Tambahkan Tachometer Optik berasaskan Arduino ke Penghala CNC: 34 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:12

Bina penunjuk RPM optik untuk penghala CNC anda dengan Arduino Nano, sensor IR LED / IR Photodiode dan paparan OLED dengan harga kurang dari $ 30. Saya mendapat inspirasi dari Measro RPM - Optic Tachometer Instructable dan ingin menambahkan tachometer ke router CNC saya. Saya mempermudahkan rangkaian sensor, merancang pendakap 3D yang dicetak khas untuk penghala Sienci CNC saya. Kemudian saya menulis lakaran Arduino untuk memaparkan dail digital dan analog pada paparan OLED

Beberapa bahagian mudah dan beberapa jam masa anda, dan anda boleh menambahkan paparan RPM digital dan analog ke penghala CNC anda.

Berikut senarai bahagian yang tersedia untuk penghantaran 2 hari. Anda mungkin boleh mendapatkan bahagian dengan lebih sedikit jika anda bersedia menunggu lebih lama.

Senarai Bahagian

$ 6.99 Arduino Nano

$ 5.99 IR LED / IR Photodiode (5 pasang)

Paparan OLED $ 7.99 0.96 I2C kuning / biru

Wayar pelompat $ 4.99

$ 1.00 30 inci (75 cm) wayar terdampar 3 konduktor. Boleh dibeli dari kedai bekalan rumah tempatan anda (Home Depot, Lowes) di bahagian beli sebelah kaki

$ 0,05 220 ohm perintang ($ 6,99 jika anda mahu 750 pelbagai perintang)

$ 0.50 Tiub pengecutan panas ($ 5.99 jika anda mahukan pelbagai jenis)

Kurungan bercetak 3D

Arduino IDE (percuma)

Catatan: Saya mula-mula menambahkan kapasitor.01μF setelah saya mengamankan semua wayar dan melihat beberapa nilai RPM yang tidak menentu ketika CNC bergerak. Kapasitor berfungsi dengan baik untuk RPM rendah <20K tetapi ia melancarkan isyarat terlalu banyak untuk sesuatu yang lebih tinggi. Saya mengesan kebisingan untuk menghidupkan Nano dan memaparkan terus dari perisai CNC. Bekalan berasingan berfungsi untuk semua RPM. Saya meninggalkan langkah untuk sekarang, tetapi anda harus menggunakan sumber kuasa USB yang berasingan.

Langkah 1: Cetak Pendakap 3D

Cetak pendakap 3D untuk menahan LED LED dan Fotodiod IR. Fail 3D ada di sini dan di Thingiverse.

www.thingiverse.com/thing:2765271

Untuk Sienci Mill, pelekap sudut digunakan untuk memasang sensor ke bar sudut aluminium, tetapi pelekap rata mungkin lebih baik untuk projek anda.

Langkah 2: Pilihan 3D Cetak Pemegang Paparan OLED dan Lampiran Elektronik

Saya memilih untuk memasang OLED pada pemegang paparan bersudut yang saya pasangkan di bahagian atas Enklosur Elektronik Sienci.

Berikut adalah pautan ke bahagian bercetak 3D yang saya gunakan.

Bahagian 3D Kandang Elektronik Sienci

Braket Pemasangan Paparan OLED 0.96"

Pagar itu adalah tempat yang bagus untuk memasang braket paparan OLED dan ia memegang Arduino Nano dengan baik, dan ia sesuai di bahagian belakang Sienci Mill. Saya menggerudi beberapa lubang di bahagian atas kandang untuk memasang pendakap OLED.

Saya juga menggerudi beberapa lubang di bahagian bawah untuk menjalankan tali leher kecil untuk memasang tali kawat dengan kuat

Langkah 3: Bina Pemasangan Wayar Sensor IR

Kawat 3 konduktor akan digunakan untuk memasang sensor. Satu wayar akan menjadi landasan bersama untuk LED IR dan IR Photodiode, dengan masing-masing dua yang lain menuju ke komponen masing-masing.

Langkah 4: Tambahkan Perintang Had Semasa untuk LED IR

LED IR memerlukan perintang had semasa. Cara paling mudah, adalah memasukkan perintang ke dalam pemasangan wayar.

