MagicQuartz TechDemo

Demonstrasi Teknologi Magicquartz

Perkenalan

Repositori ini berisi desain perangkat keras open source dari kotak kecepatan turntable yang mampu menjalankan firmware MagicQuartz yang berpemilik. Desain perangkat keras terdiri dari dua bagian:

• Model OpenSCAD yang dapat digunakan untuk menghasilkan selungkup 3D-crintable.
• Desain KICAD untuk mainboard, terdiri dari skematik dan PCB.

Speedbox mengimplementasikan inverter daya AC sederhana berdasarkan penguat audio kelas-D dan transformator toroidal untuk meningkatkan tegangan. Kecepatan pemutar rekaman dikendalikan dengan mengubah frekuensi AC yang dihasilkan. Ini memungkinkan switching elektronik antara kecepatan rekaman standar (16, 33, 45, dan 78 rpm) dan koreksi kecepatan waktu nyata menggunakan sensor optik. Perhatikan bahwa pendekatan ini hanya berfungsi untuk turntable dengan motor AC.

Perangkat ini mendukung fitur terpenting dari MagicQuartz versi 1.0 "Phoenix", termasuk "Advanced Power Management" (APM). Namun, itu tidak memiliki siaga untuk lampu latar LCD dan penggemar dan tidak menerapkan supresi pop sisi perangkat keras.

Lisensi

Informasi dan file dalam repositori ini disediakan di bawah lisensi open source CERN-OHL-S V2 (silakan klik di sini untuk detailnya).

Penafian

Satu-satunya tujuan repositori ini adalah untuk memberikan desain perangkat keras yang mudah direproduksi untuk menunjukkan kemampuan firmware MagicQuartz. Sampai saat ini, desain belum dievaluasi sehubungan dengan keamanan listrik, kepatuhan elektromagnetik (EMC), dan keselamatan kebakaran. Perangkat yang diproduksi berdasarkan desain ini tidak cocok untuk pengguna akhir.

Ada beberapa bahaya serius yang terkait dengan membangun dan mengoperasikan perangkat ini. Jika Anda tidak memiliki pengetahuan yang cukup, jangan mencoba membangun atau mengoperasikan perangkat. Perhatikan bahwa informasi dalam repositori ini secara sengaja tidak merupakan instruksi perakitan. Juga memperhatikan bagian 6 dari lisensi CERN-OHL-S V2 dan pertimbangan keselamatan di bawah ini.

Desain perangkat keras

Pertimbangan keselamatan

• Perangkat ini mampu menghasilkan tegangan tinggi dan dapat menyebabkan kebakaran dan/atau cedera serius, termasuk kematian.
• Perangkat beralih arus tinggi menggunakan modulasi lebar pulsa (PWM), yang dapat menyebabkan gangguan dengan perangkat elektronik atau peralatan radio lainnya.
• Perangkat membuat jaringan TI (isolé-terre). Ini memiliki implikasi pada jumlah peralatan (yaitu motor atau meja putar) dan jenis isolasi mereka untuk terhubung dengan aman ke perangkat.
• Berhati -hatilah saat melakukan pengukuran! Jangan mencoba mengukur sisi tegangan tinggi dari transformator menggunakan osiloskop! Tidak perlu melakukan ini karena sinyal dapat sepenuhnya diverifikasi di sisi tegangan rendah. Dalam hal ini, juga perhatikan bahwa output negatif penguat digital tidak terhubung ke tanah. Ada risiko serius merusak osiloskop dan peralatan lainnya saat melakukan pengukuran saat sirkuit dibumikan, misalnya di atas port USB Arduino dan PC. Gunakan isolator galvanik jika berlaku.
• Ada risiko serius bahwa perangkat yang merusak komponen yang terhubung. Contohnya adalah lampu strobo, yang mungkin mudah rusak dengan lonjakan tegangan atau tegangan berlebihan, atau motor AC frekuensi tetap yang mengandalkan kapasitor pergeseran fase. Ada juga risiko bahwa sinyal pembawa PWM melewati jalur audio sistem stereo dan merusak speaker. Selain itu, perhatikan bahwa meskipun penekanan pop sisi perangkat lunak digunakan, lonjakan tegangan biasanya terjadi ketika perangkat dihidupkan. Untuk alasan ini, perangkat harus dihidupkan sebelum meja putar dihidupkan.
• Modul prefabrikasi individu (terutama penguat, konverter step-down dan papan mikrokontroler) dapat berisi komponen elektronik dari berbagai produsen dan kualitas yang berbeda (lihat bagian "masalah yang diketahui"). Jika terjadi kegagalan perangkat keras, ini dapat menyebabkan kerusakan konsekuensial yang tidak terduga. Oleh karena itu, perangkat yang dirakit karena itu tidak boleh dioperasikan tanpa pengawasan.
• Perhatikan bahwa sifat mekanik, listrik, dan kimia dari komponen yang dicetak 3D dapat berubah atau memburuk dari waktu ke waktu.

