MagicQuartz TechDemo

MagicQuartz技术演示

介绍

该存储库包含能够运行专有MagicQuartz固件的转盘速度箱的开源硬件设计。硬件设计由两个部分组成：

• 可用于生成3D打印外壳的OpenSCAD模型。
• 主板的KICAD设计，包括示意图和PCB。

Speedbox基于D类音频放大器和环形变压器实现简单的交流电源逆变器，以提高电压。记录播放器的速度通过更改生成的交流频率来控制。这可以在标准记录速度（16、33、45和78 rpm）和使用光学传感器实时校正之间进行电子切换。请注意，此方法仅适用于带有交流电动机的转盘。

该设备支持MagicQuartz版本1.0“ Phoenix”的最重要功能，包括“高级电源管理”（APM）。但是，它缺乏LCD背光和风扇的备用，并且不会实现硬件侧的流行式倾斜。

许可

该存储库中的信息和文件是在Cern-Ohl-S V2开源许可下提供的（请单击此处以获取详细信息）。

免责声明

该存储库的唯一目的是提供易于生产的硬件设计，以展示MagicQuartz固件的功能。迄今为止，尚未对电气安全性，电磁合规性（EMC）和消防安全进行评估。根据此设计制造的设备不适合最终用户。

建造和操作此设备有几种严重的危险。如果您没有足够的知识，请不要尝试构建或操作设备。请注意，本存储库中的信息故意不构成组装说明。还要密切注意Cern-Ohl-S V2许可证的第6节和以下安全考虑因素。

硬件设计

安全考虑

• 该设备能够产生高压，并可能造成火灾和/或严重伤害，包括死亡。
• 该设备使用脉冲宽度调制（PWM）开关高电流，这可能会导致对其他电子设备或无线电设备的干扰。
• 该设备创建一个IT网络（Inlyé-terre）。这对电器（即电动机或转盘）的数量及其绝缘类型具有影响，以安全地连接到设备。
• 进行测量时要非常小心！不要尝试使用示波器测量变压器的高压侧！无需这样做，因为信号可以在低压侧进行全面验证。在这方面，还请注意，数字放大器的负输出与地面没有连接。在电路接地时执行测量时，会损坏示波器和其他设备的风险，例如Arduino的USB端口和PC上。在适用的情况下，请使用电隔离器。
• 该设备损坏连接的组件存在严重的风险。示例是频闪灯，可以通过电压尖峰或过度电压或依赖相移电容器的固定频率交流电动机损坏。 PWM载体信号通过立体声系统的音频路径并损坏扬声器也有风险。此外，请注意，尽管使用了软件端POP抑制，但是当设备打开时，通常会发生电压尖峰。因此，应在打开转盘之前打开设备。
• 单个预制的模块（尤其是放大器，降压转换器和微控制器板）可能包含来自不同制造商和不同质量的电子组件（请参阅“已知问题”部分）。如果发生硬件故障，这可能会导致进一步的意外损害。因此，绝不应该无人看管组装的设备。
• 请注意，随着时间的推移，3D打印组件的机械，电和化学性质可能会改变或恶化。

OpenSCAD 3D模型

OpenSCAD文件可用于虚拟探索设备和3D打印物理外壳。

注意：如果未正确显示前面的符号，则必须安装“符号”字体（Ubuntu软件包名称： fonts-symbola ）。

零件概述和打印笔记

下表提供了3D模型中所有3D打印机的概述以及一些注释。请注意，总共打印时间约为22小时（在Ultimaker 2上）。

为了方便起见，在release文件夹中可以使用STL文件，但可以在OpenSCAD中轻松生成它们。将变量render_components设置为false ，并将变量generate的值更改为相应的零件号。然后按F5预览零件，F6渲染零件，然后F7导出STL文件。请注意，即使在快速计算机上，渲染过程也可能需要大量时间。另请注意，生成的对象已经适当定向以打印。

我在Cura版本5.1.1至5.3.0上打印了一些问题，尤其是在“背面”部分。切片机创建了一些明显的文物，并且没有按预期处理文本（文本下的最后一层未按预期打印）。我回到4.13.1。

除了下表：

• 使用“树”支撑打印所有零件。
• 使用“网格”填充图案打印所有零件（第3部分除外，请参见注释）。
• 打印所有带有0.2毫米层高度的零件（第8部分除外，请参见注释）。
• 打印所有带有粘附类型的“ brim”的零件（第8部分除外，请参见注释）。

NR部分。	姓名	建议的颜色	笔记 /异常
1	底板	黑色的	可以在没有“树”支撑的情况下打印。
1	底板（材料节省）	黑色的	节省了一些细丝，但不那么坚固。可以在没有“树”支撑的情况下打印。
2	前部	白色的	将“支撑X/Y距离”设置为1.6毫米，以防止切片机在进气口中创建支撑。
3	前中心部分	透明的	使用“闪电”填充图案创建一个漂亮的“石英状”外观。
4	前部	白色的
5	覆盖	棕色的	如果您不打算使用装饰箔，则打印此变体。
5	盖子（材料节省）	（任何）	如果装饰箔不能正确地固定在边缘，则在边缘的表面上稍微磨碎。
6	脚（打印4倍）	银	可以打印而没有“边缘”。
7	电压表盖	作为前部
8	按钮组件	银	用0.1 mm或更少的时间打印以提高强度，请勿使用粘附支撑（BRIM）。在顶层启用熨烫。
9	后退	白色的
10	虚拟插座	回来	没有“边缘”打印。
11	光学传感器情况	黑色的