Bengkokkan hujung masing-masing ke dalam bentuk U dan pasangkannya. Kelim dengan sepasang tang dan kemudian pasangkannya bersama.

Langkah 5: Wayar Jumper Splice

Anda boleh menyambungkan wayar jumper untuk menghubungkannya pada pin header Arduino.

Potong sekeping tiub pengecutan haba dan geser ke atas wayar sebelum menyambungkannya.

Geser tiub penyusut haba ke atas sambungan (atau keseluruhan Resistor) dan susut tiub dengan menggunakan senapang panas atau nyalakan api dengan cepat di atas tiub sehingga menyusut. Sekiranya menggunakan api, teruskan bergerak dengan cepat atau ia boleh mulai mencair.

Langkah 6: Tentukan LED IR dan Fotodiode

LED IR dan IR Photodiode kelihatan serupa, masing-masing mempunyai plumbum panjang (anod atau positif) dan plumbum pendek (katod atau negatif).

Langkah 7: Masukkan Diod Ke Pemegang

Ambil LED IR (diod jelas) dan masukkan ke salah satu lubang pemegang LED. Putar LED sehingga plumbum panjang berada di luar. Dalam foto, anda dapat melihat LED yang jelas di lubang atas dengan plumbum panjangnya di bahagian paling atas.

Ambil fotodiod IR (diod gelap) dan masukkan ke dalam lubang lain. Putar fotodiod sehingga plumbum panjangnya berada di tengah.

Seperti yang ditunjukkan dalam foto, plumbum pendek LED dan plumbum panjang photodiod akan berada di tengah. Kedua-dua petunjuk ini akan disambungkan ke wayar biasa kembali ke arduino. (Lihat nota teknikal di akhir jika anda mahukan lebih banyak maklumat)

Ambil sekeping kecil filamen 1.75 dan masukkan di belakang dioda. Ini akan mengunci diod di tempat dan menghalangnya berputar atau keluar.

Saya telah melalui beberapa lelaran reka bentuk sebelum menyelesaikannya. Memiliki diod melekat sedikit meningkatkan toleransi ketika menyelaraskannya dengan collet nut.

Langkah 8: Fius Pengunci Filamen ke Pemegang

Anda mahu memotong bahagian filamen pengunci hanya sedikit lebih panjang daripada lebar pemegangnya.

Panaskan kuku selama beberapa saat dengan catitan atau pegang dengan tang.

Langkah 9: Tekan hujung filamen terhadap kepala kuku yang dipanaskan

Jauhkan jari anda di hujung filamen yang bertentangan dan tekan untuk mencairkan dan menyatu pin pengunci di pemegangnya.

Langkah 10: Pemegang Diod Selesai

Siram dan kemas

Langkah 11: Pasang Harness Pendawaian ke Dioda

Potong wayar dengan panjang lebar untuk aplikasi anda. Untuk Sienci Mill, anda memerlukan keseluruhan sekitar 30 inci (~ 75cm) (wayar + jumper) dan mempunyai kelonggaran agar penghala bergerak.

Bengkokkan wayar dan hujung plumbum ke dalam bentuk U untuk mengaitkannya dan memudahkan pematerian.

Ambil sedikit tiub pengecutan panas dan potong dua keping pendek dan dua kepingan sedikit lebih panjang. Selipkan kepingan yang lebih pendek di atas diod luar. Selipkan kepingan yang lebih panjang ke atas kedua-dua bahagian tengah.

Mempunyai dua panjang yang berbeza mengimbangi sambungan sambungan dan mengimbangi sendi yang lebih tebal antara satu sama lain sehingga diameter pendawaian dikurangkan. Ini juga menghalang sebarang celana pendek antara sambungan wayar yang berbeza

Potong tiga keping tiub pengecutan panas berdiameter sedikit lebih besar dan letakkan di atas setiap tiga wayar di bahagian pendawaian.

Penting untuk memastikan bahawa terdapat sedikit jurang antara hujung tiub penyusutan haba pada wayar dan titik sambungan. Kawat akan menjadi panas, dan jika tiub pengecutan panas terlalu dekat, mereka akan mula menyusut di hujungnya, berpotensi menjadikannya terlalu kecil untuk meluncur di atas sendi.

