Plataforma de apilamiento de enfoque de fácil construcción: 11 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Las piezas de impresora 3D reutilizadas y el software FastStacker basado en Arduino permiten la construcción simple y económica de una plataforma de apilamiento de enfoque con todas las funciones

Sergey Mashchenko (Pulsar124) ha hecho un gran trabajo al desarrollar y documentar un riel de apilamiento de enfoque basado en Arduino de bricolaje como se describe en su wiki (https://pulsar124.fandom.com/wiki/Fast_Stacker). Mucha gente ha construido su proyecto y, como señala en su wiki, su proyecto ha sido ampliamente discutido en foros relevantes. Recientemente completé una versión de esta compilación yo mismo, como lo documenté en un comentario en su wiki. Construí un controlador alrededor del diseño de Pulsar124 usando un Arduino, teclado, controlador paso a paso y una pantalla LCD Nokia 5110. Hubo una gran cantidad de soldadura involucrada y la vieja pantalla LCD de serie era muy problemática. Los foros mostraron que otros también tenían problemas con la pantalla LCD. El software del proyecto de Pulsar124 es muy bueno. Es maduro y con todas las funciones y quería facilitar la construcción de un sistema que lo use. Porté su software para que se ejecutara en una plataforma de control de impresora 3D que consta de un Arduino mega, un escudo RAMPS 1.4 y un panel LCD de controlador inteligente de gráficos completo con cables asociados. Proporciono ese software aquí con instrucciones para armar el controlador del apilador en el que se ejecuta. Para el riel en sí, en lugar de comenzar con un riel Velbon comercial como en el proyecto original, diseñé un riel simple basado en una impresora 3D que también documenté aquí. No me hago responsable de este código o diseño si alguien estropea su cámara o cualquier otra cosa.

Suministros

Controlador de apilador

Las siguientes piezas se venden juntas a muy bajo costo como un "kit de impresora 3D" o "kit RAMPS", pero puede comprarlas individualmente o recuperarlas de una impresora 3D sin usar.

• Arduino mega
• RAMPAS 1.4
• 1 controlador paso a paso (los kits suelen incluir al menos 4)
• Pantalla LCD Full Graphics Smart Controller con placa de conexión y cables planos. Si va a comprar, elija uno con un potenciómetro integrado para el control del nivel de luz de fondo.
• puentes de encabezado para configurar el controlador paso a paso
• Interruptores de límite de estilo repRap y cables asociados

También se requiere para el controlador:

• Teclado del interruptor 4x4

• partes del divisor de voltaje

  • Resistencia de 150K
  • Resistencia de 390K
  • Condensador de 0.1 uf
  • 2 pines de cabezal macho individuales (opcional)
• Piezas de la placa de relé de interfaz de cámara
  • 2 relés de lengüeta: bobina de 10 mA, diodos amortiguadores integrados
  • Toma de fono de 1/8"
  • Cabecera de 3 clavijas de 0,1"
• Paquete de baterías AA de 6 celdas con baterías recargables de NiMH para funcionamiento con baterías
• Suministro de verrugas de pared que entrega 9 VCC nominales para funcionamiento con CA
• Puentear cables o cables / clavijas / carcasas de clavijas de conector para hacer la conexión entre el teclado y los encabezados RAMPS. Se requiere una conexión de 8 pines a 2 X 4 pines.
• Alambres o cable para conectar interruptores de límite al cabezal RAMPS. Usé los cables que venían con los interruptores de límite en el kit RAMPS, extendiéndolos como se describe a continuación.
• Cable para conectar el stepper al cabezal RAMPS. Usé un cable paso a paso de 59 "de Amazon.

• Cable de control manual del obturador de la cámara que funciona con su tipo de cámara: búsquelo en eBay o Amazon por un par de dólares. Corte y deseche la unidad de botón pulsador de mano y conserve el cable y el conector específicos para su cámara.

Carril de enfoque

• Piezas impresas en 3D utilizando archivos STL suministrados: extremo del motor, extremo lejano y trineo.
• Se muestra el motor paso a paso NEMA 17 con tornillo de avance T8 de 300 mm o su preferencia de longitud. Si el tornillo de avance no está integrado, use un acoplador para unir el paso a paso al tornillo de avance
• Tuerca de latón para tornillo de avance: antirretroceso plano o con resorte
• 4 rodamientos LM8U
• 2 varillas de acero de 8 mm de 340 mm de largo o del tamaño de su husillo
• Placa base de 100 mm x 355 mm (o la longitud adecuada) Usé una pieza de aluminio de 4 "x 14" con la superficie limpia. Son posibles muchas otras opciones básicas.
• Pernos para sujetar las piezas de los extremos a la base: usé 1 / 4-20
• Tuercas / tornillos para fijar interruptores de límite - 4-40 o 3 mm
• Interruptores de límite estilo RepRap. Los kits de RAMPS a menudo vienen con 3 o 4 de estos. Los microinterruptores estándar también se pueden usar con los patrones de orificios en las piezas de los extremos aceptando cualquiera de los dos.

