenom, a zatim je brzo umetnite u stražnju stranu montažnog bloka.

Odvijte vijak, ostavljajući maticu ugrađenu u plastični montažni blok. Za dodatnu čvrstoću, nanesite kap super ljepila na rub matice kako biste sigurno pričvrstili maticu na blok.

Korak 15: Provjerite je li M2 vijak odgovarajuće duljine

Pazite da vijak nije predug ili se senzor neće zategnuti uz montažni blok. Za kutni montažni blok provjerite je li M2 vijak 9 mm ili nešto kraći.

Korak 16: Pričvrstite montažni blok na CNC usmjerivač

Za Sienci Mill pričvrstite kutni montažni blok na dno unutarnje strane Z Rail sa nekoliko kapi super ljepila.

Korak 17: Pričvrstite senzor na montažni blok

Postavite podesivu ruku u montažni blok

Umetnite vijak M2 s podloškom kroz utor u podesivoj montažnoj ruci i uvijte ga u maticu.

Gurnite podesivu ručicu dok LED i fotodiode ne budu ujednačene s maticom stezne glave

Pritegnite vijak

Korak 18: Dodajte reflektirajuću traku na jednu stranu matice

Upotrijebite malu traku aluminijske trake (koristi se za kanale peći) i pričvrstite je na jednu stranu matice stezne čahure. Ova reflektirajuća traka omogućit će IR optičkom senzoru da uhvati jedan okretaj vretena.

Korak 19: Uvjerite se da reflektirajuća traka ne prelazi preko ruba do susjednih aspekata

Traka mora biti samo s jedne strane stezne matice. Traka je dovoljno tanka i lagana da ne ometa ključ za promjenu krajnjih glodala niti utječe na ravnotežu vretena.

Korak 20: Povucite žicu osjetnika duž unutrašnjosti Z -tračnice

Pomoću traka od aluminijske ljepljive trake pričvrstite žicu s unutarnje strane Z -tračnice. Najbolje je provući traku blizu ruba kutne šine kako biste očistili sklop matice olovnog vijka.

Korak 21: Priključite senzor na Arduino Nano

Spojite žice na Arduino na sljedeći način:

• IR LED (s integriranim otpornikom) -> Pin D3
• IC fotodioda -> Pin D2
• Zajednička žica -> Pin GND

Korak 22: Priključite kratkospojne žice na OLED zaslon

Izvucite 4-žični komplet kratkospojnih kabela

Priključite žice u 4 pina za sučelje I2C:

• VCC
• GND
• SCL
• SDA

Korak 23: Priključite OLED zaslon na Arduino

Pričvrstite žice kratkospojnika na sljedeće pinove. Napomena: Ove se žice ne pričvršćuju sve na susjedne igle niti istim redoslijedom.

• VCC -> Pin 5V
• GND -> Prikvači GND
• SCL -> Pin A5
• SDA -> Pin A4

Korak 24: Pričvrstite OLED zaslon na držač

Pomoću zagrada koje ste prethodno ispisali pričvrstite OLED zaslon na držač

Zatim prikačite zaslon na CNC okvir.

Korak 25: Pripremite Arduino IDE za učitavanje Arduino skice

Program za Arduino naziva se skica. Integrirano razvojno okruženje (IDE) za Arduinos je besplatno i mora se koristiti za učitavanje programa za otkrivanje senzora i prikaz okretaja u minuti.

Ako ga već nemate, evo veze za preuzimanje Arduino IDE -a. Odaberite verziju 1.8.5 ili noviju za preuzimanje.

Korak 26: Dodajte potrebne OLED knjižnice

Za pokretanje OLED zaslona trebat će vam nekoliko dodatnih knjižnica, knjižnica Adafruit_SSD1306 i biblioteka Adafruit-GFX. Obje su knjižnice besplatne i dostupne putem navedenih linkova. Slijedite vodič Adafruit o tome kako instalirati knjižnice na svoje računalo.

Nakon što su knjižnice instalirane, dostupne su za bilo koju Arduino skicu koju stvorite.

Knjižnice Wire.h i Math.h standardne su i automatski se uključuju u vašu IDE instalaciju.

Korak 27: Povežite Arduino s računalom

Pomoću standardnog USB kabela povežite Arduino Nano s računalom pomoću Arduino IDE -a.

1. Pokrenite IDE
2. Na izborniku Alati odaberite Ploča | Arduino Nano
3. Na izborniku Alati odaberite Port |

Sada ste spremni učitati skicu, sastaviti je i prenijeti u Nano

Korak 28: Preuzmite Arduino skicu

Arduino Sketch kod je u privitku, a dostupan je i na mojoj stranici GitHub na kojoj će biti objavljena sva buduća poboljšanja.

