Тестувальник Step-Dir

Все більшу популярність набирають саморобні станки ЧПУ, як фрезерні, так і лазерні. Вибір комплектуючих для таких станків часто визначається бюджетом ентузіаста-самоделки. І під час зборки та подальшої експлуатації виникають проблеми з вибором комплектуючих і виявленням проблемних місць. Часто в якості керуючого блоку використовується комп'ютер з LPT-портом. В останній час LPT-порт реалізується за допомогою перетворювачів USB-LPT, які добре працюють на одних комп'ютерах, і нестабільно працюють на інших, причому це не залежить від продуктивності комп'ютера. Особливо проблематичною стає діагностика нестабільної роботи, що виражається в повільному "упливанні" координат під час роботи станка. Справедливості ради слід зазначити, що така несправність характерна і для станків під керуванням справжніх керуючих панелей/блоків і довгий час знаходяться в експлуатації. Причин нестабільної роботи може бути багато - механічні навантаження, нестабільна напруга живлення, нестабільна робота опторазвязки і багато іншого. Для полегшення діагностики та локалізації проблемних місць призначений цей тестер.

Тестер дозволяє керувати драйвером двигуна (сразу зауважу, що тут і далі під двигуном розуміється кроковий або серводвигун) виробляючи сигнали Step і Dir. Кількість і частота імпульсів сигналу Step можуть задаватися. Таким чином можна перевірити драйвер, двигун і механічну частину станка незалежно від керуючого блоку. Тим не менш, таким набором функцій володіють багато інших аналогів. Але головна відмінність цього тестера від інших полягає в тому, що на нього заведені сигнали з керуючого блоку. У процесі роботи сигнали проходять через тестер, тестер виробляє їх підрахунок і виробляє аналогічні сигнали на своєму виході. Таким чином можна простежити кількість сигналів, що надходять на драйвер двигуна, і зробити висновок, що стало причиною збою в роботі станка.

Тестер підключається в розрив проводів, що передають сигнали Step/Dir від керуючого блоку/комп'ютера до драйверів крокових/серво двигунів. Сигнали від керуючого блоку заводяться в тестер, а з тестера сигнали вже подаються на драйвер двигуна.

При натисканні кнопок на панелі тестера можливе генерування імпульсів Step в наступних режимах:

 - кількість імпульсів - 1, 10, 100, 200, 400, 1600, 3200, безперервно

- частота імпульсів (Гц) - 1, 10, 100, 1000, 10000, 20000.

Можливе перемикання рівня сигналу Dir.

При натисканні на кнопку "Старт" відбувається видача заданої кількості імпульсів з заданою частотою. Це дозволяє протестувати можливість роботи драйвера і двигуна на різних частотах керуючих імпульсів, перевірити стабільність переміщення елементів станка при різних режимах і виявити при цьому проблеми механіки. Під час роботи від керуючого блоку/комп'ютера тестер виробляє підрахунок прийнятих сигналів. Як правило, всі системи ЧПУ автоматично повертаються в стартову точку по завершенні виконання програми. При цьому тестер буде показувати на початку виконання програми і в кінці "0", оскільки при підрахунку імпульсів тестер враховує зміну напрямку руху.

Схема тестера представлена нижче:

Кнопки на оптопарах U2, U3 імітують сигнали від керуючого блоку. Ці сигнали надходять в мікроконтролер, де відбувається їх підрахунок, і мікроконтролер видає аналогічні вихідні сигнали. Вихідні сигнали знімаються з емітерів транзисторів Q1 (Step) і Q2 (Dir). Завдяки емітерним повторителям можливе зняття сигналу відносно як мінусового (загального) проводу, так і плюсового. Також емітерні повторителі захищають виводи мікроконтролера від перевищення допустимого струму в разі замикань. Вихідний сигнал тестера Step з емітера транзистора Q1 також подається на оптопару U4, сигнал з якої обробляється мікроконтролером аналогічно сигналам з оптопар U2, U3. Це зроблено спеціально, оскільки в разі замикання на корпус проводу, що передає сигнал Step на драйвер двигуна, підрахунок вихідних імпульсів вестися не буде. За допомогою кнопок "Кількість", "Частота", "Напрямок" задаються параметри ручного управління. І при натисканні на кнопку "Старт" тестер видає на вихід задані послідовності імпульсів.

Весь пристрій зібрано на одній друкованій платі. В якості джерела живлення використаний малогабаритний трансформатор з вихідною напругою 12 Вольт і з платою, на якій розташований діодний міст і два електролітичних конденсатора по 220 мкФ кожен. Звідки взятий цей трансформатор і ця плата - я вже і сам не знаю. Корпус і толкателі для кнопок виготовлені з прозорого акрилу.

Прошивка для мікроконтролера, проект в Протеусі, друкована плата в форматі Sprint-Layout додаються в архіві. В проекті не представлена мікросхема LM7805, конденсатори в ланцюгах живлення, діодний міст і живильний трансформатор. Прошивка повністю працездатна, без будь-яких обмежень. В даний час вже є бажання додати деякі додаткові функції в цей тестер, але це справа майбутнього. Тим не менш, вихідні файли я не викладаю. Кому як, а особисто мені легше написати свою програму, ніж розбиратися в чужій. При програмуванні мікроконтролера необхідно виставити фьюзи на роботу МК від зовнішнього кварцевого резонатора.

Ну і наприкінці пара відео, що демонструють роботу тестера.

Список радіоелементів