Регулятор оборотов для микродрели на ATMEGA88PA.

drill Простой регулятор оборотов для микродрели на ATMEGA88PA.

- регулирование скорости вращения (ШИМ), плавное включение;

- регулирование яркости подсветки (ШИМ), плавное включение/отключение;

- ручное и автоматическое управление;

- автоматическое выключение при простое.

Регулятор разрабатывался для управления скоростью вращения микродрели, но может найти применение и в других устройствах, в которых нагрузка питается постоянным током.

Основой для разработки послужил сверлильный станок настольный V1.8 без регулятора (см. фото).

Технические характеристики:

постоянное напряжение питания, 5-18 В
трехкулачковый патрон с диапазоном зажимаемых диаметров: 0,3-4 мм
частота вращения шпинделя: 2000...8000 об/мин
максимальный потребляемый ток: 3А
перемещение шпинделя: 20 мм
габаритные размеры: 220 х 160 х 80 мм
масса станка: 1,0 кг

Конструкция станка позволяет легко вмонтировать регулятор под рабочим столиком. А установив микровыключатель под механизм опускания/подъема, получить автоматическое управление.

Основой регулятора служит микроконтроллер ATMEGA88. Индикатор светодиодный, 3 разряда. Выбор типа индикатора (общий анод или катод) доступен программным способом.

Схема регулятора.

Описание работы.

1. Подсветка рабочего стола.

1.1. Подсветка имеет два режима работы: автоматический (по умолчанию) и ручной.

1.2. Выбор режима работы ручной/автоматический производится в настройках, меню LA (автоматический режим), Lr (ручной режим).

1.3. Автоматический режим включения/выключения подсветки.

1.3.1. При подаче питания подсветка рабочего стола плавно включается на заданную в настройках яркость.

1.3.2. Если на протяжении заданного в настройках времени (параметр t) никаких действий не производится (срабатывание концевого выключателя или нажатие на кнопки регулятора) – подсветка плавно отключается. При этом также отключается индикатор.

1.3.3. Любое воздействие на органы управления приводит к плавному включению подсветки и индикатора.

1.4. Ручной режим включения/выключения подсветки.

1.4.1. Ручное управление подсветкой доступно в меню: Lon– включено, LoF – выключено.

1.4.2. Включение подсветки производится нажатием на кнопку PLUS, выключение – MINUS.

1.5. Скорость нарастания/убывания яркости подсветки устанавливается в настройках (параметр c).

1.6. Регулирование яркости производится кнопками PLUS/MINUS в настройках (в старшем разряде символ L).

2. Работа регулятора оборотов.

2.1. Выбор режима работы ручной/автоматический производится в настройках, меню PA (автоматический режим), Pr(ручной режим). По умолчанию установлен автоматический режим работы.

2.2. Автоматический режим включения/выключения регулятора оборотов.

2.1.1. При замыкании концевого выключателя START регулятор скорости вращения плавно подаст напряжение питания на электродвигатель.

2.1.2. При размыкании кнопки START питание на электродвигатель отключается.

2.2. Ручной режим включения/выключения регулятора скорости вращения.

2.2.1. Включение/выключение производится из меню Pon– включено, PoF – выключено.

2.2.2. Включение производится нажатием на кнопку PLUS, выключение – MINUS.

2.2.3. Состояние концевого выключателя START регулятора скорости вращения игнорируется.

2.3. Скорость нарастания оборотов задается в настройках, параметр r.

2.4. Скорость вращения устанавливается кнопками PLUS/MINUS из режима отображения выходной мощности регулятора (символ P в старшем разряде).

3. Настройка.

3.1. Выбор параметра для настройки производится нажатием кнопки SET по кругу.

3.2. Параметры для настройки:

3.2.1. Регулирование оборотов. В старшем разряде символ P. Диапазон установки 0 ÷ 99.

3.2.2. Режим работы регулятор скорости вращения. В старшем разряде символ P. В младшем разряде, если режим автоматический – символ A, если ручной – символ r.

