MagicQuartz TechDemo

MagicQuartz技術演示

介紹

該存儲庫包含能夠運行專有MagicQuartz固件的轉盤速度箱的開源硬件設計。硬件設計由兩個部分組成：

• 可用於生成3D打印外殼的OpenSCAD模型。
• 主板的KICAD設計，包括示意圖和PCB。

Speedbox基於D類音頻放大器和環形變壓器實現簡單的交流電源逆變器，以提高電壓。記錄播放器的速度通過更改生成的交流頻率來控制。這可以在標準記錄速度（16、33、45和78 rpm）和使用光學傳感器實時校正之間進行電子切換。請注意，此方法僅適用於帶有交流電動機的轉盤。

該設備支持MagicQuartz版本1.0“ Phoenix”的最重要功能，包括“高級電源管理”（APM）。但是，它缺乏LCD背光和風扇的備用，並且不會實現硬件側的流行式傾斜。

許可

該存儲庫中的信息和文件是在Cern-Ohl-S V2開源許可下提供的（請單擊此處以獲取詳細信息）。

免責聲明

該存儲庫的唯一目的是提供易於生產的硬件設計，以展示MagicQuartz固件的功能。迄今為止，尚未對電氣安全性，電磁合規性（EMC）和消防安全進行評估。根據此設計製造的設備不適合最終用戶。

建造和操作此設備有幾種嚴重的危險。如果您沒有足夠的知識，請不要嘗試構建或操作設備。請注意，本存儲庫中的信息故意不構成組裝說明。還要密切注意Cern-Ohl-S V2許可證的第6節和以下安全考慮因素。

硬件設計

安全考慮

• 該設備能夠產生高壓，並可能造成火災和/或嚴重傷害，包括死亡。
• 該設備使用脈衝寬度調製（PWM）開關高電流，這可能會導致對其他電子設備或無線電設備的干擾。
• 該設備創建一個IT網絡（Inlyé-terre）。這對電器（即電動機或轉盤）的數量及其絕緣類型具有影響，以安全地連接到設備。
• 進行測量時要非常小心！不要嘗試使用示波器測量變壓器的高壓側！無需這樣做，因為信號可以在低壓側進行全面驗證。在這方面，還請注意，數字放大器的負輸出與地面沒有連接。在電路接地時執行測量時，會損壞示波器和其他設備的風險，例如Arduino的USB端口和PC上。在適用的情況下，請使用電隔離器。
• 該設備損壞連接的組件存在嚴重的風險。示例是頻閃燈，可以通過電壓尖峰或過度電壓或依賴相移電容器的固定頻率交流電動機損壞。 PWM載體信號通過立體聲系統的音頻路徑並損壞揚聲器也有風險。此外，請注意，儘管使用了軟件端POP抑制，但是當設備打開時，通常會發生電壓尖峰。因此，應在打開轉盤之前打開設備。
• 單個預製的模塊（尤其是放大器，降壓轉換器和微控制器板）可能包含來自不同製造商和不同質量的電子組件（請參閱“已知問題”部分）。如果發生硬件故障，這可能會導致進一步的意外損害。因此，絕不應該無人看管組裝的設備。
• 請注意，隨著時間的推移，3D打印組件的機械，電和化學性質可能會改變或惡化。

OpenSCAD 3D模型

OpenSCAD文件可用於虛擬探索設備和3D打印物理外殼。

注意：如果未正確顯示前面的符號，則必須安裝“符號”字體（Ubuntu軟件包名稱： fonts-symbola ）。

零件概述和打印筆記

下表提供了3D模型中所有3D打印機的概述以及一些註釋。請注意，總共打印時間約為22小時（在Ultimaker 2上）。

為了方便起見，在release文件夾中可以使用STL文件，但可以在OpenSCAD中輕鬆生成它們。將變量render_components設置為false ，並將變量generate的值更改為相應的零件號。然後按F5預覽零件，F6渲染零件，然後F7導出STL文件。請注意，即使在快速計算機上，渲染過程也可能需要大量時間。另請注意，生成的對像已經適當定向以打印。