Langkah 12: Pastikan Wayar Dengan Perintang Terpasang pada Papan Panjang LED IR

Perintang penghad semasa (220 ohm) yang dibina ke dalam pendawaian pendawaian, perlu disambungkan ke plumbum (anod) panjang LED IR yang jelas. Kawat yang menghubungkan dua kabel biasa akan disambungkan ke tanah, jadi anda mungkin ingin menggunakan wayar hitam atau telanjang untuk sambungan itu.

Selesaikan sambungan untuk menjadikannya kekal.

Langkah 13: Kecilkan Tiub Pengecutan Panas

Setelah sendi dipateri, gunakan korek api atau korek api untuk mengecilkan tiub pada dioda terlebih dahulu. Mula-mula gerakkan tiub pengecutan haba pada wayar sejauh mungkin dari kepanasan.

Pastikan api bergerak dengan cepat kerana ia mengecil dan berputar agar semua sisi sama rata. Jangan berlama-lama atau tiub akan meleleh bukannya mengecil.

Setelah petunjuk diod dikecilkan, luncurkan tiub pengecutan haba yang sedikit lebih besar dari wayar, di atas sendi dan ulangi pengecutan.

Langkah 14: Siapkan Blok Pemasangan

Bergantung pada aplikasi anda, pilih blok pemasangan yang sesuai dengan aplikasi anda. Untuk Sejak Mill, pilih blok pemasangan sudut.

Ambil mur M2 dan skru M2. Skru mur hanya pada hujung skru.

Balikkan blok pelekap dan uji pasangkan kacang M2 ke dalam lubang.

Keluarkan dan panaskan kacang sedikit dengan korek api atau api kemudian masukkan dengan cepat ke bahagian belakang blok pelekap.

Buka skru, biarkan kacang tertanam di blok pemasangan plastik. Untuk menambah kekuatan, sapukan setetes lem super ke tepi kacang untuk memasangkan kacang ke blok dengan selamat.

Langkah 15: Pastikan Skru M2 Panjang Yang Betul

Pastikan skru tidak terlalu panjang atau sensor tidak akan mengetatkan blok pemasangan. Untuk blok pemasangan sudut, pastikan bahawa skru M2 adalah 9mm atau sedikit lebih pendek.

Langkah 16: Pasang Blok Pemasangan ke Penghala CNC

Untuk Sienci Mill, pasangkan blok pemasangan sudut ke bahagian bawah bahagian dalam Rel Z dengan beberapa tetes gam super.

Langkah 17: Pasang Sensor ke Blok Pemasangan

Letakkan lengan boleh laras ke blok pemasangan

Masukkan skru M2 dengan mesin basuh melalui slot di lengan pelekap yang boleh disesuaikan dan pasangkannya ke dalam mur.

Geser lengan laras sehingga LED dan Fotodiod sama dengan mur collet penghala

Ketatkan skru

Langkah 18: Tambahkan Pita Reflektif ke Satu Bahagian Collet Nut

Gunakan jalur kecil pita aluminium (digunakan untuk saluran tungku) dan pasangkannya pada satu sisi mur collet. Pita reflektif ini akan membolehkan sensor optik IR mengambil satu revolusi gelendong.

Langkah 19: Pastikan Pita Reflektif Tidak Melangkaui Bahagian Tepi ke Bersebelahan

Pita hanya boleh berada di satu sisi kacang collet. Pita nipis dan cukup ringan sehingga tidak mengganggu perengkuh untuk mengubah kilang akhir atau mempengaruhi keseimbangan gelendong.

Langkah 20: Jalankan Kawat Sensor Sepanjang Bahagian Dalam Rel Z

Dengan menggunakan jalur pita saluran aluminium, pasangkan wayar ke bahagian dalam Rel Z. Sebaiknya jalankan pita berhampiran tepi landasan sudut untuk membersihkan unit mur skru plumbum.

