Multifunkční rotační zařízení
ze staré tiskárny
Anotace
Náplní této práce je popis způsobu recyklace dílů ze starých
tiskáren k sestavení multifunkčního rotačního zařízení, s primárním
zaměřením na konstrukci natahovače automatických hodinek, ale majícím i další
využití, např. k míchání vzorků v chemických a biologických
laboratořích, homogenizaci sprejů s barvami, míchání potravin nebo otáčení
vajec v inkubátorech.
Práce obsahuje přehled a rozbor konstrukce několika
komerčních a amatérských řešení natahovačů automatických hodinek, popis
konstrukce základní verze natahovače s jednoduchým ovládáním pro jeden kus
hodinek „Watch Winder Orbit Peppermint“ a popis konstrukce pokročilé verze
„Watch Winder Multi Deluxe“ s větší kapacitou hodinek (až 6 ks), řídícím
systémem s LCD displejem a možností širokého nastavení parametrů otáčení
v několika nezávislých krocích.
Pro možnost využití této práce širší odbornou veřejností i
pro jiné aplikace je zde navržena konstrukce elektronické desky (shield) pro
běžně dostupné Arduino UNO, popsán postup demontáže staré tiskárny (na příkladu
HP DeskJet 990cxi) pro získání potřebných součástek ke konstrukci mísícího zařízení,
zpracován model krabičky pro řídící jednotku k vytištění na 3D tiskárně,
napsán program pro Arduino UNO a zpracován návod k montáži a použití
celého zařízení.
Materiálové náklady na výrobu popsaných rotačních zařízení
se pohybují řádově ve stovkách Kč a zařízení jsou tedy cenově dostupná i pro
mladé začínající vědce shánějící potřebné laboratorní vybavení pro svou práci.
Annotation
This project describes a way of recycling old printers into multifunctional rotational machines, focused primarily on a design of watch winders for automatic wrist watches, but having wider use, such as mixing samples in chemical or biological laboratories, paint sprays homogenization, food mixing or turning eggs in incubators.
The study contains a review and analysis of applied designs and parameters of several commer-cial and home-made (DIY) types of watch winders. Design of a basic version of the winder with a simple operation for single wrist watch, called „Watch Winder Orbit Peppermint“ is described. The following chapter describes a more advanced version, called „Watch Winder Multi Deluxe“, having larger capacity (up to 6 watches), a control system with LCD display and a wide possibil-ity of setting the rotational parameters in several independent steps.
In order to allow a wider public use of this study for other similar applications, a design of an electronic shield for commonly available Arduino UNO is described, together with a procedure for disassembly of an old inkjet printer (on example of HP Deskjet 990cxi) for salvaging the parts necessary for making the mixing devices, a 3D model of a case for the control unit to be printed on 3D printer, a software for Arduino UNO and a manual for assembly and use of the final device.
Material costs for creating the rotational devices range in low hundreds of CZK, making them accessible even for young scientists looking for a laboratory equipment for their work.
Popis výrobku
Pro možnost širšího využití
vyvinutého řešení rotačního mísiče ze staré tiskárny i pro jiné účely než jsou
natahovače hodinek (např. pro mísení vzorků v chemických a biologických
laboratořích) jsem pro finální model zvolila použít celý rám tiskárny, podobně
jako u druhého modelu popsaného v předchozí kapitole, ale pozměnit jeho
elektroniku a software, aby byl univerzálnějším a jednodušším pro výrobu.
Hlavní změny oproti předchozí verzi:
1. Jednoúčelová deska s řídícím systémem na bázi
mikrokontrolérů PIC bude nahrazena široce dostupným modulem Arduino UNO, na
který se pouze připojí ovládací deska plošného spoje, ve formě tzv. shieldu.
2. Ovládání 5 tlačítky bude nahrazeno levným, komerčně
dostupným joystickem, dodávaným v rámci různých Arduino sad.
3.
K počítání otáček bude použit
původní rotační enkodér zabudovaný v tiskárně, který umožňuje mnohem
přesnější počítání otáček a jejich regulaci než dříve použitý fotopřerušovač
(optická závora). Připojení optické závory bude ale na desce zachováno jako
rezerva.
4.
Pro zjednodušení konstrukce
ovládací desky bude motorový driver L293E nahrazen motorovým driverem L293D,
který má dostatečnou proudovou kapacitu (1A v paralelním zapojení
výstupů), nepotřebuje ale dodatečné ochranné diody (má je již zabudované).
5.
Nebude prováděno přímé měření
proudu, nadproudová ochrana bude místo toho řešena polymerovou pojistkou
v obvodu a detekce zaseknutí otáčení řešena softwarově pomocí signálů
z enkodéru.
6.
Krabička pro řídící jednotku bude
nakreslena jako jednoúčelová a vytištěna na 3D tiskárně.