Model 3D OPENSCAD

File OpenScad dapat digunakan untuk mengeksplorasi perangkat dan mencetak 3D selungkup fisik.

Catatan: Jika simbol di bagian depan tidak ditampilkan dengan benar, font "Symbola" harus diinstal (nama paket Ubuntu: fonts-symbola ).

Tinjauan umum bagian dan catatan pencetakan

Tabel di bawah ini memberikan gambaran umum dari semua bagian yang dapat dicetak dalam model 3D bersama dengan beberapa catatan. Ketahuilah bahwa total waktu pencetakan adalah sekitar 22 jam (pada Ultimaker 2).

Sementara file STL tersedia di folder release untuk kenyamanan Anda, mereka dapat dihasilkan dengan mudah di OpenScad. Atur variabel render_components ke false dan ubah nilai variabel generate ke nomor bagian masing -masing. Kemudian tekan F5 untuk melihat pratinjau bagian, F6 untuk membuat bagian, dan F7 untuk mengekspor file STL. Perhatikan bahwa proses rendering mungkin membutuhkan banyak waktu, bahkan pada komputer cepat. Perhatikan juga bahwa objek yang dihasilkan sudah berorientasi pada pencetakan.

Saya memiliki beberapa masalah pencetakan dengan versi CURA 5.1.1 hingga 5.3.0, terutama dengan bagian "punggung". Slicer menciptakan beberapa artefak yang signifikan dan tidak menangani teks seperti yang diharapkan (lapisan terakhir di bawah teks tidak dicetak seperti yang diharapkan). Saya kembali ke 4.13.1.

Selain tabel di bawah ini:

• Cetak semua bagian menggunakan dukungan "pohon".
• Cetak semua bagian menggunakan pola pengisi "kisi" (kecuali bagian 3, lihat catatan).
• Cetak semua bagian dengan tinggi lapisan 0,2 mm (kecuali bagian 8, lihat catatan).
• Cetak semua bagian dengan tipe adhesi "brim" (kecuali bagian 8, lihat catatan).

Bagian nr.	Nama	Warna yang disarankan	Catatan / pengecualian
1	Pelat bawah	Hitam	Dapat dicetak tanpa dukungan "pohon".
1	Pelat bawah (penghemat material)	Hitam	Menghemat beberapa filamen, tetapi kurang kokoh. Dapat dicetak tanpa dukungan "pohon".
2	Bagian bawah depan	Putih	Atur "Dukungan Jarak X/Y" menjadi 1,6 mm untuk mencegah pengiris membuat dukungan di saluran masuk udara.
3	Bagian tengah depan	Transparan	Gunakan pola pengisi "petir" untuk membuat penampilan "seperti kuarsa" yang bagus.
4	Bagian atas depan	Putih
5	Menutupi	Cokelat	Cetak varian ini jika Anda tidak berencana untuk menerapkan foil dekoratif.
5	Tutupan (material saver)	(Setiap)	Jika foil dekoratif tidak menempel dengan benar ke tepi, sedikit pasir permukaan di tepi.
6	Kaki (cetak 4x)	Perak	Dapat dicetak tanpa "penuh".
7	Penutup voltmeter	Sebagai depan
8	Unit tombol	Perak	Cetak dengan 0,1 mm atau kurang untuk meningkatkan kekuatan, jangan gunakan dukungan adhesi (brim). Aktifkan menyetrika di atas lapisan atas.
9	Kembali	Putih
10	Soket boneka	Sebagai kembali	Cetak tanpa "penuh".
11	Kasus sensor optik	Hitam

Komponen

Komponen yang akan digunakan harus mudah diidentifikasi dari proyek OpenScad dan KICAD. Untuk komponen di mana ini tidak segera jelas, berikut adalah beberapa detail:

• Sekrup: Semua bagian dapat disatukan dengan jenis sekrup self-tapping "DIN 7981 CH", 2,9x9,5 mm, kecuali untuk penutup LCD dan voltmeter, di mana 2,2x9,5 mm harus digunakan. Sekrup DIN tentu saja dapat juga diganti dengan sekrup yang kompatibel yang serupa.
• Ikatan kabel: Enklosur telah dirancang untuk memasang berbagai komponen dengan ikatan kabel, seperti transformator, kipas internal (hanya digunakan untuk penguat tipe 2), terminal sekrup tegangan tinggi, dan untuk mengamankan kabel AC keluar. Bilah di tengah selungkup dapat digunakan untuk memasang kabel dengan ikatan kabel.
• Amplifiers: Desain OpenScad saat ini mendukung akomodasi dua jenis papan penguat daya digital berdasarkan chip TDA7498 dan TPA3116D2, masing -masing (lihat rendering di bawah). Tipe pertama tampaknya sangat rapuh dan membutuhkan sekitar 28V. Tipe kedua lebih kuat dan bekerja dengan baik di 24V, tetapi memiliki lebih banyak kebisingan dan pasti membutuhkan heatsink yang lebih baik. Namun, dimungkinkan untuk memodifikasi desain untuk mengakomodasi jenis lain. Ada juga tipe "placeholder" ketiga yang dapat digunakan untuk pengembangan khusus.
• Toroidal Transformer: Ketik "RKT 5012" (50VA, 220V hingga 2x12V). Untuk mendistribusikan beban di kedua saluran penguat, dua gulungan transformator 12V dapat digerakkan secara paralel melalui dua saluran output penguat. Maka penting untuk memastikan bahwa kedua belitan sebenarnya didorong secara paralel dan tidak terbalik. Diberikan urutan koneksi "R+, R-, L+, L-" pada penguat, urutan kabel yang berfungsi adalah "merah, kuning, biru, hijau" untuk RKT 5012. Perhatian! Selama operasi, tappings 220v hidup.
• AC Voltmeter: Ketik "YB27A", 60-300V AC, dihapus dari rumah aslinya. Perhatikan bahwa voltmeter hidup dan ada risiko sengatan listrik. Jika kabel perlu diperpanjang atau diganti, pastikan mereka memiliki peringkat tegangan yang tepat.
• Sakelar Daya: Ketik "KCDI-101".
• Papan konverter DC/DC: Papan regulator tegangan step-down berdasarkan LM2596S (juga lihat "Masalah yang Diketahui" di bawah).
• Fuses : Fuse 1 mencakup seluruh sirkuit dan harus berukuran sesuai dengan peringkat daya yang diimplementasikan. Misalnya, jika transformator 50VA dan catu daya 24V digunakan, sekering 2A mungkin sesuai. Fuse 2 digunakan untuk melindungi komponen dan terhubung ke papan "Mega 2560 Pro", yang menarik sekitar 100mA pada 7.5V. Oleh karena itu, menggunakan sekering akting cepat 125mA adalah masuk akal.

KICAD Skema dan PCB

Repositori ini juga berisi sirkuit elektronik untuk mainboard. PCB dirancang untuk prototyping cepat dan dapat diproduksi satu sisi, misalnya dengan CNC kecil atau dengan etsa. Namun, lapisan tembaga top opsional dapat digunakan untuk meningkatkan perisai. Tentu saja, PCB juga dapat diproduksi oleh produsen PCB mana pun.

Mainboard dibangun di sekitar papan "Mega 2560 Pro" (dilambangkan U1 dalam skema). Sepengetahuan penulis, dewan ini awalnya dikembangkan oleh Robotdyn. Sayangnya, tampaknya tidak lagi tersedia, tetapi kembali oleh perusahaan lain tersedia secara luas. Klik di sini untuk versi halaman web Robotdyn yang diarsipkan.

Sirkuit elektronik sangat sederhana dan harus jelas. Namun, poin -poin berikut menjelaskan beberapa aspek khusus:

• Catu Daya: Konektor J2 ("Power") digunakan untuk memberi daya pada mainboard dari sumber daya eksternal melalui pin 2 dan 3 (biasanya 24-32V, tergantung pada persyaratan tegangan amplifier, berlabel "+24V" dalam skema). Connector J2 juga digunakan untuk memberi daya pada papan penguat melalui pin 1 dan 4. Perhatikan bahwa pin 1 J2 terhubung ke tanah kedua (GND1), yang digunakan untuk mengukur arus penguat (lihat di bawah).
• Papan konverter DC/DC: Seperti dijelaskan di atas, mainboard disediakan dengan 24-32V (berlabel "+24V"). Papan U1, bagaimanapun, membutuhkan tegangan antara 7V dan 12V (berlabel "+7.5V"). Karena tidak praktis untuk mengatasi perbedaan tegangan yang besar dengan regulator linier, konektor J3 ("DC/DC") dapat digunakan untuk menghubungkan papan konverter step-down DC/DC eksternal (lihat Desain OpenScad). U1 kemudian menggunakan regulator tegangan linear on-board (AMS1117) untuk membuat 5V. Enklosur dapat mengakomodasi papan konverter DC/DC kedua khusus untuk memberi daya pada kipas; Namun, jika penggemar berjalan dengan baik dengan tegangan dari papan pertama, mereka juga dapat dihubungkan ke papan konverter pertama ini.
• Jumper "Enable APM": Digital Pin D27 dari U1 dapat ditarik ke GND (Jumper J1 "Enable APM" ditutup) untuk memberi tahu firmware bahwa sirkuit penginderaan saat ini tersedia, yang memungkinkan firmware mendeteksi apakah motor turntable saat ini dinyalakan atau tidak.
• Pengukuran Saat Ini: Pengukuran saat ini berfungsi sebagai berikut: Arus bagian daya (papan penguat digital) diukur melalui penurunan tegangan di resistor R4 (0,15 ohm, 3W). Tegangan yang diukur disaring low-pass melalui C7 dan R5 dan dibawa melalui U2A ke tingkat tegangan yang dapat dengan mudah diukur dengan ADC microcontoller.
• Filter low-pass: Bagian filter low-pass PWM mengubah sinyal PWM dari mikrokontroler menjadi satu atau dua gelombang sinus analog menggunakan filter RC sederhana. Filter dirancang untuk memiliki frekuensi cutoff sekitar 200 Hz, yang cukup tinggi untuk melewati salah satu frekuensi AC yang mungkin tetapi memblokir sinyal pembawa PWM. Filter diimplementasikan dua kali jika inverter fase ganda harus diimplementasikan (yang membutuhkan transformator tambahan dan selungkup yang berbeda). Untuk konfigurasi fase tunggal, disarankan untuk melengkapi hanya satu bagian filter dan menjembatani dua saluran pada input penguat. Ini menghilangkan risiko merusak penguat jika pengguna secara tidak sengaja mengubah pergeseran fase dalam firmware.

Diagram blok

Berikut adalah diagram blok yang memberikan gambaran umum dari semua koneksi internal:

Masalah yang diketahui

AMS1117 Regulator Tegangan

Papan "Mega 2560 Pro" dapat menggunakan regulator tegangan 5V "AMS1117" 5V dengan kualitas yang dipertanyakan (lihat posting blog yang menarik ini). Regulator mungkin gagal dengan pendek internal penuh atau parsial dan lulus tegangan input (7.5V) ke sisa sirkuit. Ini mungkin tidak hanya merusak komponen lain (termasuk ATMEGA2560), tetapi juga dapat meningkatkan tingkat sinyal sinusoidal yang dihasilkan. Akibatnya, inverter dapat menghasilkan tegangan berlebihan dan merusak meja putar.

Masalahnya dapat diatasi dengan mengganti AMS1117 oleh regulator tipe "1117" yang lain dari produsen terkenal, seperti LM1117 oleh Texas Instruments atau TS1117 oleh Taiwan Semiconductor. Tentu saja, bagian tersebut harus dibeli dari distributor elektronik terkemuka. Regulator lama dapat dengan mudah diduga dengan menggunakan solder segar berlebihan ke tiga pinnya, memanaskan semuanya, dan kemudian menyeka dengan besi solder.

Bergantung pada regulator, tambahan kapasitor Tantalum 10UF mungkin perlu ditambahkan ke input dan output regulator (lihat lembar data). Modifikasi seperti itu berdasarkan TS1117 ditunjukkan pada gambar ini: gambar/ts1117-modifikasi.jpg. Perhatikan dua kapasitor tantalum kuning baru dan sekering tambahan (lihat di bawah). Amati dengan hati -hati polaritas kapasitor!

Solusi yang lebih canggih (dan mungkin over-the-top) menambahkan sirkuit linggis dan sekering untuk desain. Sirkuit linggis dapat dipasok sebagai papan piggyback kecil untuk "Mega 2560 Pro". Add-on seperti itu tersedia di sini: https://github.com/sebmate/littleJimmy. Berikut adalah gambar yang dipasang di kotak speed: gambar/littleJimmy.jpg.

