Електронний дозатор флюсу та паяльної пасти
У цій статті я покажу досить цікавий пристрій. Електронний диспенсер флюсу та паяльної пасти, який дозволяє дозувати ці речовини з певною точністю та швидкістю. Такі пристрої я зустрічав на зарубіжних сайтах і вирішив зробити свою версію.
Основним елементом конструкції є кроковий двигун. Його використання обумовлено тим, що він дозволяє точно контролювати обертання валу. Те, що нам і буде потрібно. У моєму випадку використано біполярний кроковий мотор MITSUMI M49SP-1.
Найскладнішим завданням було вигадати висувний механізм, який штовхає поршень шприца при обертанні двигуна. В результаті вийшла конструкція, що складається з анкерного болта, сталевої трубки та стрижня з різьбленням.
Втулочний анкер з болтом.
Найголовніше це запобігти прокручування і вискакуванню гайки, і якось її зупинити. У стрижня у закрученому стані потрібно залишити пару сантиметрів.
Щодо стикування висувного механізму з валом двигуна я боявся, що термоклей не забезпечить належної надійності. Як виявилося міцність з'єднання цілком нормальна.
Гелеподібні флюси і паяльні пасти вже продаються в стандартних тубах, проте поршень у більшості з них практично немає, тому я вирішив переливати вміст у звичайний медичний шприц. Думаю для дозатора об'єм 20 мл буде достатнім.
Рукоятку шприца було підрізано. Потім її потрібно закріпити на стрижень штовхача, але головне не в центрі, тому що в такому випадку існує ризик прокручування поршня всередині. Це краще зробити трохи збоку від центру. Приклеєний на термоклей.
Каркасом для конструкції є дві алюмінієві трубки квадратного перерізу від старої настільної лампи. Вонидуже легкі, але міцні. А шприц утримуватиметься за допомогою двох скоб, призначені для кріплення труб діаметром 24 мм.
Далі всередині трубки були прокладені дроти для тактової кнопки, яка припаяна на відрізку монтажної плати.
За початковим задумом цей прилад повинен був вийти компактнішим за рахунок використання маленького крокового мотора, але не один з них не володіє такою потужністю як цей. У принципі, можна використовувати цей дозатор стаціонарно. Він лежатиме на столі, а подачу речовин із шприца здійснюватиме через приєднану трубочку.
Контролер крокового двигуна
Керуватиме двигуном спеціальний драйвер А4988.
У ньому реалізовано роздільне харчування: логічної частини (від 3 до 5,5 У), а силової, тобто. живильною двигун, діапазон напруг 8-35 В. Максимальний струм, що приписується цьому модулю становить 2 Ампера. Але у мене є деякі сумніви щодо надійності даного модуля. Тим не менш, це крихітний контролер з тоненькими доріжками на платі.
Хочу звернути вашу увагу, що модуль боїться статичної напруги. Недарма він продається в антистатичному пакеті.
Спочатку я підключив модулі на макетній безпаєчній платі і все працювало чудово. Потім я приступив до підключення і вирішив припаяти драйвер. Після цього модуль працювати перестав. Довелося замовити ще кілька драйверів і цього разу заземлювати паяльник і самого себе. Можна надягти гумові рукавички, а паяльник перед дотиком до висновків просто на якийсь час відключати з розетки.
У комплекті із драйвером крокового двигуна йде маленький радіатор. Він приклеюється безпосередньо на контролер.
При його встановленні потрібно бути уважним,тому що він виготовлений з алюмінію і добре проводить струм. Радіатор може випадково доторкнутися та з'єднати контакти smd резисторів, конденсаторів, а також безпосередньо висновки модуля, тим самим викликати замикання.
Схема підключення модуля виглядає так.
Чотири виводи підключаються до обмоток біполярного двигуна. Розташування обмоток можна знайти в датасіті до мотора або визначити за допомогою мультиметра. Якщо двигун не запустився, спробуйте поміняти місцями кінці обмоток.
Модуль має дві пари контактів живлення, для мотора і для логіки. Я пробував їх об'єднувати та підключати до одного джерела живлення. Все працює, головне не перевищувати напруги 5,5 Вольт. Було вирішено організувати живлення логічної частини через стабілізатор напруги L7805. У такому випадку є можливість підключати джерела живлення від 7 до 35 Вольт. Правда для мого двигуна верхня межа становить 24 Вольти.
Далі орієнтуємося за повною схемою пристрою, наведеною нижче.
Контакти зліва модуля є логічними входами. При надходженні імпульсу на вхід STEP двигун робить один крок. Відповідно, щоб досягти безперервного обертання, цей висновок потрібно підключити до генератора прямокутних імпульсів. У моєму випадку генератор виконаний на таймері NE555. Підстроювальним резистором R2 можна задати частоту сигналу, тим самим домогтися бажаної швидкості обертання двигуна. При даних номіналах частота змінюватиметься приблизно від 7 до 500 Гц.
Напрямок обертання залежить від сигналу виводу DIR. Простіше кажучи, якщо на нього подати плюс, то поршень дозатора рухатиметься в одному напрямку, а якщо подати мінус – у зворотному. Саме для цихцілей я встановив тумблер S1.
Щоб драйвер працював, необхідно з'єднати висновки RESET І SLEEP. Висновки MS відповідають за встановлення режимів мікрокроку, але я думаю в цьому проекті вони не знадобляться.