我在Cura版本5.1.1至5.3.0上打印了一些問題，尤其是在“背面”部分。切片機創建了一些明顯的文物，並且沒有按預期處理文本（文本下的最後一層未按預期打印）。我回到4.13.1。

除了下表：

• 使用“樹”支撐打印所有零件。
• 使用“網格”填充圖案打印所有零件（第3部分除外，請參見註釋）。
• 打印所有帶有0.2毫米層高度的零件（第8部分除外，請參見註釋）。
• 打印所有帶有粘附類型的“ brim”的零件（第8部分除外，請參見註釋）。

NR部分。	姓名	建議的顏色	筆記 /異常
1	底板	黑色的	可以在沒有“樹”支撐的情況下打印。
1	底板（材料節省）	黑色的	節省了一些細絲，但不那麼堅固。可以在沒有“樹”支撐的情況下打印。
2	前部	白色的	將“支撐X/Y距離”設置為1.6毫米，以防止切片機在進氣口中創建支撐。
3	前中心部分	透明的	使用“閃電”填充圖案創建一個漂亮的“石英狀”外觀。
4	前部	白色的
5	覆蓋	棕色的	如果您不打算使用裝飾箔，則打印此變體。
5	蓋子（材料節省）	（任何）	如果裝飾箔不能正確地固定在邊緣，則在邊緣的表面上稍微磨碎。
6	腳（打印4倍）	銀	可以打印而沒有“邊緣”。
7	電壓表蓋	作為前部
8	按鈕組件	銀	用0.1 mm或更少的時間打印以提高強度，請勿使用粘附支撐（BRIM）。在頂層啟用熨燙。
9	後退	白色的
10	虛擬插座	回來	沒有“邊緣”打印。
11	光學傳感器情況	黑色的

成分

應從OpenSCAD和KICAD項目中易於識別要使用的組件。對於不立即明顯的組件，以下是一些細節：

• 螺釘：所有零件都可以用自動敲擊螺釘將“ DIN 7981 CH”類型（2.9x9.5毫米）固定在一起，除了LCD和Voltmeter蓋，其中應使用2.2x9.5毫米。當然，din螺釘還可以用類似的兼容螺釘代替。
• 電纜紮帶：該機櫃旨在安裝帶有電纜紮帶的各種組件，例如變壓器，內部風扇（僅用於2型放大器2型），高壓螺絲端子，並固定了AC OUT電纜。圍欄中心的條可用於連接電纜綁帶的電線。
• 放大器： OPENSCAD設計目前基於TDA7498和TPA3116D2芯片的兩種類型的數字功率放大器板的容納（請參見下面的渲染）。第一種類型似乎非常脆弱，需要約28V。第二種類型更強大，在24V時運行良好，但噪音更高，肯定需要更好的散熱器。但是，可以修改設計以適應其他類型。還有第三種“佔位符”類型，可用於自定義開發。
• 環形變壓器：鍵入“ RKT 5012”（50VA，220V至2x12v）。為了在兩個放大器通道上分配負載，可以通過放大器的兩個輸出通道並行驅動兩個12V變壓器繞組。然後，重要的是要確保兩個繞組實際上是並行驅動而不是反向驅動的。在放大器處的“ R+，R-，L+，L-”的連接順序時，工作佈線序列是RKT 5012的“紅色，黃色，藍色，綠色”。謹慎！在操作過程中，220V敲擊是現場直播的。
• AC電壓表：鍵入60-300V AC的“ YB27A”，從其原始外殼中刪除。請注意，電壓表是現場直播的，並且有電擊的風險。如果需要擴展或更換電線，請確保它們具有正確的電壓額定值。
• 電源開關：鍵入“ KCDI-101”。
• DC/DC轉換器板：基於LM2596S的降低電壓調節板（另請參見下面的“已知問題”）。
• 保險絲：保險絲1覆蓋整個電路，應根據實現的功率等級進行大小。例如，如果使用50VA變壓器和24V電源，則可能適合2A保險絲。保險絲2用於保護和連接到“ Mega 2560 Pro”板上的組件，該板在7.5V時繪製約100mA。因此，使用125mA快速效果保險絲是合理的。