Langkah 21: Pasang Sensor ke Arduino Nano

Sambungkan wayar ke Arduino seperti berikut:

• LED IR (dengan perintang bersepadu) -> Pin D3
• Fotodiod IR -> Pin D2
• Kawat biasa -> Pin GND

Langkah 22: Pasang Kabel Jumper ke Paparan OLED

Tarik set kabel pelompat 4-wayar

Pasang wayar ke 4 pin untuk antara muka I2C:

• VCC
• GND
• SCL
• SDA

Langkah 23: Pasang Paparan OLED ke Arduino

Pasang wayar pelompat ke pin berikut. Catatan: Kawat ini tidak melekat pada pin bersebelahan, atau dalam urutan yang sama.

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

Langkah 24: Pasang Paparan OLED ke Pemegangnya

Dengan menggunakan pendakap yang anda cetak sebelumnya, pasangkan paparan OLED ke pemegangnya

Kemudian pasangkan paparan ke bingkai CNC.

Langkah 25: Siapkan Arduino IDE untuk Memuatkan Arduino Sketch

Program untuk Arduino disebut lakaran. Persekitaran Pembangunan Bersepadu (IDE) untuk Arduinos adalah percuma dan mesti digunakan untuk memuatkan program untuk mengesan sensor dan menampilkan RPM.

Sekiranya anda belum memilikinya, berikut adalah pautan untuk memuat turun Arduino IDE. Pilih versi 1.8.5 atau lebih tinggi yang boleh dimuat turun.

Langkah 26: Tambahkan Perpustakaan OLED yang Diperlukan

Untuk menjalankan paparan OLED, anda memerlukan beberapa perpustakaan tambahan, perpustakaan Adafruit_SSD1306 dan Perpustakaan Adafruit-GFX. Kedua-dua perpustakaan adalah percuma dan tersedia melalui pautan yang disediakan. Ikuti tutorial Adafruit tentang cara memasang perpustakaan untuk komputer anda.

Setelah perpustakaan dipasang, mereka akan tersedia untuk sketsa Arduino yang anda buat.

Perpustakaan Wire.h dan Math.h adalah standard dan secara automatik disertakan dalam pemasangan IDE anda.

Langkah 27: Sambungkan Arduino ke Komputer Anda

Dengan menggunakan kabel USB standard, sambungkan Arduino Nano ke komputer anda dengan Arduino IDE.

1. Lancarkan IDE
2. Dari menu Alat, pilih Papan | Arduino Nano
3. Dari menu Alat, pilih Port |

Sekarang anda sudah siap memuatkan lakaran, menyusunnya dan memuat naiknya ke Nano

Langkah 28: Muat turun Sketsa Arduino

Kod Sketsa Arduino dilampirkan dan juga terdapat di halaman GitHub saya di mana sebarang penambahbaikan di masa hadapan akan disiarkan.

Muat turun fail OpticalTachometerOledDisplay.ino dan letakkan ke dalam direktori kerja dengan nama yang sama (tolak.ino).

Dari Arduino IDE, pilih Fail | Buka…

Navigasi ke direktori kerja anda

Buka fail OpticalTachometerOledDisplay.ino.ino.

Langkah 29: Menyusun Lakaran

Klik butang 'Periksa' atau pilih Sketsa | Sahkan / Kompilasi dari menu untuk menyusun lakaran.

Anda harus melihat kawasan kompilasi di bahagian bawah, dengan bar status. Dalam beberapa saat, mesej "Selesai Menyusun" dan beberapa statistik mengenai berapa banyak memori yang diambil lakaran akan dipaparkan. Jangan bimbang tentang mesej "Memori Rendah Yang Ada", ia tidak mempengaruhi apa-apa. Sebilangan besar memori digunakan oleh perpustakaan GFX yang diperlukan untuk menggambar fon pada paparan OLED dan bukan lakaran itu sendiri.

Sekiranya anda melihat beberapa ralat, kemungkinan besar itu adalah hasil daripada perpustakaan yang hilang, atau masalah konfigurasi. Periksa semula bahawa perpustakaan telah disalin ke direktori yang betul untuk IDE.

Sekiranya tidak menyelesaikan masalah, periksa arahan mengenai cara memasang perpustakaan dan cuba lagi.