Sekring sebenarnya hanya diperlukan untuk sirkuit linggis, tetapi tidak ada yang salah dengan menambahkannya secara umum. Diagram blok di atas dan panel belakang selungkup telah diperluas untuk menggabungkan sekering ini. Seperti dijelaskan di atas, karena sirkuit menarik sekitar 100mA pada 7.5V, menggunakan sekering akting cepat 125mA masuk akal.

LM2596S DC/DC Converter Boards

Papan step-down yang murah ini mungkin tidak menggunakan ICS LM2596S asli (lihat tautan ini untuk informasi lebih lanjut). Sejauh ini, bagaimanapun, saya tidak punya masalah dengan ini. Sirkuit Crowbar yang dijelaskan di atas, ketika dipasang di papan "Mega 2560 Pro", juga memberikan perlindungan terhadap kemungkinan kegagalan papan konverter LM2596S DC/DC.

Daftar Bagian

Daftar bagian tersedia di parts-lists direktori.

Salah satu daftar adalah untuk distributor elektronik Jerman Reichelt. Daftar ini juga dapat diakses secara langsung melalui tautan ini: https://www.reichelt.de/my/2038407. Daftar ini juga berisi bagian -bagian alternatif yang tidak penting. Oleh karena itu daftar tidak boleh dipesan secara membabi buta. Harap dicatat bahwa saya tidak berafiliasi dengan Reichelt dan saya hanya menyediakan daftar ini untuk kenyamanan Anda. Bagian -bagian mungkin tersedia dari vendor lain dengan harga lebih rendah.

Catatan Majelis

• Asumsikan bahwa perakitan akan memakan waktu sekitar dua malam, setelah Anda memiliki semua bagian di tempatnya.
• Kombinasi mainboard dan tampilan dapat diuji sepenuhnya tanpa apa pun yang terhubung ke sana (seperti kabel ke panel belakang, penguat, konverter DC/DC). Ini berfungsi dengan memberi daya pada papan "Mega 2560 Pro" melalui USB.
• Pengkabelan layar manual sangat memakan waktu. Anda mungkin lebih suka menggunakan solusi berbasis konektor. Perhatikan bahwa tidak semua 16 baris tampilan diperlukan.
• Sebelum menghubungkan dan memberi daya pada mainboard dan kipas melalui konverter DC/DC, penting untuk mengatur tegangan pada mereka sebelumnya (misalnya, ke 7.5V, seperti dijelaskan di atas).
• Sekrup yang ditentukan untuk pemegang sekering mungkin terlalu panjang dan dapat menembus panel belakang. Hati -hati saat memasang dudukan sekering dan pertimbangkan untuk menggunakan sekrup yang lebih pendek.
• Gambar perangkat yang dirakit tersedia di folder images . Perhatikan bahwa ini belum menunjukkan revisi terbaru dengan sirkuit LittleJimmy dan sekering kedua.

Prosedur Inisialisasi

Langkah -langkah berikut menjelaskan cara mengatur perangkat awalnya:

• Sebelum menyalakan daya untuk pertama kalinya, putar kontrol volume papan penguat ke bawah.
• Ikuti instruksi di Bagian 4, "Memulai", dari dokumentasi MagicQuartz untuk mem -flash firmware dan mengeksekusi pengaturan motor.
• Ketika rutin "Pengaturan Motor" bertanya kepada Anda tentang bentuk gelombang ( WaveForm parameter), atur ini ke 2.
• Ketika datang untuk mengatur tegangan (parameter VoltageMtOn ), dokumentasi mengatakan bahwa langkah -langkah tergantung pada apakah inverter yang diinstal dalam kotak speed memiliki kontrol level atau tidak. Ini memiliki: Ini adalah kontrol volume penguat. Lanjutkan seperti yang dijelaskan dalam dokumentasi: Atur VoltageMtOn ke 1, lalu perlahan dan hati -hati naikkan kontrol volume penguat sampai tegangan yang diinginkan (misalnya, 220V) tercapai. Jika penguat beralih ke status perlindungan, coba lagi.
• Deteksi shutdown inverter dapat diuji seperti yang dijelaskan dalam Bagian 4.3 dari dokumentasi perangkat lunak dengan menetapkan nilai RampingSpeed yang terlalu rendah dan kemudian memulai kembali inverter. Jika tidak berfungsi dan jika nilai arus yang diukur dalam firmware berada di ujung bawah dari kisaran pengukuran (yaitu dari 0 hingga 1023), Anda dapat mengganti R7 dengan resistor nilai yang lebih tinggi, seperti 470 kOHM.