Это продолжение проекта магнитной рамочной антенны. Такие антенны настраиваются на очень узкий участок диапазона и при смене частоты в приёмнике нужно менять настройки антенны. Это не особо удобно даже если антенна стоит рядом и становится проблемой, если она находится на балконе. Чтобы не бегать каждый раз на балкон делаю электропривод для конденсатора переменной ёмкости.
Для вращения вала КПЕ буду использовать шаговый электродвигатель 17HS4023 формата NEMA17. Я раньше не имел дела с такими моторами и взял размер NEMA17 т.к. они используются в 3D принтерах и найти их в местных магазинах не составляет проблемы. На барахолках можно поискать б/у шаговики от принтеров или сканеров. Шаговые моторы от оптических (CD/DVD) или флоппи приводов выглядят слишком мелкими и скорее всего смогут вращать вал КПЕ только через редуктор.
Есть несколько способов заставить шаговый мотор вращаться, но наиболее простым будет взять специализированный драйвер. В моём случае это HR4988, который продавался как A4988.
Драйвер поддерживает микрошаг 1/16, питание мотора до 35 В и ток до 2 А. В режиме полного шага мотор поворачивает вал на 1,8° (200 шагов на один оборот вала), но в режиме микрошага 1/16 полный оборот вала требует 3200 шагов (0,1125° на один шаг). Вал КПЕ вращается примерно на 180° и можно выставить его на примерно 1600 позиций. Это сильно точнее чем пытаться выставить КПЕ вручную.
Перед подключением мотора нужно выставить подстроечным резистором максимальный ток драйвера. По документации ток для мотора не должен превышать 0,7 А, но чтобы снизить нагрев ограничу ток 0,49 А (70% от 0,7 А).
По формуле Uref = Imax * 8 * Rs считается напряжение, которое нужно установить. В моём случае токоизмерительный шунт имеет номинал 0,1 Ом, следовательно нужно задать напряжение 0,392 В (0,49 * 8 * 0,1). После настройки тока собрал минимальную схему для проверки мотора и драйвера. С микроконтроллером возиться не было времени и просто взял сигнал меандра с генератора сигналов.
Дальше переместился во FreeCAD и добавил к стойке КПЕ крепление для шагового мотора с отверстием для ИК диода датчика, который служит оптическим концевиком.
Далее смоделировал вал, который будет передавать вращение от шагового мотора на КПЕ.
Потом меня "понесло" и я смоделировал сам КПЕ (только габариты и точки крепления) и шаговый мотор чтобы проверить собираемость. Это было правильным решением, т.к. в процессе сборки стало очевидно что стойка ИК фотодиода со стороны КПЕ мешает собрать всю конструкцию.
Переделал эту стойку в отдельную деталь, которая будет стягиваться винтами через уже существующие отверстия со стойкой КПЕ.
В итоге усилия не прошли даром и ещё до печати получилось "покрутить", проверить зазоры и поправить пару недочётов. FreeCAD 1.1RC3 стал заметно стабильнее в сравнении с FreeCAD 1.0.2. У меня не было аварийных вылетов программы, но этап сборки пока вызывает сложности. Думаю стоит уделить больше времени для его изучения.
Отправил новые детали на печать и перешёл к сборке прототипа на беспаечной макетной плате. Для управления шаговым двигателем взял платку Wemos D1 Mini, которая несколько лет ждала своего часа. Wemos D1 Mini построена на базе ESP8266 и это позволит управлять антенной удалённо через WiFi. Дополнительно две тактовые кнопки для ручной регулировки КПЕ непосредственно у антенны. Т.к. входы микроконтроллера рассчитаны на напряжение 3,3 В, то добавил линейный стабилизатор LF33CV и пару конденсаторов в его обвязку. От него же будет питаться и логическая часть драйвера HR4988.
Первое включение принесло неприятный сюрприз - шаговый мотор вращался только в середине диапазона, но ближе к краям он начинал дёргаться как будто упирался в препятствие. При этом визуально его вращению ничего не мешало. Проверил сигналы STEP и DIR осциллографом - никаких проблем, сигналы имеют правильный уровень и форму. В процессе размышления о причинах вспомнил что первое включение с генератором сигналов использовало 5 В питания для драйвера. Далее мыли привели к регулировке тока, которая скорее всего зависит от напряжения питания логики драйвера. Измеренное напряжение оказалось 0,25 В вместо требуемых 0,39 В. Подстроил ток снова и мотор стал вращаться во всём диапазоне регулировок. Пока ковырялся с этой проблемой и прошивкой закончилась печать новых деталей.
Прорезь на диске для ИК датчика сделана с запасом чтобы была возможность подстроить диапазон срабатывания заклеивая часть сектора непрозрачным материалом. Добавил в прошивку функцию калибровки максимального и минимального положения КПЕ при включении.
С этой функцией пришлось немного повозиться, т.к. есть два состояния при включении:
- Вал находится где-то посередине и ИК датчик разрешает вращение. Просто вращаем вал КПЕ вперёд и назад до срабатывания датчика и отмечаем количество шагов.
- Вал находится в крайних положениях и ИК датчик запрещает вращение. Т.к. датчик только один, то нельзя с уверенностью определить в каком из двух крайних положений он находится.
Во втором случае медленно вращаем вал вперёд и назад на некоторый угол, который гарантированно позволяет выйти из "мёртвой" зоны. Как только датчик разрешает вращение, то дальнейшая калибровка идёт по сценарию №1. Если после попытки выйти из мёртвой зоны датчик всё ещё запрещает вращение, то калибровка отменяется т.к. есть либо механическая проблема, либо датчик неисправен.
Также добавил в прошивку минимальный интерфейс для управления из браузера.
Дизайнер из меня никакой и интерфейс получился в стиле Web 1.0 сайтов. Не думаю что я его буду дорабатывать, т.к. конечная цель связать контроллер антенны с программой SDR приёмника, а не настраивать её через браузер.
Беспаечная макетная плата удобна для быстрого прототипирования и проверки идеи, но ненадёжные контакты или низкая механическая прочность не позволят использовать её дальше стола. Начал переносить схему на макетную плату для пайки.
Когда-то купил таких плат с десяток и до сих пор использую как промежуточный этап между беспаечной макеткой и собственной печатной платой. Плата имеет схожую топологию и размеры с беспаечной что позволяет перенести схему практически без изменений. Единственное что стоит паять аккуратно во избежании отвала дорожек, т.к. плата изготовлена из гетинакса.
Комментариев нет:
Отправить комментарий