MagicQuartz TechDemo

عرض التكنولوجيا Magicquartz

مقدمة

يحتوي هذا المستودع على تصميم للأجهزة مفتوحة المصدر من صندوق سرعة القرص الدوار قادر على تشغيل البرامج الثابتة السحرية الخاصة. يتكون تصميم الأجهزة من جزأين:

• نموذج OpenScad يمكن استخدامه لإنشاء حاوية ثلاثية الأبعاد قابلة للطباعة.
• تصميم KICAD للوحة الرئيسية ، ويتضمن تخطيطي و PCB.

يقوم برنامج Speedbox بتنفيذ عاكس طاقة AC بسيط استنادًا إلى مضخم صوت Class-D ومحول حلقي لزيادة الجهد. يتم التحكم في سرعة مشغل السجل عن طريق تغيير تردد التيار المتردد الذي تم إنشاؤه. يتيح ذلك التبديل الإلكتروني بين سرعات السجل القياسية (16 و 33 و 45 و 78 دورة في الدقيقة) وتصحيح السرعة في الوقت الفعلي باستخدام مستشعر بصري. لاحظ أن هذا النهج لا يعمل إلا للأقراص الدوارة باستخدام محرك AC.

يدعم الجهاز أهم ميزات MagicQuartz الإصدار 1.0 "Phoenix" ، بما في ذلك "Management Advanced Power Management" (APM). ومع ذلك ، فإنه يفتقر إلى الاستعداد بالنسبة إلى الإضاءة الخلفية LCD والمشجعين ولا ينفذ قسوة البوب من جانب الأجهزة.

الترخيص

يتم توفير المعلومات والملفات في هذا المستودع ضمن ترخيص Cern-Ohl-S V2 Open Source (يرجى النقر هنا للحصول على التفاصيل).

تنصل

الغرض الوحيد من هذا المستودع هو توفير تصميم للأجهزة سهلة الاستخدام لإظهار قدرات البرامج الثابتة MagicQuartz. حتى الآن ، لم يتم تقييم التصميم فيما يتعلق بالسلامة الكهربائية والامتثال الكهرومغناطيسي (EMC) والسلامة من الحرائق. الأجهزة المصنعة بناءً على هذا التصميم ليست مناسبة للمستخدمين النهائيين.

هناك العديد من الأخطار الخطيرة المرتبطة ببناء وتشغيل هذا الجهاز. إذا لم يكن لديك معرفة كافية ، فيرجى عدم محاولة بناء الجهاز أو تشغيله. لاحظ أن المعلومات الواردة في هذا المستودع عن قصد لا تشكل تعليمات التجميع. انتبه أيضًا إلى القسم 6 من ترخيص Cern-Ohl-S V2 واعتبارات السلامة أدناه.

تصميم الأجهزة

اعتبارات السلامة

• الجهاز قادر على توليد الجهد العالي وقد يتسبب في حريق و/أو إصابة خطيرة ، بما في ذلك الوفاة.
• يقوم الجهاز بتبديل التيارات العالية باستخدام تعديل عرض النبض (PWM) ، والتي قد تسبب تداخلًا مع الأجهزة الإلكترونية الأخرى أو معدات الراديو.
• يقوم الجهاز بإنشاء شبكة تكنولوجيا المعلومات (عزل الطابع). هذا له آثار على عدد الأجهزة (أي المحركات أو الأقراص الدوارة) ونوع العزل الخاص بها ليكون متصلاً بأمان بالجهاز.
• كن حذرًا جدًا عند إجراء القياسات! لا تحاول قياس جانب الجهد العالي من المحول باستخدام الذبذبات! ليست هناك حاجة للقيام بذلك حيث يمكن التحقق بالكامل من الإشارة على الجانب المنخفض الجهد. في هذا الصدد ، لاحظ أيضًا أن المخرجات السلبية للمكبر للصوت الرقمي غير متصلة بالأرض. هناك خطر خطير لإتلاف الذبذبات وغيرها من المعدات عند إجراء القياسات أثناء ترتكز الدائرة ، على سبيل المثال على منفذ USB في Arduino وجهاز الكمبيوتر. استخدام العوامل الجلفانية عند الاقتضاء.
• هناك خطر خطير من أن الجهاز يضر بالمكونات المتصلة. ومن الأمثلة على ذلك المصابيح القوية ، والتي قد تتلف بسهولة عن طريق طفرات الجهد أو الجهد المفرط ، أو محركات AC الثابتة التي تعتمد على المكثفات تحول الطور. هناك أيضًا خطر أن تمر إشارة حامل PWM عبر المسار الصوتي لنظام ستيريو وتدمير مكبرات الصوت. بالإضافة إلى ذلك ، لاحظ أنه على الرغم من استخدام قمع POP من جانب البرنامج ، فإن ارتفاع الجهد يحدث عادة عند تشغيل الجهاز. لهذا السبب ، يجب تشغيل الجهاز قبل تشغيل القرص الدوار.
• قد تحتوي الوحدات النمطية المسبقة الفردية (وخاصة مكبر الصوت ، ومحولات السلطة ولوحة متحكم) على مكونات إلكترونية من مختلف الشركات المصنعة واختلاف الجودة (انظر القسم "المشكلات المعروفة"). في حالة فشل الأجهزة ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى أضرار تبعية غير متوقعة. وبالتالي ، يجب ألا يتم تشغيل الجهاز المجمع أبدًا.
• لاحظ أن الخصائص الميكانيكية والكهربائية والكيميائية للمكونات المطبوعة ثلاثية الأبعاد قد تتغير أو تتدهور بمرور الوقت.