成分

应从OpenSCAD和KICAD项目中易于识别要使用的组件。对于不立即明显的组件，以下是一些细节：

• 螺钉：所有零件都可以用自动敲击螺钉将“ DIN 7981 CH”类型（2.9x9.5毫米）固定在一起，除了LCD和Voltmeter盖，其中应使用2.2x9.5毫米。当然，din螺钉还可以用类似的兼容螺钉代替。
• 电缆扎带：该机柜旨在安装带有电缆扎带的各种组件，例如变压器，内部风扇（仅用于2型放大器2型），高压螺丝端子，并固定了AC OUT电缆。围栏中心的条可用于连接电缆绑带的电线。
• 放大器： OPENSCAD设计目前基于TDA7498和TPA3116D2芯片的两种类型的数字功率放大器板的容纳（请参见下面的渲染）。第一种类型似乎非常脆弱，需要约28V。第二种类型更强大，在24V时运行良好，但噪音更高，肯定需要更好的散热器。但是，可以修改设计以适应其他类型。还有第三种“占位符”类型，可用于自定义开发。
• 环形变压器：键入“ RKT 5012”（50VA，220V至2x12v）。为了在两个放大器通道上分配负载，可以通过放大器的两个输出通道并行驱动两个12V变压器绕组。然后，重要的是要确保两个绕组实际上是并行驱动而不是反向驱动的。在放大器处的“ R+，R-，L+，L-”的连接顺序时，工作布线序列是RKT 5012的“红色，黄色，蓝色，绿色”。谨慎！在操作过程中，220V敲击是现场直播的。
• AC电压表：键入60-300V AC的“ YB27A”，从其原始外壳中删除。请注意，电压表是现场直播的，并且有电击的风险。如果需要扩展或更换电线，请确保它们具有正确的电压额定值。
• 电源开关：键入“ KCDI-101”。
• DC/DC转换器板：基于LM2596S的降低电压调节板（另请参见下面的“已知问题”）。
• 保险丝：保险丝1覆盖整个电路，应根据实现的功率等级进行大小。例如，如果使用50VA变压器和24V电源，则可能适合2A保险丝。保险丝2用于保护和连接到“ Mega 2560 Pro”板上的组件，该板在7.5V时绘制约100mA。因此，使用125mA快速效果保险丝是合理的。

KICAD示意图和PCB

该存储库还包含用于主板的电子电路。 PCB设计用于快速原型制作，可以单面生产，例如用小CNC或蚀刻来产生。但是，可选的顶铜层可用于改善屏蔽。当然，PCB也可以由任何PCB制造商制造。

主板是围绕“ Mega 2560 Pro”板（在原理图中表示U1）建造的。据作者所知，该董事会最初是由Robotdyn开发的。不幸的是，它似乎不再可用，但是其他公司的重新制作已被广泛使用。单击此处获取Robotdyn网页的存档版本。

电子电路非常简单，应该是自我解释的。但是，以下几点解释了一些特殊方面：

• 电源：连接器J2（“电源”）用于通过PIN 2和3从外部电源源为主板供电（通常为24-32V，具体取决于放大器的电压要求，在原理图中标记为“+24V”）。连接器J2还用于通过引脚1和4的放大器板供电。请注意，J2的引脚1连接到第二个接地（GND1），该（GND1）用于测量放大器电流（见下文）。
• DC/DC转换器板：如上所述，主板提供24-32V（标记为“+24V”）。但是，U1板需要在7V和12V之间的电压（标记为“+7.5V”）。由于用线性调节器克服大型电压差是不切实际的，因此可以使用连接器J3（“ DC/DC”）连接外部DC/DC升压转换器板（请参阅OpenScad Design）。然后，U1使用其机上线性电压调节器（AMS1117）创建5V。外壳可以容纳第二个DC/DC转换器板，专门为风扇提供动力。但是，如果球迷在第一板上的电压下运行良好，则他们也可以连接到第一个转换器板。
• Jumper“ Enable APM”： U1的Digital Pin D27可以拉到GND（Jumper J1“ Enable APM”已关闭），以告诉固件当前的传感电路可用，这使固件可以检测到转盘电机是否当前供电。
• 当前的测量：当前的测量工作如下：电源部分的电流（数字放大器板）通过电阻R4（0.15 OHM，3W）的电压下降来测量。测得的电压通过C7和R5进行低通滤波，并通过U2A带到电压水平，可通过微接管器的ADC轻松测量。
• 低通滤波器：使用简单的RC滤波器，PWM低通滤波器部分将PWM信号从微控制器转换为一个或两个模拟正弦波。该过滤器的截止频率约为200 Hz，该频率足够高，可以通过任何可能的AC频率，但会阻止PWM载体信号。如果要实现双相逆变器，则该过滤器将实现两次（这需要附加的变压器和不同的外壳）。对于单相配置，建议仅装备一个过滤器部分，并在放大器的输入处桥接两个通道。如果用户意外改变固件的相移，则消除了损坏放大器的风险。

