Voeg 'n op Arduino gebaseerde optiese toerenteller by 'n CNC-router: 34 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Bou 'n optiese RPM -aanwyser vir u CNC -router met 'n Arduino Nano, 'n IR LED/IR fotodiodesensor en 'n OLED -skerm vir minder as $ 30. Ek is geïnspireer deur eletro18 se Measure RPM - Optical Tachometer Instructable en wou 'n toerenteller by my CNC -router voeg. Ek het die sensorkring vereenvoudig, 'n pasgemaakte 3D-gedrukte hakie ontwerp vir my Sienci CNC-router. Toe skryf ek 'n Arduino -skets om beide 'n digitale en analoge draaiknop op 'n OLED -skerm te vertoon

'N Paar eenvoudige dele en 'n paar uur van u tyd, en u kan 'n digitale en analoge omwenteling per minuut by u CNC -router voeg.

Hier is die lys met onderdele wat beskikbaar is vir 2-dae aflewering. U kan die onderdele waarskynlik vir minder verkry as u langer wil wag.

Onderdele lys

$ 6,99 Arduino Nano

$ 5,99 IR LED/IR fotodiode (5 pare)

$ 7,99 OLED -skerm 0,96 geel/blou I2C

Ringsdrade van $ 4,99

$ 1,00 30 duim (75 cm) draad met drie geleiers. Kan gekoop word by u plaaslike huishoudelike voorraadwinkel (Home Depot, Lowes) in die koop-vir-die-voet-afdeling

$ 0,05 220 ohm weerstand ($ 6,99 as u 750 verskillende weerstande wil hê)

$ 0.50 Krimpkous ($ 5,99 as u 'n volledige reeks wil hê)

Hakies in 3D gedruk

Arduino IDE (gratis)

Nota: Ek het aanvanklik 'n.01μF -kondensator bygevoeg nadat ek al die drade vasgemaak het en 'n paar onreëlmatige omwentelingswaardes opgemerk het toe die CNC beweeg. Die kondensator het goed gewerk vir laer toerentalle <20K, maar dit het die sein te veel glad gemaak vir iets hoër. Ek het die geraas opgespoor om die Nano aan te dryf en direk vanaf die CNC -skild te vertoon. 'N Afsonderlike voorraad werk vir alle RPM. Ek het die stappe vir eers ingelaat, maar u moet 'n aparte USB -kragbron gebruik.

Stap 1: Druk die 3D -hakie uit

Druk die 3D -hakie om die IR LED en IR fotodiodes vas te hou. Die 3D -lêers is hier en op Thingiverse.

www.thingiverse.com/thing:2765271

Vir die Sienci Mill word die hoekhouer gebruik om die sensor aan die aluminium hoekstawe te monteer, maar die plat houer is dalk beter vir u projek.

Stap 2: opsioneel 3D -druk die OLED -skermhouer en elektroniese omhulsel af

Ek kies om die OLED vas te maak aan 'n hoekige skermhouer wat ek aan die bokant van 'n Sienci Electronics -omhulsel vasgeskroef het.

Hier is die skakels na die 3D -gedrukte onderdele wat ek gebruik het.

Sienci elektronika -omhulsel 3D -deel

0,96 OLED -skermhouer

Die omhulsel was 'n goeie plek om die OLED -skermbeugel te monteer, en dit hou die Arduino Nano goed, plus dit pas op die agterkant van die Sienci Mill. Ek het 'n paar gate bo -op die omhulsel geboor om die OLED -hakie vas te maak.

Ek het ook 'n paar gate in die onderkant geboor om 'n klein rits vas te maak om die gordel stewig vas te maak

Stap 3: Bou die IR Sensor Wire Assembly

Die 3-geleidingsdraad word gebruik om die sensor op te dra. Een draad sal 'n gemeenskaplike grond vir beide die IR -LED en die IR -fotodiode wees, met elk van die ander twee na hul onderskeie komponent.

