Moottorinohjaus testattu

Rakennusprojekti nytkähti pitkästä aikaa eteenpäin kun sain vihdoin testattua jo heinäkuun puolella kokoamani moottorinohjausmodulin. Modulilla voi paahtimen puhaltimen pyörintänopeutta säätää PWM signaalin avulla. Ohjauspiiri LMD18200 saa PWM signaalin Arduinon digitaalipinnistä. Testausta varten tein yksinkertaisen ohjelman joka 10 sekunnin välein muuttaa pyörimisnopeuden 0 -> 50% -> 100%.
Alkuun moduli tuntui toimivan huonosti ja pyörintänopeudet vaikuttivat sattumanvaraisilta. Näin olikin koska en ollut kytkenyt modulin maadoitusta Arduinoon ja PWM signaali jäi "kellumaan". Maadoituskaapelin kytkennän jälkeen moduli toimi moitteetta.

Alla kuva koekytkennästä. Vasemmalla paahtokammio puhallinmoottoreineen, keskellä ohjausmoduli ja oikealla Arduino.

Termoparimoduuli valmis

MAX6675 piiriin perustuva termoparianturin piirilevy Freeduinoa varten on valmis. Mikropiiri muuttaa termoparin analogisen signaalin sarjamuotoiseksi Freeduinon pinneihin 11,12 ja 13. MAX6675:lle on olemassa valmis kirjasto Arduino/Freeduinolle.
Kytkentä toimii hienosti. 11W energiasäästölampun pintalämpötila on n. 73 astetta (kun ympäristön lämpötila on 24 astetta). Ettäs tiedätte.

Tässä kuva koekytkennästä. MAX6675 on juotettu piirilevyn kuparipuolelle koska se on piskuinen pintaliitoskomponentti.

Ensimmäinen valmistunut piirilevy

Sain eilen koottua piirilevyn joka toimii jännitteenalentajana 24V virtalähteeltä Freeduinolle. Kyseessä on simppeli LM317T regulaattorikytkentä. Tavoiteltu lähtöjännite on 12V tai hieman alle koska Arduinon tai Freeduinon suositeltavan käyttöjännitteen on oltava haarukassa 7-12V. Mitattu jännite on valmiista piiristä 11,6V eli aika hyvin. Ohjausvastusten mitoituksessa oli korvaamaton apu tästä sivusta.


Eagle CAD-ohjelmankaan perusasioiden oppiminen ei lopulta kauaa vienyt ja kytkentäkaavio sekä piirilevy oli aika nopeasti piirretty. Päänvaivaa aiheutti sitäkin enemmän levykuvion siirto syövytettävälle levylle. Olin jo jonkin aikaa halunnut kokeilla lasertulostimen käyttöä piirilevyn teossa. Toimintaohjeita ja materiaalivinkkejä on tästä netissä runsaasti. Kokeilin useita eri tulostusmateriaaleja mutta tuntui että mikään ei oikein kunnolla siirtänyt kuviota levylle. Tarkoitushan on tulostaa kuvio esim. valokuvatulostuspaperille, sitten siirtää se silitysraudan lämmön avulla piirilevylle. Kokeilin eri papereita, erään vinkin perusteella jopa mainospostin paperia ja piirtoheitinkalvoja. Tulostusjäljen siirtyvyys oli kaikissa huono ja lopputulos aika rupisen näköinen verrattuna lupailtuihin veitsenteräviin kuvioihin. Lopulta löytyi ohje jonka perusteella sain kuvion siirrettyä kuparille täysin tyydyttävällä laadulla.
Kuvio tulostetaan ensin tavalliselle paperille. Tuloste toimii referenssinä siitä mihin kohtaan kuvio osuu. Seuraavaksi otetaan varsinainen siirtomateriaali eli osoitetarra-arkki. Tarroja poistetaan sen verran että tulostettava kuvio mahtuu alueelle ja leikataan paljastunut vahapintainen taustapaperi arkista irti. Taustapaperinpala teipataan irrotetulla osoitetarralla etureunastaan aiemmin tulostetun paperin kuvion päälle ja syötetään se tulostimeen. Tulostus tehdään siis taustapaperin palan vahamaiseen pintaan. Tästä materiaalista laserväri siirtyy lämmön avulla helposti kupariin ja paperia ei tarvitse liotella vedessä paperin poistamiseksi. Parhaimmillaan väri siirtyy lähes sataprosenttisesti. Liukas paperi tuppaa liikkumaan silitysraudan alla aikaansaaden sotkua levylle. Se kannattaakin teipata kunnolla kiinni. Alumiiniteippi on tässä käytössä ongelmattomin; ei sula tai pala. Samalla tekniikalla voi komponenttipuolelle siirtää komponenttien kuvat ja muut tarpeelliset tiedot.