Langkah 30: Muat naik ke Nano

Tekan butang 'Arrow' atau pilih Sketch | Muat naik dari menu untuk menyusun dan memuat naik lakaran.

Anda akan melihat mesej 'Menyusun..' yang sama, diikuti dengan mesej 'Memuat naik..' dan akhirnya mesej 'Selesai Memuat naik'. Arduino mula menjalankan program sebaik sahaja Muat Naik selesai atau sebaik sahaja kuasa digunakan selepas itu.

Pada ketika ini, paparan OLED harus hidup dengan paparan RPM: 0 dengan dail pada sifar.

Sekiranya anda menyambungkan penghala kembali, anda dapat menghidupkan suis dan melihat paparan membaca RPM semasa anda menyesuaikan kelajuan.

Tahniah!

Langkah 31: Gunakan Sumber Kuasa Khusus

CATATAN: Ini adalah sumber bunyi isyarat yang menyebabkan paparan RPM tidak menentu. Saya sedang menyiasat meletakkan beberapa penutup penapis pada jumper kuasa, tetapi buat masa ini anda perlu menghidupkannya melalui kabel USB yang berasingan.

Anda boleh menjalankan paparan yang disambungkan ke komputer anda dengan kabel USB, tetapi akhirnya anda memerlukan sumber kuasa khusus.

Anda mempunyai beberapa pilihan, anda boleh mendapatkan pengecas dinding USB standard dan menjalankan Arduino daripadanya.

Atau anda boleh menjalankan Arduino secara langsung dari elektronik penghala CNC anda. Paparan Arduino / OLED hanya menarik 0.04 amp, jadi tidak akan membebankan elektronik anda yang ada.

Sekiranya anda mempunyai elektronik Arduino / CNC Router Shield (seperti Sienci Mill), maka anda boleh menggunakan beberapa pin yang tidak digunakan untuk memanfaatkan 5 volt kuasa yang diperlukan.

Di sebelah kiri atas pelindung penghala CNC, anda dapat melihat bahawa terdapat beberapa pin yang tidak digunakan berlabel 5V / GND. Pasang sepasang kabel pelompat ke dua pin ini.

Langkah 32: Sambungkan Arduino ke Power Jumpers

Yang ini mudah, tetapi tidak dilabel dengan baik.

Di Arduino Nano, terdapat satu set 6 pin di hujung papan. Mereka tidak berlabel, tetapi saya telah memasukkan gambarajah pin keluar dan anda dapat melihat bahawa dua pin luar yang paling dekat dengan LED penunjuk berlabel GND dan 5V pada rajah.

Sambungkan pelompat dari pin 5V pada pelindung CNC ke pin yang paling dekat dengan yang dilabelkan VIN (jangan sambungkan ke VIN, tetapi ke pin sudut dalam kumpulan 6 pin). VIN adalah untuk menghidupkan Nano dengan kuasa 7V-12V.

Sambungkan pelompat dari pin GND pada pelindung CNC ke pin yang paling dekat dengan pin TX1.

Sekarang apabila anda menghidupkan elektronik penghala CNC, paparan RPM OLED juga akan menyala.

Langkah 33: Nota Teknikal di Litar

Litar sensor menggunakan pasangan IR LED / IR Photodiode.

LED IR berfungsi seperti LED biasa. Pimpin positif (lebih lama atau anod) disambungkan ke voltan positif. Pada Arduino Nano, pin output ditetapkan ke TINGGI. Pimpin negatif (lebih pendek atau katod) disambungkan ke tanah untuk menyelesaikan litar. Oleh kerana LED sensitif terhadap arus yang terlalu banyak, perintang kecil diletakkan bersiri dengan LED untuk menghadkan jumlah arus. Perintang ini boleh berada di mana-mana litar, tetapi sangat masuk akal untuk meletakkannya di sisi positif litar, kerana timbal negatif berkongsi sambungan ke arde dengan fotodiod.

Fotodiod IR berkelakuan seperti dioda lain (termasuk LED Diod Pemancar Cahaya) kerana ia hanya mengalirkan elektrik dalam satu arah, menyekat elektrik ke arah yang bertentangan. Itulah sebabnya penting untuk memastikan kekutuban agar LED berfungsi.

