MagicQuartz TechDemo

MagicQuartz Технологическая демонстрация

Введение

Этот репозиторий содержит аппаратный дизайн с открытым исходным кодом оборачиваемого стола Speedbox, который способен запустить простражную прошивку MagicQuartz. Аппаратный дизайн состоит из двух частей:

• Модель OpenScad, которая может быть использована для генерации 3D-печатного корпуса.
• Дизайн KICAD для материнской платы, включающий схему и печатную плату.

SpeedBox реализует простой инвертор переменного тока на основе усилителя аудио-усилителя класса D и тороидального трансформатора, чтобы увеличить напряжение. Скорость рекордного игрока контролируется путем изменения сгенерированной частоты переменного тока. Это обеспечивает электронное переключение между стандартными скоростями записей (16, 33, 45 и 78 об / мин) и коррекцией скорости в реальном времени с использованием оптического датчика. Обратите внимание, что этот подход работает только для поворотных столов с двигателем переменного тока.

Устройство поддерживает наиболее важные функции MagicQuartz версии 1.0 «Phoenix», включая «Advanced Power Management» (APM). Тем не менее, ему не хватает резервного режима для ЖК-подсветки и поклонников, и он не реализует аппаратную поп-подавление.

Лицензирование

Информация и файлы в этом репозитории представлены по лицензии CERN-OHL-S V2 с открытым исходным кодом (пожалуйста, нажмите здесь для получения подробной информации).

Отказ от ответственности

Единственная цель этого репозитория-обеспечить простую в репродуцированную аппаратную конструкцию для демонстрации возможностей прошивки MagicQuartz. На сегодняшний день дизайн не была оценена в отношении электрической безопасности, электромагнитного соответствия (EMC) и пожарной безопасности. Устройства, изготовленные на основе этой конструкции, не подходят для конечных пользователей.

Существует несколько серьезных опасностей, связанных с созданием и эксплуатацией этого устройства. Если у вас нет достаточных знаний, пожалуйста, не пытайтесь создать или управлять устройством. Обратите внимание, что информация в этом репозитории намеренно не составляет инструкции по сборке. Также обратите пристальное внимание на раздел 6 лицензии CERN-OHL-S V2 и соображения безопасности ниже.

Аппаратный дизайн

Соображения безопасности

• Устройство способно генерировать высокое напряжение и может вызвать пожар и/или серьезные травмы, включая смерть.
• Устройство переключает высокие токи с использованием модуляции ширины импульса (ШИМ), что может вызвать помехи с другими электронными устройствами или радиооборудованием.
• Устройство создает ИТ-сеть (Isolé-terre). Это имеет значение для количества приборов (то есть двигателей или поворотных столов) и их изоляции, чтобы быть безопасно подключенным к устройству.
• Будьте очень осторожны при выполнении измерений! Не пытайтесь измерить высокую сторону трансформатора с помощью осциллографа! Нет необходимости делать это, так как сигнал может быть полностью проверен на стороне низкого напряжения. В связи с этим также обратите внимание, что отрицательные выходы цифрового усилителя не подключены к земле. Существует серьезный риск повреждения осциллографа и другого оборудования при выполнении измерений, когда схема заземлена, например, над USB -портом Arduino и ПК. Используйте гальванические изоляторы, где это применимо.
• Существует серьезный риск того, что устройство повреждает подключенные компоненты. Примерами являются стробоп-лампы, которые могут быть легко повреждены путем напряжения пиков или чрезмерного напряжения, или двигателей переменного тока с фиксированным частотом, которые полагаются на конденсаторы фазового сдвига. Существует также риск того, что сигнал носителя ШИМ проходит через аудио -путь стереосистемы и повреждает динамики. Кроме того, обратите внимание, что, хотя используется подавление POP с программным обеспечением, всплеск напряжения обычно происходит при включении устройства. По этой причине устройство должно быть включено до включения проигрывателя.
• Индивидуальные сборные модули (особенно усилитель, преобразователи понижений и плата микроконтроллера) могут содержать электронные компоненты от разных производителей и различного качества (см. Раздел «Известные проблемы»). В случае сбоя аппаратного обеспечения это может привести к дальнейшему неожиданному последнему повреждению. Следовательно, собранное устройство никогда не должно работать без присмотра.
• Обратите внимание, что механические, электрические и химические свойства компонентов 3D-печати могут меняться или ухудшаться с течением времени.