نموذج OpenScad 3D

يمكن استخدام ملف OpenScad لاستكشاف الجهاز تقريبًا وطباعة ثلاثية الأبعاد.

ملاحظة: إذا لم يتم عرض الرموز الموجودة على المقدمة بشكل صحيح ، فيجب تثبيت خط "الرمز" (اسم حزمة Ubuntu: fonts-symbola ).

نظرة عامة على الأجزاء وملاحظات الطباعة

يوفر الجدول أدناه نظرة عامة على جميع الأجزاء ثلاثية الأبعاد القابلة للطباعة في النموذج ثلاثي الأبعاد مع بعض الملاحظات. كن على علم بأن وقت الطباعة في المجموع حوالي 22 ساعة (على Ultimaker 2).

على الرغم من توفر ملفات STL في مجلد release لراحتك ، إلا أنه يمكن إنشاؤها بسهولة في OpenScad. قم بتعيين متغير render_components إلى false وتغيير قيمة المتغير generate إلى رقم الجزء المعني. ثم اضغط على F5 لمعاينة الجزء ، F6 لتقديم الجزء ، و F7 لتصدير ملف STL. لاحظ أن عملية التقديم قد تستغرق وقتًا كبيرًا ، حتى على أجهزة الكمبيوتر السريعة. لاحظ أيضًا أن الكائنات التي تم إنشاؤها موجهة بالفعل بشكل صحيح للطباعة.

واجهت بعض المشكلات في الطباعة مع إصدارات CURA 5.1.1 إلى 5.3.0 ، خاصة مع الجزء "الخلفي". أنشأ Slicer بعض القطع الأثرية المميزة ولم تتعامل مع النص كما هو متوقع (لم تتم طباعة الطبقة الأخيرة تحت النص كما هو متوقع). عدت إلى 4.13.1.

بالإضافة إلى الجدول أدناه:

• طباعة جميع الأجزاء باستخدام دعم "شجرة".
• اطبع جميع الأجزاء باستخدام نمط infill "الشبكة" (باستثناء الجزء 3 ، انظر الملاحظات).
• اطبع جميع الأجزاء مع ارتفاع طبقة 0.2 مم (باستثناء الجزء 8 ، انظر الملاحظات).
• اطبع جميع الأجزاء باستخدام نوع التصاق "brim" (باستثناء الجزء 8 ، انظر الملاحظات).