Perbezaan penting dengan Photodiodes, adalah ketika mereka mengesan cahaya, fotodiod akan membenarkan elektrik mengalir sama sekali. Harta ini digunakan untuk membuat pengesan cahaya (dalam hal ini cahaya inframerah atau IR). Fotodiod IR disambungkan dalam polaritas berlawanan (disebut bias terbalik) dengan 5V positif pada pin Arduino disambungkan ke plumbum negatif fotodiod dan plumbum positif disambungkan melalui wayar biasa bersama dengan LED IR ke tanah.

Tanpa cahaya IR, fotodioda IR menyekat elektrik, membolehkan pin Arduino dengan perintang penarik dalamannya berada pada keadaan TINGGI. Apabila photodiode IR mengesan cahaya IR, ia membenarkan elektrik mengalir, membumikan pin dan menyebabkan nilai TINGGI pada pin fotodiod jatuh ke arah tanah menyebabkan tepi JATUH yang dapat dikesan oleh Arduino.

Perubahan keadaan pada pin Arduino digunakan dalam lakaran untuk menghitung revolusi.

Jalur pita aluminium pada mur collet, memantulkan cahaya IR dari LED IR yang selalu menyala kembali ke fotodioda IR setiap kali berputar melewati sensor.

Langkah 34: Nota Teknikal mengenai Arduino Sketch

Sketsa Arduino menggerakkan paparan OLED dan bertindak balas secara serentak terhadap sensor LED LED / IR Photodiode.

Sketsa memulakan paparan OLED sepanjang protokol I2C (Inter-integrated Circuit). Protokol ini membolehkan pelbagai paparan / sensor berkongsi sambungan dan dapat membaca atau menulis ke peranti yang disambungkan tertentu dengan minimum wayar (4). Sambungan ini mengurangkan bilangan sambungan antara Arduino dan paparan OLED.

Ia kemudian menyalakan LED IR dengan menetapkan pin HIGH yang menyediakan 5V yang diperlukan untuk LED.

Ini melampirkan fungsi interrupt ke pin yang dipanggil ketika mengesan perubahan keadaan pin. Dalam hal ini fungsi incrementRevolution () dipanggil setiap kali tepi JATUH terdeteksi pada Pin 2.

Fungsi interupsi melakukan apa yang disiratkan, ia mengganggu apa sahaja yang sedang dilakukan, melaksanakan fungsi dan kemudian meneruskan tindakan tepat di mana ia terganggu. Fungsi interupsi harus sesingkat mungkin, dalam kes ini hanya menambahkan satu ke pemboleh ubah pembilang. Arduino Nano kecil berjalan pada 16Mhz - 16 juta kitaran sesaat - cukup cepat untuk mengatasi gangguan 30, 000 RPM, yang hanya 500 revolusi sesaat.

Fungsi Loop () adalah fungsi tindakan utama untuk sebarang lakaran Arduino. Ia terus dipanggil, berulang-ulang selagi Arduino berkuasa. Ia mendapat masa semasa, memeriksa untuk melihat apakah selang waktu yang ditentukan telah berlalu (1/4 saat = 250 milisaat). Jika demikian, ia memanggil fungsi updateDisplay () untuk menampilkan nilai RPM baru.

Fungsi gelung juga akan meredupkan paparan setelah 1 minit dan mematikan paparan setelah 2 minit - dikonfigurasi sepenuhnya dalam kod.

Fungsi updateDisplay () memanggil fungsi calculRpm (). Fungsi itu mengambil jumlah putaran yang fungsi interupsi terus meningkat dan menghitung RPM dengan menentukan kadar putaran setiap selang waktu dan mengekstrapolasi itu ke jumlah Revolusi per Minit.

Ia memaparkan nilai berangka dan menggunakan beberapa trigensi SMA untuk menggambar dail analog dan lengan penunjuk untuk mencerminkan nilai yang sama.

Pemalar di bahagian atas lakaran boleh diubah suai, jika anda mahukan dail RPM dengan nilai utama dan kecil yang berbeza.

Selang kemas kini dan selang purata juga dapat diubah.