Программируемый реверсивный счетчик импульсов на микроконтроллере. Самодельный намоточный станок

Счётчик витков для намоточного станка

Когда-нибудь мотать трансформаторы вручную надоедает, и вот ты уже криво пилишь досочки бывшего шкафа для постройки намоточного станка. Станки эти бывают разными: с ручным приводом или с электрическим, с укладчиком витков и без. Но все их объединяет одно: необходимость счётчика витков. Это прекрасное дополнение позволит с комфортом наматывать многовитковые обмотки, как то, например, сетевые - под 1000 витков или первички выходных трансформаторов - под 3000. Хороший счётчик должен уметь считать в обоих направлениях: если ты решишь смотать часть витков, он должен вычесть их из подсчитанного количества. А если ты решишь мотать понемногу каждый день, то нужно бы запоминать, сколько уже намотал, чтобы потом продолжить с этого же места. Ну, и, разумеется, вся конструкция должна быть простейшей, на самых доступных деталях.

Как думаешь, быстро ли мы нашли такую? Правильно, нет. Конечно, понаделано всякого на атмегах с двухстрочными ЖК-дисплеями, но это же не бортовой компьютер! К тому же, некоторые счётчики витков просто не умеют считать назад.

И вот, наконец, нужная конструкция была найдена! Её придумал и воплотил Владимир, страница с авторским описанием:

Счётчик построен на распространённом микроконтроллере PIC16F628A. Четыре разряда количества витков отображаются семисегментным индикатором. Таким образом, можно мотать до 9999 витков, что актуально при намотке выходных трансформаторов. Имеются две кнопки: сброс и запоминание. В качестве датчиков используются два геркона. На валу станка необходимо просто прикрепить магнит.

В авторском варианте используется индикатор с общим катодом какой-то неведомой распиновки. Нам пришлось переделать как плату, под более широкий индикатор, так и прошивку, под индикатор с общим анодом. Но авторский вариант был проверен в симуляторе, работает хорошо.

У этого счётчика есть одна особенность: он считает при скорости не менее одного изменения состояния герконов за пять секунд. Поэтому если ты медленно и аккуратно что-то подматываешь, то есть шанс, что он этот виток не посчитает. Но вероятность такого невелика, так что можно пользоваться.

Вероятно, конструкцию можно переделать с герконов на оптику, если кому нужно, или даже на механические контакты - дребезг подавляется программно.

Вариант 1: ATmega8 + Nokia 5110 LCD + питание 3V

В схеме используются Atmega8-8PU (внешний кварц частотой 8MHz), Nokia 5110 LCD и транзистор для обработки импульсов от геркона. Регулятор напряжения на 3,3V обеспечивает питание для всей цепи.

Все компоненты были смонтированы на макетной плате, включая разъемы для: ISP - программатора (USBAsp), 5110 Nokia LCD, питания (5V, подаваемого на 3.3V - регулятор), геркона, кнопки сброса и 2-контактный разъем, используемый для считывания полярности обмотки двигателя привода станка, чтобы знать, увеличивать или уменьшать счетчик.

Назначение разъемов:
J1: Питание. На разъем поступает 5V и дальше на стабилизатор L7833 для получения напряжения 3,3V, используемого ATmega8 и LCD.
J2: Разъем для ЖК-дисплея, идущий на Nokia 5110 LCD.
J3: Геркон. Вход импульсов для подсчета микроконтроллером.
J4: Разъем полярности. Он должен быть подключен параллельно обмотке двигателя. Схема слежения была расчитана для 12-вольтового двигателя, но ее можно применить под другое напряжение двигателя, регулируя номиналы делителей напряжения, образованные R3-R4 и R5-R6. Если двигатель подключен к прямой полярности, на PD0 будет высокий лог. уровень, если двигатель подключен к обратной полярности, то на PD1 будет высокий лог. уровень. Эта информация используется в коде для увеличения или уменьшения счетчика.
J5: Сброс счетчика. При нажатии кнопки, произойдет обнуление счетчика.
Разъем ISP: это 10-контактный разъем для программатора USBAsp AVR.

Схема устройства

Фото готового устройства

Вариант 2: ATmega8 + 2x16 HD44780 LCD + питание 5V

Некоторые из моих читателей попросили сделать вариант счетчика в котором используется дисплей 2x16 HD44780 (или меньший вариант 1x16). Для этих дисплеев требуется напряжение питания 5V, поэтому стабилизатор на 3,3V не актуален.

Схема устройства

Биты конфигурации микроконтроллера для обоих вариантов: LOW - 0xFF, HIGH - 0xC9.