OpenScad 3D -модель

Файл OpenScad может использоваться для практически изучения устройства и для 3D-печать физического вложения.

ПРИМЕЧАНИЕ. Если символы на передней части не отображаются правильно, необходимо установить шрифт «Symbola» (имя пакета Ubuntu: fonts-symbola ).

Обзор деталей и заметки печати

В таблице ниже представлен обзор всех 3D-приема, а также некоторых примечаний. Имейте в виду, что время печати в общей сложности составляет около 22 часов (на Ultimaker 2).

В то время как файлы STL доступны в папке release для вашего удобства, их можно легко генерировать в OpenScad. Установите переменную render_components на false и измените значение переменной, generate на соответствующий номер детали. Затем нажмите F5, чтобы предварительно просмотреть деталь, F6, чтобы отобразить деталь, и F7, чтобы экспортировать файл STL. Обратите внимание, что процесс рендеринга может занять значительное количество времени, даже на быстрых компьютерах. Также обратите внимание, что сгенерированные объекты уже должным образом ориентированы для печати.

У меня были некоторые проблемы с печатью с версиями CURA с 5.1.1 до 5.3.0, особенно с частью «обратной». Slicer создал некоторые значительные артефакты и не обрабатывал текст, как и ожидалось (последний слой под текстом не был напечатан, как и ожидалось). Я вернулся к 4.13.1.

В дополнение к таблице ниже:

• Распечатайте все детали, используя поддержку «дерево».
• Распечатайте все детали, используя рисунок заполнения «Grid» (кроме части 3, см. Примечания).
• Распечатайте все детали с высотой слоя 0,2 мм (кроме части 8, см. Примечания).
• Распечатайте все детали с типом адгезии "Brim" (кроме части 8, см. Примечания).

Часть nr.	Имя	Предлагаемый цвет	Примечания / исключения
1	Нижняя тарелка	Черный	Может быть напечатан без поддержки «дерева».
1	Нижняя пластина (сэкономить материал)	Черный	Сохраняет некоторую нить, но менее крепкая. Может быть напечатан без поддержки «дерева».
2	Передняя нижняя часть	Белый	Установите «Поддержка x/y расстояние» на 1,6 мм, чтобы предотвратить создание поддержки в входе воздуха.
3	Передняя центральная часть	Прозрачный	Используйте рисунок «Молния», чтобы создать приятный «кварцевый» внешний вид.
4	Передняя верхняя часть	Белый
5	Крышка	Коричневый	Распечатайте этот вариант, если вы не планируете применять декоративную фольгу.
5	Крышка (сэкономить материал)	(Любой)	Если декоративная фольга не прилипает правильно к краям, слегка отклебайте поверхности по краям.
6	Нога (печать 4x)	Серебро	Может быть напечатан без "края".
7	Крышка вольтметра	Как фронт
8	Кнопка сборки	Серебро	Печать с 0,1 мм или меньше, чтобы улучшить прочность, не используйте поддержку адгезии (до краев). Включить гладение на верхнем слое.
9	Назад	Белый
10	Фиктивные розетки	Как обратно	Печать без "края".
11	Оптический датчик корпус	Черный

Компоненты

Компоненты, которые будут использоваться, следует легко идентифицировать из проектов OpenScad и KICAD. Для компонентов, где это не сразу очевидно, вот некоторые детали:

• Винты: Все детали можно удерживать вместе с типом винтов с самозаказывающими винтами «DIN 7981 CH», 2,9x9,5 мм, за исключением ЖК-дисплея и крышки вольта, где следует использовать 2,2x9,5 мм. Винты DIN, конечно, также могут быть заменены аналогичными совместимыми винтами.
• Кабельные связки: корпус был разработан для установки различных компонентов с кабельными галстуками, такими как трансформатор, внутренний вентилятор (используется только для типа 2), высоковольтный винтовой терминал и для обеспечения кабеля переменного тока. Бар в центре корпуса может использоваться для прикрепления проводов с помощью кабельных галстуков.
• Усилители: дизайн OpenSCAD в настоящее время поддерживает размещение двух типов цифровых плат усилителей мощности на основе чипов TDA7498 и TPA3116D2, соответственно (см. Виддерирование ниже). Первый тип кажется очень хрупким и требует около 28 В. Второй тип более надежный и хорошо работает при 24 В, но имеет больше шума и определенно нуждается в лучшем радиаторе. Тем не менее, можно изменить дизайн для размещения других типов. Существует также третий тип «заполнителя», который можно использовать для пользовательских разработок.
• Тороидальный трансформатор: тип "RKT 5012" (50VA, от 220 В до 2x12V). Чтобы распределить нагрузку по обоим каналам усилителя, две обмотки трансформатора 12 В могут быть приведены параллельно через два выходных канала усилителя. Тогда важно убедиться, что две обмотки фактически движутся параллельно, а не наоборот. Учитывая последовательность соединения «R+, R-, L+, L-» в усилителе, рабочая последовательность проводки-«Красный, желтый, синий, зеленый» для RKT 5012. ВНИМАНИЕ! Во время операции затяжения 220В являются живыми.
• Вольтметр переменного тока: тип «YB27A», 60-300 В переменного тока, удален из исходного корпуса. Обратите внимание, что вольтметр живет, и существует риск поражения электрическим током. Если провода необходимо расширить или заменять, убедитесь, что они имеют правильный рейтинг напряжения.
• Переключатель питания: введите "KCDI-101".
• Платы преобразователей DC/DC: платы регуляторов напряжения вниз на основе LM2596 (также см. «Известные проблемы» ниже).
• Предохранители : предохранитель 1 охватывает всю схему и должен быть размещен в соответствии с реализованным рейтингом питания. Например, если используются трансформатор 50VA и источник питания 24 В, может быть уместным предохранитель 2A. Предохранитель 2 используется для защиты компонентов и подключено к плате «Mega 2560 Pro», которая привлекает приблизительно 100 мА при 7,5 В. Поэтому использование предохранителя 125 мА быстро является разумным.

Kicad Schematic и PCB

Этот репозиторий также содержит электронную схему для материнской платы. PCB была разработана для быстрого прототипирования и может быть получена односторонняя, например, с небольшим ЧПУ или травлением. Тем не менее, дополнительный верхний медный слой может быть использован для улучшения экранирования. Конечно, печатная плата также может быть изготовлена любым производителем печатной платы.

Манистерская плата строится вокруг платы «Mega 2560 Pro» (обозначенная U1 в схеме). Насколько известно, этот совет был первоначально разработан Роботдином. К сожалению, он, кажется, больше не доступен, но переосмысление других компаний широко доступно. Нажмите здесь для архивной версии веб -страницы Robotdyn.