Preuzmite datoteku OpticalTachometerOledDisplay.ino i postavite je u radni direktorij s istim imenom (minus.ino).

Iz Arduino IDE -a odaberite Datoteka | Otvorena…

Idite do svog radnog imenika

Otvorite datoteku OpticalTachometerOledDisplay.ino.ino.

Korak 29: Sastavite skicu

Pritisnite gumb 'Provjeri' ili odaberite Sketch | Provjerite/sastavite iz izbornika za sastavljanje skice.

Trebali biste vidjeti područje kompajliranja pri dnu s statusnom trakom. Za nekoliko sekundi prikazat će se poruka "Gotovo sastavljanje" i neke statistike o tome koliko memorije skica zauzima. Ne brinite o poruci "Malo memorije dostupno", ona ne utječe ni na što. Većina memorije koristi GFX knjižnica potrebna za crtanje fontova na OLED zaslonu, a ne same skice.

Ako vidite neke pogreške, one su najvjerojatnije posljedica nedostatka knjižnica ili problema s konfiguracijom. Dvaput provjerite jesu li knjižnice kopirane u ispravan direktorij za IDE.

Ako to ne riješi problem, provjerite upute za instaliranje knjižnice i pokušajte ponovno.

Korak 30: Prenesite na Nano

Pritisnite gumb 'Strelica' ili odaberite Sketch | Prenesite s izbornika za sastavljanje i učitavanje skice.

Vidjet ćete istu poruku "Compiling..", nakon koje slijedi poruka "Uploading.." i na kraju poruka "Done Uploading". Arduino počinje pokretati program čim je prijenos dovršen ili čim se nakon toga uključi napajanje.

U ovom trenutku OLED zaslon trebao bi oživjeti s prikazom RPM: 0 s brojčanikom na nuli.

Ako ste usmjerivač ponovno sastavili, možete uključiti prekidač i vidjeti kako zaslon očitava broj okretaja u minuti dok podešavate brzinu.

Čestitamo!

Korak 31: Koristite namjenski izvor napajanja

NAPOMENA: Ovo je bio izvor šuma signala koji je uzrokovao nepravilan prikaz broja okretaja u minuti. Istražujem stavljanje poklopca filtera na kratkospojnike za napajanje, ali zasad ćete ga morati napajati putem zasebnog USB kabela.

Zaslon možete povezati s računalom pomoću USB kabela, no na kraju ćete htjeti namjenski izvor napajanja.

Imate nekoliko mogućnosti, možete nabaviti standardni USB zidni punjač i iz njega pokrenuti Arduino.

Ili možete pokrenuti Arduino izravno s elektronike CNC usmjerivača. Arduino/OLED zaslon troši samo 0,04 ampera, tako da neće preopteretiti vašu postojeću elektroniku.

Ako imate Arduino/CNC Router Shield elektroniku (poput Sienci Mill -a), tada možete upotrijebiti nekoliko neiskorištenih pinova za uključivanje potrebnih 5 volti energije.

Na gornjoj lijevoj strani štita CNC usmjerivača možete vidjeti da postoji nekoliko nekorištenih pinova označenih 5V/GND. Priključite par kratkospojnih kabela na ova dva igla.

Korak 32: Priključite Arduino na prekidače za napajanje

Ova je laka, ali nije tako lijepo označena.

Na Arduino Nano -u postoji set od 6 pinova na kraju ploče. Nisu označeni, ali uključio sam dijagram izlaza i možete vidjeti da su dva vanjska pina koja su najbliža LED -ima indikatora označena GND i 5V na dijagramu.

Spojite kratkospojnik s 5V pina na CNC štitu na pin najbliži onom označenom VIN (nemojte ga spajati na VIN, već na unutarnji kutni pin 6 -polne grupe). VIN služi za napajanje Nano sa 7V-12V napajanjem.

Spojite kratkospojnik s GND pina na CNC štitu na pin najbliži TX1 pinu.

Sada kada uključite elektroniku CNC usmjerivača, uključit će se i OLED RPM zaslon.

Korak 33: Tehničke napomene o krugu

Krug senzora koristi par IR LED/IR fotodioda.

