إذا قررت فجأة لنفسك أن مفك كهربائي صغير مثل Xiaomi Wowstick هو أمر حيوي ببساطة ، لكن الحل الجاهز ليس عنك ، فإن هذه المقالة يجب أن تهمك. تحت الخفض ، ستجد تفاصيل التطوير والتعليمات الخاصة بك لصنع "الدراجة" الخاصة بك. لذا يرجى السادة ...
لم يبدأ تاريخ إنشاء هذا الجهاز بشكل مثالي مع ما كنت أحتاجه أو أردت الحصول عليه من مفك البراغي في صندوق الأدوات الخاص بي. نعم ، وعملية تفكيك أو تجميع الأجهزة باستخدام مفك البراغي اليدوي كانت جيدة جدًا بالنسبة لي ، لكن زيارة زميلي في المؤسسة غيرت هذا قليلاً.
بعد ظهر أحد أيام الخريف ، نظر كهربائي من إحدى ورش العمل ، فيكتور ، إلى مختبر الأتمتة لدينا بسؤال بسيط لمساعدته في تجميع دائرة عكس لمحرك جامع على مرحلات صغيرة الحجم. بدأ زميلي أنطون العمل ، ولكن بعد التصنيع ، اتضح أن الجهاز الناتج كان أكبر حجمًا من المحرك والبطارية مجتمعة ، بالإضافة إلى ذلك ، كانت المرحلات 5 فولت وعندما انخفضت البطارية ، بدأوا في العمل بشكل سيئ. ونتيجة لذلك ، توجه إلي فيكتور بسؤال عما إذا كان من الممكن تقليل الدائرة بطريقة أو بأخرى والتخلص من التتابع لصالح أشباه الموصلات. كنت أتساءل عن نوع المنتج النهائي الذي يصنعه ، ونتيجة لذلك اتضح أنه يجب أن يكون مفكًا كهربائيًا صغيرًا يعتمد على محرك تم شراؤه في الصين. أعجبتني الفكرة ، لكني شككت في قدرات المحرك وطلبت من فيكتور إحضاره لإظهار كيف يقولون "العيش". النتيجة فوجئت قليلا. بالنسبة لأبعاده ، تبين أن المحرك جيد جدًا ، مع الأخذ بعين الاعتبار علبة التروس المعدنية ولحظة لائقة ، لم يكن من الواقعي حمله بأصابعه على الأقل.
بعد أيام قليلة من التفكير ، قررت مع ذلك أن هذا الجهاز مفيد لي ، خاصة وأن السعر معقول للغاية ، وتجربة عملية التطوير لا تقدر بثمن. في النهاية ، أخبرت فيكتور أنني سأساعده على صنع جهاز بخصائص أفضل بكثير من تلك التي حددها لنفسه. بعد أن ناقشت معه المعايير الرئيسية لجهاز المستقبل ، في نفس اليوم الذي بدأت فيه عملية التطوير. لقد قدمت المفهوم العام للجهاز ، ولكن كان من المثير للاهتمام أنهم قد توصلوا معي بالفعل. بعد مراجعة الحلول الجاهزة من الشركات المصنعة في السوق وقراءة المراجعات عليها ، قمت برسم المعايير والخصائص الرئيسية. ما جاء من هذا ، اقرأ أدناه.
لذا ، دعنا الآن نحدد المتطلبات التي يجب أن تستوفيها مفك البراغي لدينا لتكون على مستوى ما في السوق ، وربما أفضل قليلاً.
- يجب أن تتوافق المعلمات الإجمالية مع: LxWxH لا يزيد عن 170x24x24 مم.
- القدرة على تصنيع العلبة ومكوناتها على طابعة ثلاثية الأبعاد.
- مدعوم ببطارية 18650.
- الشحن من USB أو أي شاحن للهاتف من خلال موصل micro-USB.
- زر تشغيل / تحكم واحد.
- عدة سرعات دوران.
- إغلاق تلقائي عند الخمول لمدة 5 دقائق.
- دلالة على العمل والسرعة المختارة.
- بدون حد عزم دوران القابض
الآن بعد أن قررت المتطلبات ، يمكنك البدء في التصميم. لنبدأ بالقضية.