Paahtoa

Tulipa todettua että kahvin paahto popparikoneella lähes 30 asteen auringonpaahteessa ei toimi järin hyvin. Pavut lämpenevät minuutissa jo lähelle 200 astetta. Minulle mieluista vaaleaa paahtoa on vaikea saada aikaiseksi kun pavut tummuvat hurjasti jo ensimmäisten raksujen aikana. En toki ole koskaan toisia raksuja odottanut mutta nyt tuntui että paahto täytyy lopettaa kesken ensiraksujen.
Taas hyvä syy jatkaa projektia, satoi tai paistoi.

Termopari ja kasa oheiskomponentteja

Olen saanut tänään viimeisiä hankintalistalla olleita tarvikkeita. Sain erinomaista palvelua turkulaiselta Pietiko Oy:ltä josta kävin hakemassa K-tyypin termoparianturilangan ja runkoliittimen. Tänään tulivat myös Bebekiltä tilaamani osat. Nyt ei piirilevyjen suunnittelua ei voi enää viivytellä sillä varjolla että olisi epätietoisuus komponenttien mitoista. Nyt tekosyyksi kelpaa sää: kirjoittelen tätä kotini terassilla, aurinko paistaa ja lämpötila kieppuu 27 asteen tienoilla. Kyllä niitä piirilevyjä ehtii väsäämään sitten huonommilla ilmoilla!

Suunnittelu jatkuu

Suunniteltu paahtohärveli tulee koostumaan eri toimintoja hoitavista osioista eli se on modulaarinen. Kaiken lähtökohta on itse popcorn kone eli nyt siis kahvinpaahdin. Siellä moottori puhaltaa lämpövastuksen kuumentamaa ilmaa ja termoelementti mittaa paahdon lämpötilaa. Nämä toiminnot sijaitsevat popparin rungossa. Erillinen boxi toimii järjestelmän aivoina. Se sisältää omina piireinään moottorinohjauksen, DC virtalähteen, lämpöelementin AD-muunnoksen, ympäristön lämpötilan mittauksen, lämpövastuksen ohjauksen ja käyttöliittymän (=LCD ja kytkimet). Kaikki nämä on kytketty mikrokontrolleriin (Freeduino) joka hoitelee siis systeemin hallinnan. Aikamoinen viritys. Olenkin saanut virvoittaa vanhaa elektroniikkaharrastusta oikein toden teolla että edes luulisin tietäväni mitä olen tekemässä. Onneksi ohjelmointikaan ei ole ihan vierasta joten Freeduinon "firmwaren" luontikin sujunee jotenkuten.

Tähän mennessä hankittuja tarvikkeita ovat:
- Itse paahdin. Nyt purettuna ja puhallinmoottori testattuna 24V DC virtalähteessä. Toimii. Korvakuulolta kierroksetkin suurinpiirtein samat kuin ennen purkua.
- Freeduino ja LCDshield.
- 24V 2A DC vakioitu virtalähde moottorille. Tämä on työpaikan vanhan kulunvalvontajärjestelmän virtalähde jonka pelastin monta vuotta sitten roskiksesta.
- Sekalaisia komponentteja valmistajien ilmaisnäytteinä. Muun muassa termoparin AD muunnin (Maxim), lämpöantureita (Maxim), moottorinohjauspiiri (National).
- Kotelo ohjausjärjestelmälle. Wanha siirrettävän kovalevyn suurehko kotelo. En tosin ole varma onko se kuitenkaan tarpeeksi iso koska virtalähteen muuntaja ja pari elkoa ovat melko korkeat. Muutoin se olisi mainio kotelo koska se on muovia eli täyseristetty, siinä on virtaliitin ja kytkin valmiina ja myös lämpötilan mukaan automaattisesti säätyvä jäähdytysflekti. Muovikoteloon on myös helpompi tehdä aukkoja liittimille ja lcd:lle.

Lisäksi tarvitaan ainakin:
- Oheiskomponentteja kuten vastuksia, konkkia, liittimiä.
- Piirilevyt.
- Termopari K-tyyppiä ja runkoliitin.
- Puolijohderele lämpövastuksen ohjaukseen.

Piirilevyjen suunnitteluun ajattelin käyttää ilmaista CadSoftin Eaglea koska lähes kaikki netistä löytyvät Arduinoon/Freeduinoon liittyvät piirilevytiedostot ovat Eagle-muodossa. Onneksi tarvittavat kytkennät ovat varsin yksinkertaisia joten mitään syvällistä tietämystä piirilevysuunnittelusta ei joudu hankkimaan.

Seuraavaksi pitää tehdä tilausta puuttuvista osista ja samalla aloittaa kytkentäkaavioiden piirtely.

