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 L A (автоматический режим), L r (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 P A (автоматический режим), P r (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 A , если ручной – символ r .
3.2.3. Ручное управление скоростью вращения. В старшем разряде символ P on , если выключено – символы oF .
3.2.4. Скорость нарастания оборотов при включении. В старшем разряде символ r
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 D 2 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.
Добрый день. Представляю Вашему вниманию регулятор для ковырялоки печатых плат, схема взята из журнала Радио за 2010 год. Собрал и испытал - работает отлично. В схеме нет дефицитных деталей - всего 4 распространённых транзистора и несколько пассивных радиоэлементов, которые можно выпаять из любой нерабочей аппаратуры. Принципиальная схема регулятора оборотов:
Работа схемы регулятора минидрели
На элементах vd1, vd2, r2, r3, vt1, r11 собран регулятор холостых (далее ХО) оборотов. Диод vd3 является разобщителем регулятора ХО и токовым тригером собранным на vt2, r4, r7. Диод vd5 облегчает температурный режим датчика тока r7. Конденсатор С2 и резистор r6 обеспечиваю плавное возвращение к режиму ХО. На vd4, r5, c1 выполнен ограничитель стартового тока (т.е плавный пуск). Составной транзистор образованный vt3 и vt4 усиливает токи предыдущих узлов. Паралельно моторчику обязательно надо включить защитный диод vd6 в обратном направлении, чтобы ЭДС, возникающая в нём, не пожгла редиоэлементы регулятора.
Все резисторы кроме R7 применены на 0,125вт, R7 на 0,5вт. Сопротивление R7 желательно подбирать для каждого моторчика индивидуально, чтобы было чёткое срабатывание токового тригера в нужный момент, т.е. сверло не соскальзывало с кернения и не клинило.
Прилагаю фото регулятора оборотов минидрели в сборе и разведёную мной топологию печатной платы. Транзистор П213 необходино включать именно так, как написано на плате с названием "п213" (из-за обратного диода).
При использовании планарных компонентов, размеры платы можно уменьшить до такой степени, что она поместится в корпус (или снаружи) дрельки. Как вариант, данный регулятор оборотов допустимо использовать для управления оборотами любых электромоторчиков постоянного тока - в игрушках, вентиляции и т.д. Желаю всем удачи. С уважением, Жданов Андрей (Мастер665).
При работе с выводными компонентами приходится изготавливать печатные платы с отверстиями, это, пожалуй, одна из самых приятных частей работы, и, казалось бы, самая простая. Однако, очень часто при работе микродрель приходится то отложить в сторону, то снова взять ее в руки, чтобы продолжить работу. Микродрель лежащая на столе во включенном состоянии создает довольно много шума из-за вибрации, к тому же она может слететь со стола, а зачастую и двигатели прилично нагреваются при работе на полную мощность. Опять же, из-за вибрации довольно трудно точно прицеливаться при засверливании отверстия и нередко бывает так, что сверло может соскользнуть с платы и проделать борозду на соседних дорожках.
Решение проблемы напрашивается следующее: нужно сделать так, чтобы микродрель имела маленькие обороты на холостом режиме, а при нагрузке частота вращения сверла увеличивалась. Таким образом, нужно реализовать следующий алгоритм работы: без нагрузки - патрон крутится медленно, свело попало в кернение - обороты возросли, прошло насквозь - обороты снова упали. Самое главное, что это очень удобно, во-вторых двигатель работает в облегченном режиме, с меньшим нагревом и износом щеток.
Ниже приведена схема такого автоматического регулятора оборотов, обнаруженная в интернете и немного доработанная для расширения функционала:
После сборки и тестирования выяснилось, что под каждый двигатель приходится подбирать новые номиналы элементов, что совершенно неудобно. Также добавили разрядный резистор (R4) для конденсатора, т.к. выяснилось, что после отключения питания, а особенно при отключённой нагрузке, он разряжается довольно долго. Изменённая схема пробрела следующий вид:
Автоматический регулятор оборотов работает следующим образом — на холостых оборотах сверло вращается со скоростью 15-20 оборотов/мин., как только сверло касается заготовки для сверления, обороты двигателя увеличиваются до максимальных. Когда отверстие просверлено и нагрузка на двигатель ослабевает, обороты вновь падают до 15-20 оборотов/мин.