Кнопка SB1, що запускає пристрій, підключена до 4 виведення мікросхеми NE555. Поки кнопка не натиснута на цьому виводі, підтримується логічний нуль.
Коли встановлено невелика частота, тобто. повільна швидкість обертання двигуна, то один короткий натиск на кнопку викликає один крок валу двигуна. Відповідно скільки утримувати, стільки і працюватиме мотор.
Додаток до схеми №1.
За бажання схему можна вдосконалити, додавши одновібратор, що чекає. Його можна спаяти на такій же мікросхемі NE555. У цьому випадку незалежно від тривалості натискання дозатор буде активний строго певний час (тобто можна зробити коротке натискання, а видавлювання речовини може тривати кілька секунд).
Тепер замість кнопки SB1 на четвертий висновок DD1 підключений вихід DD2. При натисканні на кнопку SB*, на вхід DD2 (висновок 2) надходить імпульс низького рівня. Це викликає формування на виході DD2 (висновок 3) високого рівня сигналу, який триває заданий проміжок часу. Тривалість задається R * і C *. При ємності С*=100 мкФ та опорі R*=10 кОм дозатор буде активовано на 1 секунду. Потім прилад знову перейде в режим очікування, до наступного натискання.
R2, як і раніше, встановлює швидкість подачі речовини.
Налаштування драйвера
На платі модуля є невеликий підстроювальний резистор, який служить для регулювання струму, що надходить на обмотки двигуна. Цей резистор дуже ніжний і крутити його потрібно дуже акуратно.
При налаштуванні будезмінюватися напруга між землею (GND) та корпусом цього резистора.
Мінусовий щуп мультиметра прикладаємо до контакту GND (загальний), а червоним щупом торкаємося корпусу підстроювального резистора на платі драйвера. При цьому мультиметр покаже напругу Vref.
Формула має різний вигляд залежно від номіналу резисторів у ланцюзі зворотного зв'язку (Rs). На малюнку вони позначені (два чорні прямокутники S1 і S2). У моєму випадку опір Rs становить 0,1 Ом (маркування R100).
Vref = Current Limit * 8 * RS, де Current Limit - струм ШД.
Формула для резисторів RS = 0,100: Vref = Current Limit * 8 * 0,100 = Current Limit / 1,25
Формула для резисторів RS = 0,050 Vref = Current Limit * 8 * 0,050 = Current Limit / 2,5
Наприклад для двигуна з робочим струмом 1,5 Ампер: Vref = 1,5 / 1,25 = 1,2 Вольт (обертаємо підстроювальний резистор, поки мультиметр не покаже це значення).
Правильне налаштування забезпечить хорошу продуктивність двигуна та продовжить його ресурс.
Чим замінити драйвер А4988?
За допомогою змінного резистора R2 можна змінювати швидкість обертання крокового двигуна. Змінити діапазон швидкостей можна методом підбору R2 або C1. Тумблер SA1 дозволяє зупиняти або відновлювати обертання. Схема має недоліки: двигун рухається тільки в одному напрямку, т.к. CD4017 подає імпульси лише у прямій послідовності.
Харчування
У моєму випадку пристрій буде працювати від мережевого блоку живлення напругою 9 вольт.
Дуже часто вони мають занадто великий рівень пульсацій на виході через те, що задля економії в них встановлюється конденсатор, що згладжує занадто малої ємності, або взагалі відсутня.Чому двигун трохи дзижчить. Тому я додав додатковий конденсатор живлення (між плюсом і мінусом джерела). Місткість не менше 1000 мкф. При живленні від батарейок або акумуляторів він не потрібен, достатньо буде тих, що вказані у схемі №1.
Батарейка "Крона" 9В цілком справляється як джерело живлення.
Використання пристрою
Розглянемо основні моменти використання. дозатора. Напруга від мережевого адаптера подається на роз'єм живлення. При цьому починає світитись червоний світлодіод.
Двигун рухається натисканням кнопки в носовій частині дозатора. Індикація натискання виконується зеленим світлодіодом. Як видно на фото, біля двигуна є дублююча кнопка, можливо в деяких випадках вона знадобиться. На платі генератора імпульсів розташований підстроювальний резистор, який служить для зміни швидкості подачі. Двопозиційний тумблер дозволяє встановлювати напрямок обертання.
У режимі зворотного ходу корпус шприца виходив зі своїх кріплень, тому потрібно буде придумати якийсь фіксатор.
У першу чергу дозатор конструювався для паяльної пасти, але через його відсутність для тесту я вирішив використовувати гелеподібний флюс. Відразу виникли проблеми із заправкою шприца. Хотілося перелити вміст без влучення повітря. Внаслідок цього процесу корпус флюсу був пошкоджений і більша частина вмісту опинилась на столі. Через малу кількість флюсу і повітря, що потрапило в шприц, повноцінно оцінити роботу диспенсера не вдалося. Повітря не в жодному разі не повинно бути присутнім, тому що воно має властивість стискатися під впливом поршня. Це викликає витікання вмісту навіть після відпусканнякнопки.
Шкода, що вдалося провести повноцінний тест, т.к. у мене не було під рукою більше ні флюсу, ні паяльної пасти. Одне лише тішить, що потужності вистачає з надлишком і задум у цілому вдався. Також можна придумати купу ідей щодо вдосконалення даного пристрою, наприклад обміркувати методи заправки шприца, поліпшити штовхач, а може взагалі перевести дозатор на керування за допомогою мікроконтролера.