KICAD示意圖和PCB

該存儲庫還包含用於主板的電子電路。 PCB設計用於快速原型製作，可以單面生產，例如用小CNC或蝕刻來產生。但是，可選的頂銅層可用於改善屏蔽。當然，PCB也可以由任何PCB製造商製造。

主板是圍繞“ Mega 2560 Pro”板（在原理圖中表示U1）建造的。據作者所知，該董事會最初是由Robotdyn開發的。不幸的是，它似乎不再可用，但是其他公司的重新製作已被廣泛使用。單擊此處獲取Robotdyn網頁的存檔版本。

電子電路非常簡單，應該是自我解釋的。但是，以下幾點解釋了一些特殊方面：

• 電源：連接器J2（“電源”）用於通過PIN 2和3從外部電源源為主板供電（通常為24-32V，具體取決於放大器的電壓要求，在原理圖中標記為“+24V”）。連接器J2還用於通過引腳1和4的放大器板供電。請注意，J2的引腳1連接到第二個接地（GND1），該（GND1）用於測量放大器電流（見下文）。
• DC/DC轉換器板：如上所述，主板提供24-32V（標記為“+24V”）。但是，U1板需要在7V和12V之間的電壓（標記為“+7.5V”）。由於用線性調節器克服大型電壓差是不切實際的，因此可以使用連接器J3（“ DC/DC”）連接外部DC/DC升壓轉換器板（請參閱OpenScad Design）。然後，U1使用其機上線性電壓調節器（AMS1117）創建5V。外殼可以容納第二個DC/DC轉換器板，專門為風扇提供動力。但是，如果球迷在第一板上的電壓下運行良好，則他們也可以連接到第一個轉換器板。
• Jumper“ Enable APM”： U1的Digital Pin D27可以拉到GND（Jumper J1“ Enable APM”已關閉），以告訴固件當前的傳感電路可用，這使固件可以檢測到轉盤電機是否當前供電。
• 當前的測量：當前的測量工作如下：電源部分的電流（數字放大器板）通過電阻R4（0.15 OHM，3W）的電壓下降來測量。測得的電壓通過C7和R5進行低通濾波，並通過U2A帶到電壓水平，可通過微接管器的ADC輕鬆測量。
• 低通濾波器：使用簡單的RC濾波器，PWM低通濾波器部分將PWM信號從微控制器轉換為一個或兩個模擬正弦波。該過濾器的截止頻率約為200 Hz，該頻率足夠高，可以通過任何可能的AC頻率，但會阻止PWM載體信號。如果要實現雙相逆變器，則該過濾器將實現兩次（這需要附加的變壓器和不同的外殼）。對於單相配置，建議僅裝備一個過濾器部分，並在放大器的輸入處橋接兩個通道。如果用戶意外改變固件的相移，則消除了損壞放大器的風險。

框圖

這是一個框圖，概述了所有內部連接：

已知問題

AMS1117電壓調節器

“ Mega 2560 Pro”板可以使用可疑質量的“ AMS1117” 5V電壓調節器（請參閱此有趣的博客文章）。調節器可能會以完整或部分的內部短線或部分內部短而失敗，並將輸入電壓（7.5V）傳遞給電路的其餘部分。這不僅可能損害其他組件（包括Atmega2560），還可能會增加產生的正弦信號的水平。結果，逆變器可能會產生過多的電壓並損壞轉盤。