Собранное устройство выглядит следующим образом:
На вход подается напряжение от 12 до 35 вольт, к выходу подключается микродрель, после чего резистором R3 выставляется требуемая частота вращения на холостом ходу и можно приступать к работе. Здесь следует отметить, что для разных двигателей регулировка будет отличаться, т.к. в нашей версии схемы был упразднен резистор, который требовалось подбирать для установки порога увеличения оборотов.
Транзистор Т1 желательно размещать на радиаторе, т.к. при использовании двигателя большой мощности он может довольно сильно нагреваться.
Ёмкость конденсатора C1 влияет на время задержки включения и отключения высоких оборотов и требует увеличения если двигатель работает рывками.
Самым важным в схеме является номинал резистора R1, от него зависит чувствительность схемы к нагрузке и общая стабильность работы, к тому же через него протекает почти весь ток, потребляемый двигателем, поэтому он должен быть достаточно мощным. В нашем случае мы сделали его составным, из двух одноваттных резисторов.
Печатная плата регулятора имеет размеры 40 х 30 мм и выглядит следующим образом:
Скачать рисунок платы в формате PDF для ЛУТ: «скачать» (При печати указывайте масштаб 100%).
Весь процесс изготовления и сборки регулятора для минидрели занимает около часа.
После травления платы и очистки дорожек от защитного покрытия (фоторезиста или тонера, в зависимости от выбранного метода изготовления платы) необходимо засверлить в плате отверстия под компоненты (обратите внимание на размеры выводов различных элементов).
Затем дорожки и контактные площадки покрываются флюсом, что очень удобно делать при помощи флюс-аппликатора, при этом достаточно флюса СКФ или раствора канифоли в спирте.
После лужения платы расставляем и припаиваем компоненты. Автоматический регулятор оборотов для микродрели готов к эксплуатации.
Данное устройство было проверено с несколькими видами двигателей, парой китайских различной мощности, и парой отечественных, серии ДПР и ДПМ - со всеми типами двигателей регулятор работает корректно после подстройки переменным резистором. Важным условием является чтобы он был в хорошем состоянии, т.к. плохой контакт щеток с коллектором двигателя может вызывать странное поведение схемы и работу двигателя рывками. На двигатель желательно установить искрогасящие конденсаторы и установить диод для защиты схемы от обратного тока при отключении питания.
Сегодня невозможно найти человека, который бы не знал о существовании электрической дрели. Многим приходилось пользоваться этим инструментом. Но как устроена эта незаменимая в хозяйстве вещь, известно далеко не каждому.
Внутри корпуса дрели расположен электродвигатель, система его охлаждения, редуктор, регулятор оборотов дрели. О работе регулятора оборотов дрели стоит поговорить несколько подробнее. Все детали во время работы изнашиваются, особенно подвержена этому процессу кнопка включения дрели. А с ней непосредственно связана система регулировки оборотов.
Назначение регулятора оборотов
Регулятор оборотов современной электрической дрели располагается внутри кнопки включения прибора. Достичь таких малых размеров позволяет микропленочная технология, по которой он собран. Все детали и сама плата, на которой расположены эти детали, отличаются малыми размерами. Основная деталь регулятора — симистор. Принцип его работы состоит в изменении момента замыкания цепи и включения симистора. Происходит это так:
- После включения кнопки симистор получает на свой управляющий электрод напряжение, имеющее синусоидальную форму.
- Симистор открывается, и ток начинает течь через нагрузку.
При большей амплитуде управляющего напряжения симистор включается раньше. Амплитуда управляется с помощью переменного резистора, который соединен с пусковым курком дрели. Схема подключения кнопки в разных моделях может быть немного разной. Только не стоит путать регулятор оборотов с устройством управления реверсом. Это совершенно разные вещи. Иногда они могут размещаться в разных корпусах. Регулятор оборотов может предусматривать подключение конденсатора и обоих проводов от розетки.
Вернуться к оглавлению
Использование дрели в качестве станка
Рисунок 1. Типовая схема регулятора оборотов дрели.
Ручная дрель может применяться нестандартно. На ее основе делают разнообразные станки: сверлильный, шлифовальный, циркулярный и другие. В таких станках функция регулирования оборотов является очень важной. У большинства бытовых дрелей обороты регулируются кнопкой пуска аппарата. Чем сильнее она нажата, тем выше обороты. Но фиксируются они только на максимальных значениях. Это в большинстве случаев может оказаться существенным недостатком.