Stap 4: Voeg 'n stroombeperkingsweerstand by vir die IR -LED

Die IR -LED benodig 'n stroombeperkende weerstand. Die maklikste manier is om die weerstand in die draadsamestelling in te sluit.

Buig die punte van elkeen in 'n U-vorm en sluit dit aan. Krimp met 'n tang en soldeer dit dan saam.

Stap 5: Verbind die drade

U kan jumperdrade verbind om dit aan die Arduino -kopstukke te koppel.

Sny 'n stuk krimpkous en skuif oor die draad voordat u dit aansluit.

Skuif die krimpbuis terug oor die verbinding (of die hele weerstand) en krimp die buis deur 'n hittegeweer te gebruik of vinnig 'n vlam oor die buis te laat loop totdat dit krimp. As u 'n vlam gebruik, moet u dit vinnig laat beweeg, anders kan dit begin smelt.

Stap 6: Bepaal die IR LED en fotodiode lei

Beide die IR -LED en die IR -fotodiode lyk dieselfde, elk met 'n lang (anode of positiewe) lood en 'n kort (katode of negatiewe) lood.

Stap 7: Plaas diodes in die houer

Neem die IR -LED (duidelike diode) en steek dit in een van die LED -houergate. Draai die LED sodat die lang voorkant aan die buitekant is. Op die foto kan u die duidelike LED in die boonste gat sien, met sy lang voorpunt heel bo.

Neem die IR fotodiode (donker diode) en steek dit in die ander gat. Draai die fotodiode sodat sy lang voorpunt in die middel is.

Soos op die foto getoon, sal die kort voorpunt van die LED en die lang voorkant van die fotodiode in die middel wees. Hierdie twee leidrade word verbind tot 'n gewone draad terug na die arduino. (Sien die tegniese aantekeninge aan die einde as u meer besonderhede wil hê)

Neem 'n klein stukkie 1,75 filament en steek dit agter die diodes in. Dit sal die diodes op hul plek sluit en voorkom dat hulle draai of uitkom.

Ek het verskeie herhalings van ontwerpe deurgegaan voordat ek op hierdie een besluit het. Deur die diodes effens uit te steek, is die verdraagsaamheid aansienlik verbeter deur dit met die spanmoer te richten.

Stap 8: Sluit die sluitdraad aan die houer

U sal die sluitstuk van die filament net 'n bietjie langer wil sny as die breedte van die houer.

Verhit 'n spyker 'n paar sekondes in 'n tang of hou dit vas met 'n tang.

Stap 9: Druk die filamente eindig teen die verhitte spykerkop

Hou u vinger aan die teenoorgestelde kant van die filament en druk om die sluitpen in die houer te smelt en saam te smelt.

Stap 10: Voltooide diodehouer

Spoel en netjies

Stap 11: Bevestig die bedradingskabel aan die diodes

Sny die draad in lengte vir u toepassing. Vir die Sienci -meule benodig u ongeveer 75 cm (draad + springers) in totaal en het u genoeg ruimte om die router te beweeg.

Buig die draad- en loodpunte in 'n U-vorm om dit aan mekaar te koppel en soldeer makliker te maak.

Neem 'n dun, krimpende buis en sny twee kort stukke en twee effens langer stukke. Glip die korter stukke oor die buitekant van die diode. Glip die langer stukke oor die twee middelste leidrade.

Met twee verskillende lengtes verreken die lasverbindings en verreken die dikker verbindings van mekaar sodat die deursnee van die bedrading verminder word. Dit voorkom ook dat daar 'n kortbroek tussen die verskillende draadverbindings is

Sny drie stukke met 'n effens groter deursnee krimpkous en plaas dit oor elk van die drie drade in die bedradingskabel.

Dit is belangrik om seker te maak dat daar 'n klein gaping is tussen die punte van die krimpbuis op die drade en die laspunt. Die drade word warm, en as die krimpbuis te naby is, begin dit aan die einde krimp, wat dit moontlik te klein maak om oor die gewrig te gly.