Электронная цепь очень проста и должна быть самоэкспланирующей. Однако следующие моменты объясняют некоторые особые аспекты:

• Питание: разъем J2 («Питание») используется для питания материнской платы из внешнего источника питания через контакты 2 и 3 (обычно 24-32 В, в зависимости от требований к напряжению усилителя, помеченного «+24 В» в схеме). Разъем J2 также используется для питания платы усилителя с помощью контактов 1 и 4. Обратите внимание, что PIN 1 J2 подключен ко второму землю (GND1), который используется для измерения тока усилителя (см. Ниже).
• Доски преобразователей DC/DC: как описано выше, материнская плата снабжена 24-32V (с надписью «+24 В»). Плата U1, однако, требует напряжения между 7 В до 12 В (помечено «+7,5 В»). Поскольку не практично преодолеть большую разницу напряжений с помощью линейного регулятора, разъем J3 («DC/DC») может использоваться для подключения внешней панели преобразователя DC/DC (см. OpenScad Design). Затем U1 использует свой встроенный регулятор линейного напряжения (AMS1117) для создания 5V. Корпус может вместить вторую плату преобразователя постоянного тока/постоянного тока специально для питания вентиляторов; Однако, если вентиляторы хорошо работают с напряжением с первой платы, они также могут быть подключены к этой первой плате конвертера.
• Перемычка «Включить APM»: цифровой штифт D27 U1 может быть привлечен к GND (Jumper J1 «Enable Apm» закрыт), чтобы сообщить прошивке, что текущая схема зондирования доступна, что позволяет прошивке определять, включен ли в настоящее время двигатель поворота или нет.
• Измерение тока: тока измерения работает следующим образом: ток секции мощности (плата цифрового усилителя) измеряется с помощью падения напряжения на резисторе R4 (0,15 Ом, 3W). Измеренное напряжение профильтровывается с помощью C7 и R5 и приводится через U2A до уровня напряжения, который может быть легко измерен с помощью ADC MicroContoller.
• Фильтр с низким проходом: раздел фильтра с низким проходом ШИМ преобразует сигналы ШИМ из микроконтроллера в один или два аналоговых синусоидальных волн с использованием простых фильтров RC. Фильтры предназначены для того, чтобы иметь частоту отсечения около 200 Гц, которая достаточно высока, чтобы пройти любую из возможных частот переменного тока, но блокировать сигнал носителя ШИМ. Фильтр реализуется дважды в случае реализации двухфазного инвертора (который требует дополнительного трансформатора и другого корпуса). Для однофазных конфигураций рекомендуется оснастить только одну секцию фильтра и соединить два канала на входе усилителя. Это устраняет риск повреждения усилителя, если пользователь случайно меняет фазовый сдвиг в прошивке.

Блок -схема

Вот блок -схема, которая дает обзор всех внутренних соединений:

Известные проблемы

AMS1117 Регулятор напряжения

Плата «Mega 2560 Pro» может использовать регулятор напряжения AMS1117 »5V сомнительного качества (см. Это интересное сообщение в блоге). Регулятор может выйти из строя с полным или частичным внутренним шортом и передавать входное напряжение (7,5 В) остальной части схемы. Это может не только повредить другие компоненты (включая ATMEGA2560), но и может также повысить уровень генерируемого синусоидального сигнала. В результате инвертор может генерировать чрезмерное напряжение и повредить поворотный стол.

Проблема может быть преодолена путем замены AMS1117 еще одним регулятором типа «1117» от известного производителя, такого как LM1117 Texas Instruments или TS1117 от Taiwan Semiconductor. Конечно, часть должна быть приобретена у авторитетного дистрибьютора электроники. Старый регулятор может быть легко ослаблен, нанося избыток свежего припоя на три булавки, нагревая все, а затем вытирая его паяльным железом.

В зависимости от регулятора, дополнительные конденсаторы Tantalum Tantalum могут потребоваться добавить к входу и выводу регулятора (см. Лист данных). Такая модификация, основанная на TS1117, показана на этом изображении: Images/TS1117-Modification.jpg. Обратите внимание на два новых желтых конденсаторов Tantalum и дополнительные предохранители (см. Ниже). Тщательно соблюдайте полярность конденсаторов!