Но можно построить счетчик всего на одной микросхеме - универсальном программируемом микроконтроллере, имеющем в своем составе разнообразные периферийные устройства и способном решать очень широкий круг задач. Многие микроконтроллеры имеют особую область памяти - EEPROM. Записанные в нее (в том числе во время исполнения программы) данные, например, текущий результат счета, сохраняются и после отключения питания.

В предлагаемом счетчике применен микроконтроллер Attiny2313 из семейства AVR фирмы Almel. В приборе реализован реверсивный счет, вывод результата с гашением незначащих н

улей на четырехразрядный светодиодный индикатор, хранение результата в EEPROM при выключенном питании. Встроенный в микроконтроллер аналоговый компаратор использован для своевременного обнаружения уменьшения напряжения питания. Счетчик запоминает результат счета при отключении питания, восстанавливая его при включении, и аналогично механическому счетчику снабжен кнопкой обнуления показаний.

Схема счетчика представлена на рисунке. Шесть линий порта В (РВ2- РВ7) и пять линий порта D (PDO, PD1, PD4-PD6) использованы для организации динамической индикации результата счета на светодиодный индикатор HL1. Коллекторными нагрузками фототранзисторов VT1 и VT2 служат встроенные в микроконтроллер и включенные программно резисторы, соединяющие соответствующие выводы микроконтроллера с цепью его питания.

Увеличение результата счета N на единицу происходит в момент прерывания оптической связи между излучающим диодом VD1 и фототранзистором VT1, что создает нарастающий перепад уровня на входе INT0 микроконтроллера. При этом уровень на входе INT1 должен быть низким, т. е. фототранзистор VT2 должен быть освещен излучающим диодом VD2. В момент нарастающего перепада на входе INT1 при низком уровне на входе INT0 результат уменьшится на единицу. Другие комбинации уровней и их перепадов на входах INT0 и INT1 результат счета не изменяют.

По достижении максимального значения 9999 счет продолжается с нуля. Вычитание единицы из нулевого значения дает результат 9999. Если обратный счет не нужен, можно исключить из счетчика излучающий диод VD2 и фототранзистор VT2 и соединить вход INT1 микроконтроллера с общим проводом. Счет будет идти только на увеличение.

Как уже сказано, детектором снижения напряжения питания служит встроенный в микроконтроллер аналоговый компаратор. Он сравнивает нестабилизированное напряжение на выходе выпрямителя (диодного моста VD3) со стабилизированным на выходе интегрального стабилизатора DA1. Программа циклически проверяет состояние компаратора. После отключения счетчика от сети напряжение на конденсаторе фильтра выпрямителя С1 спадает, а стабилизированное еще некоторое время остается неизменным. Резисторы R2-R4 подобраны так. что состояние компаратора в этой ситуации изменяется на противоположное. Обнаружив это, программа успевает записать текущий результат счета в EEPROM микроконтроллера еще до прекращения его функционирования по причине выключения питания. При последующем включении программа прочитает число, записанное в ЕЕРРОМ, и выведет его на индикатор. Счет будет продолжен с этого значения.

Ввиду ограниченного числа выводов микроконтроллера для подключения кнопки SB1, обнуляющей счетчик, использован вывод 13, служащий инвертирующим аналоговым входом компаратора (AIM) и одновременно - "цифровым" входом РВ1. Делителем напряжения {резисторы R4, R5) здесь задан уровень, воспринимаемый микроконтроллером как высокий логический При нажатии на кнопку SB1 он станет низким. На состояние компаратора это не повлияет, так как напряжение на входе AIN0 по-прежнему больше, чем на AIN1.

При нажатой кнопке SB1 программа выводит во всех разрядах индикатора знак "минус", а после ее отпускания начинает счет с нуля. Если при нажатой кнопке выключить питание счетчика, текущий результат не будет записан в EEPROM, а хранящееся там значение останется прежним.

Программа построена таким образом, что ее легко адаптировать к счетчику с другими индикаторами (например, с общими катодами), с другой разводкой печатной платы и т. п. Небольшая коррекция программы потребуется и при использовании кварцевого резонатора на частоту, отличающуюся более чем на 1 МГц от указанной.

При напряжении источника 15 В измеряют напряжение на контактах 12 и 13 панели микроконтроллера относительно общего провода (конт.10). Первое должно находиться в интервале 4...4.5 В, а второе - быть больше 3,5 В, но меньше первого. Далее постепенно уменьшают напряжение источника. Когда оно упадет до 9... 10 В, разность значений напряжения на контактах 12 и 13 должна стать нулевой, а затем поменять знак.

Теперь можно установить в панель запрограммированный микроконтроллер, подключить трансформатор и подать на него сетевое напряжение. Спустя 1,5...2 с нужно нажать на кнопку SB1. На индикатор счетчика будет выведена цифра 0. Если на индикатор ничего не выведено, еще раз проверьте значения напряжения на входах AIN0.AIN1 микроконтроллера. Первое должно быть больше второго.