• Lo siguiente, en orden de arriba hacia abajo comenzando desde la cámara, se utiliza para montar su cámara en el trineo de riel

  • Placa de zapata rápida universal de 50 mm con tornillo de 1/4, se ajusta al estándar Arca-Swiss (se monta en la cámara)
  • Placa de riel de enfoque de deslizamiento nodal de 200 mm con abrazadera de liberación rápida para montaje Arca (acepta la placa de arriba)
  • Abrazadera Arca Swiss de 50 mm, abrazadera de placa de liberación rápida, se adapta a la placa de estilo Arca (se monta la placa nodal deslizante en el trineo)
• Bridas, 4"

Paso 1: RAMPS y Arduino

La imagen muestra uno de los típicos kits de RAMPS.

El software para esta compilación está aquí:

Instale el software FastStacker en la mega placa. Antes de compilar y cargar el software Faststacker en la placa, use el administrador de la biblioteca IDE de Arduino para instalar la biblioteca de gráficos u8g2lib en su entorno Arduino. Si usa un riel diferente, interruptores de límite, etc., consulte la Wiki de compilación original para obtener consejos de personalización.

Instale los tres puentes en el lugar del controlador del motor paso a paso X de las RAMPAS como se muestra en la imagen y luego instale un controlador del motor paso a paso en este lugar. Esto se configura para una operación de 16 micropasos. Conecte el escudo RAMPS en el Arduino mega. Conecte la pantalla LCD gráfica a las RAMPAS con la tarjeta de interfaz y los cables planos provistos con la pantalla LCD, prestando atención a las etiquetas de los conectores en cada extremo. Tenga en cuenta que esta pantalla LCD no admite el control programático de la luz de fondo, por lo que la función se elimina en el puerto de software.

En los siguientes pasos, se realizan múltiples conexiones a la placa RAMPS enchufando en varios encabezados. El diagrama de la placa RAMPS resume estas conexiones para referencia con más detalles proporcionados en pasos posteriores.

Paso 2: Divisor de voltaje

El controlador del apilador incluye funcionalidad para monitorear el voltaje de la batería (o cualquiera que sea la fuente de alimentación de entrada). Un divisor de voltaje está formado por 2 resistencias y un condensador de supresión de ruido de 0,1 uf según el diseño original. En esta construcción, el divisor de voltaje se conecta a los pines del encabezado paso a paso y que de otro modo no se usaría. La referencia de voltaje interna de 2,56 V del mega se utiliza para las mediciones.

Las dos resistencias divisorias se denominan R3 y R4 en la documentación y el código del proyecto original y lo continuamos aquí. Suponiendo que R3 es el que está conectado directamente a "+" de la batería (pin 16 del encabezado Y) y R4 está conectado a tierra (pin 9 del encabezado Y), la relación del divisor es R4 / (R3 + R4). Esta construcción asume una entrada nominal rango de voltaje de 6,9 V a 9 V. Cuando funciona con pilas, utiliza 6 pilas recargables AA NiMH. Cuando se opera desde CA, utiliza una verruga de pared nominal de 9V. Escalaremos 9.2V a 2.56V con estas resistencias: R4 = 150K, R3 = 390K.

Construya el divisor de voltaje como se muestra. Los pines no son estrictamente necesarios, puede conectar los cables de la resistencia directamente en el cabezal. Sin embargo, los cables de las resistencias me parecían pequeños y temía que no permanecieran insertados de manera confiable, así que agregué los pines. No estoy seguro de que el condensador sea realmente necesario; parece funcionar bien sin, como se muestra en la imagen de la versión minimalista del divisor, con una sola conexión de soldadura.

Enchufe el divisor en el encabezado paso a paso en Y en las RAMPAS de la siguiente manera y como se muestra en la imagen:

Pin 16 (Vcc) - cable libre de la resistencia de 390K.