3.2.3. Ручное управление скоростью вращения. В старшем разряде символ P. В младших разрядах, если включено – символы on, если выключено – символы oF.

3.2.4. Скорость нарастания оборотов при включении. В старшем разряде символ r. Диапазон установки 0 ÷ 99. Чем больше параметр, тем меньше скорость.

3.2.5. Регулирование яркости подсветки. В старшем разряде символ L. Диапазон установки 0 ÷ 99.

3.2.6. Режим работы подсветки. В старшем разряде символ L. В младшем разряде, если режим автоматический – символ A, если ручной – символ r.

3.2.7. Ручное управление подсветкой. В старшем разряде символ L. В младших разрядах, если включено – символы on, если выключено – символы oF.

3.2.8. Скорость нарастания/убывания яркости при включении/отключении. В старшем разряде символ c. Диапазон установки 0 ÷ 99. Чем больше параметр, тем меньше скорость.

3.2.9. Время до отключения подсветки и индикатора. В старшем разряде символ t. Диапазон установки 1 ÷ 99 минут.

3.3. Через 10 сек от последнего нажатия на кнопки новые параметры запишутся в память. Если на индикаторе мигающий параметр, то прибор переходит в основной режим (выходная мощность).

4. Особенности схемы.

4.1. Для выбора типа индикатора (общий анод или катод) нужно перед подачей питания нажать и удерживать нажатой кнопку PLUS, если индикатор с общим анодом, или MINUS, если с общим катодом. Подать питание. Если тип индикатора выбран правильно, на индикаторе появятся символы CC, для индикатора с общим катодом и CA для общего анода. Отпустить кнопку. Если на индикаторе непонятные символы, значит выбран неправильный тип индикатора. Необходимо повторить операцию.

4.2. При прошивке МК следует установить FUSE для работы от внутреннего тактового генератора частотой 8 МГц.

4.3. Частота ШИМ управления около 32 кГц.

4.4. Силовые ключи могут быть другого типа в зависимости от необходимого тока и напряжения нагрузки.

4.5. Диод D2 предназначен для защиты от неправильной полярности питающего напряжения. Установлен навесным монтажом – в разрыв провода питания.

4.6. Конструктивно регулятор собран на двух платах. На основной плате расположены микроконтроллер, индикатор, кнопки и силовые ключи. На второй плате светодиоды подсветки рабочего стола и микровыключатель. Вторая плата закреплена рядом с электродвигателем таким образом, чтобы свет был направлен на рабочую зону стола, а контакты микровыключателя замыкались при опускании дрели.

4.7. Схема и платы разрабатывались под детали, имеющиеся в наличии. Схема не критична к номиналам деталей и наладки не требует.

Внешний вид станка до

и после доработки.

В архиве проект в Proteus (он же схема), прошивка, описание, FUSE (внутренний генератор 8 МГц), печатные платы в Proteus.

P.S. 16.09.2015

Добавлена прошивка для ATMEGA48

Исправлен баг автоматического отключения индикатора и света при включении дрели в ручном режиме.

-----

P.S. 21.05.2018

Добавлен тахометр и алгоритм стабилизации скорости вращения. Из программы удалены функции, которые оказались бесполезными (плавный разгон, управление яркостью, некоторые режимы...). Подробное описание в архиве. Основная схема без изменений. В качестве датчика вращения использована оптопара (происхождение неизвестно). Фотоприемник принимает отраженный свет от фотодиода. Отражателем служит полоска белой самоклейки, наклеенная по кольцу на патрон электродрели. Часть полоски закрашена черным маркером. Формирует сигнал простейший компаратор на ОУ. Для подключения к основной плате использует тот же разъем, что и для прошивки МК. В архиве схема и печатная плата формирователя.

Для более точного замера скорости вращения желательно установить кварц на 8 МГц и сконфигурировать соответствующим образом FUSE.