نظرت قليلاً في الهياكل النهائية ، توصلت إلى استنتاج مفاده أن السكن على شكل أسطوانة مع مخروط مبتور من طرف واحد من خلاله سيخرج عمود القيادة مع حامل البتات سيكون مريحًا تمامًا. تقرر تثبيت موصل الشحن على الطرف المقابل ، وهو مناسب عند العمل مع سلك الشاحن المتصل ، ومن وجهة تركيب وحدة الشحن النهائية في الداخل. فكرت لفترة طويلة في موقع عناصر التحكم ، ونتيجة لذلك قررت التكوين التالي: يقع زر التحكم في الطاقة على الجانب على بعد بضعة سنتيمترات من النهاية مع موصل الشحن. سيتم صنع الزر من بلاستيك SBS الشفاف أو قطعه من الأكريليك السميك ، والذي سيسمح بإضاءة مع LED يعرض حالة الجهاز. لقد صنع أزرار التحكم لاتجاه الدوران أقرب إلى الحافة باستخدام عمود القيادة ، بحيث يكون من الملائم الضغط عليها إما بالإبهام أثناء تحريكها على طول الأزرار ، أو الفهرس والوسط ، اعتمادًا على المقبض ، لمن يناسبها. يقع زر تبديل الأوضاع (السرعات) بين الأزرار للأمام / للخلف ، ولكن على الوجه المتعامد للحالة. بالنظر إلى المستقبل ، تجدر الإشارة إلى أن زاوية تباعد الأزرار لم تكن ناجحة جدًا ، ولكن حلًا مختلفًا أدى إلى تعقيد تخطيط العناصر ، ومن ناحية أخرى ، كما أظهرت الممارسة ، لا يجب تغيير الوضع كثيرًا.
قررت جعل الحاوية لتثبيت البطارية جزءًا من العلبة ، وسيتم إدراج جهات الاتصال في نوافذ خاصة وسيتم تحميلها بنابض طفيف.
قررت توصيل عمود القيادة من محرك التروس بمحور حامل البتات من خلال اقتران نحاسي مع قاطرتين M3 ، بالإضافة إلى ذلك سيتم دعم المحور بمحمل كروي 623zz ، وهذا سيقلل الحمل على الترس وتركيبه.
تم استدعاء 6 مسامير سوداء من مجموعة مسامير لإصلاح جهاز كمبيوتر محمول لربط نصفين في وحدة واحدة.
على الرغم من أنني أملك نظام CAD مختلفًا للتصميم ، إلا أنني ما زلت معتادًا على القيام ببعض الأشياء على الورق أولاً ، وهذه المرة ، قبل أن أبدأ الرسم ، إلا أنني رسمت رسمًا يدويًا ، ثم أصبح مخترع Autodesk.
بعد أن صنعت نصف الحالة ، قمت بتنزيل نموذج البطارية ، ولوحة تحكم الشحن ، ومحرك التروس والمحمل ، وقمت بإنشاء تجميع أولي في 3D.
للوهلة الأولى ، تحول كل شيء كما هو مخطط له. ونتيجة لذلك ، استغرقت عملية التصميم عدة أيام ، لأنني قمت بذلك في وقت فراغي أو في الغداء ، ولكن تم تصميم الغلاف ، ثم اتبعت عملية الطباعة الطويلة على طابعة "المعجزة" ثلاثية الأبعاد ...
بعد 5 ساعات من الطباعة ومساء ، ما زالت النسخة الأولى من العلبة مصنوعة من بلاستيك ABS أسود. لقد قمت بطباعة أزرار الضغط باللون الأزرق لزر تبديل السرعة ، والأسود لأزرار الأمام / الخلف ، وزر الطاقة المصنوع من الأكريليك 10 مم ، ووضع عليه حلقة مطبوعة للاحتفاظ بها في العلبة.
بعد حمام الأسيتون ومعالجة الملفات الصغيرة (وأين بدونها) ، سقطت جميع العناصر في مكانها دون أي شكاوى.
اللحظة الوحيدة هي فجوة صغيرة بسبب حقيقة أنه في نهاية النصف الأول من نموذج الطباعة تم تفجيره من طاولة الطباعة ، وأصبح ملتويًا قليلاً ، ولكن للأسف ، لا يمكن لطابعي أن تعمل بشكل أفضل وأنا أتحمله.
بحلول الوقت الذي بدأ فيه تصميم السكن ، كانت دائرة التحكم الإلكترونية قد تم تصميمها واختبارها بالفعل على لوحة توصيل.
من الناحية الهيكلية ، قسمت الدائرة إلى 5 عقد رئيسية - هذه وحدة تحكم لشحن البطارية ووحدة إدارة الطاقة ومحول تعزيز ووحدة تحكم ووحدة تحكم بمحرك الطاقة (لمزيد من التفاصيل ، انظر الرسم التخطيطي في المستودع ، المشار إليه في نهاية المقالة).
إليك مقطع فيديو حول عملية التصحيح (أعتذر عن الجودة ، ولكن عندما صورت الفيديو ، لم يكن لدي أي فكرة عن أنني سأكتب مقالًا حول هذا الموضوع):
تم تجهيز وحدة التحكم بالشحن مع حماية مدمجة تعتمد على TP4056. هذا حل مناسب ومضغوط مع الإشارة إلى عملية الشحن.