Tabulka součástek
|
Kód
|
Typ
|
Parametry
|
Funkce
|
Kód (TME)
|
Cena (Kč)
|
|
C1
|
kondenzátor
|
elektrolytický,
630 uF, THT
|
filtrace
vstupu
stabilizátoru
|
ED1J681MNN1240
|
13,77
|
|
C2
|
kondenzátor
|
keramický,
100 nF, SMD 0805
|
filtrace
vstupu
stabilizátoru
|
CL05A104KP5NNNC
|
0,11
|
|
C3
|
kondenzátor
|
keramický, 10 uF SMD 1206
|
filtrace
výstupu
stabilizátoru
|
CL31F106ZPENNNE
|
0,57
|
|
C4
|
kondenzátor
|
keramický,
100 nF, SMD 0805
|
filtrace
výstupu
stabilizátoru
|
CL05A104KP5NNNC
|
0,11
|
|
C5
|
kondenzátor
|
keramický,
100 nF, THT
|
filtrace
napájení
driveru
|
CM-100N
|
0,76
|
|
D1
|
dioda
|
UF4007,
THT
|
polaritní ochrana
napájení
|
UF4007
|
1,30
|
|
DS1
|
displej
|
alfanumerický
16 x 2
|
nastavování
a zobrazování programových
parametrů
|
RC1602B2-GHW-CSX
|
158,58
|
|
FU1
|
pojistka
|
polymerová, 500 mA
|
proudová
a polaritní
ochrana
|
EX050-V1
|
8,70
|
|
IC1
|
stabilizátor
|
7809, THT
|
9V
napájecí zdroj
|
L7809CV
|
3,96
|
|
IC2
|
motorový driver
|
L293D, THT, DIP16
|
obousměrný
motorový driver
|
L293D
|
63,77
|
|
K1
|
svorkovnice
|
ARK500/2
|
připojení
motoru
|
TB-5.0-P-2P/GY
|
4,10
|
|
K2 – K3
|
svorkovnice
|
ARK500/2
|
připojení
optického
enkodéru
|
TB-5.0-P-2P/GY
|
4,10
|
|
K4
|
svorkovnice
|
ARK500/2
|
připojení
hlavního
napájení
|
TB-5.0-P-2P/GY
|
4,10
|
|
K5
|
IDC konektor
|
IDC10, THT
|
připojení
joysticku
|
ZL231-10PG
|
2,25
|
|
K6
|
svorkovnice
|
ARK500/3
|
připojení
optické
závory
(rezerva)
|
TB-5.0-P-3P/GY
|
5,31
|
|
|
plošný spoj
|
plošný spoj s fotocitlivou vrstvou 16 x 10 cm
|
|
FR4100X160/3500
|
45,31
|
|
P1
|
trimr
|
10 kΩ, THT
|
nastavování
kontrastu LCD displeje
|
1028F-10K
|
10,36
|
|
R1
|
rezistor
|
220 Ω, THT, 0,6 W
|
snížení
proudu
LED
|
1/2W-220R
|
0,41
|
|
R2
|
rezistor
|
2k2 Ω, THT, 0,6 W
|
napěťový
výstup
z
kolektoru
|
1/4W2.2K
|
0,20
|
|
R3
|
rezistor
|
1 kΩ, THT, 0,6 W
|
ochrana
výstupu
MCU
|
OX102KE
|
0,41
|
|
R4
|
rezistor
|
1 kΩ, THT, 0,6 W
|
ochrana
výstupu
MCU
|
OX102KE
|
0,41
|
|
R5
|
rezistor
|
1 kΩ, THT, 0,6 W
|
ochrana
výstupu
MCU
|
OX102KE
|
0,41
|
|
R6
|
rezistor
|
220 Ω, THT, 0,6 W
|
nastavení
podsvícení LCD displeje
|
1/2W-220R
|
0,41
|
|
Celkem
|
|
|
|
|
304
|
Schémata plošného spoje ovládací desky
Poznámka:
Schémata plošného spoje ve formátu Eagle CAD (*.sch, *.brd) jsou přiloženy
v elektronických přílohách této práce a mohou být použity k výrobě
ovládací desky.
Model krabičky řídící jednotky
Model
krabičky s víkem pro řídící jednotku jsem nakreslila v programu
SketchUp (soubor *.skp je uveden v přílohách elektronické verze této SOČ)
a obě součásti jsem vyexportovala ve formátu STL pro možnost jejich vytištění
na 3D tiskárně. Krabička vymezuje plošný spoj s displejem proti pohybu a
obsahuje otvory pro zavedení kabelů, chlazení stabilizátoru i zasunutí vyššího
kondenzátoru. Krabičku jsem vytiskla na 3D tiskárně Průša i3 Mk2
z materiálu PETG transparentní, s 20% výplní. Tloušťka stěn krabičky
jsou 3 mm.
Foto vytištěné krabičky
Přílohy