框图

这是一个框图，概述了所有内部连接：

已知问题

AMS1117电压调节器

“ Mega 2560 Pro”板可以使用可疑质量的“ AMS1117” 5V电压调节器（请参阅此有趣的博客文章）。调节器可能会以完整或部分的内部短线或部分内部短而失败，并将输入电压（7.5V）传递给电路的其余部分。这不仅可能损害其他组件（包括Atmega2560），还可能会增加产生的正弦信号的水平。结果，逆变器可能会产生过多的电压并损坏转盘。

可以通过由来自著名制造商的另一个“ 1117”型调节器代替AMS1117，例如Texas Instruments的LM1117或台湾半导体的TS1117。当然，该零件应从信誉良好的电子分销商那里购买。可以通过将多余的新鲜焊料涂在其三个销钉中，加热所有东西，然后用焊接铁将其擦去，从而轻松地将旧调节器拆下。

根据调节剂的不同，可能需要将其他10uf tantalum电容器添加到调节器的输入和输出中（请参阅数据表）。此图像中显示了基于TS1117的修改：Images/TS1117-Modification.jpg。请注意，两个新的黄色触觉电容器和额外的保险丝（见下文）。仔细观察电容器的极性！

一个更复杂的（可能是顶级）的解决方案是在设计中添加撬棍电路和保险丝。撬棍巡回赛可以作为“ Mega 2560 Pro”的小型背包板提供。这样的附加组件可在此处提供：https：//github.com/sebmate/littlejimmy。这是安装在Speedbox中的图片：Images/LittleJimmy.jpg。

实际上，撬棍电路需要保险丝，但总体上添加它没有错。上面的框图和外壳的后面板已经扩展以结合此保险丝。如上所述，由于电路在7.5V时绘制约100mA，因此使用125mA快速效果保险丝是合理的。

LM2596S DC/DC转换器板

这些廉价的降级板可能不使用原始的LM2596S IC（有关更多信息，请参见此链接）。但是，到目前为止，我对这些没有任何问题。上述撬棍电路安装在“ Mega 2560 Pro”板上时，还提供了一些保护，以防止这种LM2596S DC/DC转换器板的可能故障。

零件列表

零件列表在目录parts-lists中可用。

其中之一是德国电子发行商Reichelt。也可以通过此链接直接访问此列表：https：//www.reichelt.de/my/2038407。此列表还包含非必要的替代部分。因此，列表不应盲目订购。请注意，我不隶属于Reichelt，只是为了您的方便而提供此列表。这些零件可以以较低的价格从其他供应商那里获得。

组装笔记

• 假设一旦您将所有零件都放置在适当的位置，则组件将进行大约两个晚上。
• 主板和显示的组合可以进行全面测试，而无需连接到它的其他任何连接（例如，电缆到后面板，放大器，DC/DC转换器）。这可以通过USB为“ Mega 2560 Pro”板供电。
• 显示屏的手动接线非常耗时。您可能更喜欢使用基于连接器的解决方案。请注意，并非所有16条显示行都需要。
• 在通过DC/DC转换器连接和为风扇连接并为风扇提供动力之前，必须事先将电压设置为（例如，为7.5V，如上所述）。
• 保险丝支架的指定螺钉可能太长，可能会突破后面板。安装保险丝支架时要小心，并考虑使用较短的螺钉。
• 组装设备的图片在images文件夹中可用。请注意，这些尚未显示使用LittleJimmy电路和第二个保险丝的最新修订版。

初始化过程

以下步骤描述了如何最初设置设备：

• 在第一次打开电源之前，请一直将放大器板量控制转动。
• 按照MagicQuartz文档的“入门”第4节中的说明，用于刷新固件并执行电动机设置。
• 当“电机设置”例程向您询问波形（参数WaveForm ）时，将其设置为2。
• 在设置电压（参数VoltageMtOn ）时，文档说这些步骤取决于Speedbox中安装的逆变器是否具有级别控件。它具有：这是放大器的音量控制。如文档中所述进行：将VoltageMtOn设置为1，然后缓慢并小心地调高放大器的体积控制，直到达到所需的电压（例如，220V）。如果放大器切换到保护状态，请重试。
• 可以通过设置太低的RampingSpeed值然后重新启动逆变器来测试逆变器关闭检测，如软件文档第4.3节所述。如果它不起作用，如果固件中测得的电流值位于测量范围的下端（从0到1023），则可以用更高的值电阻器替换R7，例如470 KOHM。