الجزء العدد.	اسم	اللون المقترح	ملاحظات / استثناءات
1	اللوحة السفلية	أسود	يمكن طباعتها بدون دعم "شجرة".
1	اللوحة السفلية (توفير المواد)	أسود	يحفظ بعض الشعيرة ، ولكنه أقل قويًا. يمكن طباعتها بدون دعم "شجرة".
2	الجزء السفلي الأمامي	أبيض	قم بتعيين "دعم x/y المسافة" إلى 1.6 مم لمنع Slicer من إنشاء الدعم في مدخل الهواء.
3	الجزء الأمامي	شفاف	استخدم نمط "Lightning" Infill لإنشاء مظهر لطيف "يشبه الكوارتز".
4	الجزء العلوي الأمامي	أبيض
5	غطاء	بني	اطبع هذا البديل إذا لم تكن تخطط لتطبيق رقائق زخرفية.
5	الغلاف (مدخر المواد)	(أي)	إذا كانت الرقائق الزخرفية لا تلتزم بشكل صحيح بالحواف ، فستقل الرمال قليلاً على الأسطح على الحواف.
6	القدم (طباعة 4x)	فضي	قد تتم طباعتها بدون "حافة".
7	غطاء الفولتميتر	كما الجبهة
8	تجميع زر	فضي	طباعة مع 0.1 مم أو أقل لتحسين القوة ، لا تستخدم دعم التصاق (BRIM). تمكين الكي على الطبقة العليا.
9	خلف	أبيض
10	مآخذ وهمية	كما الظهر	طباعة بدون "حافة".
11	حالة المستشعر البصري	أسود

عناصر

يجب تحديد المكونات المراد استخدامها بسهولة من مشاريع OpenScad و Kicad. بالنسبة للمكونات التي لا يكون هذا واضحًا على الفور ، إليك بعض التفاصيل:

• البراغي: يمكن الاحتفاظ بجميع الأجزاء مع مسامير التنصت الذاتي نوع "DIN 7981 CH" ، 2.9x9.5 مم ، باستثناء غطاء LCD و Voltmeter ، حيث يجب استخدام 2.2x9.5 مم. يمكن أيضًا استبدال مسامير DIN بمسامير متوافقة مماثلة.
• روابط الكابلات: تم تصميم العلبة لتركيب مكونات مختلفة مع روابط الكابلات ، مثل المحول ، والمروحة الداخلية (المستخدمة فقط لنوع مكبر للصوت 2) ، ومحطة المسمار عالية الجهد ، وتأمين كابل AC Out. يمكن استخدام الشريط الموجود في وسط العلبة لربط الأسلاك ذات العلاقات الكبلية.
• مكبرات الصوت: يدعم تصميم OpenScad حاليًا إقامة نوعين من لوحات مضخم الطاقة الرقمية على أساس رقائق TDA7498 و TPA3116D2 ، على التوالي (انظر العروض أدناه). يبدو أن النوع الأول هش للغاية ويتطلب حوالي 28 فولت. النوع الثاني أكثر قوة ويعمل بشكل جيد على 24 فولت ، ولكن لديه المزيد من الضوضاء ويحتاج بالتأكيد إلى غرفة تبشير أفضل. ومع ذلك ، من الممكن تعديل التصميم لاستيعاب الأنواع الأخرى. يوجد أيضًا نوع "العنصر النائب" الثالث الذي يمكن استخدامه للتطورات المخصصة.
• محول Toroidal: اكتب "RKT 5012" (50VA ، 220V إلى 2x12V). لتوزيع الحمل عبر كل من قنوات المضخم ، يمكن قيادة لفات محول 12 فولت بالتوازي عبر قناتين الإخراج من مكبر الصوت. من المهم بعد ذلك التأكد من قيادة اللفاتين فعليًا بالتوازي وليس في الاتجاه المعاكس. بالنظر إلى تسلسل اتصال من "R+، R- ، L+، L-" في مكبر الصوت ، فإن تسلسل الأسلاك العاملة هو "أحمر ، أصفر ، أزرق ، أخضر" لـ RKT 5012. تحذير! أثناء التشغيل ، تكون Tappings 220V حية.
• AC Voltmeter: اكتب "YB27A" ، 60-300V AC ، تمت إزالته من السكن الأصلي. لاحظ أن الفولتميتر حي وهناك خطر حدوث صدمة كهربائية. إذا كانت الأسلاك بحاجة إلى تمديدها أو استبدالها ، فتأكد من أن لديها تصنيف الجهد المناسب.
• مفتاح الطاقة: اكتب "KCDI-101".
• لوحات محول DC/DC: لوحات منظم الجهد الكهربائي على أساس LM2596S (انظر أيضًا "القضايا المعروفة" أدناه).
• الصمامات : يغطي Fuse 1 الدائرة بأكملها ويجب أن تكون حجمها وفقًا لتصنيف الطاقة المنفذ. على سبيل المثال ، إذا تم استخدام محول 50VA ومصدر طاقة 24V ، فقد يكون فتيل 2A مناسبًا. يتم استخدام Fuse 2 لحماية المكونات الموجودة على لوحة "Mega 2560 Pro" ، والتي ترسم ما يقرب من 100mA عند 7.5 فولت. وبالتالي فإن استخدام فتيل سريع المفعول 125MA أمر معقول.

