Die Digitalanzeige
Wer kennt das nicht, man hat eine Drehbank oder Fräsmaschine mit einer "komischen" Spindelsteigung von z.B 0,8mm/Umdrehung.
Wieviele Umdrehungen muss man doch gleich für einen Verfahrweg von 5,5mm machen???
Um lästigen Rechnereien ein Ende zu bereiten, wurde diese Anzeige entwickelt.
Schaltplan
Die Anzeige besteht aus einer Displayplatine und drei identischen Controllerplatinen. Die Steuerung für je eine Zeile übernimmt ein Mikrocontroller aus dem Hause Atmel. Eingaben sind über eine Zifferntastatur möglich. Um auswählen zu können welche Zeile über die Tastatur bedient werden soll, ist ein zusätzlicher Schalter auf der Displayplatine angebracht. Die Tastatur wird über 4066 ICs an die entsprechende Controllerplatine durchgeschaltet. Die einzelnen Anoden der Siebensegmentanzeigen sind zu einem Bussystem zusammengefasst und werden über die Kathoden gemultiplext. Das spart Ausgänge am Controller und senkt den Stromverbrauch.Schaltplan der Displayplatine
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Schaltplan der Controllerplatine
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Platine
Die Platine wurde mit dem Layoutprogramm EAGLE erstellt. Mit dem, für die private Nutzung kostenfreien, ULP von www.matwei.de ist es möglich 3D-Bilder der Platine zu erzeugen. Dieses ULP erzeugt eine Datei, welche mit dem ebenfalls kostenfreien Programm POV-Ray in ein 3D-Bild gerendert werden kann. Die 3D-Marcos für die Siebensegmentanzeigen, die Tastatur und den Schalter wurden von mir erstellt.Displayplatine
Controllerplatine
Die Ätzvorlagen gibts hier. Die Platine für das Display ist mit einer Menge Drahtbrücken zu bestücken. Für den der sich diese Arbeit ersparen will, habe ich auch die Ätzvorlage für eine Doppelseitige Platine generiert. Die Vorlagen sind schon gespiegelt, sodass jeweils die bedruckte Seite direkt auf dem Platinenmaterial liegen muss.
Da man auf den Bildern die Drahtbrücken nicht alle erkennen kann, hier noch eine Bestückungshilfe:
Sensoren
Die Controllerplatinen haben einen vierpoligen Anschluss für verschiedene Sensoren (+5V, Masse, Eingang1, Eingang2).Bisher wurde der Prototyp mit einem optischen Inkremental-Impulsgeber (Wegerfassung) und einem Hall-Sensor(Drehzahlerfassung) getestet.
1. Inkremental-Impulsgeber (Encoder)
Funktionsweise:
Dreht man die Schlitzscheibe nach rechts, so wird zuerst Sensor 1 beleuchtet und nach einer gewissen Zeit erst Sensor 2. Sensor 1 wird auch zuerst wieder im Schatten sein, während Sensor 2 noch eine Zeit weiterbeleuchtet wird. Dreht man die Schlitzscheibe nach links kehrt sich der Prozess um. Mit diesen Informationen kommt man zu folgenden Signaldiagrammen:
Linkslauf:
Rechtslauf:
Um eine ausreichende Auflösung zu erreichen, sollte ein Sensor mit mindestens 500 Impulsen/Umdrehung verwendet werden (besser 1000 oder 2000).
Mit 500 Impulsen meint der Hersteller 500 Löcher in der Schlitzscheibe. Bei diesem Projekt werden die steigende und die fallende Flanke der Sensoren ausgewertet, bei zwei Sensoren sind das in diesem Beispiel 2000 Flanken/Umdrehung also eine "Vervierfachung" der Auflösung.
Der Encoder wird nicht, wie man vermuten könnte mit der Spindel verbunden, sondern direkt mit dem Schlitten.
Das ganze muss jetzt "nur" noch spielfrei sein.
2. Hall-Sensor
Der hier verwendete Sensor TLE4905L ist eigentlich nicht nur ein reiner Hall-Sensor, er beinhaltet zusätzlich einen Verstärker und eine Schmitt-Trigger-Stufe für den Ausgang. Es steht also ein digitales Signal zur Verfügung. Der Sensor wurde nach dem Applikationsvorschlag im Datenblatt angeschlossen, der Lastwiderstand RL wird als Pullup im Controller programmiert. Für die Drehzahlmessung ist ein Eingang an der Controllerplatine ausreichend, der andere wird einfach offen gelassen. Zur Abnahme der Drehzahl wird ein Magnet an die Welle der Maschine angebracht. Der Sensor wird in geringem Abstand zum Magnet an der Maschine fixiert.
Programmierung
!!! Die Programme befinden sich im Moment noch in der Testphase !!!Quellcode für die Wegerfassung:
Quellcode für die Drehzahlerfassung:
Die fertigen Hexfiles: Wegerfassung Drehzahlerfassung
Für die Wegerfasung können und sollten noch die Grundeinstellungen ins EEProm geladen werden: Grundeinstellungen