Еще если кто будет собирать счётчик на Atiny2313 без кварца,
Фьюзы я запрограммировал так



исходник ASM
Прошивка

В радиолюбительской практике, часто возникает необходимость намотать/перемотать различные обмотки трансформаторов, дросселей, реле и др. .
При разработке данного станка, ставились следующие задачи:

1. Малые габариты.
2. Плавный старт шпинделя.
3. Счётчик до 10000 витков (9999).
4. Намотка с автоматической укладкой провода. Шаг укладки (диаметр провода) 0.02 - 0.4мм.
5. Возможность намотки секционных обмоток без перенастройки.
6. Возможность закрепления и намотки каркасов без центрального отверстия.

Рисунок 1.
Внешний вид намоточного станка.

Состав намоточного станка.

1. Подающая бобина (катушка с проводом).
2. Притормаживание (тормозной механизм).
3. Шаговый двигатель центровки бобины.
4. Шариковые мебельные направляющие.
5. Шторка оптических датчиков механизма центровки бобины.
6. Ручка перемещения позиционера на другую секцию при намотке секционных обмоток.
7. Кнопки ручного переключения направления укладки.
8. Светодиоды направления укладки.
9. Шаговый двигатель позиционера.
10. Шторки оптических датчиков границы намотки.
11. Винт позиционера.
12. Шариковые мебельные направляющие.
13. Наматываемая катушка.
14. Двигатель намотки.
15. Счётчик витков.
16. Кнопки настройки.
17. Оптический датчик синхронизации.
18. Регулятор скорости.

Устройство и принцип действия.

Подающий узел.

Подающий узел предназначен для закрепления на нём бобины с проводом, различных величин, и обеспечения натяжения провода.
В него входит механизм крепления бобин и механизм подтормаживания вала.

Рисунок 2.
Подающий узел.

Подтормаживание.

Без подтормаживания подающей бобины, намотка провода на каркасах будет рыхлая и качественной намотки не получится. Войлочная лента «2», тормозит барабан «1». Поворот рычага «3», натягивает пружину «4» - регулировка силы торможения. Для разной толщины провода, настраивается своё притормаживание. Здесь используются готовые детали видеомагнитофона.

Рисунок 3.
Подтормаживающий механизм.

Центровка бобины.

Малые габариты станка и расположение в непосредственной близости, наматываемой катушки и подающей бобины с проводом, потребовали ввести дополнительный механизм центровки подающей бобины.

Рисунок 4, 5.
Центрирующий механизм.

При намотке катушки, провод с бобины воздействует на шторку «5», выполненной виде “вилки” и шаговый двигатель «3», через редуктор с делением 6 и зубчатый ремень, по роликовым направляющим «4», автоматически сдвигает бобину в нужном направлении.
Таким образом, провод всегда находится по центру см. рис 4, рис 5:

Рисунок 6.
Датчики, вид сзади.

Состав и устройство датчиков.

19. Оптические датчики механизма центровки бобины.
5. Шторка перекрывающая датчики механизма центровки бобины.
20. Шторки перекрывающие датчики переключения направления позиционера.
21. Оптические датчики переключения направления позиционера.

Позиционер.

Шторками «20» рис. 6 - выставляется граница намотки. Шаговый двигатель, перемещает механизм укладчика, пока шторка не перекроет один из датчиков «21» рис. 6, после чего меняется направление укладки.
В любой момент можно изменить направление укладки кнопками «1» рис. 7.

Рисунок 7.
Укладчик.

Скорость вращения шагового двигателя «9» рис. 7, синхронизирована с помощью датчика «10», «11» рис 8, с вращением наматываемой катушки и зависит от диаметра провода установленного в меню. Диаметр провода, может быть выставлен 0.02 - 0.4мм. С помощью ручки «8» рис. 7, можно передвинуть весь позиционер в сторону, не изменяя границы намотки. Таким образом, можно намотать другую секцию в многосекционных каркасах.

Рисунок 8.
Оптодатчик.

Состав позиционера и оптодатчика (рис. 7-8).

1. Кнопки ручного переключения направления укладки.
2. Светодиоды направления укладки.
3. Шторки перекрывающие датчики переключения направления позиционера.
4. Линейный подшипник.
5. Капролоновая гайка.
6. Ведущий винт. Диаметр 8мм, шаг резьбы 1,25мм.
7. Шариковые мебельные направляющие.
8. Ручка перемещения позиционера на другую секцию при намотке секционных обмоток.
9. Шаговый двигатель.
10. Оптический датчик синхронизации.
11. Диск, перекрывающий датчик синхронизации. 18 прорезей.