KICAD SCHEMATIC و PCB

يحتوي هذا المستودع أيضًا على دائرة إلكترونية للوحة الرئيسية. تم تصميم PCB للنماذج الأولية السريعة ويمكن إنتاجها على الوجهين ، على سبيل المثال مع CNC صغير أو عن طريق الحفر. ومع ذلك ، يمكن استخدام طبقة النحاس العلوية اختيارية لتحسين التدريع. بالطبع ، يمكن أيضًا تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور من قبل أي شركة تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

يتم بناء اللوحة الرئيسية حول لوحة "Mega 2560 Pro" (المشار إليها U1 في المخطط). على علم المؤلف ، تم تطوير هذا المجلس في الأصل بواسطة Robotdyn. لسوء الحظ ، يبدو أنه لم يعد متاحًا ، لكن إعادة التوفيق من قبل الشركات الأخرى متاحة على نطاق واسع. انقر هنا للحصول على نسخة مؤرشفة من صفحة الويب الخاصة بـ Robotdyn.

الدائرة الإلكترونية بسيطة للغاية ويجب أن تكون واضحة. ومع ذلك ، تشرح النقاط التالية بعض الجوانب الخاصة:

• مزود الطاقة: يتم استخدام الموصل J2 ("Power") لتشغيل اللوحة الرئيسية من مصدر طاقة خارجي عبر الدبابيس 2 و 3 (عادةً 24-32 فولت ، اعتمادًا على متطلبات الجهد للمكبر للصوت ، المسمى "+24V" في المخطط). يتم استخدام الموصل J2 أيضًا لتشغيل لوحة مكبر الصوت عبر المسامير 1 و 4. لاحظ أن PIN 1 من J2 متصل بأرض ثانية (GND1) ، والذي يستخدم لقياس تيار مضخم (انظر أدناه).
• لوحات محول DC/DC: كما هو موضح أعلاه ، يتم توفير اللوحة الرئيسية بـ 24-32V (المسمى "+24V"). ومع ذلك ، يتطلب لوحة U1 جهدًا بين 7 فولت و 12 فولت (المسمى "+7.5V"). نظرًا لأنه ليس من العملي التغلب على اختلاف الجهد الكبير مع منظم خطي ، يمكن استخدام الموصل J3 ("DC/DC") لتوصيل لوحة محول DC/DC خارجية (انظر تصميم OpenScad). يستخدم U1 ثم منظم الجهد الخطي على متن الطائرة (AMS1117) لإنشاء 5V. يمكن أن تستوعب العلبة لوحة محول DC/DC ثانية على وجه التحديد لتشغيل المشجعين ؛ ومع ذلك ، إذا كان المشجعون يعملون بشكل جيد مع الجهد من اللوحة الأولى ، فيمكن أيضًا توصيلها بلوحة المحول الأولى هذه.
• Jumper "Enable APM": يمكن سحب دبوس الرقمية D27 من U1 إلى GND (Jumper J1 "Enable APM") لإخبار البرامج الثابتة بأن دائرة الاستشعار الحالية متوفرة ، مما يتيح للبرامج الثابتة اكتشاف ما إذا كان المحرك القرص الدوار يعمل حاليًا أم لا.
• القياس الحالي: يعمل القياس الحالي على النحو التالي: يتم قياس تيار قسم الطاقة (لوحة مكبر الصوت الرقمية) عبر انخفاض الجهد عبر المقاوم R4 (0.15 أوم ، 3W). يتم ترشيح الجهد المنخفض تمريره عبر C7 و R5 ويتم إحضاره عبر مستوى الجهد U2A إلى مستوى الجهد يمكن قياسه بسهولة بواسطة ADC MicroContoller.
• مرشح تمرير منخفض: يحول قسم مرشح PWM منخفض التمرير إشارات PWM من متحكم إلى واحد أو اثنين من موجات الجيب التناظري باستخدام مرشحات RC بسيطة. تم تصميم المرشحات للحصول على تردد قطع يبلغ حوالي 200 هرتز ، وهو مرتفع بما يكفي لتمرير أي من ترددات التيار المتردد المحتملة ولكن منع إشارة حامل PWM. يتم تنفيذ المرشح مرتين في حالة تنفيذ عاكس مرحلة مزدوجة (والذي يتطلب محولًا إضافيًا وطبقة مختلفة). بالنسبة للتكوينات ذات الطور الواحد ، يوصى بتجهيز قسم مرشح واحد فقط وسد القناتين عند إدخال مكبر الصوت. هذا يزيل خطر إتلاف مكبر الصوت إذا غير المستخدم عن طريق الخطأ تحول المرحلة في البرامج الثابتة.