Pin 9 (tierra) - cable libre de resistencia de 150K

Pin 8 (habilitación paso a paso Y, arduino A7) - toque del divisor de voltaje

Paso 3: teclado

Se muestran 2 tipos de teclados disponibles comúnmente. El archivo stacker.h incluye asignaciones de teclas para ambos con la unidad de blanco y negro habilitada de forma predeterminada. En su lugar, elimine los comentarios del otro mapeo si está utilizando uno del tipo de membrana roja / azul. Consulte la documentación del proyecto original si la suya es diferente.

Si tiene problemas con algunas teclas que no funcionan, pero no una fila o columna completa, y está utilizando una de las unidades de blanco y negro, mida la resistencia de las conexiones fila-columna para todas las teclas. Los teclados de estilo blanco / negro usan algún tipo de trazos de carbono impresos en el interior del tablero que hacen que algunas conexiones fila-columna tengan una alta resistencia, lo que hace que algunas teclas no respondan cuando se usan con algunas plataformas, por ejemplo, arduino pro mini.

El teclado tiene un conector de 8 pines. 4 de estos pines se conectan a un encabezado en las RAMPAS y los otros 4 se conectan a otro encabezado. Hice cables planos de 8 pines a 4 pines dobles para ambos tipos de teclado, como se muestra en las fotos. Son iguales excepto por el sexo de los pines que se conectan al teclado. Utilizo carcasas de pines y engarzado en pines macho y hembra junto con alambre y una herramienta de engarzado para hacer los cables, pero se pueden usar cables de puente u otras opciones prerrepadas. Este video de Pololu muestra muchas opciones de productos para construir este tipo de cables: https://www.pololu.com/category/39/cables-and-wir…. Los cables de puente del tipo que se muestra son una opción fácil.

Use el cable para conectar el teclado a las RAMPAS según las imágenes y de la siguiente manera (la numeración de los pines del teclado que se da a continuación asume que el pin 1 está a la izquierda cuando mira la parte frontal del teclado, el pin 8 a la derecha):

Los pines 1-4 del teclado se conectan al encabezado RAMPS Servos, los pines enumerados en orden, de izquierda a derecha, comenzando en el pin más cercano al botón de reinicio. Esto se conecta de la siguiente manera:

teclado 1- D11

teclado 2- D6

teclado 3- D5

teclado 4- D4

Los pines 5-8 del teclado se conectan al cabezal del tope final RAMPS y hacen las conexiones de la siguiente manera:

teclado 5- Ymin- D14

teclado 6- Ymax- D15

teclado 7- Zmin - D18

teclado 8, Zmax- D19

Paso 4: Interfaz de la cámara

Una placa pequeña con 2 relés de lengüeta, un cabezal de 3 clavijas y un conector de audio de 1/8 actúa como interfaz entre las RAMPS y la cámara. Sugiero usar relés con diodos amortiguadores integrados. Agregue los suyos, si no lo hace. Elija uno que no requiera más de 10ma para activarse (bobina de 500 ohmios). Yo tenía algunos relés Gordos 831A-4 que usé, pero, por ejemplo, DigiKey tiene el Littlefuse # HE721A0510, número de pieza de Digi-Key HE101-ND que parece adecuado. Se muestra el esquema.

Se hace un cable con el control manual del obturador cortando y tirando el botón de control después de notar qué cables son AF, obturador y común. Este cable está conectado a un enchufe de audio de 1/8 que se conecta al conector de la placa de relés.

La placa de relés se conecta a las RAMPAS con un cable servo corto de 3 hilos como se muestra. Puede usar un cable de servo estándar, usar puentes o hacer los suyos propios. La placa de relé de interfaz de la cámara se conecta al encabezado AUX-2 de la placa RAMPS, haciendo las siguientes conexiones:

Aux 2, patilla 8- GND

Aux 2, pin 7- AF- D63

Aux 2, pin 6 - obturador- D40

Experimenté con el uso de un módulo de relé para esta función para evitar tener que construir una placa, pero el módulo comúnmente disponible que probé consumía demasiada corriente del riel de 5V.

Paso 5: Conexión paso a paso

Conecte el cable paso a paso al cabezal paso a paso X. Usé un cable de extensión paso a paso de 59 como se muestra en la segunda imagen. Si el paso a paso gira en la dirección incorrecta, invierta el conector paso a paso enchufado en la placa RAMPS.