Можно выйти из данной ситуации путем самостоятельного изготовления выносного варианта регулятора оборотов. В качестве регулятора вполне можно применить диммер, который обычно применяют для регулировки освещенности. Схема регулятора довольно проста и представлена на рис. 1. Для его изготовления нужно к розетке присоединить провода разной длины. Длинный провод другим концом присоединяется к вилке. Остальное собирается по схеме. Рекомендуется использовать дополнительный автоматический выключатель, который отключит устройство в случае аварии.
Самодельный регулятор оборотов готов. Можно выполнить пробный пуск. Если он работает нормально, можно поместить его в подходящего размера коробку и закрепить на станине будущего станка в удобном месте.
Вернуться к оглавлению
Ремонт кнопки с регулятором оборотов
Рисунок 2. Схема регулятора оборотов для микродрели.
Ремонт кнопки представляет собой довольно непростой процесс, требующий определенных навыков. При открытии корпуса некоторые детали могут просто выпасть и потеряться. Поэтому в работе нужна осторожность. В случае неполадок обычно выходит из строя симистор. Стоит эта деталь очень дешево. Разборка и ремонт происходят в следующем порядке:
- Разобрать корпус кнопки.
- Промыть и прочистить внутренности.
- Снять плату с находящейся на ней схемой.
- Выпаять сгоревшую деталь.
- Впаять новую деталь.
Разобрать корпус очень просто. Нужно отогнуть боковины и вывести крышку из фиксаторов. Делать все нужно аккуратно и осторожно, чтобы не потерять 2 пружинки, которые могут выскочить. Чистить и протирать внутренности рекомендуется спиртом. Зажимы-контакты в форме медных квадратиков выдвигаются из пазов, плата легко снимается. Сгоревший симистор обычно хорошо виден. Осталось выпаять его и впаять на его место новую деталь. Сборка регулятора производится в обратном порядке.
Каждому радиолюбителю приходилось сверлить технологические отверстия в п/п, профессиональными или обычными самопальными мини-дрелями, и у каждого ломались свёрла лишь от того, что не рассчитал силу нажима на дрель, или во время не остановил сверло. А бывает и так, что выходили из строя моторы при превышения напряжения и перегрева, ну или невозможно держать его в руках из-за высокой температуры двигателя. Я думаю не только у меня такое случалось, так как в журнале "Радио” за 2009 год, была опубликована схема для управления ДПМ моторов. Придумал её С. Саглаев, г. Москва. Логика этой схемы проста, включаем схему - мотор крутится медлено, начинаем сверлить - прибавляется ход, обороты увеличиваются (и в плате получилось отверстие). По окончанию сверления ход двигателя снижается и обороты уменьшаются.В принципе эта схема универсальна и подходит для всех электромоторов с рабочим напряжением до 30 вольт, (если использовать мотор на 30 вольт, то надо поменять конденсатор C2 на 40 вольт с запасом).
Для сверления использую мотор от видика, на 12 вольт, но питаю схему 20-ю вольтами, так как не боюсь, что мотор выйдет из стороя, ведь повышенное напряжение поступает на него через этот блок управления.
Итак, перейдём к сути этой схемы, в ней нет дефицитных радиоэлементов, также всего два транзистора и стабилизатор на всеми любимой КРЕН-ке, а всё остальное - рассыпуха. От диодного моста можно отказаться, если схема питается от постоянного напряжения, лично я отказаля, но кондесаторы С1 и С3 оставил (не знаю зачем).
Перейдём к сборке схемы. Так как транзистора VT1 у меня не оказалось, заменил его на транзистор кт814а. Те резисторы, которые обозначены * подстраиваются под мотор, R1 устанавливает порог механической нагрузки на электромотор для полного его хода. Резистор R2 устонавливает минимальное напряжение холостого хода.
Печатную плату разработал не очень маленькую - вы можете сделать поменьше. Собранное устройство:
Для холостого хода установил подстроечный резистор. Сам мотор обмотан изолентой для удобства держания его в руке. С прошлым мотором схема работала некорректно.
А вот отверстия сделанные минидрелью под управлением этой схемы.