مخطط كتلة

فيما يلي مخطط كتلة يوفر نظرة عامة على جميع الاتصالات الداخلية:

القضايا المعروفة

AMS1117 منظم الجهد

قد تستخدم لوحة "Mega 2560 Pro" منظم الجهد "AMS1117" 5V من الجودة المشكوك فيها (انظر منشور المدونة المثير للاهتمام). قد يفشل المنظم باختصار داخلي كامل أو جزئي ويمرر جهد الإدخال (7.5 فولت) إلى بقية الدائرة. قد لا يضر هذا فقط المكونات الأخرى (بما في ذلك ATMEGA2560) ، بل قد يزيد أيضًا من مستوى الإشارة الجيبية الناتجة. نتيجة لذلك ، قد يولد العاكس الجهد المفرط ويضر بالقرص الدوار.

يمكن التغلب على المشكلة عن طريق استبدال AMS1117 بواسطة منظم آخر "1117" من النوع المصنّع المشهور ، مثل LM1117 بواسطة Texas Instruments أو TS1117 بواسطة Taiwan Semiconductor. بالطبع ، يجب شراء الجزء من موزع الإلكترونيات ذات السمعة الطيبة. يمكن إزالة الجهة المنظمة القديم بسهولة عن طريق تطبيق اللحام الطازج الزائد على دبابيسه الثلاثة ، وتسخين كل شيء ، ثم يمسحه بالحديد اللعين.

اعتمادًا على المنظم ، قد يلزم إضافة مكثفات Tantalum الإضافية 10UF إلى إدخال وإخراج المنظم (انظر ورقة البيانات). يظهر مثل هذا التعديل المستند إلى TS1117 في هذه الصورة: الصور/TS1117-modification.jpg. لاحظ اثنين من المكثفات الجدد الصفراء Tantalum والفتيل الإضافي (انظر أدناه). راقب بعناية قطبية المكثفات!

إن الحل الأكثر تطوراً (وربما فوق القمة) هو إضافة دائرة Crowbar و FUSE للتصميم. يمكن تزويد حلبة Crowbar كوحة صغيرة من أجل "Mega 2560 Pro". تتوفر هذه الوظيفة الإضافية هنا: https://github.com/sebmate/littlejimmy. فيما يلي صورة لها مثبتة في speedbox: الصور/littlejimmy.jpg.

لا حاجة إلى فتيل في الواقع فقط لدائرة Crowbar ، ولكن لا حرج في إضافته بشكل عام. تم بالفعل تمديد مخطط الكتلة أعلاه واللوحة الخلفية من العلبة لدمج هذا الصمام. كما هو موضح أعلاه ، حيث أن الدائرة ترسم حوالي 100mA عند 7.5 فولت ، فإن استخدام فتيل سريع المفعول 125mA أمر معقول.

لوحات محول LM2596S DC/DC

ربما لا تستخدم لوحات Behn-Abrow هذه غير المكلفة من LM2596S ICS (انظر هذا الرابط لمزيد من المعلومات). حتى الآن ، ومع ذلك ، لم يكن لدي أي مشاكل مع هذه. توفر دائرة Crowbar الموصوفة أعلاه ، عند تثبيتها على لوحة "Mega 2560 Pro" ، أيضًا بعض الحماية مقابل فشل محتمل في لوحة محول DC/DC LM2596S.