Приёмный узел.

Рисунок 9.
Приёмный узел.

Рисунок 10, 11.
Приёмный узел.

1. Счётчик витков.
2. Коллекторный высокоскоростной двигатель.
3. Шестерня редуктора.
4. Кнопка «сброс счётчика».
5. Регулировка скорости.
6. Включатель «Старт намотки».
7. Крепёж наматываемой катушки.

Вращение наматываемой катушки, производит коллекторный высокооборотный двигатель через редуктор.
Редуктор состоит из трёх шестерён с общим делением 18. Это обеспечивает необходимый вращающий момент на малых оборотах.
Регулировка скорости двигателя, производится изменением питающего напряжения.

Рисунок 12, 13.
Крепление каркаса имеющего отверстие.

Конструкция приёмного узла позволяет закреплять, как каркасы имеющие центральное отверстие, так и каркасы, таких отверстий не имеющие, что хорошо видно на рисунках.

Рисунок 14, 15.
Крепление каркаса не имеющего отверстие.

Электрическая схема.

Рисунок 16.
Электрическая схема намоточного станка.

Всеми процессами станка, управляет микроконтроллер PIC16F877.
Индикация количества витков и диаметра провода, отображается на светодиодном четырёх знаковом индикаторе. При нажатой кнопке «D», отображается диаметр провода, при отжатой количество витков.
Для изменения диаметра провода, нажать кнопку «D» и кнопками «+», «-» изменить значение. Установленное значение автоматически сохраняется в EEPROM. Кнопка «Zerro» - обнуление счётчика. Разъём «ISCP» служит для программирования микроконтроллера.

P.S. Чертежей механической части не существует, потому что устройство изготовлялось в одном экземпляре, и конструкция формировалась в процессе сборки.
В данной конструкции были использованы имеющиеся в разборке элементы и узлы (не имеющие маркировки) от видеомагнитофонов и принтеров.
Ни в коем случае я не настаиваю в точном повторении данной конструкции, а лишь как в использовании каких-либо узлов от неё в своих конструкциях.
Повторение данного устройства возможно опытными радиолюбителями, имеющие навыки работы с механикой и способными изменить конструкцию под свои, имеющиеся механические части.
Механическая часть соответственно, может быть реализована по другому.
Редукторы на двигателях, могут быть и с другим делением.

Критические элементы:

Чтобы программа работала правильно, необходимо соблюсти ряд условий, а именно;
Оптический датчик «17» рис 1. , может быть другой конструкции, но обязательно на 18 отверстий.
Винт позиционера, обязательно с шагом 1,25мм - это стандартный шаг для винта диаметром 8мм.
Шаговый двигатель позиционера 48 шагов/оборот, 7.5 градусов/шаг - это самые распространённые двигатели в оргтехнике.

Демонстрационный ролик работы станка:

Ниже в прикреплении (в архиве) собраны все необходимые файлы и материалы для сборки намоточного станка.
Если по сборке и наладке у кого-то возникнут какие либо вопросы, то задавайте их на форуме. По возможности постараюсь ответить и помочь.

Желаю всем удачи в творчестве и всего наилучшего!

Архив "Намоточный станок"."

Сайт находится в тестовом режиме. Приносим извинения за сбои и неточности.
Просим Вас писать нам о неточностях и проблемах через форму обратной связи.

Электронный счетчик витков для намоточного станка.

В число наиболее простых и тем не менее очень нужных технологических приспособлений, самостоятельное изготовление которых под силу даже малоопытным радиолюбителям, входит ручной намоточный станок. Это — стальной вал с резьбой М6, вращающийся в двух стойках; на одном его конце укреплена рукоятка для вращения. Стойки привинчены к массивному основанию. Чтобы не считать самому число оборотов вала — число витков обмотки, — обычно станок оснащают механическим счетчиком. Однако удобный миниатюрный счетчик оборотов с возможностью обнуления показаний был и остается дефицитом. Альтернативой механическому счетчику может служить электронный, описанный в этой статье. Предлагаемый реверсивный электронный счетчик собран на девяти КМОП-микросхемах (К561ТЛ1, 4 х К561ИЕ14, 4 х К176ИД2), транзисторе КТ315Б и четырехразрядном ЖК-индикаторе ИЖЦ5-4/8. Датчик импульсов вращения выполнен на основе двух герконов, замыкающихся при прохождении вблизи них постоянного магнита, закрепленного на поводке, установленном на валу станка. Устройство считает число оборотов вала от 0 до 9999. Даны чертежи печатных плат, на одной из которых монтируют ЖК индикатор, а на другой — все остальные детали счетчика.