Stap 12: Maak seker dat die draad met die weerstand aan die langdraad van die IR -LED gekoppel is

Die stroombeperkingsweerstand (220 ohm) wat in die bedradingskabel ingebou is, moet aan die lang (anode) leiding van die duidelike IR -LED gekoppel word. Die draad wat die twee algemene leidrade verbind, word met die aarde verbind, sodat u 'n swart of kaal draad vir die verbinding wil gebruik.

Soldeer die verbindings om dit permanent te maak.

Stap 13: Krimp die hitte-krimpslang

Nadat die gewrigte gesoldeer is, gebruik eers 'n vuurhoutjie of 'n aansteker om die buis op die diodekabels te krimp. Beweeg eers die hitte-krimpslang op die drade so ver as moontlik van die hitte af.

Hou die vlam vinnig beweeg terwyl dit krimp en draai om alle kante gelyk te kry. Moenie bly nie, anders sal die buis smelt in plaas van krimp.

Nadat die diodekabels gekrimp is, skuif die effens groter hitte-krimpslang van die drade oor die gewrigte en herhaal die krimp.

Stap 14: Berei die monteerblok voor

Afhangende van u toepassing, kies die monteerblok wat by u toepassing pas. Kies die hoekmonteringsblok vir die Since Mill.

Neem 'n M2 -moer en 'n M2 -skroef. Skroef die moer skaars aan die einde van die skroef vas.

Draai die bevestigingsblok om en toets of die M2 -moer in die gat pas.

Verwyder en verhit die moer effens met 'n vuurhoutjie of vuur en steek dit dan vinnig in die agterkant van die monteerblok.

Draai die skroef los en laat die moer in die plastiekblok bly. Om ekstra sterkte toe te pas, dien 'n druppel supergom aan die rand van die moer om die moer stewig aan die blok vas te maak.

Stap 15: Maak seker dat die M2 -skroef die regte lengte het

Maak seker dat die skroef nie te lank is nie, of dat die sensor nie teen die bevestigingsblok trek nie. Vir die hoekmonteerblok, maak seker dat die M2 -skroef 9 mm of 'n bietjie korter is.

Stap 16: Heg die monteerblok aan die CNC -router

Bevestig die hoekmonteringsblok vir die Sienci Mill met 'n paar druppels supergom aan die onderkant van die binnekant van die Z -rail.

Stap 17: Bevestig die sensor aan die monteerblok

Plaas die verstelbare arm in die monteerblok

Steek die M2 -skroef met 'n wasser deur die gleuf in die verstelbare bevestigingsarm en skroef dit in die moer vas.

Skuif die verstelbare arm totdat die LED en fotodiodes selfs by die freesmoer is

Draai die skroef vas

Stap 18: Voeg reflekterende band aan die een kant van die spantangmoer

Gebruik 'n klein strook aluminiumband (gebruik vir oondkanale) en heg dit aan een faset van die spantangmoer vas. Hierdie weerkaatsende band laat die optiese IR -sensor toe om 'n enkele omwenteling van die spil op te neem.

Stap 19: Maak seker dat die weerkaatsende band nie oor die rand na aangrensende fasette gaan nie

Die band moet slegs aan die een kant van die spantangmoer wees. Die band is dun en lig genoeg dat dit nie die sleutel inmeng om die eindfrees te verander of die spilbalans te beïnvloed nie.

Stap 20: Draai die sensordraad aan die binnekant van die Z -spoor

Bevestig die draad aan die binnekant van die Z -spoor met behulp van stroke aluminiumband. Dit is die beste om die band naby die rand van die hoekrail te plaas om die loodskroefmoer te verwyder.