IR LED radi kao i svaka obična LED. Pozitivni vod (duži ili anodni) spojen je na pozitivni napon. Na Arduino Nano -u, to je izlazni pin postavljen na HIGH. Negativni vod (kraći ili katodni) spojen je na masu kako bi se dovršio krug. Budući da su LED diode osjetljive na preveliku struju, mali otpornik postavljen je u nizu sa LED -om kako bi se ograničila količina struje. Ovaj otpornik može biti bilo gdje u krugu, ali ima smisla postaviti ga na pozitivnu stranu kruga, budući da negativni vodič dijeli vezu s masom s fotodiodom.

IR fotodioda ponaša se kao i svaka druga dioda (uključujući LED diode koje emitiraju svjetlost) jer provode električnu energiju samo u jednom smjeru, blokirajući električnu energiju u suprotnom smjeru. Zato je važno ispraviti polaritet kako bi LED diode radile.

Važna razlika s fotodiodama je u tome što kada detektiraju svjetlost, fotodiode će omogućiti protok električne energije u oba smjera. Ovo svojstvo koristi se za izradu detektora svjetla (u ovom slučaju infracrvenog ili IC -a). IR fotodioda spojena je suprotnim polaritetom (naziva se obrnuta pristranost) s pozitivnim 5V na Arduino pinu spojenom na negativni vod fotodiode, a pozitivni kabel spojen je zajedničkom žicom zajedno s IR LED na masu.

Bez infracrvenog svjetla, IR fotodioda blokira električnu energiju, dopuštajući da Arduino pin sa svojim unutarnjim pull-up otpornikom bude u VISOKOM stanju. Kada IR fotodioda detektira IC svjetlost, dopušta protok električne energije, uzemljujući iglu i uzrokujući da se VISOKA vrijednost na pinu fotodiode spusti prema tlu uzrokujući PADAJUĆI rub koji Arduino može otkriti.

Ova promjena stanja na Arduino pin -u koristi se u skici za brojanje okretaja.

Traka od aluminijske trake na steznoj matici, reflektira IC svjetlo od uvijek uključene IR LED natrag do IR fotodiode svaki put kad se okrene pored senzora.

Korak 34: Tehničke napomene o Arduino skici

Arduino skica pokreće OLED zaslon i istodobno reagira na IR LED/IR fotodiodski senzor.

Sketch inicijalizira OLED zaslon kroz protokol I2C (Inter-Integrated Circuit). Ovaj protokol omogućuje da više zaslona/senzora dijele vezu i mogu čitati ili pisati na određeni povezani uređaj s najmanje žica (4). Ova veza smanjuje broj veza između Arduina i OLED zaslona.

Zatim uključuje IR LED postavljanjem tog pina HIGH koji osigurava 5V potrebnih za LED.

Pinu pripisuje funkciju prekida koja se poziva kada otkrije promjenu stanja tog pina. U ovom slučaju funkcija incrementRevolution () se poziva svaki put kada se na Pin 2 detektira FALLING rub.

Funkcija prekida radi samo ono što implicira, prekida sve što se trenutno radi, izvršava funkciju, a zatim nastavlja radnju točno tamo gdje je prekinuta. Funkcije prekida trebale bi biti što kraće, u ovom slučaju samo dodaju jednu varijabli brojača. Mali Arduino Nano radi na 16 MHz - 16 milijuna ciklusa u sekundi - dovoljno brzo da podnese prekid od 30 000 o / min, što je samo 500 okretaja u sekundi.

Funkcija Loop () primarna je radnja za bilo koju Arduino skicu. Stalno se poziva, uvijek iznova sve dok Arduino ima snagu. Dobiva trenutno vrijeme, provjerava je li prošao određeni interval (1/4 sekunde = 250 milisekundi). Ako je tako, poziva funkciju updateDisplay () za prikaz nove vrijednosti RPM -a.

Funkcija petlje također će zatamniti zaslon nakon 1 minute i isključiti zaslon nakon 2 minute - potpuno konfigurirano u kodu.

Funkcije updateDisplay () pozivaju funkciju CalcuRpm (). Ta funkcija uzima u obzir broj okretaja koje je funkcija prekida stalno povećavala i izračunava RPM određujući brzinu okretaja u vremenskom intervalu i ekstrapolirajući to na broj okretaja u minuti.

Prikazuje brojčanu vrijednost i koristi neki srednjoškolski okidač za crtanje analognog biranja i indikatorskog kraka koji odražava iste vrijednosti.

Konstante pri vrhu skice mogu se mijenjati ako želite brojčanik okretaja s različitim glavnim i sporednim vrijednostima.

Interval ažuriranja i prosječni interval također se mogu mijenjati.