Более сложным (и, вероятно, чрезмерным) решением-добавление цепи лома и предохранитель в дизайн. Crowbar Circuit может быть поставлен как небольшая доска для пиггибера для «Mega 2560 Pro». Такое дополнение доступно здесь: https://github.com/sebmate/littlejimmy. Вот изображение его, установленного в Speedbox: Images/littlejimmy.jpg.

Предохранитель на самом деле необходим только для трассы лома, но нет ничего плохого в том, чтобы добавить его в целом. Приведенная выше блок -схема и задняя панель корпуса уже были расширены, чтобы включить это предохранитель. Как описано выше, так как схема рисует около 100 мА при 7,5 В, использование предохранителя с быстрым действием 125 мА является разумным.

LM2596S DC/DC Converter Poards

Эти недорогие понижающие доски, вероятно, не используют оригинальные ICS LM2596S (см. Эта ссылка для получения дополнительной информации см. Однако до сих пор у меня не было проблем с ними. Вышеуказанная схема Crowbar, при установке на плате Mega 2560 Pro », также обеспечивает некоторую защиту от возможного сбоя такой платы LM2596S DC/DC.

Списки деталей

Списки деталей доступны в parts-lists каталогов.

Один из списков предназначен для немецкого дистрибьютора Electronics Reichelt. Этот список также можно получить непосредственно через эту ссылку: https://www.reichelt.de/my/2038407. Этот список также содержит альтернативные части, которые не необходимы. Следовательно, список не должен быть упорядочен слепо. Обратите внимание, что я не связан с Reichelt и предоставляю этот список только для вашего удобства. Части могут быть доступны у других поставщиков по более низкой цене.

Примечания к сборке

• Предположим, что сборка займет около двух вечеров, как только у вас будут все части на месте.
• Комбинация материнской платы и дисплея может быть полностью протестирована без подключения к нему другого (например, кабеля к задней панели, усилитель, преобразователь постоянного тока/постоянного тока). Это работает путем питания доски «Mega 2560 Pro» через USB.
• Ручная проводка дисплея очень трудоемкой. Вы можете предпочесть использовать решение на основе соединителя. Обратите внимание, что не все 16 линий отображения требуются.
• Перед подключением и питанием на материнской плате и вентиляторах через преобразователи DC/DC важно заранее установить напряжения (например, на 7,5 В, как описано выше).
• Указанный винт для держателя предохранителя может быть слишком длинным и может прорваться через заднюю панель. Будьте осторожны при установлении держателя предохранителя и рассмотрите возможность использования более короткого винта.
• Изображения собранного устройства доступны в папке images . Обратите внимание, что они еще не показывают последнюю ревизию с схемой LittleJimmy и вторым предохранителем.

Процедура инициализации

Следующие шаги описывают, как первоначально настроить устройство:

• Прежде чем включить питание в первый раз, поверните регулятор громкости усилителя вниз.
• Следуйте инструкциям в разделе 4, «Начало работы», документации MagicQuartz для прошивки прошивки и выполнения настройки двигателя.
• Когда подпрограмма «Настройка двигателя» спрашивает вас о форме волны ( WaveForm параметров), установите это на 2.
• Когда дело доходит до установки напряжения (параметр VoltageMtOn ), в документации говорится, что шаги зависят от того, имеет ли инвертор, установленный в Speedbox, есть управление уровнем или нет. Это имеет: это регулятор громкости усилителя. Продолжайте, как описано в документации: установите VoltageMtOn на 1, затем медленно и тщательно включите регулятор громкости усилителя до тех пор, пока не будет достигнуто желаемое напряжение (например, 220V). Если усилитель переключается в состояние защиты, попробуйте еще раз.
• Обнаружение отключения инвертора может быть протестировано, как описано в разделе 4.3 программной документации, установив слишком низкое значение RampingSpeed , а затем перезагружая инвертор. Если он не работает и если измеренные значения тока в прошивке находятся на нижнем конце диапазона измерения (который составляет от 0 до 1023), вы можете заменить R7 на резистор с более высоким значением, например, 470 ком.