Stap 21: Koppel die sensor aan die Arduino Nano

Koppel die drade soos volg aan die Arduino:

• IR LED (met geïntegreerde weerstand) -> Pin D3
• IR fotodiode -> pen D2
• Gewone draad -> Speld GND

Stap 22: Koppel jumperdrade aan die OLED -skerm

Trek 'n stel draadkabels met 4 drade af

Steek die drade in die 4 penne vir die I2C -koppelvlak:

• VCC
• GND
• SCL
• SDA

Stap 23: Koppel die OLED -skerm aan die Arduino

Heg die jumperdrade aan die volgende penne vas. Let wel: hierdie draad word nie almal aan die aangrensende penne geheg nie, en ook nie in dieselfde volgorde nie.

• VCC -> Speld 5V
• GND -> Speld GND
• SCL -> Speld A5
• SDA -> Speld A4

Stap 24: Koppel die OLED -skerm aan die houer

Bevestig die OLED -skerm met die hakies wat u vroeër gedruk het, aan die houer

Koppel dan die skerm aan die CNC -raam.

Stap 25: Berei die Arduino IDE voor vir die laai van die Arduino -skets

'N Program vir 'n Arduino word 'n skets genoem. Die Integrated Development Environment (IDE) vir Arduinos is gratis en moet gebruik word om die program te laai om die sensor op te spoor en die RPM te vertoon.

Hier is 'n skakel om die Arduino IDE af te laai as u dit nog nie het nie. Kies die aflaaibare weergawe 1.8.5 of hoër.

Stap 26: Voeg die vereiste OLED -biblioteke by

Om die OLED-skerm te bedryf, benodig u 'n paar ekstra biblioteke, die Adafruit_SSD1306-biblioteek en die Adafruit-GFX-biblioteek. Beide biblioteke is gratis en beskikbaar via die skakels. Volg die Adafruit -tutoriaal oor hoe u die biblioteke vir u rekenaar installeer.

Sodra die biblioteke geïnstalleer is, is dit beskikbaar vir enige Arduino -sketse wat u skep.

Die Wire.h- en Math.h -biblioteke is standaard en word outomaties by u IDE -installasie ingesluit.

Stap 27: Koppel die Arduino aan u rekenaar

Sluit die Arduino Nano met 'n standaard USB -kabel aan op u rekenaar met die Arduino IDE.

1. Begin die IDE
2. Kies Board | uit die menu Tools Arduino Nano
3. Kies Poort | in die menu Gereedskap

Nou is u gereed om die skets te laai, saam te stel en na die Nano te laai

Stap 28: Laai die Arduino -skets af

Die Arduino Sketch -kode is aangeheg en is ook beskikbaar op my GitHub -bladsy waar toekomstige verbeterings geplaas sal word.

Laai die OpticalTachometerOledDisplay.ino -lêer af en plaas dit in 'n werksgids met dieselfde naam (minus die.ino).

Kies File |. Uit die Arduino IDE Maak oop …

Gaan na u werkgids

Maak die lêer OpticalTachometerOledDisplay.ino.ino oop.

Stap 29: Stel die skets saam

Klik op die 'Check' knoppie of kies Skets | Verifieer/stel op uit die spyskaart om die skets saam te stel.

U moet die opstelgebied onderaan sien met 'n statusbalk. Binne 'n paar sekondes sal die boodskap "Klaar opstel" en 'n bietjie statistiek oor hoeveel geheue die skets opneem, vertoon word. Moenie bekommerd wees oor die boodskap "Lae geheue beskikbaar nie", dit beïnvloed niks. Die meeste geheue word gebruik deur die GFX -biblioteek wat nodig is om die lettertipes op die OLED -skerm te teken en nie die werklike skets self nie.

As u foute sien, is dit waarskynlik die gevolg van ontbrekende biblioteke of konfigurasieprobleme. Kontroleer of die biblioteke in die korrekte gids vir die IDE gekopieer is.

As dit nie die probleem oplos nie, kyk dan na die instruksies oor hoe om 'n biblioteek te installeer en probeer weer.

Stap 30: Laai op na die Nano

Druk op die 'pyltjie' knoppie of kies Skets | Laai vanaf die spyskaart op om die skets saam te stel en op te laai.