قوائم قطع الغيار

قوائم قطع الغيار متوفرة في قوانين parts-lists .

واحدة من القوائم هي لموزع الإلكترونيات الألمانية Reichelt. يمكن أيضًا الوصول إلى هذه القائمة مباشرة عبر هذا الرابط: https://www.reichelt.de/my/2038407. تحتوي هذه القائمة أيضًا على أجزاء بديلة غير ضرورية. لذلك يجب ألا يتم طلب القائمة بشكل أعمى. يرجى ملاحظة أنني لست تابعًا لـ Reichelt وأقدم فقط هذه القائمة لراحتك. قد تكون الأجزاء متاحة من البائعين الآخرين بسعر أقل.

ملاحظات التجميع

• افترض أن الجمعية ستستغرق حوالي أمسيتين ، بمجرد أن يكون لديك جميع الأجزاء في مكانها.
• يمكن اختبار مزيج من اللوحة الرئيسية والعرض بالكامل دون توصيل أي شيء آخر به (مثل الكابلات إلى اللوحة الخلفية ، مكبر الصوت ، محول DC/DC). يعمل هذا من خلال تشغيل لوحة "Mega 2560 Pro" عبر USB.
• الأسلاك اليدوية للعرض تستغرق وقتًا طويلاً للغاية. قد تفضل استخدام حل قائم على الموصل. لاحظ أنه ليس كل خطوط العرض 16 مطلوبة.
• قبل توصيل وتشغيل اللوحة الرئيسية والمشجعين عبر محولات DC/DC ، من الضروري ضبط الفولتية عليها مسبقًا (على سبيل المثال ، إلى 7.5 فولت ، كما هو موضح أعلاه).
• قد يكون المسمار المحدد لحامل الصمامات طويلًا جدًا وقد يخترق اللوحة الخلفية. كن حذرًا عند تركيب حامل الصمامات وفكر في استخدام المسمار الأقصر.
• تتوفر صور جهاز مجمعة في مجلد images . لاحظ أن هذه لا تظهر بعد آخر مراجعة مع حلبة LittleJimmy والفتيل الثاني.

إجراء التهيئة

تصف الخطوات التالية كيفية إعداد الجهاز في البداية:

• قبل تشغيل الطاقة لأول مرة ، اقلب التحكم في وحدة تخزين لوحة مكبر الصوت على طول الطريق.
• اتبع الإرشادات الواردة في القسم 4 ، "البدء" ، ووثائق MagicQuartz لمواجهة البرامج الثابتة وتنفيذ إعداد المحرك.
• عندما يسألك روتين "إعداد المحرك" عن نموذج الموجة (الشكل WaveForm للمعلمة) ، اضبط هذا على 2.
• عندما يتعلق الأمر بتعيين الجهد (المعلمة VoltageMtOn ) ، تقول الوثائق أن الخطوات تعتمد على ما إذا كان العاكس المثبت في SPEEDBOX لديه عنصر تحكم في المستوى أم لا. إنه: إنه التحكم في مستوى الصوت في مكبر الصوت. تابع كما هو موضح في الوثائق: قم بتعيين VoltageMtOn على 1 ، ثم قم برفع التحكم ببطء وبعناية في مستوى الصوت في مكبر الصوت حتى يتم الوصول إلى الجهد المطلوب (على سبيل المثال ، 220 فولت). إذا تحول مكبر الصوت إلى حالة الحماية ، فحاول مرة أخرى.
• يمكن اختبار اكتشاف إيقاف التشغيل العاكس كما هو موضح في القسم 4.3 من وثائق البرنامج عن طريق تعيين قيمة منخفضة للغاية RampingSpeed ثم إعادة تشغيل العاكس. إذا لم تنجح ، وإذا كانت القيم الحالية المقاسة في البرامج الثابتة في الطرف السفلي من نطاق القياس (الذي يتراوح من 0 إلى 1023) ، فيمكنك استبدال R7 بمقاوم قيمة أعلى ، مثل 470 KOHM.