Ainiin, vikavirtasuoja pistorasiaan pitää myös hankkia :)

Puutöitä

Kahvinrakenteluun liittymätön sivujuonne. Rakentelin paremmalle puoliskolle tikapuunmallisen kukka/yrttitelineen syntymäpäivälahjaksi. Pintakäsittelynä päätin kokeilla rauta-asetaatilla tehtävää värjäystä. Rauta-asetaatti reagoi puun tanniinien eli parkkihappojen kanssa muuttaen puun väriä kemiallisesti ilman pigmenttejä. Metodia käytetään tiettyjen puulajien "ebonisoinnissa" eli mustaamisessa. Täkäläiset puulajit eivät aivan yhtä rajusti aineen kanssa reagoi joten tulos on vaaleampi.
Tein liuoksen sulattamalla teräsvillapalan parissa desissä etikkaa. Villa liukeni noin viikossa jonka jälkeen suodatin liuoksen pariin kertaan.


Lähtökohta oli mäntyinen liimapuu. Perushionnan jälkeen puu on syiden nostamiseksi kostutettu ja hiottu kevyesti kahteen kertaan. Muuten olen todella laiska hioja joten pinnat ovat laadultaan "välttävät".


Asetaattia levitin siveltimellä runsaskätisesti jotta aine imeytyisi hyvin ja muodostaisi väriä myös pintaa syvemmälle. Käsittely muistuttaa vesipetsin levitystä mutta lähes kirkas neste ei välittömästi muuta puun väriä, ainoastaan kastelee.
Muutaman minuutin kuluttua puu alkaa tummua ja tummuminen jatkuu melko kauan.
Kuivuttuaan puu on saanut hieman omalaatuisen täysin himmeän ruskea-violetin, lähes punaisen sävyn. Tästä vaiheesta ei valitettavasti ole kuvaa.
Kiillotin pinnan kevyesti kankaalla ja sen jälkeen levitin pintaan öljyn rätillä. Lopputuloksena on ainakin omaa silmää miellyttävä syvä tumma sävy.


Kuvan laatikkoa (valmiina ostettu) ei ole käsitelty asetaatilla, pelkästään öljytty.
Erikoista ettei näin mielenkiintoisesta pintakäsittelytavasta kovin paljoa löydy tietoa ainakaan suomenkielellä. Lopputulos on toki aikamoinen arvoitus petseihin ja vahoihin verrattuna mutta kokeilemisen arvoinen tapa ehdottomasti. Todellinen tee-se-itse pintakäsittely.

Varakappale ja kurkistus sisuskaluihin

Tänään hankin toisen popcorn koneen varalaitteeksi mikäli tuhoan ensimmäisen modauksia tehdessäni. Hankinnan tehtyäni uskalsin viimein avata masiinan.
Pieni pettymys. Tämäkin malli on tehty perinteisen kaavan mukaan: puhallinmoottorin virta kierrätetään lämpövastuksen kautta jännitteen pudottamiseksi. Toivoin että moottori olisi ollut 230V mallia ja suoraan kytketty. Tämä olisi tehnyt modaamisen huomattavasti helpommaksi. Nyt pitäisi selvittää moottorin tiedot jotta se voidaan irrottaa omaan virtapiiriin lämpövastuksesta riippumattomaksi. Paljonkohan jännitehäviö lämpövastuksessa on eli millä jännitteellä moottori toimii? Ei juuri huvittaisi lähteä mittailemaan jännitteitä käynnissä olevasta laitteesta...
Päivitys:
Googlestahan se tieto löytyy: parin popparinmuokkaajan mukaan moottorin jännite on 20-25V kieppeillä.

Roinaa

Pari päivää mietittyäni päädyin kokeilemaan Arduino-pohjaista ratkaisua. Nyt on Arduinon avoin serkku, Freeduino tilattu. Samaten tilasin Maximilta näytteitä mm. lämpötila-anturia (termopari) varten.
Mitä tästä aion saada aikaan? Siitä myöhemmin enemmän.
Arduino
Freeduino

Askel otettu ja blogi perustettu

Tämän blogin tarkoituksena on seurata muunmuassa kahvin paahtoon liittyvän rakentelun edistymistä.
Kahvin paahtamisen kokeilu halvalla popcorn-koneella avasi silmät tai paremminkin makunystyrät sille miltä kahvi voi parhaimmillaan maistua. Nyt kehitän tätä uutta harrastusta eteenpäin kengännauhabudjetilla. Lidlin 15 euron masiinaan on tehtävä joitakin modauksia jotta päästään toivottavasti vielä parempaan paahtotulokseen.
PC-tuulettimeen perustuva jäähdytin on jo tullut tehtyä. Siitä lisää hieman myöhemmin....