U sal dieselfde boodskap 'Opstel..' sien, gevolg deur 'n 'Oplaai..' boodskap en uiteindelik 'n 'Klaar oplaai' boodskap. Die Arduino begin die program hardloop sodra die oplaai voltooi is of sodra die krag daarna toegepas word.

Op hierdie punt behoort die OLED -skerm lewendig te word met 'n RPM: 0 -skerm met die draaiknop op nul.

As u die router weer aanmekaar gesit het, kan u die skakelaar aanskakel en die rpm sien terwyl die snelheid aangepas word.

Baie geluk!

Stap 31: Gebruik 'n toegewyde kragbron

LET WEL: Dit was die bron van die seingeluid wat die wisselvallige RPM -vertonings veroorsaak het. Ek ondersoek 'n paar filterdoppies op die kragspringers, maar vir eers moet u dit via 'n aparte USB -kabel voed.

U kan die skerm met u USB -kabel op u rekenaar gebruik, maar uiteindelik benodig u 'n spesiale kragbron.

U het 'n paar opsies; u kan 'n standaard USB -muurlaaier kry en die Arduino daaruit laat loop.

Of u kan die Arduino direk vanaf u CNC -router -elektronika bestuur. Die Arduino/OLED -skerm trek slegs 0,04 ampère, so dit gaan nie u bestaande elektronika oorlaai nie.

As u Arduino/CNC Router Shield -elektronika het (soos die Sienci Mill), kan u 'n paar ongebruikte penne gebruik om die benodigde 5 volt krag te gebruik.

Links bo in die CNC -router -skild kan u sien dat daar 'n paar ongebruikte penne is gemerk met 5V/GND. Koppel 'n paar springkabels aan hierdie twee penne.

Stap 32: Koppel die Arduino aan die Power Jumpers

Hierdie een is maklik, maar nie so mooi gemerk nie.

Op die Arduino Nano is daar 'n stel van 6 penne aan die einde van die bord. Hulle is nie gemerk nie, maar ek het die pen -uit -diagram ingesluit, en u kan sien dat die twee buitepennetjies wat die naaste aan die LED's is, GND en 5V op die diagram is.

Koppel die trui van die 5V -pen op die CNC -skild aan die pen wat die naaste is aan die een met die etiket VIN (moenie dit met VIN verbind nie, maar met die binneste hoekpen van die 6 -pen -groep). VIN is vir die voeding van die Nano met 7V-12V krag.

Koppel die trui van die GND -pen op die CNC -skild aan die pen wat die naaste aan die TX1 -pen is.

As u nou die CNC -router -elektronika aanskakel, sal die OLED RPM -skerm ook verskyn.

Stap 33: Tegniese aantekeninge oor die stroombaan

Die sensorkring gebruik 'n IR LED/IR fotodiode -paar.

Die IR LED werk soos enige gewone LED. Die positiewe lood (hoe langer of anode) is gekoppel aan positiewe spanning. Op 'n Arduino Nano is dit 'n uitvoerpen wat op HOOG gestel is. Die negatiewe lood (korter of katode) word aan die aarde gekoppel om die stroombaan te voltooi. Aangesien LED's sensitief is vir te veel stroom, word 'n klein weerstand in serie met die LED geplaas om die hoeveelheid stroom te beperk. Hierdie weerstand kan oral in die stroombaan wees, maar dit is die beste om dit aan die positiewe kant van die stroombaan te plaas, aangesien die negatiewe lood 'n verbinding met die grond met die fotodiode deel.

Die IR -fotodiode gedra hulle soos enige ander diode (insluitend LED's met liguitstralende diodes) deurdat hulle slegs elektrisiteit in een rigting gelei en elektrisiteit in die teenoorgestelde rigting blokkeer. Daarom is dit belangrik dat die polariteit korrek is sodat LED's werk.