可以通過由來自著名製造商的另一個“ 1117”型調節器代替AMS1117，例如Texas Instruments的LM1117或台灣半導體的TS1117。當然，該零件應從信譽良好的電子分銷商那裡購買。可以通過將多餘的新鮮焊料塗在其三個銷釘中，加熱所有東西，然後用焊接鐵將其擦去，從而輕鬆地將舊調節器拆下。

根據調節劑的不同，可能需要將其他10uf tantalum電容器添加到調節器的輸入和輸出中（請參閱數據表）。此圖像中顯示了基於TS1117的修改：Images/TS1117-Modification.jpg。請注意，兩個新的黃色觸覺電容器和額外的保險絲（見下文）。仔細觀察電容器的極性！

一個更複雜的（可能是頂級）的解決方案是在設計中添加撬棍電路和保險絲。撬棍巡迴賽可以作為“ Mega 2560 Pro”的小型背包板提供。這樣的附加組件可在此處提供：https：//github.com/sebmate/littlejimmy。這是安裝在Speedbox中的圖片：Images/LittleJimmy.jpg。

實際上，撬棍電路需要保險絲，但總體上添加它沒有錯。上面的框圖和外殼的後面板已經擴展以結合此保險絲。如上所述，由於電路在7.5V時繪製約100mA，因此使用125mA快速效果保險絲是合理的。

LM2596S DC/DC轉換器板

這些廉價的降級板可能不使用原始的LM2596S IC（有關更多信息，請參見此鏈接）。但是，到目前為止，我對這些沒有任何問題。上述撬棍電路安裝在“ Mega 2560 Pro”板上時，還提供了一些保護，以防止這種LM2596S DC/DC轉換器板的可能故障。

零件列表

零件列表在目錄parts-lists中可用。

其中之一是德國電子發行商Reichelt。也可以通過此鏈接直接訪問此列表：https：//www.reichelt.de/my/2038407。此列表還包含非必要的替代部分。因此，列表不應盲目訂購。請注意，我不隸屬於Reichelt，只是為了您的方便而提供此列表。這些零件可以以較低的價格從其他供應商那裡獲得。

組裝筆記

• 假設一旦您將所有零件都放置在適當的位置，則組件將進行大約兩個晚上。
• 主板和顯示的組合可以進行全面測試，而無需連接到它的其他任何連接（例如，電纜到後面板，放大器，DC/DC轉換器）。這可以通過USB為“ Mega 2560 Pro”板供電。
• 顯示屏的手動接線非常耗時。您可能更喜歡使用基於連接器的解決方案。請注意，並非所有16條顯示行都需要。
• 在通過DC/DC轉換器連接和為風扇連接並為風扇提供動力之前，必須事先將電壓設置為（例如，為7.5V，如上所述）。
• 保險絲支架的指定螺釘可能太長，可能會突破後面板。安裝保險絲支架時要小心，並考慮使用較短的螺釘。
• 組裝設備的圖片在images文件夾中可用。請注意，這些尚未顯示使用LittleJimmy電路和第二個保險絲的最新修訂版。

初始化過程

以下步驟描述瞭如何最初設置設備：

• 在第一次打開電源之前，請一直將放大器板量控制轉動。
• 按照MagicQuartz文檔的“入門”第4節中的說明，用於刷新固件並執行電動機設置。
• 當“電機設置”例程向您詢問波形（參數WaveForm ）時，將其設置為2。
• 在設置電壓（參數VoltageMtOn ）時，文檔說這些步驟取決於Speedbox中安裝的逆變器是否具有級別控件。它具有：這是放大器的音量控制。如文檔中所述進行：將VoltageMtOn設置為1，然後緩慢並小心地調高放大器的體積控制，直到達到所需的電壓（例如，220V）。如果放大器切換到保護狀態，請重試。
• 可以通過設置太低的RampingSpeed值然後重新啟動逆變器來測試逆變器關閉檢測，如軟件文檔第4.3節所述。如果它不起作用，如果固件中測得的電流值位於測量範圍的下端（從0到1023），則可以用更高的值電阻器替換R7，例如470 KOHM。