تم إنشاء التحكم بزر واحد على الترانزستورات بناءً على إحدى براءات الاختراع الأمريكية ، وللتحديد ، تم استعارته بصدق من مقال على
easyelectronics.ruلقد قمت بتطبيق هذه الدائرة بشكل متكرر ، علاوة على ذلك ، يتم تجميعها بشكل منفصل على اللوحة ، حتى أتمكن من توصيلها بأي مشروع في مرحلة التصحيح. بالإضافة إلى الزر ، يمكن لوحدة التحكم أيضًا إيقاف تشغيل الطاقة.
نظرًا لأن المحرك مصمم للعمل من 6 فولت ، وبالتالي عند هذا المستوى من جهد الإمداد لتوفير عزم الدوران والسرعة على العمود ، فقد قررت إضافة محول تعزيز إلى الدائرة. حسنًا ، حيث تحتاج 6 فولت ، يمكنك عمل 8 فولت. سمح هذا القرار بزيادة طفيفة في السرعة ، وبالتالي ، لحظة. أصبح من الممكن أيضًا التحكم في السرعة على نطاق أوسع بخصائص دوران مقبولة. ونتيجة لذلك ، لم أتردد لفترة طويلة حول الدائرة ، كان محول جاهز لـ MT3608 في متناول اليد. بعد القياس والاختبار ، توصلت إلى استنتاج مفاده أنه يكفي أن يعمل الجهاز. في الدائرة النهائية ، بقيت جميع المكونات ، باستثناء المقسم المقاوم في التغذية المرتدة ، أحسبها على جهد 8.5 فولت. توجد مكونات العاكس على الجزء الخلفي من لوحة إدارة الطاقة.
تم اختيار وحدة تحكم Atmel ، التي أصبحت الآن Microchip ، ATTiny 13A لتكون "دماغ" النظام. موارده أكثر من كافية لإنجاز المهام ، وقد أتاحت ADC المدمجة معالجة الأزرار ، وتحكمت وحدة تحكم PWM في سرعة المحرك دون استهلاك موارد المعالج. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استبداله بـ AtTiny45 أكثر قوة أو ما شابه ، لأنه متوافق مع دبوس إلى دبوس.
لتبديل المحرك ، تم النظر في العديد من الاختلافات في الحل ، من إنشاء جسر H على عناصر منفصلة إلى حل جاهز يعتمد على الدوائر المصغرة. ونتيجة لذلك ، استقرت على محرك محرك جامع جاهز في شكل دائرة صغيرة. كان الاختيار بين MX612 و DRV8837. بعد دراسة الكتيبات ، أحببت السائق من TI أكثر ، لكن حالة الدائرة المصغرة لم تسمح لنا بصنع اللوحة في المنزل بدون قناع ، ونتيجة لذلك كان علي استخدام MX612. تم طلب قطع الغيار في الدولة الوسطى (للأسف ، من أصل 6 أمر بها العمال ، تبين أن 3 فقط). كما اتضح لاحقًا ، كان من الممكن أخذ L9110S ، ولكن يبدو أنني شاركت بشكل ضعيف في البحث ...
بعد الفحص النهائي للحالة ، تم فصل لوحات وحدة التحكم والأزرار ونظام إدارة الطاقة.
الآن يبقى للتعامل مع الميكانيكا. تم اختيار محرك التروس النهائي بسرعة دوران 400 دورة في الدقيقة كمحرك. عند الطلب من الصينيين ، يمكنك أن تطلب من البائع وسيجعلك تقريبًا أي نسبة تروس على علبة التروس. كما اتضح بالفعل في الممارسة ، من الأفضل وضع المحرك بسرعة أقل ، لأن اللحظة لا تزال صغيرة. تم شراء المحمل في السوق ، وأمر اقتران تيرنر. تم أخذ سلك تمديد من مجموعة من البتات 4 مم كحامل بت. تم حفر ساقها حتى 3.05 مم ، والتي ستجلس في تدخل مناسب في المحمل.
نظرًا لعدم إتاحة الفرصة للجميع لطلب قطع غيار للخراطة ، كان لدي فكرة لطباعة القابض. على سبيل المثال نقوم بعمل اقتران على جانب واحد مع مسطح لعمود إخراج المحرك ، ومن ناحية أخرى باستخدام سداسي لحامل قليلا ، بينما نغير المحمل إلى 624zz ولا نحتاج إلى خراطة ، ولكن هذا لم يتم اختباره في الحياة.
لذلك ، عندما كانت جميع الوحدات والأجزاء جاهزة ، يمكنك البدء في التجميع.