Die belangrike verskil met fotodiodes is dat wanneer hulle lig opspoor, die fotodiodes elektrisiteit in elk geval kan laat vloei. Hierdie eiendom word gebruik om 'n ligdetektor te maak (in hierdie geval infrarooi lig of IR). Die IR -fotodiode is in 'n teenoorgestelde polariteit verbind (die omgekeerde vooroordeel genoem) met die positiewe 5V op die Arduino -pen gekoppel aan die negatiewe leiding van die fotodiode en die positiewe leiding word deur 'n gemeenskaplike draad saam met die IR -LED met die aarde verbind.

Sonder IR-lig blokkeer die IR-fotodiode elektrisiteit, sodat die Arduino-pen met sy interne optrekweerstand in die HOOG toestand kan wees. As die IR -fotodiode IR -lig opspoor, laat dit elektrisiteit vloei, die pen aard en veroorsaak dat die HOOG waarde op die fotodiode -pen na die grond val, wat 'n VAL -rand kan veroorsaak wat die Arduino kan opspoor.

Hierdie staatsverandering op die Arduino -pen word in die skets gebruik om die omwentelinge te tel.

Die strook aluminiumband op die spantangmoer weerspieël die IR-lig van die altyd aansteeklike IR-LED terug na die IR-fotodiode elke keer as dit verby die sensor draai.

Stap 34: Tegniese aantekeninge oor die Arduino -skets

Die Arduino -skets dryf die OLED -skerm en reageer gelyktydig op IR LED/IR fotodiodesensor.

Die Sketch initialiseer die OLED-skerm deur die hele I2C (Inter-Integrated Circuit) protokol. Hierdie protokol stel verskeie skerms/sensors in staat om 'n verbinding te deel en kan lees of skryf na 'n spesifieke gekoppelde toestel met 'n minimum van drade (4). Hierdie verbinding verminder die aantal verbindings tussen die Arduino en die OLED -skerm.

Dit skakel dan die IR -LED aan deur die pin HIGH in te stel wat die 5V benodig wat nodig is vir die LED.

Dit heg 'n onderbrekingsfunksie aan 'n pen wat genoem word wanneer dit 'n verandering in die toestand van die pen opspoor. In hierdie geval word die incrementRevolution () -funksie genoem wanneer 'n FALLING -rand op pen 2 opgespoor word.

'N Onderbrekingsfunksie doen presies wat dit impliseer, dit onderbreek alles wat tans gedoen word, voer die funksie uit en hervat dan die aksie presies waar dit onderbreek is. Onderbrekingsfunksies moet so kort as moontlik wees; in hierdie geval voeg dit net een by 'n tellerveranderlike. Die klein Arduino Nano loop teen 16Mhz - 16 miljoen siklusse per sekonde - baie vinnig genoeg om die onderbreking van 30 000 RPM te hanteer, wat slegs 500 omwentelinge per sekonde is.

Die Loop () -funksie is die primêre aksiefunksie vir enige Arduino -skets. Dit word voortdurend genoem, telkens as die Arduino krag het. Dit kry die huidige tyd, kyk of 'n bepaalde interval verstryk het (1/4 sekonde = 250 millisekondes). As dit die geval is, word die updateDisplay () -funksie genoem om die nuwe RPM -waarde te vertoon.

Die lusfunksie verdoof ook die skerm na 1 minuut en skakel die skerm uit na 2 minute - volledig konfigureerbaar in die kode.

Die funksies updateDisplay () noem die calculeRpm () -funksie. Die funksie tel die aantal omwentelinge wat die onderbrekingsfunksie geleidelik toeneem en bereken die omwentelinge per minuut deur die omwentelingsnelheid per tydsinterval te bepaal en dit te ekstrapoleer tot die aantal omwentelinge per minuut.

Dit toon die numeriese waarde en gebruik 'n paar hoërskool -triggers om 'n analoog draaiknop te teken en die aanwyserarm om dieselfde waardes te weerspieël.

Die konstantes bo -aan die skets kan gewysig word as u 'n RPM -draaiknop met verskillende groot en klein waardes wil hê.

Die opdateringsinterval en gemiddelde interval kan ook gewysig word.