Paso 6: interruptores de límite

El software FastStacker no discrimina entre los dos topes finales y no le importa cuál fue golpeado. El software del apilador RAMPS está configurado para poder trabajar directamente con 2 interruptores de límite repRap estándar y sus cables asociados que se conectan a las posiciones del cabezal del tope final Xmin y Xmax en las RAMPS. La imagen muestra dónde se enchufan. En esta configuración, cada interruptor de límite en el riel está conectado con + 5V, GND, y se ejecuta un cable de señal individual para cada interruptor de límite. El software conecta las dos entradas juntas. Esto permite una fácil reutilización plug and play de los cables que vienen con el kit RAMPS y permite que los indicadores LED en las placas de los topes finales repRap se enciendan cuando se activan las paradas. Las líneas de señal de los dos interruptores repRap no se pueden conectar juntas cuando las placas están recibiendo +5, si lo están, activar uno y no el otro acortará +5 a GND. Hice el mazo de cables que se muestra a partir de los cables originales, enviando un solo par de energía a los interruptores pero conservando sus cables de señal individuales y alargando todos los cables. Esto todavía usa 4 cables en el recorrido entre el controlador y el riel.

Un enfoque más simple solo usa 2 cables: GND y cualquiera de los pines del cabezal del tope final Xmin o Xmax que se ejecutan en los dos interruptores del tope final normalmente abiertos, que están conectados en paralelo. Si se activa un interruptor de fin de carrera, la línea de señal se tira a tierra. Menos cables, pero sin iluminación LED cuando se activa un interruptor.

Los patrones de orificios en las piezas de los extremos del riel también admiten microinterruptores de tamaño estándar (no los mini como en las placas repRap), en cuyo caso, use la configuración de 2 cables.

Paso 7: Prueba de potencia y banco

Aplique 7-9V nominal al conector de entrada de energía de las RAMPS. Observe en la imagen qué conjunto de terminales del conector de alimentación se utilizan. Este es el conjunto de entradas Vcc de baja potencia, no las entradas de alta potencia que impulsan los RAMPS MOSFETS. El sistema debería arrancar y decirle que presione cualquier tecla para iniciar la calibración. Cuando lo haga, el motor paso a paso comenzará a girar. Déjelo actuar durante unos segundos y luego active uno de los interruptores de límite. El motor debe retroceder. Déjelo funcionar durante varias decenas de segundos y luego vuelva a presionar un interruptor de límite. El motor retrocederá nuevamente y se moverá a lo que cree que es la posición de 4 mm. En este punto, ejecute el funcionamiento de las distintas teclas del teclado, consultando la documentación original del proyecto, para asegurarse de que todas las teclas se lean correctamente. Tenga en cuenta que la función de control de luz de fondo del proyecto original no es compatible con este sistema; la pantalla LCD no la admite. Ejecute algunas pilas y escuche el clic de los relés que se activan y cuando todo parezca estar bien, verifique la interfaz de su cámara. Eso debería ser todo para la electrónica.

Paso 8: carril

Las tres impresiones 3D son impresiones fáciles y no se requieren capas finas; utilicé 0,28 mm. Va de la mano como en las imágenes. Tenga en cuenta que algunas imágenes en este Instructable muestran una iteración anterior del diseño del riel antes de mover los interruptores de tope desde la parte superior de las piezas de los extremos hacia el interior de las piezas de los extremos. El trineo admite la tuerca anti-retroceso como se muestra o la tuerca estándar. Comience en el extremo del motor, colocando el motor y el tope final, agregue los rieles, luego deslice el trineo y gire el tornillo de avance con la mano para enroscarlo en la tuerca. Empuje la pieza del extremo más alejado sobre los rieles, agregue las bridas y el ensamblaje estará hecho en gran parte, excepto para atornillar a la base que elija. Hay muchas opciones para una base. La placa de aluminio que utilicé es fuerte y se golpea fácilmente para montarla en un trípode. La extrusión de aluminio o la madera son otras posibilidades.

Paso 9: Recinto

Hay muchas formas posibles de empaquetar los componentes electrónicos que se muestran en la primera imagen. Hay muchos diseños en Thingiverse para cajas que contienen el combo RAMPS / mega / LCD que podría ser un comienzo para una versión impresa en 3D. Utilicé un láser para hacer una caja de acrílico estilo consola a partir del diseño que se proporciona en el archivo SVG adjunto. La caja fue creada usando Boxes.py y los patrones de agujeros agregados en Lightburn. Está diseñado para material de 2,8 mm. Diseñé la caja para sostener el paquete de baterías detrás de la electrónica y alimenté su cable de salida de energía por una muesca en la parte posterior. Una tapa con bisagras permite quitar la batería fácilmente. El conector de entrada de energía para el sistema se lleva a un orificio en la parte posterior de la caja donde está súper pegado. Cuando funciona con batería, el cable de la batería se conecta al enchufe como se muestra. El adaptador de CA se enchufa en el mismo conector cuando funciona con CA. La batería se puede cargar sin sacarla de la caja como se muestra en la imagen.