أولاً ، سنقوم بتجميع ثلاث لوحات: اللوحة الأولى عبارة عن محول تعزيز ولوحة إدارة طاقة. نقوم بتثبيت المكونات الضرورية عليه ، وبالنسبة للمحول ، نقوم بنقل المحرِّض ، رقاقة PWM ، صمام ثنائي شوتكي وقدرات التصفية من لوحة المصنع.
ثم نقوم بتجميع لوحة التحكم وأزرار التحكم. لا تنس عمل القواطع اللازمة فيها قبل تجميع لوحة التحكم. تحديث وحدة التحكم باستخدام البرامج الثابتة من المستودع.
الآن تحتاج إلى لحام هذه الألواح معًا ، كما هو موضح في الشكل أدناه. تقع لوحة التحكم أسفل المحور المركزي للوحة قليلاً مع الأزرار ، ومن الأفضل الحصول على قيمة الإزاحة تجريبيًا في حالة جاهزة.
وحدة التحكم بالشحن وحماية البطارية ، كما هو موضح سابقًا ، تأخذ جهازًا جاهزًا بموصل USB صغير.
قبل توصيل جميع الوحدات معًا ، من الضروري تثبيت نقاط التلامس النحاسية في حجرة البطارية. أخذت المواد لتصنيعها من جسم موصل إيثرنت و USB من اللوحة الأم. من ناحية ، قمت بوضع زنبرك صغير تحت جهة الاتصال ، حرفيا عدة أدوار ، ولكن هذا كان كافيا للاتصال الموثوق به. الآن بعد أن أصبح كل شيء جاهزًا ، يمكنك البدء في توصيل الوحدات. نقوم بتنفيذ التثبيت وفقًا للمخطط. للتثبيت ، أخذت MGTF ، إنها مريحة للغاية ، أود أن ألفت الانتباه إلى حقيقة أنني استخدمت سلكًا مع مقطع عرضي 0.35 مم ناقص وقوة المحرك ، يتم إجراء الاتصالات المتبقية بسلك 0.15 مم. للراحة ، هناك أماكن لوضع السلك في العلبة ، بعد التثبيت يمكن تثبيته بشريط أو لاصق ذوبان ساخن. إجراء اتصالات فقط مع بطارية ممتدة !!! بعد اكتمال التثبيت ، نقوم بإجراء فحص وننظر بعناية في قطبية تركيب البطارية ، ونضع العلامات المناسبة على العلبة أو على شريط الإخفاء. نقوم بإدخال البطارية ، والتحقق من الأداء ، إذا كان هناك خطأ ، ثم تحقق من المكونات والتثبيت. نقوم بتثبيت جميع اللوحات في أماكنها في القضية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تثبيت لوحة التحكم بمادة لاصقة سوداء تذوب الساخنة.
الآن قم بتثبيت المحمل. ثم نضع أداة التوصيل على عمود المحرك ، ولكن لا تشد المسمار ، أدخل المحرك مع أداة التوصيل في الهيكل. أدخل ساق حامل البتات المشغول آليًا من الأنين الخارجي في المحمل وأدخله على الفور في أداة التوصيل. اسحب أداة التوصيل بالقرب من المحمل قدر الإمكان وشد كلا مسامير التثبيت. يجب أن يتحول كما في الصورة أدناه.
الآن نقوم بإدخال الدفعات المتبقية للأزرار ، وأغلق النصف الثاني من العلبة وقم بلفها بمسامير. كل شيء ، الجهاز جاهز للاختبار.
بعد 4 أشهر من التشغيل كأداة رئيسية لتجميع / تفكيك المعدات الصغيرة (أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، والأجهزة اللوحية ، وما إلى ذلك) ، أظهر مفك البراغي أن الجهود المبذولة لم تذهب سدى وكان من الجدير أخذ مكانها بجوار بقية الأداة في ورشة العمل. في المجموع ، قمت بعمل نسختين ، واحدة لنفسي ، والثانية لزميل ، بسبب كل شيء بدأ ، لديه أيضًا مراجعات إيجابية. أقوم بشحن البطارية في المتوسط مرة واحدة في الشهر.
آمل أن تكون تجربتي ممتعة أو مفيدة لشخص ما ، إن لم يكن للتكرار ، فربما يدفعني ذلك إلى تطوري الخاص.
شكرا لجميع الذين قرأوا حتى النهاية!
ستجد جميع ملفات الدائرة وملفات PCB ، بالإضافة إلى مصادر النماذج وملفات الطباعة على github.com و thingiverse.com ، لكن المستودعات لا تزال قيد التشغيل.
بالطلب الشائع ، تم تحميل BOM ، بالإضافة إلى نماذج Autodesk Inventor ، إلى المستودع.
1.
www.thingiverse.com/thing : 2746308
2.github.com/levichevdmitry/electric-screwdriver