Paso 10: Operación

Aquí te remito a la excelente guía del usuario de Pulsar124: https://pulsar124.fandom.com/wiki/User_guide. Hice una hoja de trucos laminada como se muestra para ayudarme a recordar los comandos del teclado hasta que me familiarice con ellos. Como se mencionó anteriormente, la pantalla LCD no admite el control de retroiluminación, por lo que el comando # -4 no funciona.

Vea el video adjunto para una demostración muy rápida de algunas operaciones básicas.

Paso 11: crear notas y pensamientos

El puerto comenzó con FastStacker V1.16. Esto se debe principalmente a que esa es la versión que usé para mi compilación basada en pro-mini. Eso fue porque no pude hacer que V1.17 encajara en el pro-mini y realmente no me importaba la capacidad de control del telescopio de 1.17. En el mega, esta versión, que he llamado 1.16a, ocupa menos del 20% de la memoria, por lo que hay mucho espacio para V1.17 y más. El puerto RAMPS implicó el mapeo de pines y el reemplazo del controlador LCD antiguo por el controlador de gráficos u8g2lib. La pantalla LCD más grande proporcionó el lujo de caracteres adicionales que usé para etiquetas, mensajes y unidades de la interfaz de usuario existente para hacerla un poco más accesible para usuarios ocasionales. Como se señaló, la pantalla LCD no admite el control de luz de fondo mediante programación, por lo que ese comando se elimina. Hice algunos cambios en el área de monitoreo de voltaje, usando la referencia de voltaje interno y agregando otra constante de voltaje límite crítico que se usa para verificar el voltaje bajo antes de apagar el riel. También apunté al diseño para que se ejecutara desde 6 celdas en lugar de 8 como en la compilación original. Las 6 celdas son más eficientes energéticamente, ocupan menos espacio y reducen el estrés en el regulador de 5 V del mega sin impacto en el rendimiento físico. Utilicé el zumbador en la pantalla LCD para emitir un pitido corto al mostrar uno de los mensajes de error. Dejé el número de juego predeterminado en 0.2 mm como estaba originalmente, aunque sospecho que es menor con la tuerca anti-juego, pero no he intentado medirlo. Si desactiva la compensación de juego y está trabajando en un ángulo pronunciado, apague el ahorro de energía para asegurarse de mantener la posición. Una característica que me gustaría que estuviera en el software es el control por teclado de la dirección de compensación del juego (sin invertir la dirección de operación de la operación del riel usando el comando * -1). Esto podría asignarse a la pulsación de la tecla de control de luz de fondo no utilizada. Dependiendo de la orientación de operación, no estoy seguro de que la dirección actual de compensación sea siempre correcta, es decir, que siempre se puede asumir que el trineo que se aleja del motor es siempre la dirección que no necesita compensación. Supongo que realmente no importa para las pilas grandes. El código está configurado para 16 mcrosteps. Había una constante en el código utilizado para verificar un número razonable de marcos para pilas de 1 pt que definí en stacker.h como RAIL_LENGTH y lo configuré en 180, que es el rango de recorrido aproximado para este riel. Cambie si su riel es diferente.

Esta plataforma ofrece otras capacidades adicionales además de la memoria que esta compilación no aprovecha. Las capacidades gráficas de la pantalla LCD podrían usarse para algo más que dibujar el indicador SOC de la batería. La perilla del codificador óptico es tentadora y intenté integrarla en el proyecto. Encontré un buen controlador, lo integré en la compilación y el bucle principal, y traté de falsificar el software para que pensara que las teclas "1" y "A" estaban presionadas cuando se giraba la perilla. En cierto modo funcionó, pero era muy espasmódico y no proporcionaba ninguna capacidad útil, así que lo saqué. Hay varios puntos de controlador paso a paso sin usar en la placa RAMPS que podrían usarse para controlar pasos adicionales, si eso pudiera ser de utilidad.

Los controladores de impresora 3D como RAMPS brindan excelentes puntos de partida para compilaciones como esta y espero que algunas personas más puedan beneficiarse del genial software de Pulsar124 alojado en esta plataforma fácil de integrar.